1、田园堆肥工艺及技术 中国农 业大学 资源与 环境学 院 李 季 教授 第九届全国堆肥技术与工程研讨会，2013 年10 月20-22日，北京 一 、堆肥 原理及 条件 二 、田园 堆肥工 艺 三 、田园 堆肥技 术 四 、田园 堆肥展 望 目 录 一、堆肥原理及条件 堆肥定义 堆肥，是指在人工控制下，在一 定的水 分、C/N 比 和通风条件下通过微生物 的高温 发酵作 用， 将废弃 有机物转 变为有机 营养物的 过程。通 过堆肥化 过程， 有机物由不稳定状态转变为稳定 的腐殖 质物 质，其 堆肥产品不含病原菌，不含杂草 种子， 而且 无臭无 蝇，可以安全处理和保存，是一 种良好 的土 壤改良
2、剂和有机肥料。 堆肥条件 条件 合理范围 最佳范围 碳氮比(c/n) 20:1-40:1 25:1-30:1 水分含量 40-65% 50-60% 氧气浓度 大于 5% 远大于 5% 颗粒直径( 直径以cm 计) 0.32-1.27 可变 *pH 5.5-9.0 6.5-8.0 温度( ) 43.3-65.5 54.4-60 *依特定的物料、堆体大小和天气条件而变。 堆肥阶段变化 时间 温 度 中温阶段 高温阶段 中温阶段 成熟阶段 C/N 比 堆肥理想的C/N是30：1左右。因为低于这个值，氮将过量 且以氨气的形式释放，有机养分损失大，并散发难闻的气 味；而高于这个值，意味着适合微生物种群繁
3、殖的氮供应 不足，有机物降解速度缓慢。 堆肥过程其实就是一个有机物稳定化的过程，随着堆肥进 程，C/N逐渐从30 ：1 降到10-15 ：1 。这是因为微生物消耗 有机物，使2/3的碳以CO 2 的形式释放出来，剩余1/3的碳和 氮一起合成生物细胞，细胞死亡后，这些碳和氮释放出来 供进一步使用。 水分 水分对于所有活的生物体而言是必须的，并且大多数微生物 由于缺乏保持水分的机制，所以对水分极为敏感。 当含水量在35-40% 之间时，降解速率就会极大地降低，在 30%以下时，降解过程就完全停止。然而过多的水分则会导 致厌氧状态发生，并且会因此产生臭气。不同的物质有不同 的水分上限，并由这些物质的
4、粒径和结构特性所决定。 对于大多数堆肥混合物，推荐的含水量上限为55-60% 。 温度 不同的微生物都有各自的适宜温度范围，在此范围内微生物 才可正常发挥作用。在一定限度内，温度每升高10，这些 生化反应速率相应会增加2 倍左右。然而，过高或过低的温度 则会限制堆肥进程。 适宜的堆肥温度在40- 60之间，堆肥堆应该在最小的40 运 行状态下保持5 天，在此期间温度要至少持续4 个小时超过 55 。 大多数种类的微生物有机体不能在60-65 存活，所以堆肥管 理者要求在堆肥系统开始超过此温度的时候，翻堆或给堆肥 系统通气来降温。 氧气 堆肥过程中，微生物利用碳源， 消耗氧 气， 产生二 氧 化
5、碳。如果没有充足的氧气，堆 肥过程 将会 变成厌 氧 发酵，产 生难闻的 气味，包 括H 2 S 气 体的臭鸡 蛋气味。 那么，对于好氧堆肥，氧气供应 量应该 是多 少才算 是 充足呢？尽管空气中氧气含量占 到21% ，但是 好氧 微 生物在氧气浓度为5% 时就 可以存 活。 氧气浓 度高于 10% 被认 为是 好氧堆 肥的最 适条 件。 粒径 在相同体积或质量的情况下，小颗粒要比大颗粒有更大的表 面积。所以如果供氧充足，小颗粒将降解的更快一些。实验 证明将堆肥物质加以粉碎，可以将降解率提高2 倍，科学家 提出一个推荐的粒径值为1.3-7.6毫米，这个区间的下限适用 于通风或连续翻堆的堆肥系统
