2.1--堆肥的基本原理

第六章堆肥基本原理第一节堆肥的基本原理及工艺流程第二节畜禽粪便高温堆肥的优越性第三节堆肥发酵的条件与调控第四节堆肥的腐熟第五节堆肥处理周期第六节堆肥原料及堆肥水分测定方法第一节堆肥原理及工艺流程堆肥原理工艺流程堆肥原理有机物无机物新鲜有机物料水分干物质堆肥7堆肥过程H2O,CO2,热微生物O2新鲜有机物有机堆肥25-70%损失好氧堆肥厌氧堆肥好氧堆肥原理水溶性有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜为微生物吸收，固体和胶体的有机物先附着在微生物体外，由微生物所分泌的胞外酶分解为溶解性物质后再渗入细胞。微生物通过自身的生命活动——氧化、还原和合成过程，把一部分有机物氧化成简单的无机物，释放出生命活动所需的能量，并把一部分有机物转化为生物体所必需的营养物质以合成新的细胞物质，于是微生物逐渐生长繁殖产生更多的生物体。一般情况下利用堆肥温度变化作为堆肥过程的评价指标。好氧堆肥低温阶段中温阶段高温阶段降温阶段产酸阶段（产酸菌）产气阶段（甲烷菌）厌氧发酵过程示意图畜禽粪尿+微生物细胞物质有机酸、醇、CO2、NH3、H2S等+微生物+能量细胞物质CO2、CH4+能量厌氧堆肥第一节堆肥原理及工艺流程堆肥原理工艺流程堆肥工艺流程及参数前处理一次发酵二次发酵前处理畜禽粪便水分含量大，如果不进行水分调节就会因通气不良而出现堆肥温度上升慢、臭气产生量大，并且搬运搅拌也不方便等。因此前处理的主要任务是进行水分含量、材料通气性和C/N比调节。同时也可以顺便除去那些较大而不适合堆肥的物质如铁丝、砖瓦、石块、塑料膜、绳索等杂质，否则会影响以后的搅拌、通气等过程。一次发酵在特定的发酵场所或装置内进行，通过搅拌和强制通风向堆肥内部通O2，促进好气微生物活动。堆肥原料、空气和土壤中存在大量的各种微生物，所以堆肥原料投入后很快就进入发酵阶段。首先微生物利用易分解性有机物进行繁殖，产生CO2和H2O，同时产生热量使堆肥升温。发酵初期有机物质的分解主要是靠中温型微生物（30~40℃），随着温度的升高，最适宜生活在45~65℃的高温菌逐渐取代了中温型微生物。在此温度下，各种病原菌、寄生虫卵、杂草种子等均可被杀灭。温度开始上升到温度开始下降的阶段为一次发酵阶段。为了提高无害化效果，这一阶段至少应保持10天以上。一般情况下，该阶段牛粪为2周，猪粪为1-2周和鸡粪为1周左右。二次发酵将经一次发酵后的堆肥送到二次发酵场地继续堆腐，使一次发酵中尚未完全分解的易分解的、较易分解的与难分解的有机物质继续分解，并将其逐渐转化为比较稳定和腐熟的堆肥。二次发酵的要求不如一次发酵条件严格，堆积高度可以在1~2米，只要有防雨、通风措施即可。在堆积过程中每周翻堆1-2次。二次发酵的时间长短视畜禽粪便种类和添加的水分调节材料性质而定，一般堆肥内部温度降至40℃以下时就表明二次发酵结束，可以进行堆肥风干和后续加工了。通常，纯畜禽粪便堆肥二次发酵一般需要2周左右的时间，添加秸秆类材料时二次发酵在3-4周左右，而添加锯末、树皮等的情况下二次发酵需要在6周以上的时间。第一节堆肥原理及工艺流程第二节畜禽粪便高温堆肥的优越性第三节堆肥发酵的条件与调控第四节堆肥的腐熟第五节堆肥处理周期第六节堆肥原料及堆肥水分的测定第二节畜禽粪便高温堆肥的优越性1.可将污染环境的畜禽粪便转变为优质有机肥2.有利于消除畜禽粪便中不利于植物生长发育的有害物质3.畜禽粪尿的堆肥化处理优于干燥处理4.快速、高效，适合大中型集约化养殖场采用畜禽粪便含水量高呈稀糊状，不方便运输和施用，且长时间自然堆放会散发出强烈的臭味和滋生蚊蝇，导致家畜和人传染病，也是当前造成农村环境污染的重要污染源。堆肥过程中，利用微生物的强烈活动将粪便中的易分解性有机物分解，不但可以消除了家畜粪便的臭味和污浊感，而且微生物活动所产生的热量可使堆肥内部产生高温，既促进了材料中水分的蒸发又可以杀死病原菌、虫卵和杂草种子，最终使具有恶臭和强烈污浊感的粪便变成了无臭和卫生的优质有机肥。