(完整word版)有机肥发酵原理及技术要点

1、有机肥发酵原理及技术要点 有机肥料的生产一般都必须经过堆肥发酵过程。 堆肥是在一定条件下通过微生物 的作用，使有机物不断被降解和稳定，并产出一种适宜于土地利用的产品的过程。 堆肥这种古老而简便的处理有机废弃物和制造肥料的方法， 随着研究的深入和方法 的改进，其应用很受各个国家的重视。有许多报道指出，用腐熟堆肥制备种子苗床能抑 制土传病害；并且在堆肥过程的高温阶段过后接踵而来的拮抗性细菌， 可使菌数达到很 高水平；堆肥过程中各有机物在微生物作用下， 达到不易分解、稳定、作物易吸收状态； 同时微生物作用在一定范围内减少重金属毒害作用。可见，堆肥是制造生物有机肥的简 便而有效的方法，有益于生态农业的

2、发展。 我国国内大多数有机肥料产品只堆肥发酵 1515- -2020 天，这样的产品只能达到无害化标 准，而优质的有机肥料堆肥发酵过程一般需要 4545- -6060 天的时间。这是因为在堆肥前期的 升温阶段以及高温阶段会杀死植物致病病原菌、虫卵、杂草籽等有害微生物，但此过程 中微生物的主要作用是新陈代谢、繁殖，而只产生很少量的代谢产物，并且这些代谢产 物不稳定也不易被植物吸收。到后期的降温期，微生物才会进行有机物的腐殖质化，并 在此过程中产生大量有益于植物生长吸收的代谢产物，这个过程需要 4545- -6060 天的时间。 经此过程的堆肥可以达到三个目的：一是无害化；二是腐殖质化；三是大量微

3、生物 代谢产物（如各种抗生素、蛋白类物质等）。 有机肥发酵原理 堆肥过程中有机质的转化 堆肥中的有机质在微生物作用下进行复杂的转化，这种转化可归纳为两个过程： 一个是有机质的矿质化过程，即把复杂的有机质分解成为简单的物质， 最后生成二 氧化碳、水和矿质养分等； 另一个是有机质的腐殖化过程，即有机质经分解再合成，生成更复杂的特殊有机质 腐殖质。 这两个过程是同时进行的，但方向相反，在不同条件下，各自进行的强度有明显的 差别。 1、有机质的矿化作用 （1 1） 不含氮有机物的分解 多糖化合物（淀粉、纤维素、半纤维素）首先在微生物 分泌的水解酶的作用下，水解成单糖。葡萄糖在通气良好的条件下分解迅速，

4、酒精、醋 酸、草酸等中间产物不易积累，最终形成 CO2CO2 和 H2OH2O,同时放出大量热能。如果通气不 良，在嫌气微生物作用下，单糖分解缓慢，产生热量少，并积累一些中间产物一一有机 酸。在极嫌气微生物条件下，还会生成 CH4 H2CH4 H2 等还原态物质。 （2 2） 含氮有机物的分解 堆肥中的含氮有机物包括蛋白质、氨基酸、生物碱、腐殖 质等。除腐殖质外，大部分容易被分解，例如蛋白质，在微生物分泌的蛋白酶作用下， 逐级降解，产生各种氨基酸，再经氨化作用、硝化作用而分别形成铵盐、硝酸盐，可以 被植物吸收利用。 （3 3） 含磷有机物的转化 堆肥中的含磷有机化合物， 在多种腐生性微生物的作

5、用下， 形成磷酸，成为植物能够吸收利用的养分。 （4 4） 含硫有机物的转化 堆肥中含硫有机物，经微生物的作用生成硫化氢。硫化氢 在嫌气环境中易积累，对植物和微生物会发生毒害。但在通气良好的条件下，硫化氢在 硫细菌的作用下氧化成硫酸， 并和堆肥中的盐基作用形成硫酸盐，不仅消除了硫化氢的 毒害，还成为植物能吸收的硫素养料。在通气不良的情况下，发生反硫化作用，使硫酸 转变为 H2SH2S 散失，并对植物产生毒害。堆肥发酵过程中，可以通过定时翻倒措施改善堆 肥的通气性，就能消除反硫化作用。 （5 5） 脂类及芳香类有机物的转化 单宁、树脂等结构复杂，分解较慢，其最终产物 也是C02C02 和水；木质

