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有機肥發酵原理

發布時間: 2023-05-19    作者:admin
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一、概述

任何一(yi)種合格優質的有(you)機(ji)(ji)肥(fei)(fei)料的生(sheng)產(chan),都必須經過堆肥(fei)(fei)發酵過程。堆肥(fei)(fei)是在一(yi)定(ding)條件下,通過微生(sheng)物的作用(yong),使(shi)有(you)機(ji)(ji)物不斷被(bei)降解和穩定(ding),并產(chan)出一(yi)種適宜(yi)于土地利用(yong)的產(chan)品的過程。

堆(dui)肥這種古老而簡便的處(chu)理(li)有(you)(you)(you)機廢棄物(wu)和制造肥料的方(fang)法,隨著(zhu)研究(jiu)深入和方(fang)法的改(gai)進,其應用(yong)很受各個國家的重視,因為它有(you)(you)(you)很好的生(sheng)態意義(yi),也(ye)為農業生(sheng)產帶來(lai)效益。有(you)(you)(you)許多報道指(zhi)出,用(yong)腐熟(shu)堆(dui)肥制備種子苗床,能抑制土傳病害(hai),并且在(zai)堆(dui)肥過程(cheng)的高溫階段(duan)過后,接(jie)踵而來(lai)的結抗性細(xi)菌(jun),可(ke)(ke)使菌(jun)數達(da)到(dao)很高水(shui)平;堆(dui)肥過程(cheng)中(zhong),各種有(you)(you)(you)機物(wu)在(zai)微生(sheng)物(wu)作(zuo)用(yong)下,達(da)到(dao)不易(yi)分解(jie)、穩定、作(zuo)物(wu)易(yi)吸收狀(zhuang)態;同時,微生(sheng)物(wu)作(zuo)用(yong)在(zai)一定范圍內減少重金屬毒害(hai)作(zuo)用(yong)。可(ke)(ke)見(jian),堆(dui)肥是制造生(sheng)物(wu)有(you)(you)(you)機肥的簡單而有(you)(you)(you)效的方(fang)法,有(you)(you)(you)益于生(sheng)態農業的發展。

堆肥為什么產生這樣(yang)的效果呢?下(xia)面(mian)我們對堆肥原理進行(xing)比較詳盡(jin)的介紹。

一、有機肥發(fa)酵原理

(一)、堆(dui)肥過程(cheng)中有機質(zhi)的轉(zhuan)化(hua)

堆肥中(zhong)的(de)有(you)機質(zhi)在微生物(wu)(wu)作(zuo)用下(xia),進(jin)行(xing)復雜的(de)轉化(hua)。這種(zhong)轉化(hua)可歸納為(wei)兩個(ge)過(guo)程(cheng):一個(ge)是(shi)有(you)機質(zhi)的(de)礦質(zhi)化(hua)過(guo)程(cheng),即(ji)把復雜的(de)有(you)機質(zhi)分解(jie)(jie)成為(wei)簡單的(de)物(wu)(wu)質(zhi),.后生成二氧化(hua)碳(tan)、水和礦物(wu)(wu)質(zhi)養分等;另(ling)一個(ge)是(shi)有(you)機質(zhi)的(de)腐殖(zhi)化(hua)過(guo)程(cheng),即(ji)有(you)機質(zhi)經(jing)分解(jie)(jie)再合成,生成更復雜的(de)特殊(shu)有(you)機質(zhi)-腐殖(zhi)質(zhi)。兩個(ge)過(guo)程(cheng)是(shi)同(tong)時進(jin)行(xing)的(de),但(dan)方向相(xiang)反,在不同(tong)條(tiao)件下(xia),各自進(jin)行(xing)的(de)強度(du)有(you)明顯的(de)差別(bie)。

1、有機質的礦化作用

(1)不含氮(dan)有機(ji)物(wu)分解:

多糖(tang)化合物(淀粉、纖維素、半纖維素)首先(xian)在微生物分(fen)泌的(de)(de)水(shui)解酶的(de)(de)作用下(xia),水(shui)解成(cheng)(cheng)單(dan)糖(tang)。葡(pu)萄糖(tang)在通氣(qi)良好的(de)(de)條件(jian)下(xia)分(fen)解迅速,酒精、醋酸、草酸等(deng)中間產物不易積(ji)累,.終(zhong)形成(cheng)(cheng)CO2和H2O,同時放出(chu)大量熱能。如果(guo)通氣(qi)不良,在嫌氣(qi)微生物作用下(xia),單(dan)糖(tang)分(fen)解緩(huan)慢(man),產生熱量少,并積(ji)累一些中間產物-有機酸。在極嫌氣(qi)微生物條件(jian)下(xia),還會生成(cheng)(cheng)CH4、H2等(deng)還原態(tai)物質。

