高品質的有機肥需要經過多長時間的發酵？
堆肥這種古老而簡便的處理有機廢棄物(wù)和制造肥料的方法，随着研究的深入和方法的改進，其應用很受各個國家的重視，因爲它富有生(shēng)态意義，也能爲農業帶來效益。許多報道指出，用腐熟堆肥制備種子苗床能抑制土傳病害。并且在堆肥過程中(zhōng)的高溫階段過後，接踵而來的拮抗性細菌，可使菌數達到很高水平，堆肥過程中(zhōng)各有機物(wù)在微生(shēng)物(wù)作用下(xià)，達到不易分(fēn)解、穩定、作物(wù)易吸收狀态，同時微生(shēng)物(wù)作用在一(yī)定範圍内減少重金屬毒害作用。可見，堆肥是制造生(shēng)物(wù)有機肥簡便而有效的方法。
我(wǒ)國國内大(dà)多數有機肥料産品隻堆肥發酵15-20天，這樣的産品隻能達到無害化标準。而優質的有機肥料堆肥發酵過程一(yī)般需要45-60天的時間。這是因爲在堆肥前期的升溫階段以及高溫階段會殺死植物(wù)緻病病原菌、蟲卵、雜(zá)草籽等有害微生(shēng)物(wù)，但此過程中(zhōng)微生(shēng)物(wù)的主要作用是新陳代謝、繁殖，而隻産生(shēng)很少量的代謝産物(wù)，并且這些代謝産物(wù)不穩定也不易被植物(wù)吸收。到後期的降溫期，微生(shēng)物(wù)才會進行有機物(wù)的腐殖質化，并在此過程中(zhōng)産生(shēng)大(dà)量有益于植物(wù)生(shēng)長吸收的代謝産物(wù)，這個過程需要45-60天。經此過程的堆肥可以達到三個目的，一(yī)是無害化；二是腐殖質化；三是産生(shēng)大(dà)量微生(shēng)物(wù)代謝産物(wù)如各種抗生(shēng)素、蛋白(bái)類物(wù)質等。
堆肥爲什麽産生(shēng)這樣的效果呢？下(xià)面我(wǒ)們對堆肥原理進行比較詳盡的介紹。
有機肥發酵原理
堆肥過程中(zhōng)有機質的轉化
堆肥中(zhōng)的有機質在微生(shēng)物(wù)作用下(xià)進行複雜(zá)的轉化，這種轉化可歸納爲兩個過程：一(yī)個是有機質的礦質化過程，即把複雜(zá)的有機質分(fēn)解成爲簡單的物(wù)質，最後生(shēng)成二氧化碳、水和礦質養分(fēn)等；另一(yī)個是有機質的腐殖化過程，即有機質經分(fēn)解再合成，生(shēng)成更複雜(zá)的特殊有機質-腐殖質。兩個過程是同時進行的，但方向相反，在不同條件下(xià)，各自進行的強度有明顯的差别。
有機質的礦化作用
⑴不含氮有機物(wù)的分(fēn)解 多糖化合物(wù)（澱粉、纖維素、半纖維素）首先在微生(shēng)物(wù)分(fēn)泌的水解酶的作用下(xià)，水解成單糖。葡萄糖在通氣良好的條件下(xià)分(fēn)解迅速，酒精、醋酸、草酸等中(zhōng)間産物(wù)不易積累，最終形成CO2和H2O，同時放(fàng)出大(dà)量熱能。如果通氣不良，在嫌氣微生(shēng)物(wù)作用下(xià)，單糖分(fēn)解緩慢(màn)，産生(shēng)熱量少，并積累一(yī)些中(zhōng)間産物(wù)-有機酸。在極嫌氣微生(shēng)物(wù)條件下(xià)，還會生(shēng)成CH4、H2等還原态物(wù)質。
⑵含氮有機物(wù)的分(fēn)解 堆肥中(zhōng)的含氮有機物(wù)包括蛋白(bái)質、氨基酸、生(shēng)物(wù)堿、腐殖質等。除腐殖質外(wài)，大(dà)部分(fēn)容易被分(fēn)解。例如蛋白(bái)質，在微生(shēng)物(wù)分(fēn)泌的蛋白(bái)酶作用下(xià)，逐級降解，産生(shēng)各種氨基酸，再經氨化作用、硝化作用而分(fēn)别形成铵鹽、硝酸鹽，可以被植物(wù)吸收利用。
