任何一種合格優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料的生產(chǎn)都必須經(jīng)過堆肥發(fā)酵過程.堆肥是在一定條件下通過微生物的作用,使有機(jī)物不斷被降解和穩(wěn)定,并產(chǎn)出一種適宜于土地利用的產(chǎn)品的過程.堆肥這種古老而簡(jiǎn)便的處理有機(jī)廢棄物和制造肥料的方法,隨著研究的深入和方法的改進(jìn),其應(yīng)用很受各個(gè)國(guó)家的重視,因?yàn)樗泻芎玫纳鷳B(tài)意義,也為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來效益.有許多報(bào)道指出,用腐熟堆肥制備種子苗床能抑制土傳病害.并且在堆肥過程的高溫階段過后接踵而來的拮抗性細(xì)菌,可使菌數(shù)達(dá)到很高水平;堆肥過程中各有機(jī)物在微生物作用下,達(dá)到不易分解、穩(wěn)定、作物易吸收狀態(tài);同時(shí)微生物作用在一定范圍內(nèi)減少重金屬毒害作用.可見,堆肥是制造生物有機(jī)肥的簡(jiǎn)便而有效的方法,有益于生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展.

 

    我國(guó)國(guó)內(nèi)大多數(shù)有機(jī)肥料產(chǎn)品只堆肥發(fā)酵15-20天,這樣的產(chǎn)品只能達(dá)到無害化標(biāo)準(zhǔn).而優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料堆肥發(fā)酵過程一般需要45-60天的時(shí)間.這是因?yàn)樵诙逊是捌诘纳郎仉A段以及高溫階段會(huì)殺死植物致病病原菌、蟲卵、雜草籽等有害微生物,但此過程中微生物的主要作用是新陳代謝、繁殖,而只產(chǎn)生很少量的代謝產(chǎn)物,并且這些代謝產(chǎn)物不穩(wěn)定也不易被植物吸收.到后期的降溫期,微生物才會(huì)進(jìn)行有機(jī)物的腐殖質(zhì)化,并在此過程中產(chǎn)生大量有益于植物生長(zhǎng)吸收的代謝產(chǎn)物,這個(gè)過程需要45-60天.經(jīng)此過程的堆肥可以達(dá)到三個(gè)目的,一是無害化;二是腐殖質(zhì)化;三是大量微生物代謝產(chǎn)物如各種抗生素、蛋白類物質(zhì)等.堆肥為什么產(chǎn)生這樣的效果呢?下面我們對(duì)堆肥原理進(jìn)行比較詳盡的介紹.

 

    1、堆肥過程中有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化

 

    堆肥中的有機(jī)質(zhì)在微生物作用下進(jìn)行復(fù)雜的轉(zhuǎn)化,這種轉(zhuǎn)化可歸納為兩個(gè)過程:一個(gè)是有機(jī)質(zhì)的礦質(zhì)化過程,即把復(fù)雜的有機(jī)質(zhì)分解成為簡(jiǎn)單的物質(zhì),最后生成二氧化碳、水和礦質(zhì)養(yǎng)分等;另一個(gè)是有機(jī)質(zhì)的腐殖化過程,即有機(jī)質(zhì)經(jīng)分解再合成,生成更復(fù)雜的特殊有機(jī)質(zhì)-腐殖質(zhì).兩個(gè)過程是同時(shí)進(jìn)行的,但方向相反,在不同條件下,各自進(jìn)行的強(qiáng)度有明顯的差別.

 

    2、有機(jī)質(zhì)的腐殖化過程

 

    關(guān)于腐殖質(zhì)的形成過程有很多種說法,概括起來大體可分為兩個(gè)階段:第一階段,有機(jī)殘?bào)w分解形成組成腐殖質(zhì)分子的原始材料,如多元酚、含氮有機(jī)物(氨基酸、肽等)等;第二階段,先由微生物分泌的多酚氧化酶將多酚氧化成醌,然后醌與氨基酸或肽縮合而成腐殖質(zhì)單體.由于酚、醌、氨基酸種類很多,相互縮合的方式也不盡相同,因而形成的腐殖質(zhì)單體也就多種多樣.在不同條件下,這些單體又進(jìn)一步縮合形成大小不等的分子.

 

 

    堆肥實(shí)際就是廢棄物穩(wěn)定化的一種形式,但它需要特殊的濕度、通氣條件和微生物以產(chǎn)生適宜的溫度.一般認(rèn)為這個(gè)溫度要高于45℃,保持這種高溫可以使病原菌失活,并殺死雜草種子.在合理堆肥后殘留的有機(jī)物分解率較低、相對(duì)穩(wěn)定并易于被植物吸收.堆肥后臭味可以大大降低.堆肥過程有許多不同種類的微生物參與.由于原料和條件的變化,各種微生物的數(shù)量也在不斷發(fā)生變化,所以堆肥過程中沒有任何微生物始終占據(jù)主導(dǎo)地位.每一個(gè)環(huán)境都有其特定的微生物菌群,微生物的多樣性使得堆肥在外部條件出現(xiàn)變化的情況下仍可避免系統(tǒng)崩潰.

