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一、發酵原理概述

任何一種合格(ge)優質(zhi)的(de)(de)(de)有(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)肥料的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)都必(bi)須經過(guo)堆肥發酵過(guo)程。堆肥是(shi)在(zai)一定條件下通過(guo)微(wei)生(sheng)物(wu)的(de)(de)(de)作用(yong)，使(shi)有(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)物(wu)不斷(duan)被降解(jie)(jie)和穩(wen)定，并(bing)(bing)產(chan)出(chu)(chu)一種適宜于土地利用(yong)的(de)(de)(de)產(chan)品的(de)(de)(de)過(guo)程。堆肥這種古老而(er)簡便(bian)的(de)(de)(de)處理有(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)廢棄物(wu)和制造(zao)肥料的(de)(de)(de)方(fang)(fang)法，隨著研究(jiu)的(de)(de)(de)深入和方(fang)(fang)法的(de)(de)(de)改進，其應用(yong)很受各個國家的(de)(de)(de)重視，因為(wei)它有(you)很好的(de)(de)(de)生(sheng)態意義，也為(wei)農業(ye)生(sheng)產(chan)帶來效益。有(you)許多報道指出(chu)(chu)，用(yong)腐熟堆肥制備種子苗床能抑(yi)制土傳(chuan)病害(hai)。并(bing)(bing)且在(zai)堆肥過(guo)程的(de)(de)(de)高溫階段(duan)過(guo)后接踵而(er)來的(de)(de)(de)拮抗性細(xi)菌，可(ke)(ke)使(shi)菌數達到很高水(shui)平(ping)；堆肥過(guo)程中各有(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)物(wu)在(zai)微(wei)生(sheng)物(wu)作用(yong)下，達到不易分解(jie)(jie)、穩(wen)定、作物(wu)易吸(xi)收狀(zhuang)態；同時(shi)微(wei)生(sheng)物(wu)作用(yong)在(zai)一定范圍內減少重金屬毒(du)害(hai)作用(yong)。可(ke)(ke)見，堆肥是(shi)制造(zao)生(sheng)物(wu)有(you)機(ji)(ji)(ji)(ji)肥的(de)(de)(de)簡便(bian)而(er)有(you)效的(de)(de)(de)方(fang)(fang)法，有(you)益于生(sheng)態農業(ye)的(de)(de)(de)發展(zhan)。

我(wo)國國內(nei)大多數有(you)機肥(fei)料(liao)產(chan)(chan)(chan)品只堆肥(fei)發(fa)酵(jiao)(jiao)15-20天，這(zhe)(zhe)樣的產(chan)(chan)(chan)品只能(neng)達(da)到無害化(hua)標準。而優質(zhi)的有(you)機肥(fei)料(liao)堆肥(fei)發(fa)酵(jiao)(jiao)過(guo)程(cheng)一般需(xu)要45-60天的時間。這(zhe)(zhe)是(shi)因(yin)為在堆肥(fei)前期(qi)的升溫(wen)階段以及高(gao)溫(wen)階段會殺死植物(wu)致病病原菌、蟲卵、雜草籽等(deng)有(you)害微生(sheng)物(wu)，但此過(guo)程(cheng)中微生(sheng)物(wu)的主要作用是(shi)新陳代(dai)謝、繁(fan)殖(zhi)，而只產(chan)(chan)(chan)生(sheng)很少量(liang)的代(dai)謝產(chan)(chan)(chan)物(wu)，并且這(zhe)(zhe)些代(dai)謝產(chan)(chan)(chan)物(wu)不(bu)穩(wen)定也(ye)不(bu)易被(bei)植物(wu)吸收。到后期(qi)的降溫(wen)期(qi)，微生(sheng)物(wu)才會進(jin)行有(you)機物(wu)的腐殖(zhi)質(zhi)化(hua)，并在此過(guo)程(cheng)中產(chan)(chan)(chan)生(sheng)大量(liang)有(you)益于植物(wu)生(sheng)長吸收的代(dai)謝產(chan)(chan)(chan)物(wu)，這(zhe)(zhe)個過(guo)程(cheng)需(xu)要45-60天。經此過(guo)程(cheng)的堆肥(fei)可以達(da)到三個目的，一是(shi)無害化(hua)；二是(shi)腐殖(zhi)質(zhi)化(hua)；三是(shi)大量(liang)微生(sheng)物(wu)代(dai)謝產(chan)(chan)(chan)物(wu)如各種抗生(sheng)素(su)、蛋白類物(wu)質(zhi)等(deng)。