(2)含(han)氮有機物的分(fen)解

堆肥中的(de)含(han)氮有機物,包括蛋(dan)(dan)白質(zhi)、氨(an)基酸(suan)、生(sheng)物堿(jian)、腐(fu)殖質(zhi)等。除腐(fu)殖質(zhi)外,大部(bu)分(fen)(fen)容易被(bei)分(fen)(fen)解(jie)。例如蛋(dan)(dan)白質(zhi)、在(zai)微生(sheng)物分(fen)(fen)泌的(de)蛋(dan)(dan)白酶作(zuo)用下,逐級降解(jie),產生(sheng)各種氨(an)基酸(suan),再經氨(an)化作(zuo)用、硝(xiao)化作(zuo)用而分(fen)(fen)別形成氨(an)鹽(yan)、硝(xiao)酸(suan)鹽(yan),可以(yi)被(bei)作(zuo)物吸收利用。

(3)含磷有機物的(de)轉化

堆肥中的含磷(lin)有機化合物(wu),在(zai)多種腐生(sheng)(sheng)性微生(sheng)(sheng)物(wu)作(zuo)用下,形成磷(lin)酸,成為(wei)作(zuo)物(wu)能夠吸收利用的養分。

(4)含硫有機物的轉(zhuan)化(hua)

堆(dui)肥中(zhong)含硫(liu)(liu)(liu)有(you)機(ji)物,經微(wei)生(sheng)物的(de)作(zuo)用,生(sheng)成硫(liu)(liu)(liu)化氫(qing)。硫(liu)(liu)(liu)化氫(qing)在(zai)嫌氣(qi)環境中(zhong)易(yi)積累,對植(zhi)物和微(wei)生(sheng)物會發生(sheng)毒害(hai)(hai)。但(dan)在(zai)通(tong)氣(qi)良好的(de)條件下,硫(liu)(liu)(liu)化氫(qing)在(zai)硫(liu)(liu)(liu)細(xi)菌的(de)作(zuo)用下氧(yang)化成硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan),并與(yu)堆(dui)肥中(zhong)的(de)鹽基作(zuo)用,形成硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)鹽,不(bu)僅消(xiao)除(chu)(chu)了硫(liu)(liu)(liu)化氫(qing)的(de)毒害(hai)(hai),并成為(wei)植(zhi)物易(yi)吸(xi)收的(de)硫(liu)(liu)(liu)素養料(liao)。在(zai)通(tong)氣(qi)不(bu)良的(de)情況下,發生(sheng)反(fan)硫(liu)(liu)(liu)化作(zuo)用,使硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)轉變(bian)為(wei)H2S散失(shi),并對植(zhi)物產生(sheng)毒害(hai)(hai)。堆(dui)肥發酵(jiao)過程中(zhong),可以通(tong)過定時翻倒措施,改善堆(dui)肥的(de)通(tong)氣(qi)性,就能消(xiao)除(chu)(chu)反(fan)硫(liu)(liu)(liu)化作(zuo)用。

(5)脂類及芳香類有(you)機物(wu)的轉化

單寧(ning)、樹(shu)脂等結構(gou)復(fu)雜、分解(jie)較慢,其.終產物(wu)也是(shi)CO2和水;木質素是(shi)含植(zhi)物(wu)性原料(liao)(如(ru)樹(shu)皮(pi)、木莦等)堆肥中特別(bie)穩定的(de)有(you)機(ji)化合(he)物(wu),它結構(gou)復(fu)雜,含芳香(xiang)核,并(bing)以多聚形式存在(zai)植(zhi)物(wu)組織中,極難分解(jie)。在(zai)通氣(qi)良(liang)好(hao)的(de)條(tiao)件下,主(zhu)要通過真菌、放線菌的(de)作用,緩慢地進行分解(jie),其芳香(xiang)核可變為(wei)醌型(xing)化合(he)物(wu),它是(shi)再合(he)成(cheng)腐(fu)殖(zhi)質的(de)原料(liao)之(zhi)一。當然,這(zhe)些物(wu)質在(zai)一定條(tiao)件下,還會繼續被分解(jie)的(de)。