⑶含磷有機物(wù)的轉化 堆肥中(zhōng)的含磷有機化合物(wù)，在多種腐生(shēng)性微生(shēng)物(wù)的作用下(xià)，形成磷酸，成爲植物(wù)能夠吸收利用的養分(fēn)。
⑷含硫有機物(wù)的轉化 堆肥中(zhōng)含硫有機物(wù)，經微生(shēng)物(wù)的作用生(shēng)成硫化氫。硫化氫在嫌氣環境中(zhōng)易積累，對植物(wù)和微生(shēng)物(wù)會發生(shēng)毒害。但在通氣良好的條件下(xià)，硫化氫在硫細菌的作用下(xià)氧化成硫酸，并和堆肥中(zhōng)的鹽基作用形成硫酸鹽，不僅消除了硫化氫的毒害，并成爲植物(wù)能吸收的硫素養料。在通氣不良的情況下(xià)，發生(shēng)反硫化作用，使硫酸轉變爲H2S散失，并對植物(wù)産生(shēng)毒害。堆肥發酵過程中(zhōng)，可以通過定時翻倒措施改善堆肥的通氣性，就能消除反硫化作用。
⑸脂類及芳香類有機物(wù)的轉化 單甯、樹(shù)脂等結構複雜(zá)，分(fēn)解較慢(màn)，其最終産物(wù)也是CO2和水；木質素是含植物(wù)性原料（如樹(shù)皮、木屑等）堆肥中(zhōng)特别穩定的有機化合物(wù)，它結構複雜(zá)，含芳香核，并以多聚形式存在于植物(wù)組織中(zhōng)，極難分(fēn)解。在通氣良好的條件下(xià)，主要通過真菌、放(fàng)線菌的作用，緩慢(màn)地進行分(fēn)解，其芳香核可變爲醌型化合物(wù)，它是再合成腐殖質的原料之一(yī)。當然，這些物(wù)質在一(yī)定條件下(xià)，還會繼續被分(fēn)解的。
綜上所述，堆肥有機質的礦質化，可爲作物(wù)和微生(shēng)物(wù)提供速效養分(fēn)，爲微生(shēng)物(wù)活動提供能源，并爲堆肥有機質的腐殖化準備基本原料。堆肥以好氣性微生(shēng)物(wù)活動爲主時，有機質迅速礦化生(shēng)成較多的二氧化碳、水及其它養分(fēn)物(wù)質，分(fēn)解速度快而徹底，并放(fàng)出大(dà)量熱能；以嫌氣性微生(shēng)物(wù)活動爲主時，有機質的分(fēn)解速度慢(màn)，且往往不徹底，釋放(fàng)熱能少，其分(fēn)解産物(wù)除植物(wù)養分(fēn)外(wài)，尚易積累有機酸及CH4、H2S、PH3、H2等還原性物(wù)質，當其達到一(yī)定程度時，則對作物(wù)生(shēng)長不利甚至有害。因此堆肥發酵期間的翻倒也是爲了轉換微生(shēng)物(wù)活動類型，以消除有害物(wù)質。
有機質的腐殖化過程
關于腐殖質的行程過程有很多說法，概括起來大(dà)體(tǐ)可分(fēn)爲兩個階段：第一(yī)階段，有機殘體(tǐ)分(fēn)解形成組成腐殖質分(fēn)子的原始材料，如多元酚、含氮有機物(wù)（氨基酸、肽等）；第二階段，現有微生(shēng)物(wù)分(fēn)泌的多酚氧化酶将多酚氧化成醌，然後醌與氨基酸或胎縮合而形成腐殖質單體(tǐ)。由于酚、醌、氨基酸種類很多，相互縮合的方式也不盡相同，因而形成的腐殖質單體(tǐ)也多種多樣。在不同條件下(xià)，這些單體(tǐ)又(yòu)進一(yī)步縮合行程大(dà)小(xiǎo)不等的分(fēn)子。
堆肥發酵工(gōng)藝