将大量的新鲜畜粪直接施用于土壤，不仅会带进较多的病虫害和杂草种子，而且因新鲜畜粪在土壤中的快速分解产生大量的CO2、低级脂肪酸和一些酚酸类等有害物质、发热，从而给作物的生长发育尤其是根系的生长发育带来不良影响。畜禽粪便经堆肥化处理后，不仅消除了这些有害的物质，而且也提高了有效性养分的含量。堆肥处理是利用微生物分解有机物质过程中产生的热量，促进水分蒸发并达到无害化目的。干燥法处理是利用外部加热来达到降低水分的目的，不仅增加了处理成本，而且水分蒸发的同时还有大量的挥发性臭气被排放空气中，造成严重的空气污染。干燥处理未能消除畜粪中大量的易分解性物质等臭气源，处理过的制品返潮后因微生物的活动仍会散发大量臭气。不论从经济上还是从产品品质和环境保护上讲，畜禽粪便的堆肥化处理均优于干燥处理。减少粪便中水分含量干燥处理堆肥处理一次发酵过程中，堆肥材料的搬运、搅拌等过程均可以全部采用机械化作业，因而大大降低了工人的劳动强度；发酵过程中进行强制通气促进好氧微生物的活动以促进发酵和缩短处理时间。经过无害化处理后材料的二次发酵可以在其它地方进行，不必长期占用发酵场地，因而节约了设备投资，大大提高了畜禽粪便的处理能力。此外，由于该方式不需投资大型设备、消耗能量少，所以最适合大中型集约化养殖场采用。第一节堆肥原理及工艺流程第二节畜禽粪便高温堆肥的优越性第三节堆肥发酵的条件与调控第四节堆肥的腐熟第五节堆肥处理周期第六节堆肥原料及堆肥水分的测定第三节堆肥发酵的条件与调控一、堆肥材料的特性二、堆肥材料的水分含量三、充足的氧气供应四．堆肥过程中的微生物五、温度一、堆肥材料的特性1．畜禽粪便中营养物质的构成2．堆肥处理中畜禽粪便干物质的分解率3．堆肥材料的C/N比2．堆肥处理中畜禽粪便干物质的分解率01020304050607080901001234567891011121314堆肥时间（周）干物质残存率（%）01020304050607080901001234567891011121314堆肥时间（周）干物质残存率（%）AB01020304050607080901001234567891011121314堆肥时间（周）干物质残存率（%）CA=鸡粪+珍珠岩B=猪粪+珍珠岩C=牛粪+珍珠岩堆肥过程中有机物的分解（干物质分解率%=1-干物质残存率%）30%37%41%表2-1堆肥原料的成分表（占干物质的%）原料名水分CaOMgOKPNCC/N比畜粪类牛粪801.5-2.00.5-1.01.5-2.02.0-2.52.0-2.540-4515-20猪粪704.0-5.01.0-1.51.5-2.05.0-6.03.0-4.040-5010-15鸡粪6510-151.0-1.53.0-4.06.0-7.05.0-6.035-406-10秸秆类稻草类100.50.22.0-2.50.2-0.50.5-1.035-4050-60麦秸类100.50.22.0-2.50.1-0.30.5-1.040-4560-70稻糠类100.10.10.50.1-0.30.3-0.535-4070-80蔬菜类萝卜叶905.0-7.00.3-0.55.0-6.00.8-1.05.0-6.040-458-10葱叶803.0-4.00.5-0.75.0-6.00.8-1.03.0-4.040-4510-15包菜901.5-2.00.2-0.35.0-6.01.0-1.55.0-6.040-458-10白菜905.0-6.00.7-1.05.0-6.01.5-2.03.0-4.040-5010-15黄瓜茎706.0-8.00.5-0.77.0-101.0-1.54.0-5.040-459-12甘薯茎704.5-5.00.3-0.50.7-0.91.0-1.52.0-3.040-4510-15甜玉米茎702.5-3.00.7-1.01.5-2.01.0-1.53.5-4.040-5010-15树木类柳树叶约701.0-1.50.2-0.51