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堆肥原料

堆肥原料(底物)

在堆肥过程中,底物指的就是用来堆肥的废弃物。和其他生物过程相类似,底物的物理 和化学性质是堆肥过程可行性的决定因素(就过程和速度而言)。本质上是微生物可用的营 养元素及其浓度和营养元素的平衡决定了堆肥过程的可行性。底物的大部分物理性质主要和 粒子尺寸及材料水分含量有关。和化学性质有关的因素包括分子尺寸、复杂性、本质和元素 组成。

因为底物的分子结构的复杂性和本质决定了各种微生物对营养元素的可同化性,所以这 些性质是特别重要的。微生物同化一种底物的能力取决于微生物合成可以作用于复杂化合物 的酶的能力。复杂化合物在酶的作用下成为中问化合物或者是可以被该生物的新陈代谢和新 的细胞物质的合成所利用的分子。如果所有微生物都没有同化所必需的酶,那么堆肥底物会 保持最原始的状态。

因此,关于营养元素的讨论可以从这个角度来考感,废弃物应该含有所有必需的营养元 素,只有很少的化学营养物必须或者应该加人到堆肥中。


营养元素的种类和来源

微生:物的主要营养元茶是碳(C)、氮(N》、磷(P,和卸(K),微量营养元素包括销 (Co)、锰(Mp)、镁(Mg)、铜(Cu)以及一些其他的元素。所需钙(Ca)的含量处于主 要元素和微量元素之间。事实上,钙的主要作用是缓冲剂,即调节pH 值。

即使所需的营养元素在堆肥底物中大量存在,但除非是以微生物可以同化的形式存在, 它们也不可以被微生物利用(这种情况和人类营养元素中的纤维素一样,虽然人会在偶然情 况下摄人纤维素类物质,例如纸,但纤维素中的碳元素对人类没有什么营养价值)。

需要特别记住的是底物对于微生物是否可用取决于微生物是否能合成酶。微生物分泌的 一系列酶所组成的酶的泥合物,可以对新产生的废物进行破坏、降解和利用;反之,只能利 用降解产物 (中间物) 作为营养元素源。这个现象的意义在于废物的降解和堆肥化是一组各 不相同的微生物连续共同作用的结果,也可以说是在为下一组微生物做准备。

堆肥中营养元素可用性的另一个重要方面是一些有机分子非常坚固,即抵抗微生物作 用,甚至抵抗拥有特定酶的微生物。结果就是这类材料的降解速率非常慢,甚至是保持在所 需的最佳环境条件下。如之前的章节所讨论的,这种材料通常的例子是木质素(木头)和角 质素(羽毛、贝类和外骨骼)。大多数微生物不能利用纤维素中的碳,虽然这对一些真菌来 说很容易。蛋白质、多肽和氨基酸中的氮元素很容易被利用,木质素和角质素中较少的氮元 素反而很难被利用。淀粉和糖类很容易被降解,脂肪则困难一些。


碳氮比

总营养元素的平衡最重要的一点就是有机碳总量和有机氮总量之比(C/N)。大多数类型推肥的最佳起始C/N 是 25~30。

有生命的微生物在它们的生命活动中每利用1份饭就会利用 30份碳。其中20 份碳氧化 成cO。CATP),其余10份用于合成原生质。事实上,很多细南中的C/N 都是g~10。

如果碳的含量高出氮的含量过多(高的 C/N),生物活动将会诚少。在堆肥运行中,这 种现象需要很长时间降低 C/N 到合适的值 (Golueke, 1977)。在某种程度上,最适宜的C/ N决定堆肥的质量,特别是碳成分。如果化合物中的碳很难被微生物的攻击破坏,那么碳 的利用会很缓慢。这种类型的化合物主要是木质素、芳香烃和纤维茶的一些物质形态。

如果 C/N低于 20,唯一可见的不利结果是氨挥发导致的氮损失。这种情况会被高温和 pH(大约8~9)进一生增强。这种损失会发生在堆肥起始的高温阶段,特别是料堆在翻转 或者反应器在翻转时。通常情况下,静置料堆的外层材料会抑制氨从料堆中挥发。氮损失造 成的后果除了产生臭味和污染环境、降低了终产物的氮含量外,也限制了有机肥料的质量。

在一个控制得较好的堆肥过程中,C/N 是不断降低的。这是因为微生物对含碳化合物 的无机化作用,使碳以 CO,形式损失。

如果堆肥产物 C/N 过高且降解速度快,就会占用植物生长所需的氮元素。如果堆肥产 物C/N过低,氨的释放对植物的根部有毒性作用 [Zucconi 等, 1981 (a),(b)]。

堆肥中微生物活动所需的营养元素中,堆肥废物的 C/N 是最值得注意的因素。经验告 诉我们,几乎毫无例外的,如果适当控制数量和比率,典型的有机废物中存在所有的营养 元素。

同时 C/N 也是表达微生物通过新陈代谢获得能量和合成新的细胞材料的过程中使用这 两种元素的数量的西数。

一大部分碳元素都被微生物在新陈代谢活动中氧化成 CO2,剩余的碳则被转化为细胞壁或细胞膜、原生质和储能物质。氮元素则主要消耗在合成原生质。而所需要的碳元素比需要的氮元素要多得多。C/N 偏离25/1~30/1 太多就会导致降解和堆肥过程缓慢。另一方面,如果 C/N 低手这些数值,会促进氮元素作为氨挥发。这是因为氮元素多于微生物转化成有机质所需要的量,就转化成氨。高的pH 值和高温的共同作用很有可 能导致氨的挥发。

如果垃圾中的 C/N过高,可以相应地加入含氮垃圾。相反的,如果 C/N过低,可以通过加人含碳垃圾来降低。表4.1中列出了各种垃圾和残渣的氮含量和 C/N。其余的信息将在其他章节给出。

垃圾中氮元素的含量可以通过标准凯氏法测出。碳元素的含量很难得出,这是因为很难得到有代表性的样品,所需的分析仪器也很昂贵,并且需要有技能优秀的分析师。幸好我们有方法可以评估堆肥中的碳含量,这是基于新西兰研究者(Anoymous,1951)在19世纪50年代研究所得的公式,其形式如下:

含碳百分比=(100-灰分)/1.8

研究表明通过这个公式所得的结果和更精确的实验室研究结果相差 2%~10%。在小规 模的堆肥中,进行氨元素和碳元素的分析在经济方面是不合理的,通常可以假设如果绿色 (颜色)新鲜垃圾(或者食物垃圾、新鲜垃圾)和干燥的非绿色垃圾的体积比是1:4时, C/N就会接近最适比值。

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F X B R B
 
堆肥原料.txt · 最后更改: 2021/09/26 11:58 由 admin

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