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堆肥

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德國農村地區的一個社區級堆肥廠

堆肥是被分解和回收的有機物質成為肥料和土壤調理劑（英語：Soil conditioner）的過程。堆肥是有機農業的關鍵成分。經過堆肥處理的物質在中國常以腐熟稱呼，但此詞亦可指堆肥之外其他的微生物處理過程完成的結果。

在最簡單的層面上，堆肥是將濕有機物經過產熱、好氧的分解過程轉換成腐殖質的過程，需要數周到數月完成。有機質必須碳氮比正確，一般分為富氮的綠色廢物（英語：Green waste）（葉子、廚餘）和富碳的棕色廢物（英語：brown waste）進行配比。現代專業的堆肥是一個多步驟，密切監測的過程，需要測量水，空氣和碳氮富含材料的輸入。分解過程通過切碎植物物質，加水並通過定期轉動混合物確保適當的通氣來輔助。蠕蟲和真菌進一步分解材料。需要氧氣工作的細菌（好氧細菌）和真菌通過控制化學過程，將輸入轉化為熱，二氧化碳和銨。銨（NH+
4）是植物使用的氮的形式。當植物不使用銨，銨可被細菌進一步通過硝化作用轉化為硝酸根（NO−
3）。

堆肥富含營養。它廣泛用於花園，園林綠化，園藝和農業。堆肥本身在許多方面對土地有利，包括作為土壤調理劑（英語：Soil conditioner），肥料，添加重要腐殖質或腐植酸，以及作為土壤的天然殺蟲劑。在生態系統中，堆肥可用於侵蝕控制，土地和溪流復墾，濕地建設以及堆填區（見堆肥用途）。好氧堆肥相比將物質進入垃圾填埋場不受控制地厭氧消化，優點在於不產生異味和沼氣，並且產生的熱量可以殺滅病原體和雜草種子。[1]

基礎

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在智利聖克魯斯的家居堆肥桶

碳、氮、氧、水

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堆肥堆中的材料
廢棄食物的堆肥

堆肥生物需要四個同樣重要的成分才能有效地工作：

  • 碳 - 能量；碳的微生物氧化產生熱量，如果包括在建議的水平[2] 。
    • 高碳材料往往是棕色和乾燥的。
  • 氮 - 生長和繁殖更多的生物體以氧化碳。
    • 高氮材料往往是綠色的（或多彩的，如水果和蔬菜）和濕的。
  • 氧 - 用於氧化碳，分解過程。
  • 水 - 正確地維持活動而不引起厭氧條件。

這些材料的某些比例將提供有益的細菌，其營養物質以加熱堆的速度工作。在這個過程中，許多水將被蒸發（「蒸汽」）釋放，氧氣將迅速耗盡，解釋了積極管理堆的需要。堆越熱，需要添加空氣和水的次數越多; 空氣/水的平衡對於維持高溫（135°-160°F / 50° - 70°C）至關重要，直到材料分解為止。同時，太多的空氣或水也會減慢工藝，碳太多（或太少的氮）也是如此。熱容器堆肥（英語：Hot container composting）的重點是保留熱量以提高分解速度，並更快地生產堆肥。

最有效的堆肥發生在最佳的碳：氮比例為10：1至20：1[3]。C/N比例為〜30以下時，對於快速堆肥是有利的。理論分析通過現場測試證實，30以上的底物是氮缺乏的，而低於15，可能將一部分氮氣以氨的形式排出[4] 。

幾乎所有的植物和動物材料都具有碳和氮，但是數量的變化很大，因為具有上述特徵（干/濕，褐/綠）[5]。取決於不同的物種，新鮮草切片的平均比例約為15：1，和乾燥的秋葉的平均比例約為50：1。 按體積混合相等的數量近似理想的C：N範圍。在任何時候，很少有個別情況將提供理想的材料組合。數量的觀察和不同材料的考慮[6]作為堆是隨著時間的推移而被建成的，可以為個別情況快速實現可行的技術。

微生物

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通過適當的水、氧、碳和氮的混合，微生物能夠分解有機物質以產生堆肥[7][8]。堆肥過程依賴微生物將有機物分解成堆肥。 活性堆肥中存在許多類型的微生物，其中最常見的是[9]：