綜上所述,堆(dui)(dui)肥(fei)有(you)機質(zhi)的礦質(zhi)化,可(ke)為(wei)植(zhi)(zhi)物(wu)(wu)(wu)和(he)微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)提(ti)供(gong)速效(xiao)養(yang)(yang)分(fen)(fen),為(wei)微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)活動提(ti)供(gong)能源,并為(wei)堆(dui)(dui)肥(fei)有(you)機質(zhi)的腐殖化準備基本原(yuan)料。堆(dui)(dui)肥(fei)以好氣性微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)活動為(wei)主時(shi),有(you)機質(zhi)迅速礦化,生(sheng)(sheng)(sheng)成較多(duo)的二氧化碳(tan)、水及其它養(yang)(yang)分(fen)(fen)物(wu)(wu)(wu)質(zhi),分(fen)(fen)解(jie)速度(du)快而徹底,并放出大量熱能;以嫌氣性微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)活動為(wei)主時(shi),有(you)機質(zhi)分(fen)(fen)解(jie)速度(du)慢,且往往不徹底,釋放熱能少(shao),其分(fen)(fen)解(jie)產物(wu)(wu)(wu)除植(zhi)(zhi)物(wu)(wu)(wu)養(yang)(yang)分(fen)(fen)外(wai),尚易(yi)積累(lei)有(you)機酸及CH4、H2S、PH3、H2等(deng)還(huan)原(yuan)性物(wu)(wu)(wu)質(zhi),當其達到一定程度(du)時(shi),則對作物(wu)(wu)(wu)生(sheng)(sheng)(sheng)長不利,甚至有(you)害。因此,堆(dui)(dui)肥(fei)發酵期間的翻(fan)倒也是為(wei)了(le)轉換微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)活動類(lei)型,以消除有(you)害物(wu)(wu)(wu)質(zhi)。

2、有(you)機質的(de)腐殖化過(guo)程

關于(yu)腐殖質的(de)形成過(guo)程(cheng)有很(hen)多種說法,概(gai)括起來,大體可分(fen)為兩個階段:

..階段,有機殘(can)體(ti)分解形成腐殖質分子的原(yuan)始材料,如多(duo)元(yuan)酚、含氮(dan)有機物(氨基酸、肽等);

第二階段(duan):先由(you)微生物分泌(mi)的(de)多酚氧化物將(jiang)多酚氧化成醌,然后醌與氨基酸或肽縮合(he)而成腐(fu)殖(zhi)質單體(ti)(ti)。由(you)于(yu)酚、醌、氨基酸種(zhong)類多,相互縮合(he)的(de)方(fang)式也(ye)不(bu)盡相同,因而形成的(de)腐(fu)殖(zhi)質單體(ti)(ti)也(ye)就多種(zhong)多樣。在不(bu)同條件(jian)下,這些單體(ti)(ti)又進一步縮合(he)形成大小(xiao)不(bu)等的(de)分子。

(二)堆肥過程中(zhong)重金屬(shu)的轉化

城(cheng)市污泥(ni)中(zhong)(zhong)(zhong)含(han)有豐富的作物(wu)生(sheng)(sheng)長所需要的各種養(yang)分及(ji)有機質,是堆肥發(fa)酵.佳原材料(liao)之一。但(dan)(dan)城(cheng)市污泥(ni)中(zhong)(zhong)(zhong),往(wang)往(wang)含(han)有重(zhong)(zhong)(zhong)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu),這些重(zhong)(zhong)(zhong)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)一般(ban)指汞(gong)、鉻、鉛、砷等。微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)特別是細菌、真菌在重(zhong)(zhong)(zhong)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)的生(sheng)(sheng)物(wu)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)中(zhong)(zhong)(zhong)起(qi)重(zhong)(zhong)(zhong)要作用(yong)(yong)。雖(sui)然(ran)有些微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)可(ke)以改變重(zhong)(zhong)(zhong)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)在環境(jing)(jing)中(zhong)(zhong)(zhong)的存在狀態,使化(hua)(hua)(hua)學物(wu)毒性增強而引起(qi)嚴重(zhong)(zhong)(zhong)的環境(jing)(jing)問題或(huo)濃縮重(zhong)(zhong)(zhong)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu),并(bing)通過食物(wu)鏈積(ji)累(lei)。但(dan)(dan)也有些微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)可(ke)以通過直接或(huo)間接的作用(yong)(yong),去除環境(jing)(jing)中(zhong)(zhong)(zhong)重(zhong)(zhong)(zhong)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu),有助于改善環境(jing)(jing)。如.早受到(dao)關注(zhu)的造成環境(jing)(jing)污染的重(zhong)(zhong)(zhong)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)汞(gong)。微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)汞(gong),包括三方面,無機汞(gong)(Hg2)的甲基化(hua)(hua)(hua)、無機汞(gong)(Hg2)還(huan)原成(Hg0),甲基汞(gong)和其他(ta)有機汞(gong)化(hua)(hua)(hua)合物(wu)的裂解并(bing)還(huan)原成Hg0。這些能將無機汞(gong)和有機汞(gong)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)為單質汞(gong)的微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu),稱為抗汞(gong)微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)。微(wei)(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)雖(sui)然(ran)不能降解重(zhong)(zhong)(zhong)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu),但(dan)(dan)通過對重(zhong)(zhong)(zhong)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)的轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)作用(yong)(yong),控制其轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)途徑(jing),可(ke)以達到(dao)減輕毒性作用(yong)(yong)。