堆肥為什么產生這樣的(de)效(xiao)果呢？下面我們(men)對堆肥原理(li)進行比較詳盡的(de)介紹(shao)。

二、有機肥發酵原理

（一）堆肥過程(cheng)中有(you)機(ji)質的(de)轉化

堆肥中(zhong)的(de)(de)有機(ji)(ji)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)在微生物作用下進行復雜的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)，這(zhe)種轉(zhuan)(zhuan)化(hua)可歸納為兩個(ge)過(guo)程(cheng)：一個(ge)是(shi)有機(ji)(ji)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)礦(kuang)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)化(hua)過(guo)程(cheng)，即(ji)把復雜的(de)(de)有機(ji)(ji)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)分(fen)解(jie)成為簡(jian)單的(de)(de)物質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)，.后(hou)生成二氧(yang)化(hua)碳、水(shui)和礦(kuang)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)養分(fen)等；另一個(ge)是(shi)有機(ji)(ji)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)腐殖化(hua)過(guo)程(cheng)，即(ji)有機(ji)(ji)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)經分(fen)解(jie)再合成，生成更復雜的(de)(de)特殊(shu)有機(ji)(ji)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)-腐殖質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)。兩個(ge)過(guo)程(cheng)是(shi)同(tong)時(shi)進行的(de)(de)，但方(fang)向(xiang)相反(fan)，在不同(tong)條件(jian)下，各自進行的(de)(de)強度(du)有明顯的(de)(de)差別。

1.有機質的(de)礦化作用

⑴不(bu)含(han)氮(dan)有機物(wu)(wu)的(de)分解(jie)(jie) 多糖(tang)化合物(wu)(wu)（淀粉、纖維素(su)(su)、半纖維素(su)(su)）首(shou)先在微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)分泌的(de)水解(jie)(jie)酶(mei)的(de)作用下，水解(jie)(jie)成單(dan)糖(tang)。葡(pu)萄糖(tang)在通(tong)氣(qi)良好的(de)條件下分解(jie)(jie)迅速，酒精、醋酸(suan)、草酸(suan)等(deng)中(zhong)間產物(wu)(wu)不(bu)易積(ji)累，.終形(xing)成CO2和(he)H2O，同(tong)時放出(chu)大量(liang)(liang)熱(re)能。如果(guo)通(tong)氣(qi)不(bu)良，在嫌氣(qi)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)作用下，單(dan)糖(tang)分解(jie)(jie)緩(huan)慢，產生(sheng)熱(re)量(liang)(liang)少，并積(ji)累一(yi)些中(zhong)間產物(wu)(wu)-有機酸(suan)。在極嫌氣(qi)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)條件下，還(huan)會生(sheng)成CH4、H2等(deng)還(huan)原(yuan)態物(wu)(wu)質。

⑵含(han)氮(dan)有(you)機物(wu)的(de)分(fen)解(jie) 堆(dui)肥(fei)中的(de)含(han)氮(dan)有(you)機物(wu)包括(kuo)蛋白質(zhi)、氨基酸(suan)、生物(wu)堿、腐殖質(zhi)等。除腐殖質(zhi)外，大部分(fen)容(rong)易被分(fen)解(jie)。例(li)如蛋白質(zhi)，在微生物(wu)分(fen)泌的(de)蛋白酶作(zuo)用(yong)(yong)(yong)下，逐級降解(jie)，產生各種氨基酸(suan)，再經氨化作(zuo)用(yong)(yong)(yong)、硝化作(zuo)用(yong)(yong)(yong)而分(fen)別形成銨鹽、硝酸(suan)鹽，可以被植物(wu)吸收(shou)利(li)用(yong)(yong)(yong)。