6、素是含植物性原料（如树皮、木屑等）堆肥中特别稳定的有机化合 物，它结构复杂，含芳香核，并以多聚形式存在于植物组织中，极难分解。在通气良好 的条件下，主要通过真菌、放线菌的作用，缓慢地进行分解，其芳香核可变为醌型化合 物，它是再合成腐殖质的原料之一。 当然，这些物质在一定条件下， 还会继续被分解的。 综上所述，堆肥有机质的矿质化，可为作物和微生物提供速效养分，为微生物活动 提供能源，并为堆肥有机质的腐殖化准备基本原料。堆肥以好气性微生物活动为主时， 有机质迅速矿化生成较多的二氧化碳、水及其它养分物质，分解速度快而彻底，并放出 大量热能；以嫌气性微生物活动为主时，有机质的分解速度慢，且往往不彻底，

7、释放热 能少，其分解产物除植物养分外，尚易积累有机酸及 CH4 H2S PH3CH4 H2S PH3、H2H2 等还原性物 质，当其达到一定程度时，则对作物生长不利甚至有害。因此堆肥发酵期间的翻倒也是 为了转换微生物活动类型，以消除有害物质。 2、有机质的腐殖化过程 关于腐殖质的形成过程有很多种说法， 概括起来大体可分为两个阶段：第一阶段是 有机残体分解形成组成腐殖质分子的原始材料， 如多元酚、含氮有机物（氨基酸、肽等） 等；第二阶段是先由微生物分泌的多酚氧化酶将多酚氧化成醌， 然后醌与氨基酸或肽缩 合而成腐殖质单体。由于酚、醌、氨基酸种类很多，相互缩合的方式也不尽相同，因而 形成的腐殖质单体

8、也就多种多样。在不同条件下， 这些单体又进一步缩合形成大小不等 的分子。 堆肥发酵工艺 堆肥实际就是废弃物稳定化的一种形式， 但它需要特殊的湿度、通气条件和微生物 以产生适宜的温度。一般认为这个温度要高于 4545C，保持这种高温可以使病原菌失活， 并杀死杂草种子。在合理堆肥后残留的有机物分解率较低、 相对稳定并易于被植物吸收， 堆肥后臭味可以大大降低。 堆肥过程有许多不同种类的微生物参与。 由于原料和条件的变化， 各种微生物的数 量也在不断发生变化， 所以堆肥过程中没有任何微生物始终占据主导地位。 每一个环境 都有其特定的微生物菌群，微生物的多样性使得堆肥在外部条件出现变化的情况下仍可 避免

9、系统崩溃。 堆肥过程主要靠微生物的作用进行， 微生物是堆肥发酵的主体。 参与堆肥的微生物 有两个来源：一个是有机废弃物里面原有的大量微生物； 另一个是人工加入的微生物接 种剂。这些菌种在一定条件下对某些有机废弃物具有较强的分解能力，具有活性强、繁 殖快、分解有机物迅速等特点，能加速堆肥反应的进程，缩短堆肥反应的时间。 堆肥一般分为好氧堆肥和厌氧堆肥两种。 好氧堆肥是在有氧情况下的有机物料分解 过程，其代谢产物主要是二氧化碳、水和热；厌氧堆肥是在无氧条件下有机物料的分解 过程，厌氧分解最后的代谢产物是甲烷、二氧化碳和许多低分子量的中间产物，如有机 酸等。 参与堆肥过程的主要微生物种类是细菌、 真