堆肥實際就是廢棄物(wù)穩定化的一(yī)種形式，但它需要特殊的濕度、通氣條件和微生(shēng)物(wù)以産生(shēng)适宜的溫度。一(yī)般認爲這個溫度要高于45℃，保持這種高溫可以使病原菌失活，并殺死雜(zá)草種子。在合理堆肥後殘留的有機物(wù)分(fēn)解率較低、相對穩定并易于被植物(wù)吸收。堆肥後臭味可以大(dà)大(dà)降低。
堆肥過程有許多不同種類的微生(shēng)物(wù)參與。由于原料和條件的變化，各種微生(shēng)物(wù)的數量也在不斷發生(shēng)變化，所以堆肥過程中(zhōng)沒有任何微生(shēng)物(wù)始終占據主導地位。每一(yī)個環境都有其特定的微生(shēng)物(wù)菌群，微生(shēng)物(wù)的多樣性使得堆肥在外(wài)部條件出現變化的情況下(xià)仍可避免系統崩潰。
堆肥過程主要靠微生(shēng)物(wù)的作用進行，微生(shēng)物(wù)是堆肥發酵的主體(tǐ)。參與堆肥的微生(shēng)物(wù)有兩個來源：一(yī)是有機廢棄物(wù)裏面原有的大(dà)量微生(shēng)物(wù)；另一(yī)是人工(gōng)加入的微生(shēng)物(wù)接種劑。這些菌種在一(yī)定條件下(xià)對某些有機廢物(wù)具有較強的分(fēn)解能力，具有活性強、繁殖快、分(fēn)解有機物(wù)迅速等特點，能加速堆肥反應的進程，縮短堆肥反應的時間。
堆肥一(yī)般分(fēn)爲好氧堆肥和厭(yàn)氧堆肥兩種。好氧堆肥是在有氧情況下(xià)的有機物(wù)料分(fēn)解過程，其代謝産物(wù)主要是二氧化碳、水和熱；厭(yàn)氧堆肥是在無氧條件下(xià)有機物(wù)料的分(fēn)解過程，厭(yàn)氧分(fēn)解最後的代謝産物(wù)是甲烷、二氧化碳和許多低分(fēn)子量的中(zhōng)間産物(wù)，如有機酸等。
參與堆肥過程的主要微生(shēng)物(wù)種類是細菌、真菌以及放(fàng)線菌。這3種微生(shēng)物(wù)都有中(zhōng)溫菌和高溫菌。
堆肥過程中(zhōng)微生(shēng)物(wù)的種群随溫度的變化發生(shēng)如下(xià)的交替變化：低、中(zhōng)溫菌群爲主轉變爲中(zhōng)高溫菌群爲主，中(zhōng)高溫菌群爲主轉化爲中(zhōng)低溫菌群。随着堆肥時間的延長，細菌逐漸減少，放(fàng)線菌逐漸增多，黴菌和酵母菌在堆肥的末期顯着減少。
有機堆肥的發酵過程簡單可分(fēn)爲以下(xià)4個階段
⑴發熱階段 堆肥制作初期，堆肥中(zhōng)的微生(shēng)物(wù)以中(zhōng)溫、好氣性的種類爲主，最常見的是無芽孢細菌、芽孢細菌和黴菌。它們啓動堆肥的發酵過程，在好氣性條件下(xià)旺盛分(fēn)解易分(fēn)解有機物(wù)質（如簡單糖類、澱粉、蛋白(bái)質等），産生(shēng)大(dà)量的熱，不斷提高堆肥溫度，從20℃左右上升至40℃，稱爲發熱階段，或中(zhōng)溫階段。
⑵高溫階段 随着溫度的提高，好熱性的微生(shēng)物(wù)逐漸取代中(zhōng)溫性的種類而起主導作用，溫度持續上升，一(yī)般在幾天之内即達50℃以上，進入高溫階段。在高溫階段，好熱放(fàng)線菌和好熱真菌成爲主要種類。它們對堆肥中(zhōng)複雜(zá)的有機物(wù)質（如纖維素、半纖維素、果膠物(wù)質等）進行強烈分(fēn)解，熱量積累，堆肥溫度上升至60-70℃，甚至可高達80℃.随即大(dà)多數好熱性微生(shēng)物(wù)也大(dà)量死亡或進入休眠狀态（20d以上），這對加快堆肥的腐熟有很重要的作用。堆肥不當的堆肥，隻有很短的高溫期，或者根本達不到高溫，因而腐熟很慢(màn)，在半年或者更長時期内還達不到半腐熟狀态。