此外，蚯蚓不僅攝取部分堆肥材料，而且在通過堆肥時不斷重新創造曝氣和排水隧道。

缺乏健康的微生物群落是堆肥過程在堆填場緩慢的主要原因，環境因素如缺乏氧氣，營養物或水是造成生物群落枯竭的原因[9]。

堆肥階段

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在理想條件下，堆肥有三個階段[9]：

  • 初始的嗜溫階段，其中分解在中等溫度下通過嗜溫微生物進行。
  • 隨著溫度升高，開始第二個嗜熱階段，其中分解是由各種嗜熱細菌在高溫下進行的。
  • 隨著高能量化合物供應的減少，溫度開始下降，而成熟期嗜溫微生物再次占主導地位。

可堆肥的材料

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有機固體廢物（綠色廢物）

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由嗜熱微生物產生的熱量蒸發的大型堆肥堆。

由於垃圾填埋場空間的增加，全世界對堆肥循環利用的興趣都在增加，因為堆肥是將可分解有機材料轉化為有用的穩定產品的過程[10]。堆肥是土壤磷消耗恢復土壤活力的唯一途徑之一[11] 。

聯合堆肥是將固體廢物與脫水生物固體相結合的技術，儘管控制城市固體廢物的惰性和塑料污染的困難使得該方法吸引力較小。

工業堆肥系統越來越多地被安裝作為垃圾管理替代垃圾填埋場，以及其他先進的廢物處理系統。將混合廢物流與厭氧消化或容器上堆肥相結合的機械分選稱為機械生物處理，由於控制堆填區允許有機質含量的規定，越來越多地在已開發國家使用。

動物糞便和墊料

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在許多農場，基本的堆肥成分是農場產生動物糞便和動物墊料。秸稈和鋸屑是普通的動物墊料。還使用非傳統墊料，包括報紙和切碎的紙板。在畜牧場的糞便堆肥數量通常由清潔時間表，土地可用性和天氣條件決定。每種類型的糞便都有自己的物理，化學和生物特性。

牛和馬糞便，當與墊料混合時，具有良好的堆肥質量。非常潮濕，通常不與墊料混合的豬糞必須與秸稈或類似原料混合。家禽糞便也必須與碳質材料混合 - 低氮優選，如鋸屑或稻草[12]。

人類廢物和污水污泥

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人類廢物（排泄物和屍體）也可以作為輸入添加到堆肥過程中，因為人類廢物是富含氮的有機物質。可以在堆肥廁所直接堆肥，或混合水後，在污水處理廠進行處理。

用途

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堆肥可被用作一種土壤添加劑，或被用作其他基質如椰殼纖維和泥炭的添加劑，作為耕性改良劑，提供腐殖質和營養物質。它提供了豐富的生長介質或多孔的吸收材料，能保持水分和可溶性礦物質，提供讓植物可以蓬勃發展的支持和營養物，儘管其很少單獨使用，主要與土壤，沙子，砂礫，樹皮屑混合，蛭石，珍珠岩或粘土顆粒以產生壤土。堆肥可以直接作為土壤或生長介質，以提高有機質的含量和土壤的總體肥力。準備用作添加劑的堆肥是深褐色或甚至黑色，具有泥土氣味[13]。

一般來說，由於乾燥速度和可能抑制萌發的植物毒素的存在[14][15][16]，不建議直接播種到堆肥中，並且可能由不完全分解的木質素引起氮的結合[6]。非常常見的是20-30％的堆肥混合物被用於在子葉階段或以後的移栽幼苗。

例子

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埃德蒙頓堆肥設施

世界各地許多城市都使用大型堆肥系統。

  • 世界上最大的城市固體廢物共同堆肥（MSW）是加拿大艾伯塔省埃德蒙頓的埃德蒙頓堆肥設施（英語：Edmonton Composting Facility），每年將22萬噸住宅固體廢物和22,500干噸生物固體轉化為80,000噸堆肥。該設施面積為38,690 m²（416500平方英尺），相當於4½加拿大式足球場，其運營結構是北美最大的不鏽鋼建築，規模為14個NHL溜冰場。
  • 2006年，卡達授予吉寶企業子公司旗下的吉寶Seghers新加坡公司275,000噸/年無氧消化和堆肥廠的合同，該公司是瑞士Kompogas​（德語）許可的。該工廠擁有15個獨立的厭氧消化池，將在2011年初全面投產後成為世界最大的堆肥設施，並成為卡達國內固體廢物管理中心的一部分，這是中東最大的綜合廢物管理綜合體。
  • 倫敦的邱園（Royal Botanic Gardens, Kew）是歐洲最大的非商業堆肥堆之一。