6、，上限为静态堆垛或其他静态 通风堆肥系统。 几种常见病菌与寄生虫的死亡温度 名称 死亡 情况 名称 死亡 情况 沙门 氏伤寒菌 46 以 上不生长；55 60，30 分 钟内 死亡 血吸 虫卵 53，1 天死 亡 沙门 氏菌属 56 1 小时 内死亡，60 ，15 20 分钟 死亡 蝇蛆 51-56 ，1 天死亡 志贺 氏杆菌 55 ，1 小时 内死亡 霍乱 产弧菌 65，30 天死亡 大肠 杆菌 绝大 部分，55 ，1 小时 死 亡；60 ，15 20 分钟死 亡 炭疽 杆菌 50-55 ，60 天死亡 阿米 巴涂 50 ；3 天死亡；71 ，50 分 钟内 死亡 布氏 杆菌 55，60 天
7、死亡 美洲 钩虫 45 ，50 分钟 内死 亡 猪丹 毒杆菌 50，15 天死亡 流产 布鲁氏菌 61 ，3 分钟内死亡 猪瘟 病毒 50-60，30 天死亡 酿脓 链球菌 54 ，10 分钟内死亡 口蹄 疫病毒 60，30 天死亡 化脓 性细菌 50 ，10 分钟内死亡 小麦 黑穗病菌 54 ，10 天死亡 结核 分枝杆菌 66 ，15 20 分钟内 死亡 67 ， 死亡 稻热 病菌 51-52，10 天死亡 牛结 核杆菌 55 ，45 分钟内死亡 麦蛾 卵 60，5 天死 亡 蛔虫 卵 55 60 ， 5 10 天死亡 二化 螟卵 55，3 天死 亡 钩虫 卵 50 ；3 天死亡 小豆 象
8、虫 60，4 天死 亡 鞭虫 卵 45 ；60 天死亡 绕虫 卵 50，1 天死 亡 牛粪堆肥中的杂草种子发芽率（单位：% ） 种类 堆积条件 对照 低于50 2 天 马唐 96 0 74 稗草 72 0 87 具芒碎米莎草 56 0 30 酸模叶蓼 8 0 53 凹头苋 68 0 70 -日本堆肥化设施设计指南 作物中酚酸的含量（单位：ppm ） 作物及其部位酚酸 香草酸 对羟基苯 甲酸 阿魏酸 对香豆酸 旱稻 茎叶 133 166 1792 4165 根 42 42 1792 1842 水稻 茎叶 94 93 1667 3167 根 26 35 1890 1883 大麦 茎叶 39 28
9、1720 1983 根 33 29 1650 3000 小麦 茎叶 53 28 729 1608 根 33 33 250 1539 大麦茎叶堆肥 （在堆肥舍堆积5 个月） 11 9 420 735 -日本堆肥化设施设计指南 植物病原菌热失活 病原菌 灭活温度 灭活时间 灰葡萄孢菌（灰霉病） 50 1h 尖袍镰刀菌（枯萎病） 60 10min 百合科刺盘 孢 55 10min 炭疽杆菌（炭疽病） 52 10min 单丝壳白粉菌（白粉病） 53 1h 古巴假霜霉菌（霜霉病） 45 2h 丁香假单胞杆菌（细菌性角斑病） 48 50 10min 茄链格孢（番茄早疫病） 52 1h 植物性病毒（植物病毒
10、病） 55 10 min 来源于：Waste Management 、Pesticide Biochemistry and Physiology 、 微生物学报、 植物病理学报. 堆肥技术要求及目标 无害化（无病原菌、杂草） 腐熟化（不烧幼苗、不伤害植株） 资源化（保留养分、养分再利用） 可操作（机械使用、省工、简便） 二、田园堆肥工艺 田园堆肥主体工艺 被动堆肥（Passive composting ） 被动通气堆(Passively aerated composting) 通气静态堆(Aerated static composting) 通气动态堆（ Aerated dynamic com
11、posting ） 容器堆肥(In-vessel composting) 1、被动式厌氧堆沤 被动堆肥即简单的把原料分层 或混合后堆放在坑里或地面上， 顶部可覆盖泥土或堆肥，很少 通风和管理，基本是一种厌氧 堆肥。堆高低于2米，宽少于4 米，堆肥时间6-8月，中间翻一 次堆。臭味明显。也称班加罗 尔法（ Bangalore法 ） 2、被动通气堆 被动通气堆仅利用埋在每个条垛 中打洞的管子来为堆肥原料提供 空气，不需要翻堆。空气从管子 进入通过烟囱效应从堆体上部排 出。分层堆放，可坑式或地面堆 放，一般堆制六到十二周。也称 印多尔工艺（ Indore法 ）。 1、堆体宽3米、高1-1.2 米 2