⑶降溫階段 當高溫階段持續一(yī)定時間後，纖維素、半纖維素、果膠物(wù)質大(dà)部分(fēn)已被分(fēn)解，剩下(xià)很難分(fēn)解的複雜(zá)成分(fēn)（如木質素）和新形成的腐殖質，微生(shēng)物(wù)的活動減弱，溫度逐漸下(xià)降。當溫度下(xià)降到40℃以下(xià)時，中(zhōng)溫性微生(shēng)物(wù)又(yòu)成爲優勢種類。
如果降溫階段來的早，表明堆制條件不夠理想，植物(wù)性物(wù)質分(fēn)解不充分(fēn)。這時可以翻堆，将堆積材料拌勻，使之産生(shēng)第二次發熱、升溫，以促進堆肥的腐熟。
⑷腐熟保肥階段 堆肥腐熟後，體(tǐ)積縮小(xiǎo)，堆溫下(xià)降至稍高于氣溫，這時應将堆肥壓緊，造成厭(yàn)氣狀态，使有機質礦化作用減弱，以利于保肥。
簡而言之，有機堆肥的發酵過程實際上就是各種微生(shēng)物(wù)新陳代謝、繁殖的過程。微生(shēng)物(wù)的新陳代謝過程即有機物(wù)分(fēn)解的過程。有機物(wù)分(fēn)解必然會産生(shēng)能量，這些能量推動了堆肥化進程，使溫度升高，同時還可幹燥濕基質。
許多堆肥用的基質攜帶人類、動植物(wù)的病原體(tǐ)，以及令人讨厭(yàn)的生(shēng)物(wù)如雜(zá)草種子。在堆肥過程中(zhōng)，通過短時間的持續升溫，可以有效地控制這些生(shēng)物(wù)的生(shēng)長。因此，高溫堆肥的一(yī)個主要優勢就是能夠使人和動植物(wù)病原體(tǐ)以及種子失活。
病原體(tǐ)以及種子失活是由于其細胞死亡，而細胞的死亡很大(dà)程度上基于酶的熱失活。在适宜的溫度下(xià)，酶的失活是可逆的，但在高溫下(xià)是不可逆的。在一(yī)個很小(xiǎo)的溫度範圍内酶的活性部分(fēn)将迅速降低。如沒有酶的作用，細胞就會失去(qù)功能，然後死亡。隻有少數幾種酶能夠經受住長時間的高溫。因此，微生(shēng)物(wù)對熱失活非常敏感。
研究表明，在一(yī)定溫度下(xià)加熱一(yī)段時間可以破壞病原體(tǐ)或者是令人讨厭(yàn)的生(shēng)物(wù)體(tǐ)。通常在60-70℃（濕熱）的溫度下(xià)，加熱5-10min。可以破壞非芽孢細菌和芽孢細菌的非休眠體(tǐ)的活性。利用加熱滅菌，在70℃條件下(xià)加熱30min可以消滅污泥中(zhōng)的病原體(tǐ)。但在較低溫度下(xià)（50-60℃），一(yī)些病原菌的滅活則可長達60d。因此堆肥過程中(zhōng)保持60℃以上溫度一(yī)段時間是必須的。
堆肥制作過程中(zhōng)，必要時應進行翻堆。一(yī)般在堆溫越過高峰開(kāi)始降溫時進行，翻堆可以使内層外(wài)層分(fēn)解溫度不同的物(wù)質重新混合均勻。如濕度不足可補加一(yī)些水，促進堆肥均勻腐熟。
堆肥過程中(zhōng)的各種生(shēng)物(wù)、微生(shēng)物(wù)的死亡、更替及物(wù)質形态轉化都是同時進行的，上述分(fēn)塊介紹是從不同角度對堆肥發酵原理進行了簡單介紹，無論是從熱力學、生(shēng)物(wù)學還是物(wù)質轉化角度，這些反應都不是幾天或十幾天這麽短時間能夠完成的，這也是爲什麽即使各種溫度、濕度、水分(fēn)、微生(shēng)物(wù)等條件都控制的很好的前提下(xià)，堆肥仍要經曆45-60天時間的原因。