10、菌以及放线菌，这 3 3 种微生物都有中温 菌和高温菌。 堆肥过程中微生物的种群随温度的变化发生如下的交替变化： 低、中温菌群为主转 变为中高温菌群为主，中高温菌群为主转变为中低温菌群。随着堆肥时间的延长，细菌 逐渐减少，放线菌逐渐增多，霉菌和酵母菌在堆肥的末期显著减少。 有机堆肥的发酵过程简单可分为以下 4 个阶段： （1 1 ）发热阶段 堆肥制作初期，堆肥中的微生物以中温、好气性的种类为主，最常 见的是无芽抱细菌、芽抱细菌和霉菌。它们启动堆肥的发酵过程，在好气性条件下旺盛 分解易分解有机物质（如简单糖类、淀粉、蛋白质等），产生大量的热，不断提高堆肥 温度，从 2020C左右上升至 4040

11、C，称为发热阶段，或中温阶段。 （2 2 ）高温阶段 随着温度的提高，好热性的微生物逐渐取代中温性的种类而起主导 作用，温度持续上升，一般在几天之内即达 5050C以上，进入高温阶段。在高温阶段，好 热放线菌和好热真菌成为主要种类。它们对堆肥中复杂的有机物质（如纤维素、半纤维 素、果胶物质等）进行强烈分解，热量积累，堆肥温度上升至 6060- -7070C,甚至可高达 8080C 随即大多数好热性微生物也大量死亡或进入休眠状态（ 20d20d 以上），这对加快堆肥的腐 熟有很重要的作用。堆肥不当的堆肥，只有很短的高温期，或者根本达不到高温，因而 腐熟很慢，在半年或者更长时期内还达不到半腐熟状态

12、。 （3 3 ）降温阶段 当高温阶段持续一定时间后，纤维素、半纤维素、果胶物质大部分 已被分解，剩下很难分解的复杂成分（如木质素）和新形成的腐殖质，微生物的活动减 弱，温度逐渐下降。当温度下降到 40 40 C以下时，中温性微生物又成为优势种类。如果降 温阶段来的早，表明堆制条件不够理想，植物性物质分解不充分。这时可以翻堆，将堆 积材料拌匀，使之产生第二次发热、升温，以促进堆肥的腐熟。 （4 4）腐熟保肥阶段 堆肥腐熟后，体积缩小，堆温下降至稍高于气温，这时应将堆 肥压紧，造成厌气状态，使有机质矿化作用减弱，以利于保肥。 简而言之，有机堆肥的发酵过程实际上就是各种微生物新陈代谢、繁殖的过程。微

13、 生物的新陈代谢过程即有机物分解的过程，有机物分解必然会产生能量，这些能量推动 了堆肥化进程，使温度升高，同时还可干燥湿基质。 许多堆肥用的基质携带人类、动植物的病原体，以及令人讨厌的生物如杂草种子， 在堆肥过程中，通过短时间的持续升温，可以有效地控制这些生物的生长。因此，高温 堆肥的一个主要优势就是能够使人和动植物病原体以及种子失活。 病原体以及种子失活 是由于其细胞死亡，而细胞的死亡很大程度上基于酶的热失活。在适宜的温度下，酶的 失活是可逆的，但在高温下是不可逆的。在一个很小的温度范围内酶的活性部分将迅速 降低。如没有酶的作用，细胞就会失去功能，然后死亡，只有少数几种酶能够经受住长 时间的高温。因此，微生物对热失活非常敏感。 研究表明，在一定温度下加热一段时间可以破坏病原体或者是令人讨厌的生物体。 通常在6060- -70 70 C （湿热）的温度下，加热 5 5- -10min10min。可以破坏非芽抱细菌和芽抱细菌的 非休眠体的活性。利用加热灭菌，在 7070C条件下加热 30min30min 可以消灭污泥中的病原体。 但在较低温度下（5050- -60 60 C）, 一些病原菌的灭活则可长达 60d60d。因此堆肥过程中保持 60 60 C以上温度一段时间是必须的。 堆肥制作过程中，必要时应进行翻堆。一般在堆温越过高峰开始降温时进行，翻