⑶含(han)磷有(you)(you)機物(wu)(wu)的轉(zhuan)化(hua) 堆肥中的含(han)磷有(you)(you)機化(hua)合物(wu)(wu)，在多(duo)種腐(fu)生(sheng)性(xing)微生(sheng)物(wu)(wu)的作(zuo)用下，形(xing)成(cheng)磷酸，成(cheng)為植物(wu)(wu)能夠吸收利(li)用的養分。

⑷含硫有機物的(de)(de)(de)轉化(hua)堆(dui)(dui)肥(fei)中(zhong)含硫有機物，經微(wei)生(sheng)(sheng)物的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)生(sheng)(sheng)成(cheng)硫化(hua)氫(qing)。硫化(hua)氫(qing)在(zai)嫌氣(qi)環境中(zhong)易積(ji)累，對植物和微(wei)生(sheng)(sheng)物會發生(sheng)(sheng)毒害(hai)(hai)。但在(zai)通氣(qi)良(liang)好的(de)(de)(de)條件下，硫化(hua)氫(qing)在(zai)硫細菌的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)下氧(yang)化(hua)成(cheng)硫酸(suan)，并和堆(dui)(dui)肥(fei)中(zhong)的(de)(de)(de)鹽基作(zuo)用(yong)(yong)形成(cheng)硫酸(suan)鹽，不(bu)僅消除了硫化(hua)氫(qing)的(de)(de)(de)毒害(hai)(hai)，并成(cheng)為(wei)植物能吸收的(de)(de)(de)硫素養料。在(zai)通氣(qi)不(bu)良(liang)的(de)(de)(de)情況(kuang)下，發生(sheng)(sheng)反(fan)硫化(hua)作(zuo)用(yong)(yong)，使(shi)硫酸(suan)轉變為(wei)H2S散失，并對植物產生(sheng)(sheng)毒害(hai)(hai)。堆(dui)(dui)肥(fei)發酵(jiao)過程中(zhong)，可以通過定時翻(fan)倒措施改善堆(dui)(dui)肥(fei)的(de)(de)(de)通氣(qi)性，就能消除反(fan)硫化(hua)作(zuo)用(yong)(yong)。

⑸脂類及芳(fang)香類有(you)機(ji)物(wu)的(de)轉化(hua) 單寧、樹脂等(deng)結構復雜(za)，分(fen)解(jie)較慢(man)，其(qi).終(zhong)產物(wu)也是(shi)CO2和水(shui)；木質素是(shi)含(han)植(zhi)(zhi)物(wu)性(xing)原料（如樹皮、木屑等(deng)）堆肥中特別穩定的(de)有(you)機(ji)化(hua)合物(wu)，它結構復雜(za)，含(han)芳(fang)香核，并以多聚形式存(cun)在于植(zhi)(zhi)物(wu)組織中，極難分(fen)解(jie)。在通(tong)氣良(liang)好的(de)條(tiao)件下，主(zhu)要通(tong)過(guo)真菌、放線菌的(de)作(zuo)用，緩慢(man)地進行(xing)分(fen)解(jie)，其(qi)芳(fang)香核可變為醌型化(hua)合物(wu)，它是(shi)再合成腐(fu)殖質的(de)原料之一。當然，這些物(wu)質在一定條(tiao)件下，還會繼續被分(fen)解(jie)的(de)。