歷史

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堆肥籃

堆肥作為公認的做法至少可以追溯到早期的羅馬帝國，早在老加圖公元前160年的《農業文化（英語：De Agri Cultura）》一書中被提及[17]。傳統上，堆肥涉及堆放有機材料，直到下一個種植季節為止，此時材料已經腐爛到足以在土壤中使用。這種方法的優點是從需要很少的工作時間或努力，並且在溫帶氣候中自然適應農業實踐。缺點（從現代的觀點來看）是，這個空間是一整年被使用的，一些營養物質可能因暴雨而被浸出，致病的生物和昆蟲可能沒有得到充分的控制。

堆肥從1920年代開始被有些現代化，在歐洲作為有機農業的工具[18]。城市有機材料轉化為堆肥的第一個工業基地是在1921年在奧地利威爾斯成立的[19]。早期頻繁引用農業中堆肥的引用方式是德語世界的魯道夫·斯坦納(Rudolf Steiner)，他是一種被稱為生物動力農法的耕種方法的創始人。

相關條目

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參考資料

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  1. ^ Robert, Graves. Composting (PDF). Environmental Engineering National Engineering Handbook: 2–22. February 2000 [19 October 2020]. （原始內容存檔 (PDF)於15 January 2021）. 
  2. ^ Composting for the Homeowner - University of Illinois Extension. Web.extension.illinois.edu. [2013-07-18]. （原始內容存檔於2016-02-24）. 
  3. ^ Radovich, T; Hue, N; Pant, A. Chapter 1: Compost Quality. Radovich, T; Arancon, N (編). Tea Time in the Tropics - a handbook for compost tea production and use (PDF). College of Tropical Agriculture and Human Resources, University of Hawaii. 2011: 8–16 [2017-07-13]. （原始內容存檔 (PDF)於2019-10-09）. 
  4. ^ Haug, Roger. The Practical Handbook of Compost Engineering. CRC Press,. [2015-10-26]. （原始內容存檔於2020-12-17）. 
  5. ^ Klickitat County WA, USA Compost Mix Calculator 網際網路檔案館的存檔，存檔日期2011-11-17.
  6. ^ 6.0 6.1 The Effect of Lignin on Biodegradability - Cornell Composting. cornell.edu. [2017-07-13]. （原始內容存檔於2018-09-27）. 
  7. ^ Chapter 1, The Decomposition Process. aggie-horticulture.tamu.edu. [2016-07-11]. （原始內容存檔於2020-11-12）. 
  8. ^ How to Make Compost at Home. asthegardenturns.com. [2016-07-11]. （原始內容存檔於2018-08-26）. 
  9. ^ 9.0 9.1 9.2 Composting - Compost Microorganisms. Cornell University. [2010-10-06]. （原始內容存檔於2011-07-20）. 
  10. ^ A Brief History of Solid Waste Management 網際網路檔案館的存檔，存檔日期2007-12-27.
  11. ^ Preventing Contaminants in Home Compost Piles. [2012-06-16]. （原始內容存檔於2019-10-09）. 
  12. ^ Dougherty, Mark. (1999). Field Guide to On-Farm Composting. Ithaca, New York: Natural Resource, Agriculture, and Engineering Service.
  13. ^ Healthy Soils, Healthy Landscapes (PDF). [2017-07-13]. （原始內容存檔於2020-05-19）. 
  14. ^ Morel, P.; Guillemain, G. Assessment of the possible phytotoxicity of a substrate using an easy and representative biotest. Acta Horticulture. 2004, 644: 417–423. 
  15. ^ Itävaara et al. Compost maturity - problems associated with testing. in Proceedings of Composting. Innsbruck Austria 18-21.10.2000
  16. ^ Aslam DN, et al. Development of models for predicting carbon mineralization and associated phytotoxicity in compost-amended soil.. Bioresour Technol: 8735–41. PMID 18585031. doi:10.1016/j.biortech.2008.04.074. 
  17. ^ Cato, Marcus. 37.2; 39.1. De Agri Cultura. [2017-07-13]. 160BC. （原始內容存檔於2023-05-17）. 
  18. ^ History of Composting. illinois.edu. [2016-07-11]. （原始內容存檔於2018-10-04）. 
  19. ^ Welser Anzeiger vom 05. Januar 1921, 67. Jahrgang, Nr. 2, S. 4
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