任何一种合格优质的有机肥料的生产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,因为它有很好的生态意义,也为农业生产带来效益.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,有益于生态农业的发展.

 

    我国国内大多数有机肥料产品只堆肥发酵15-20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45-60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45-60天.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;三是大量微生物代谢产物如各种抗生素、蛋白类物质等.堆肥为什么产生这样的效果呢?下面我们对堆肥原理进行比较详尽的介绍.

 

    1、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.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.

 

    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,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,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45℃,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:一是有机废弃物里面原有的大量微生物;另一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、真菌以及放线菌.这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,中高温菌群为主转化为中低温菌群.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着减少.

 

    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,最常见的是无芽孢细菌、芽孢细菌和霉菌.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20℃左右上升至40℃,称为发热阶段,或中温阶段.

 

    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50℃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60-70℃,甚至可高达80℃.随即大多数好热性微生物也大量死亡或进入休眠状态(20d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.

 

    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℃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、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.