綜上所述(shu)，堆(dui)肥(fei)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)質(zhi)(zhi)的(de)礦質(zhi)(zhi)化(hua)，可(ke)為(wei)作物(wu)(wu)和微(wei)生物(wu)(wu)提供(gong)速(su)效養分，為(wei)微(wei)生物(wu)(wu)活(huo)動(dong)提供(gong)能源，并為(wei)堆(dui)肥(fei)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)質(zhi)(zhi)的(de)腐殖(zhi)化(hua)準備基本原料。堆(dui)肥(fei)以(yi)好氣(qi)性(xing)微(wei)生物(wu)(wu)活(huo)動(dong)為(wei)主時，有(you)(you)(you)機(ji)(ji)質(zhi)(zhi)迅速(su)礦化(hua)生成較多的(de)二氧(yang)化(hua)碳、水及其(qi)它養分物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)，分解(jie)(jie)(jie)速(su)度(du)快(kuai)而徹底，并放出大量熱(re)能；以(yi)嫌(xian)氣(qi)性(xing)微(wei)生物(wu)(wu)活(huo)動(dong)為(wei)主時，有(you)(you)(you)機(ji)(ji)質(zhi)(zhi)的(de)分解(jie)(jie)(jie)速(su)度(du)慢，且往(wang)往(wang)不徹底，釋放熱(re)能少，其(qi)分解(jie)(jie)(jie)產(chan)物(wu)(wu)除植物(wu)(wu)養分外，尚易(yi)積累(lei)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)酸及CH4、H2S、PH3、H2等還(huan)原性(xing)物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)，當其(qi)達(da)到(dao)一(yi)定程度(du)時，則對作物(wu)(wu)生長不利甚(shen)至有(you)(you)(you)害。因(yin)此堆(dui)肥(fei)發酵期(qi)間的(de)翻倒也(ye)是為(wei)了轉換微(wei)生物(wu)(wu)活(huo)動(dong)類型，以(yi)消除有(you)(you)(you)害物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)。

2.有機質的腐(fu)殖化(hua)過程

關于(yu)腐(fu)殖(zhi)質(zhi)的形成(cheng)過程有很多(duo)(duo)種(zhong)說法，概括(kuo)起(qi)來大(da)體(ti)可(ke)分(fen)為(wei)兩(liang)個階段(duan)：..階段(duan)，有機殘(can)體(ti)分(fen)解形成(cheng)組成(cheng)腐(fu)殖(zhi)質(zhi)分(fen)子的原(yuan)始材料(liao)，如多(duo)(duo)元(yuan)酚(fen)、含氮有機物（氨基酸(suan)、肽等(deng)）等(deng)；第二階段(duan)，先(xian)由(you)微生物分(fen)泌的多(duo)(duo)酚(fen)氧化(hua)(hua)酶(mei)將多(duo)(duo)酚(fen)氧化(hua)(hua)成(cheng)醌(kun)，然后醌(kun)與氨基酸(suan)或(huo)肽縮(suo)合而(er)成(cheng)腐(fu)殖(zhi)質(zhi)單(dan)體(ti)。由(you)于(yu)酚(fen)、醌(kun)、氨基酸(suan)種(zhong)類很多(duo)(duo)，相互縮(suo)合的方式也不盡相同(tong)，因(yin)而(er)形成(cheng)的腐(fu)殖(zhi)質(zhi)單(dan)體(ti)也就多(duo)(duo)種(zhong)多(duo)(duo)樣。在不同(tong)條(tiao)件下，這些單(dan)體(ti)又進一步縮(suo)合形成(cheng)大(da)小(xiao)不等(deng)的分(fen)子。