.0-1.50.5-1.01.0-1.545-5030-40杉叶约600.3-0.50.2-0.50.1-0.20.1-0.21.0-1.545-5040-50松叶约601.0-1.50.2-0.50.3-0.50.1-0.20.5-1.045-5050-60柿叶约602.5-3.00.5-1.04.0-5.04.0-5.03.0-4.045-5015-20树皮约302.0-2.50.1-2.03.0-4.00.1-0.20.0-0.145-50500锯末（阔）约100.3-0.50.1-0.20.1-0.20.0-0.10.0-0.145-50500植物性食品类米糠约151.5-2.04.0-5.02.0-3.045-5020-25菜籽粕约101.5-2.02.0-3.05.5-6.545-507-10豆粕约102.0-2.51.5-2.07.0-8.045-506-8酒糟约650.10.5-1.07.0-8.045-506-8啤酒糟约750.11.5-2.04.0-5.045-508-10海带类约752.0-2.50.51.5-2.040-4520-30动物食品类鱼类约108.0-108.0-9.045-506-8肉类约102.0-2.58.0-9.045-506-8骨粉约510-126.5-7.035-406-8家畜内藏约200.5-1.00.5-1.08.0-9.045-506-8皮屑约150.20.15.0-5.545-508-10畜禽粪便中易分解性有机物含量越多，微生物活动就越旺盛。在堆肥化处理中，通常用C/N比来反映堆肥材料的营养平衡状况。由于微生物体的C/N比约为20，对于C/N比高于20的有机物质微生物分解就相对较慢。家畜粪便的C/N比一般都较低，牛粪为15~20，猪粪为10~15，鸡粪为6~10，表明畜禽粪便中的N含量较高。所以在堆肥化过程中伴随着有机物的分解都会有NH3的释放。二、堆肥材料的水分含量1．微生物与水分含量的关系2．水分含量与通气性调节3．水分调节材料的物理性状4．堆肥材料的容重1．微生物与水分含量的关系干燥状态下微生物活动较弱，一般H2O40%时微生物的繁殖就会受到抑制。因此，在堆肥化处理中微生物如果能得到充足氧气，材料的水分含量越高对微生物的活动越有利。但是，材料水分含量较高时，通气性就会变劣，好气微生物的活动就会受到抑制，不仅因出现嫌气性发酵而产生大量臭气，而且发酵速度也较慢。因此，在堆肥开始前要通过对材料的水分含量调节使材料既能保持良好的通气状态，又含有足量的水分供微生物活动需要。利用热能、太阳能等将畜禽粪便进行预干燥通过添加干燥的生物性材料如锯末、稻壳、作物秸秆等来进行调节。水分含量调节方法堆肥材料的通气性常用堆肥材料中的空隙率（气相比）作为判断指标。一般堆肥材料中空隙率30%较好。但在这一空隙率时材料的水分含量依家畜粪便种类以及用于水分调节的材料种类等不同而异。一般在堆肥化开始时的水分，①以锯末或稻糠等作为水分调节材料时，猪粪含水量在62%、牛粪在72%时为宜；②利用预干燥方式或利用风干堆肥进行水分调节的情况下，鸡粪在52%、猪粪在55%和牛粪在68%以下为宜。2．水分含量与通气性调节020406080奶牛粪肉牛粪猪粪鸡粪水分(%)空隙率为30%时不同畜粪材料中水分含量01020304050607080草炭稻草锯末稻壳花生壳珍珠岩水分(%)奶牛粪猪粪添加调节材料后空隙率为30%时混合材料中的水分含量3．水分调节材料的物理性状材料优点缺点稻草麦秸类①通气性调节效果好②比较容易分解③材料易得①受季节性限制②收集较费工③需前处理如破碎等稻壳①有一定的通气性调节效果②粉碎后吸水性高①比较难分解②粉碎需耗能锯末树皮①通气性调节效果好，有一定的吸水性①难分解②产生影响作物生长发育的有害成分③来源受限制无机材料（珍珠岩、蛭石）①通气调节效果好，有一定的吸水性；②易贮存；③不分解①价格较高风干堆肥①具有一定的通气性和吸水性②材料易得①高水分含量时效果差②影响有机肥产量