 

    堆肥過程主要靠微生物的作用進(jìn)行,微生物是堆肥發(fā)酵的主體.參與堆肥的微生物有兩個(gè)來源:一是有機(jī)廢棄物里面原有的大量微生物;另一是人工加入的微生物接種劑.這些菌種在一定條件下對(duì)某些有機(jī)廢物具有較強(qiáng)的分解能力,具有活性強(qiáng)、繁殖快、分解有機(jī)物迅速等特點(diǎn),能加速堆肥反應(yīng)的進(jìn)程,縮短堆肥反應(yīng)的時(shí)間.

 

    堆肥一般分為好氧堆肥和厭氧堆肥兩種.好氧堆肥是在有氧情況下的有機(jī)物料分解過程,其代謝產(chǎn)物主要是二氧化碳、水和熱;厭氧堆肥是在無氧條件下有機(jī)物料的分解過程,厭氧分解最后的代謝產(chǎn)物是甲烷、二氧化碳和許多低分子量的中間產(chǎn)物,如有機(jī)酸等.參與堆肥過程的主要微生物種類是細(xì)菌、真菌以及放線菌.這3種微生物都有中溫菌和高溫菌.堆肥過程中微生物的種群隨溫度的變化發(fā)生如下的交替變化:低、中溫菌群為主轉(zhuǎn)變?yōu)橹懈邷鼐簽橹?中高溫菌群為主轉(zhuǎn)化為中低溫菌群.隨著堆肥時(shí)間的延長(zhǎng),細(xì)菌逐漸減少,放線菌逐漸增多,霉菌和酵母菌在堆肥的末期顯著減少.

 

    1、發(fā)熱階段 堆肥制作初期,堆肥中的微生物以中溫、好氣性的種類為主,最常見的是無芽孢細(xì)菌、芽孢細(xì)菌和霉菌.它們啟動(dòng)堆肥的發(fā)酵過程,在好氣性條件下旺盛分解易分解有機(jī)物質(zhì)(如簡(jiǎn)單糖類、淀粉、蛋白質(zhì)等),產(chǎn)生大量的熱,不斷提高堆肥溫度,從20℃左右上升至40℃,稱為發(fā)熱階段,或中溫階段.

 

    2、高溫階段 隨著溫度的提高,好熱性的微生物逐漸取代中溫性的種類而起主導(dǎo)作用,溫度持續(xù)上升,一般在幾天之內(nèi)即達(dá)50℃以上,進(jìn)入高溫階段.在高溫階段,好熱放線菌和好熱真菌成為主要種類.它們對(duì)堆肥中復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)(如纖維素、半纖維素、果膠物質(zhì)等)進(jìn)行強(qiáng)烈分解,熱量積累,堆肥溫度上升至60-70℃,甚至可高達(dá)80℃.隨即大多數(shù)好熱性微生物也大量死亡或進(jìn)入休眠狀態(tài)(20d以上),這對(duì)加快堆肥的腐熟有很重要的作用.堆肥不當(dāng)?shù)亩逊?只有很短的高溫期,或者根本達(dá)不到高溫,因而腐熟很慢,在半年或者更長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)還達(dá)不到半腐熟狀態(tài).

 

    3、降溫階段 當(dāng)高溫階段持續(xù)一定時(shí)間后,纖維素、半纖維素、果膠物質(zhì)大部分已被分解,剩下很難分解的復(fù)雜成分(如木質(zhì)素)和新形成的腐殖質(zhì),微生物的活動(dòng)減弱,溫度逐漸下降.當(dāng)溫度下降到40℃以下時(shí),中溫性微生物又成為優(yōu)勢(shì)種類.如果降溫階段來的早,表明堆制條件不夠理想,植物性物質(zhì)分解不充分.這時(shí)可以翻堆,將堆積材料拌勻,使之產(chǎn)生第二次發(fā)熱、升溫,以促進(jìn)堆肥的腐熟.

 

    4、腐熟保肥階段 堆肥腐熟后,體積縮小,堆溫下降至稍高于氣溫,這時(shí)應(yīng)將堆肥壓緊,造成厭氣狀態(tài),使有機(jī)質(zhì)礦化作用減弱,以利于保肥.簡(jiǎn)而言之,有機(jī)堆肥的發(fā)酵過程實(shí)際上就是各種微生物新陳代謝、繁殖的過程.微生物的新陳代謝過程即有機(jī)物分解的過程.有機(jī)物分解必然會(huì)產(chǎn)生能量,這些能量推動(dòng)了堆肥化進(jìn)程,使溫度升高,同時(shí)還可干燥濕基質(zhì).許多堆肥用的基質(zhì)攜帶人類、動(dòng)植物的病原體,以及令人討厭的生物如雜草種子.在堆肥過程中,通過短時(shí)間的持續(xù)升溫,可以有效地控制這些生物的生長(zhǎng).

 

    因此,高溫堆肥的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)就是能夠使人和動(dòng)植物病原體以及種子失活.病原體以及種子失活是由于其細(xì)胞死亡,而細(xì)胞的死亡很大程度上基于酶的熱失活.在適宜的溫度下,酶的失活是可逆的,但在高溫下是不可逆的.在一個(gè)很小的溫度范圍內(nèi)酶的活性部分將迅速降低.如沒有酶的作用,細(xì)胞就會(huì)失去功能,然后死亡.只有少數(shù)幾種酶能夠經(jīng)受住長(zhǎng)時(shí)間的高溫.因此,微生物對(duì)熱失活非常敏感.