（二）堆肥(fei)過程中重金屬的的轉化 

城(cheng)市污泥中含有(you)(you)(you)豐富的(de)(de)作(zuo)(zuo)物(wu)(wu)(wu)生長所需的(de)(de)各(ge)種(zhong)養分及有(you)(you)(you)機質(zhi)，是堆肥發酵.佳(jia)原(yuan)材料之一。但城(cheng)市污泥中往往含有(you)(you)(you)重金(jin)(jin)屬(shu)(shu)，這些(xie)(xie)重金(jin)(jin)屬(shu)(shu)一般指汞(gong)(gong)、鉻、鎘(ge)、鉛、砷等。微(wei)生物(wu)(wu)(wu)特別是細菌、真菌在重金(jin)(jin)屬(shu)(shu)的(de)(de)生物(wu)(wu)(wu)轉化(hua)中起重要作(zuo)(zuo)用。雖然有(you)(you)(you)些(xie)(xie)微(wei)生物(wu)(wu)(wu)可以(yi)改變(bian)重金(jin)(jin)屬(shu)(shu)在環境(jing)(jing)(jing)中的(de)(de)存在狀態，使(shi)化(hua)學物(wu)(wu)(wu)毒性增強而引起嚴重的(de)(de)環境(jing)(jing)(jing)問(wen)題或濃(nong)縮重金(jin)(jin)屬(shu)(shu)，并(bing)通過食物(wu)(wu)(wu)鏈積累。但也有(you)(you)(you)些(xie)(xie)微(wei)生物(wu)(wu)(wu)可以(yi)通過直接和(he)(he)間(jian)接的(de)(de)作(zuo)(zuo)用去(qu)除環境(jing)(jing)(jing)中重金(jin)(jin)屬(shu)(shu)，有(you)(you)(you)助于改善環境(jing)(jing)(jing)。如.早(zao)受到關(guan)注(zhu)的(de)(de)造成(cheng)環境(jing)(jing)(jing)污染的(de)(de)重金(jin)(jin)屬(shu)(shu)-汞(gong)(gong)，微(wei)生物(wu)(wu)(wu)轉化(hua)汞(gong)(gong)包(bao)括3方面(mian)，無機汞(gong)(gong)（Hg2+）的(de)(de)甲基化(hua)、無機汞(gong)(gong)（Hg2+）還原(yuan)成(cheng)Hg0，甲基汞(gong)(gong)和(he)(he)其(qi)他有(you)(you)(you)機汞(gong)(gong)化(hua)合物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)裂(lie)解并(bing)還原(yuan)成(cheng)Hg0。這些(xie)(xie)能將無機汞(gong)(gong)和(he)(he)有(you)(you)(you)機汞(gong)(gong)轉化(hua)為單質(zhi)汞(gong)(gong)的(de)(de)微(wei)生物(wu)(wu)(wu)稱為抗汞(gong)(gong)微(wei)生物(wu)(wu)(wu)。微(wei)生物(wu)(wu)(wu)雖然不(bu)能降解重金(jin)(jin)屬(shu)(shu)，但通過對重金(jin)(jin)屬(shu)(shu)的(de)(de)轉化(hua)作(zuo)(zuo)用，控制(zhi)其(qi)轉化(hua)途徑，可以(yi)達到減輕毒性的(de)(de)作(zuo)(zuo)用。

（三(san)）堆肥(fei)發酵工(gong)藝(yi)

堆(dui)肥實際就是廢棄物(wu)(wu)穩定(ding)化的一(yi)種形式(shi)，但它(ta)需要(yao)特(te)殊的濕(shi)度、通氣(qi)條件和(he)微(wei)生物(wu)(wu)以(yi)產生適(shi)宜(yi)的溫(wen)度。一(yi)般認為(wei)這(zhe)個(ge)溫(wen)度要(yao)高于45℃，保(bao)持這(zhe)種高溫(wen)可以(yi)使病原菌失活，并殺(sha)死(si)雜草種子(zi)。在合(he)理堆(dui)肥后殘留(liu)的有機(ji)物(wu)(wu)分解(jie)率較低、相對穩定(ding)并易于被植物(wu)(wu)吸收(shou)。堆(dui)肥后臭味可以(yi)大(da)大(da)降(jiang)低。

