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堆肥各过程分段介绍

堆肥各过程分段介绍

自然条件下有机混合物的降解通常发生在土壤和沉积物中、土壤表面或者水体中。在大多数情况下,降解中的底物与已降解的原料或外部基质会有接触。因此,降解原料和基质之间的营养转换(例如,土壤、沉积物和水)是可能存在的,并且降解原料的分散性使得其需要一定的环境温度才可发生降解。但也有例外,例如,秋天堆积的树叶在降解过程中放出的热足以使原料温度上升。在大多数情况下,我们将各种物质收集在一起,保证其可以自行产热,这就是堆肥化过程的典型特征。化学及生化反应依赖于温度,因此许多化学、物理和生物特性在堆肥化过程中都会发生改变。

参见下图:堆肥过程中的微生物群落:温度反馈

堆肥中包含高活性高密度(10¹²细胞/克)的微生物群落。不断变化的条件(温度、PH、空气、水分、可利用底物)使得各种生物生长出现指数生长阶段和稳定期阶段。尽管微生物的生存能力很强,但问题是只有很小部分的微生物可以进行培养。因此不论何时,微生物群落在很短的时间内就会被其他物质取代。

从微生物学角度看,自然界中的降解过程可以看作是一系列连续培养,每一个都有独自的物理(例如温度)、化学(可利用底物)、生物(例如,微生物群体组织成)特性和反馈效应。这些变化使得对整个过程进行研究变得很困难,因为实验室无法模拟温度、空气、湿度等与表面体积相关的变量。但是,现在被广泛接受的理论是堆肥化可以分为四个阶段,下面我们分别对四个阶段进行介绍。

中温阶段(25~40°C)

在第一阶段(也被称作起始阶段),易降解且富含能量的物质充足,例如糖和蛋白质,逐渐被真菌放线菌细菌等降解,通常称这些微生物为初级分解者。提供机械作用(例如旋转)的有蠕虫、螨虫、节肢动物等,其他类群等作为催化剂的作用非常小。根据堆肥模型,上述动物的作用基本上可以忽略,但是在蚯蚓堆肥中却很重要。经验证,在初始底物中嗜温微生物的数量比嗜热微生物的数量多三个数量级,但初级分解者的活动却会导致温度升高。

高温阶段(35~60°C)

耐高温的有机体在这个阶段有较大的竞争优势,并逐渐在最后取代了几乎所有的中温微生物群。上一阶段中的嗜温微生物逐渐死去,并最终被嗜热微生物所利用。此时,分解作用的速度很快,并不断加速,直到温度大约达到62°C。35~55°C之间,嗜热真菌的数量达到最大值,温度的继续升高则会抑制真菌的生长。在较高的温度下,耐热和嗜热的细菌和放线菌依然很活跃。

如果不是大部分微生物在超过65°C下都遭到破坏,温度很可能会持续上升,甚至超过80°C。也有可能并不是因为微生物作用导致温度上升,而是非生物放热反应的影响,其中可能包括放线菌分泌物的耐高温酶的作用。参考下图。

嗜冷_嗜温和嗜热微生物的温度范围和它们的世代时间.jpg

在一个堆肥料堆中,并不是所有区域都会达到同一个温度,所以,需要经常翻堆,使得所有基质都可以轮换转移到最热的核心地带。从微生物学角度来看,可以将料堆分为四个温度区域(如下图)。外部区域温度是最低的,并且氧气充足;内部区域氧气不足;下部区域温度很高,氧气也很充足;上部区域是最热的,并且氧气供应相当充足。

堆肥料堆横截面.jpg

高温阶段对于无害化处理很重要。人类和植物病原体在这个阶段被消灭,野草种子和昆虫幼虫以及虫卵等也被杀死。除了高温阶段的高温因素,在这个阶段主要存在的放线菌可以产生抗生素,这对无害化处理很重要。温度超过70ºc的结果就是大部分嗜热细菌被杀死,因此当温度回落时,菌群恢复就会受到阻滞。可以通过一定的手段来进行菌群的再繁殖。

冷却阶段

当底物消耗到一定程度时,嗜热微生物的活力下降,温度也开始降低。嗜温细菌重新繁殖,它们来自受保护的微小生境中存活的孢子,或者从外部进行接种。如果初始阶段的微生物可以降解糖类低聚糖蛋白质,那么第二个中温阶段的特征是微生物开始降解淀粉和纤维素,它们几乎都是细菌真菌

腐熟阶段

在腐熟阶段,基质质量下降,经过一系列的过程后,微生物群体的组成几乎全部变化,通常是真菌数量增加,细菌数量减少,混合物不再进一步降解,形成了木质-腐殖质复合体等,并成为主要物质。(这一段对腐熟肥料的特征描述比较模糊,有时间在具体解释)

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堆肥各过程分段介绍.txt · 最后更改: 2021/12/28 17:01 由 admin

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