(三)堆肥發酵工(gong)藝(yi)

堆肥實際就(jiu)是廢(fei)棄物穩定(ding)化的一種形式,但它需要(yao)特殊的濕度、通氣條件和(he)微生物以(yi)(yi)產生適宜(yi)的溫度。一般認為這個(ge)溫度要(yao)高于45℃,保持(chi)這種高溫可以(yi)(yi)使病原菌失(shi)活(huo),并(bing)殺(sha)死(si)雜草種子(zi)。在合理堆肥后,殘留的有(you)機(ji)物分解率較(jiao)低(di)、相(xiang)對穩定(ding)并(bing)易(yi)于被植物吸收。堆肥后,臭(chou)味可以(yi)(yi)大大降(jiang)低(di)。

堆(dui)肥(fei)過程有許多(duo)不(bu)同(tong)種(zhong)類的(de)(de)微(wei)生物(wu)(wu)(wu)(wu)參與。由于原料(liao)和條件的(de)(de)變(bian)化,各種(zhong)微(wei)生物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)數量也在不(bu)斷發生變(bian)化,所以堆(dui)肥(fei)過程中沒有任(ren)何微(wei)生物(wu)(wu)(wu)(wu)始終占據主導(dao)地位(wei)。每一個(ge)環境都有其特定的(de)(de)微(wei)生物(wu)(wu)(wu)(wu)菌(jun)群,微(wei)生物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)多(duo)樣性使得堆(dui)肥(fei)在外部條件出現變(bian)化的(de)(de)情況下仍可避免系統崩(beng)潰(kui)。

堆(dui)肥過程(cheng)主要靠微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)的(de)(de)作(zuo)用(yong)進行(xing),微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)是(shi)堆(dui)肥發酵的(de)(de)主體。參(can)與堆(dui)肥的(de)(de)微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)有(you)兩個來(lai)源,一是(shi)有(you)機(ji)廢(fei)棄(qi)物(wu)(wu)里面原有(you)的(de)(de)大量(liang)微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu);另一是(shi)人(ren)工加入的(de)(de)微(wei)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)接種劑(ji)。這些菌種在一定條件下對(dui)某些有(you)機(ji)廢(fei)棄(qi)物(wu)(wu)具有(you)較強的(de)(de)分解能(neng)力,具有(you)活性(xing)強、繁殖快、分解有(you)機(ji)物(wu)(wu)迅(xun)速(su)等特點,能(neng)加速(su)堆(dui)肥反應的(de)(de)進程(cheng),縮(suo)短堆(dui)肥反應的(de)(de)時間。

堆肥一般分為好(hao)氧(yang)堆肥和厭氧(yang)堆肥兩種。

好氧(yang)(yang)堆肥是在有氧(yang)(yang)情況下的有機物料(liao)分解(jie)過(guo)程,其代謝產(chan)物主要(yao)是二氧(yang)(yang)化碳、水和熱;

厭氧(yang)(yang)堆肥是在無氧(yang)(yang)條件下有(you)機(ji)物(wu)料的分解過程。厭氧(yang)(yang)分解.后(hou)的代謝產物(wu)是甲烷、二氧(yang)(yang)化碳和許多低分子量(liang)的中間產物(wu)。如有(you)機(ji)酸等。

參與堆肥過(guo)程的主要微生(sheng)物(wu)種類是細菌(jun)(jun)、真菌(jun)(jun)以及放線菌(jun)(jun)。這(zhe)三種微生(sheng)物(wu)都(dou)有中(zhong)溫菌(jun)(jun)和高溫菌(jun)(jun)。

堆(dui)肥過程中,微(wei)生物的(de)種群(qun)(qun)隨溫(wen)度(du)的(de)變化(hua)發生如下的(de)交替(ti)變化(hua):低、中溫(wen)菌(jun)群(qun)(qun)為(wei)(wei)主轉(zhuan)變為(wei)(wei)中高溫(wen)菌(jun)群(qun)(qun)為(wei)(wei)主,中高溫(wen)群(qun)(qun)為(wei)(wei)主轉(zhuan)化(hua)為(wei)(wei)中低溫(wen)菌(jun)群(qun)(qun)。隨著堆(dui)肥時間的(de)延長,細菌(jun)逐漸減(jian)少(shao),放線菌(jun)逐漸增多(duo),霉菌(jun)和酵母菌(jun)在堆(dui)肥末期顯(xian)著減(jian)少(shao)。