堆(dui)(dui)肥(fei)過程有許(xu)多(duo)不(bu)同種類的微(wei)生(sheng)物(wu)參與。由于原(yuan)料和條件(jian)的變(bian)化(hua)，各種微(wei)生(sheng)物(wu)的數量也在不(bu)斷發生(sheng)變(bian)化(hua)，所以堆(dui)(dui)肥(fei)過程中(zhong)沒有任何(he)微(wei)生(sheng)物(wu)始終(zhong)占據主導地位。每一個(ge)環境都有其特定(ding)的微(wei)生(sheng)物(wu)菌群，微(wei)生(sheng)物(wu)的多(duo)樣性使得(de)堆(dui)(dui)肥(fei)在外部條件(jian)出現變(bian)化(hua)的情況下仍可(ke)避(bi)免系統崩潰。

堆(dui)(dui)肥(fei)過(guo)程主要靠微生物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)作用進行，微生物(wu)(wu)(wu)是(shi)(shi)堆(dui)(dui)肥(fei)發酵(jiao)的(de)(de)主體。參與堆(dui)(dui)肥(fei)的(de)(de)微生物(wu)(wu)(wu)有兩個來源：一是(shi)(shi)有機廢棄物(wu)(wu)(wu)里面原(yuan)有的(de)(de)大量(liang)微生物(wu)(wu)(wu)；另一是(shi)(shi)人工(gong)加(jia)入的(de)(de)微生物(wu)(wu)(wu)接種劑。這些菌種在一定條件下(xia)對某些有機廢物(wu)(wu)(wu)具有較強(qiang)(qiang)的(de)(de)分解能力(li)，具有活性強(qiang)(qiang)、繁殖快、分解有機物(wu)(wu)(wu)迅速等(deng)特點，能加(jia)速堆(dui)(dui)肥(fei)反應(ying)的(de)(de)進程，縮短堆(dui)(dui)肥(fei)反應(ying)的(de)(de)時間(jian)。

堆(dui)肥一(yi)般分為好(hao)氧(yang)堆(dui)肥和厭(yan)(yan)氧(yang)堆(dui)肥兩種。好(hao)氧(yang)堆(dui)肥是在有(you)氧(yang)情況下的(de)有(you)機(ji)物料分解(jie)過程(cheng)，其(qi)代(dai)謝產(chan)物主要是二(er)氧(yang)化碳、水和熱；厭(yan)(yan)氧(yang)堆(dui)肥是在無(wu)氧(yang)條(tiao)件下有(you)機(ji)物料的(de)分解(jie)過程(cheng)，厭(yan)(yan)氧(yang)分解(jie).后的(de)代(dai)謝產(chan)物是甲烷、二(er)氧(yang)化碳和許(xu)多低分子量的(de)中(zhong)間產(chan)物，如有(you)機(ji)酸等。

參(can)與(yu)堆(dui)肥過程的(de)(de)(de)主(zhu)(zhu)要(yao)微(wei)生(sheng)物(wu)種(zhong)類是(shi)細菌(jun)、真(zhen)菌(jun)以及放線(xian)菌(jun)。這3種(zhong)微(wei)生(sheng)物(wu)都(dou)有中(zhong)(zhong)溫菌(jun)和高溫菌(jun)。堆(dui)肥過程中(zhong)(zhong)微(wei)生(sheng)物(wu)的(de)(de)(de)種(zhong)群(qun)隨溫度的(de)(de)(de)變(bian)化發生(sheng)如下的(de)(de)(de)交(jiao)替變(bian)化：低、中(zhong)(zhong)溫菌(jun)群(qun)為(wei)主(zhu)(zhu)轉變(bian)為(wei)中(zhong)(zhong)高溫菌(jun)群(qun)為(wei)主(zhu)(zhu)，中(zhong)(zhong)高溫菌(jun)群(qun)為(wei)主(zhu)(zhu)轉化為(wei)中(zhong)(zhong)低溫菌(jun)群(qun)。隨著堆(dui)肥時間的(de)(de)(de)延長，細菌(jun)逐漸減少，放線(xian)菌(jun)逐漸增(zeng)多，霉菌(jun)和酵母菌(jun)在堆(dui)肥的(de)(de)(de)末期顯(xian)著減少。