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生物降解分析

堆肥制备

堆肥概述

　　一、堆肥概念及历史

　　堆肥是在人工控制的好氧条件下，在一定水分、C/N和通风条件下，通过微生物的发酵作用，将对环境有潜在危害的有机质转变为无害的有机肥料的过程。在这种过程中，有机物由不稳定状态转化为稳定的腐殖质物质。这一过程的产物称为堆肥产品。

　　堆肥化过程是地球表面生态过程中的一部分，并在不断地发挥着重要的作用，如可使地表面残留的枯枝落叶、杂草、树皮和其他半固体的有机物分解后再进一步参与到物质和能量的循环中去。

　　堆肥技术虽然是近几十年才发展起来的科学技术，但原始的堆肥方式很早就出现了，在几百年的历史进程中，农民们一直将这种办法用于制造土壤有机肥料。如将人粪尿、不能食用的烂叶子、动物粪便、废物垃圾等经堆肥化转化为肥料。我国自古以来就有成熟的积肥制肥工艺。如在《齐民要术》和《农书》等古代著作中都对粪肥的积制进行了阐述。因此，我国农民从古至今就有积肥制肥的传统，非常重视有机肥对土壤的培肥作用。

　　二、堆肥的科学道理

　　根据有机物料堆肥过程中需不需要供氧气，可以把畜禽粪便等有机物料堆肥分为好氧堆肥和厌氧堆肥。好氧堆肥是在堆肥通风通气条件下，有氧气存在时进行的堆肥过程，堆肥堆温高，一般在55～65℃，有时高达80℃，故也叫高温堆肥。后者是堆肥过程中不通风通气，没有氧气供应的一种堆肥方式。厌氧堆肥所需时间较长，且受自然条件影响较大，该工艺一般用于产沼气。

　　1、好氧堆肥（又称高温堆肥）

　　好氧堆肥是在有氧气的条件下，依靠需要氧气的微生物进行腐熟。在堆肥过程中，需氧微生物通过自身繁殖生长需要，在对畜禽粪便、厨余垃圾等有机物料进行消化，获得微生物生长繁殖动所需要的能量和营养的同时，使畜有机物料得到了腐熟。（见图2-1）

托摩根

　　图2-1 堆肥过程

　　堆肥过程一般分为三个阶段，即升温阶段、高温阶段和降温阶段。每个阶段拥有不同的细菌、放线菌、真菌和原生动物。在每个阶段，微生物利用有机物料和阶段消化物作为食物和能量的来源，直到稳定腐殖质的形成为止。在转化和利用有机物料过程中会形成大量的热量，使堆温迅速上升，达到60～70℃。一般来讲，堆肥温度在60℃以上保持3天以上，就可杀死粪便中的寄生虫（卵）、病原微生物和杂草种子，达到无害化的目的（见表2-3）。这时，腐殖质开始形成，堆肥物质进入“稳定状态”。经过高温阶段后，堆肥中的需氧量就逐渐减少。这时的温度持续下降，微生物分解有机物使堆肥完成腐熟。

　　表2-3几种常见病菌与寄生虫的死亡温度

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　　2．厌氧堆肥原理

　　厌氧堆肥是在没有氧气的条件下，通过不需要氧气的微生物（主要是厌氧菌）的分解来进行堆肥的腐熟，经历两个阶段：酸性和碱性发酵阶段。分解初期，微生物活动中的分解产物是酸性物质，在这一阶段，有机酸大量积累，pH值逐渐下降，另一群统称为甲烷细菌的微生物开始分解有机酸和醇，产物主要是甲烷和二氧化碳。随着甲烷细菌的繁殖，有机酸迅速分解，pH值迅速上升，这一阶段的分解叫碱性发酵阶段。

　　3、堆肥腐熟度及判断指标

　　腐熟度就是堆肥腐熟的程度，即堆肥中的有机质经过矿化、腐殖化过程最后达到稳定的程度。腐熟度作为衡量堆肥产品的质量指标早就被提出，它的基本含义是：通过微生物的作用，堆肥的产品要达到稳定化、无害化，不对环境产生不良影响；堆肥产品的使用不影响作物的生长和土壤耕作能力。

　　未腐熟的堆肥施入土壤后，能引起微生物的剧烈活动导致氧的缺乏，从而导致厌氧环境，还会产生大量的有害成分，这些物质会严重毒害植物的根系，影响作物的正常生长，未腐熟的堆肥散发的臭味给利用带来了很大不便。

　　多年来，国内外许多研究人员对腐熟度进行过多种研究和探讨，提出了许多评判堆肥腐熟程度的标准，下面从物理学、化学和生物学各举几个评价指标供参考。

　　⑴物理学评价指标

　　物理学指标随堆肥过程的变化比较直观，易于监测，常用以定性描述堆肥过程所处的状态，但不易定量说明堆肥的腐熟程度。

　　表2-4 堆肥腐熟度评价的物理学指标

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　　⑵化学评价指标

　　由于物理指标只能直观反映堆肥过程，所以常通过分析堆肥过程中堆料的化学成分或性质的变化以评价堆肥腐熟度。

　　表2-5 堆肥腐熟度评价的化学指标

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　　⑶生物学评价指标

　　堆料中微生物的活性变化及堆肥对植物生长的影响用以评价堆肥腐熟度，这些指标主要有呼吸作用、生物活性及种子发芽率等。

　　表2-6 堆肥腐熟度评价的生物学指标

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　　物理学指标易于监测，用以定性描述堆肥过程所处的状态；化学方法提供堆肥的基础数据，其中水溶性有机化合物的分析及C/N最为常用。生物学指标能够综合反映堆肥的实用性，一般用于判断堆肥的稳定性。其中呼吸作用是较为成熟的评估堆肥稳定性的方法。发芽指数的测定较为快速、简便，一般只用于评估堆肥的腐熟性。生物学指标测定耗时较长，工作量较大，很少单独用于判断堆肥腐熟度。正确评价腐熟度是一个复杂问题，一些评价参数的确定还存在争议。采用多种分析方法测定多个指标，然后根据这些指标综合分析堆肥的腐熟情况，将化学指标与生物学指标结合起来用以评价腐熟度是目前最为常用的方法。