有機堆肥的(de)發酵過程簡(jian)單可分(fen)為以下(xia)四個(ge)階段:

1)、發熱階段

堆(dui)(dui)肥(fei)制作初(chu)期(qi),堆(dui)(dui)肥(fei)中(zhong)的(de)(de)微生物(wu)以中(zhong)溫、好(hao)氣性的(de)(de)種類為主(zhu),.常見的(de)(de)是無芽孢細菌。芽孢細菌和霉菌。它(ta)們(men)啟動堆(dui)(dui)肥(fei)的(de)(de)發酵過程(cheng),在好(hao)氣性條件下,旺盛分(fen)解易分(fen)解的(de)(de)有(you)機物(wu)質(如簡單(dan)糖類、淀粉、蛋白質等)。產生大量(liang)的(de)(de)熱,不斷提高堆(dui)(dui)肥(fei)溫度,從20℃左右上(shang)升到(dao)40℃,稱為發熱階段或中(zhong)溫階段。

2)、高(gao)溫(wen)階段

隨著溫(wen)度的提高(gao)(gao),好(hao)熱(re)性(xing)的微生(sheng)物逐漸取代中溫(wen)性(xing)的種類(lei)而起主導作(zuo)用。溫(wen)度持(chi)續(xu)上升,一般在(zai)幾(ji)天(tian)內即達到50℃以上,進入高(gao)(gao)溫(wen)階段。在(zai)高(gao)(gao)溫(wen)階段,好(hao)熱(re)放線菌(jun)和好(hao)熱(re)真菌(jun)成(cheng)為(wei)主要種類(lei)。它(ta)們(men)在(zai)堆肥(fei)中復雜的有機物質(如(ru)纖(xian)維(wei)素、半(ban)纖(xian)維(wei)素、果膠物質等)進行強烈分(fen)解,熱(re)量積累,堆肥(fei)溫(wen)度上升至(zhi)60℃,這對加快堆肥(fei)的腐熟(shu)有很(hen)重要的作(zuo)用。堆肥(fei)不當的堆肥(fei),只有很(hen)短的高(gao)(gao)溫(wen)期(qi),或者根本達不到高(gao)(gao)溫(wen),因而腐熟(shu)很(hen)慢,在(zai)半(ban)年或者更長時期(qi)內還達不到半(ban)腐熟(shu)狀態。

3)降溫階段

當高溫(wen)階段持續一定時間后,纖(xian)(xian)維素、半(ban)纖(xian)(xian)維素、果膠物質大部分已被分解,剩下(xia)很難(nan)分解的復(fu)雜成分(如木質素)和新(xin)形成的腐殖(zhi)質,微生(sheng)物的活動減弱,溫(wen)度逐漸下(xia)降。當溫(wen)度下(xia)降到40℃時,中(zhong)溫(wen)性(xing)微生(sheng)物又成為優勢種類(lei)。

如(ru)果降溫階段(duan)來的早,表(biao)明堆(dui)制條件不夠理想。植(zhi)物性物質分(fen)解不充分(fen)。這時可以翻(fan)堆(dui),將堆(dui)積(ji)的材料拌勻,使之(zhi)產(chan)生(sheng)第二次(ci)發熱、升溫,以促進堆(dui)肥的腐(fu)熱。

4)腐熟(shu)保肥階段(duan)

堆肥(fei)腐熟后,體(ti)積縮(suo)小(xiao),堆溫下降至稍(shao)高于氣溫,這時應將堆肥(fei)壓緊(jin),造(zao)成厭氧狀態,使有機(ji)質礦化(hua)作用縮(suo)減,以利于保肥(fei)。

簡而言(yan)之,有機(ji)(ji)堆肥(fei)的(de)發(fa)酵過程實際上(shang)就是各種微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)新陳(chen)代(dai)謝、繁殖的(de)過程。微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)的(de)新陳(chen)代(dai)謝過程即有機(ji)(ji)物(wu)(wu)分(fen)解(jie)的(de)過程。有機(ji)(ji)物(wu)(wu)的(de)分(fen)解(jie)必然會產生(sheng)能量(liang),這(zhe)些能量(liang)推動了堆肥(fei)化進程,使溫度(du)升(sheng)高、同時還(huan)可以干燥濕基質。