12、、顶部铺15厘米厚的堆肥或草炭 3、底部铺15-23厘米的堆肥、草炭或 秸秆 4、两管间距离30-45厘米 5、管直径10厘米、孔径1.2厘米、孔 间距30厘米 中国农村坑式堆肥 堆肥一般在农田边缘挖掘呈圆形或长方形的堆坑进行 (FAO, 1980) 。通常采用稻草、猪粪、水草、绿肥及河泥。堆坑一层 一层填满，每层约15厘米。一般第一层堆放绿肥或水草，第二 层堆放稻草，第三层堆放猪粪。依次逐渐填至堆坑满了，最后 在堆体上面加一层河泥。 各原料的重量比约为：河泥7.5吨, 稻草 0.15吨,猪粪 1.0 吨,水草或绿肥 0.75吨, 过磷酸盐0.02吨. 共进行3次翻 堆，第一次在建堆1月后，同
13、时添加过 磷酸盐及水分，第二次在又一个月后， 第三次在第二次翻堆的两周后。这样 经过约3月分解，每个坑可生产8吨堆 肥。 3、通气静态堆 通气静态堆肥是将原料混合物堆放在用小木块、碎稻草或其它 透气性能良好的材料做成的通气层上，通气层中铺设有通气管 道，通气管道与风机相连向堆体供气完成堆肥的工艺，与条垛 堆肥不同之处是堆肥过程中不进行物料的翻堆，有专门的通风 系统和风机为堆体强制供氧。堆肥大约经过三到五周完成。 4、通气动态堆 伯克利快速堆肥法- 粉碎与频繁翻堆 原料粉碎至1.25-3.75 cm. 物料 C:N 比达到30:1. 采用草食动物粪便，不使用肉食 动物粪 便及 土壤. 水分调节到
14、50%. 堆体尺寸至少为 90 cm 90 cm 90 cm. 温度高于71 0 C 时需要翻堆. 24-48内达到高温期. (Raabe, 2001) 北达科特大学高温发酵法- 添加矿物氮肥 堆体一般高1.8米，物料长度不超过15-23 cm，堆体尺寸 152 152 183 cm ，可在4-6周内生产出 4.3 m 3的堆 肥 (Smith, 1995 ）. 为保证细菌的数量和活性，须添加一定量的氮肥，并在堆 体上留4-5个孔。 对体积4.3 m 3 的干物质，分别在60, 120 and 180 cm 处分时间各添加5.7 kg的氮肥，整个堆体约 添加 17-18 kg 氮肥. 每3-4
15、天要翻一次堆，堆体活跃时温度一般在49-71 0 C间。 夏天一般需要3-4周，冬天需要长一些。 高温好氧堆肥结合微生物接种 堆体一般长5米，宽1米，高1米。先铺20厘米秸秆，浇水 ，然后铺5厘米粪便，然后结合浇水洒少量尿素（100- 200克）及EM 液。 重复铺料至1米，在堆顶覆盖 塑料，2周后翻堆，再过1 周 再翻堆一次。再两周后，堆 体温度下降及堆高降至70 厘 米时基本完成。 杂草堆肥法 主要用来堆肥处理杂草。选择一个遮荫的较高地面，面积 约5米长、1.5米宽，把杂草切碎至10-15厘米，铺约100 公斤，喷洒50克绿色木霉（Trichoderma viride ） 和凤 尾菇（ P
16、leurotus sajor-caju ） 菌种，再搅匀洒1公斤尿 素。重复铺设至1米高，喷洒水分使湿度保持在50-60% ， 然后在堆体上覆盖一层土壤。到21天时翻堆一次，整个堆 肥过程约需40天。 5、容器堆肥 反应器堆肥也被称为“容器系统”，在发酵过程中要运行翻堆、 曝气、搅拌、混合、协助通风等设施或操作来控制堆体的温度和 含水率，同时在反应器堆肥中还要解决物料移动、出料的问题， 最终达到提高发酵速率、缩短发酵周期，实现机械化生产的目的。 圆形搅拌床堆肥反应器系统 典型的筒仓式堆肥系统 田园堆肥工艺路线总结 就地处理就地利用为首要路线 一般农区采取简易条垛或堆垛 工艺， 城市郊 区 或园
17、区采用槽式或反应器工艺 无论采取任何工艺，均应满足 堆肥条 件 田间简单堆坑缺乏可操作性 三、田园堆肥技术 田间堆肥几个技术问题 单一物料能否完成堆肥？ 是否要粉碎物料? 是否需要通风或高温发酵？ 堆肥产品能否就地还田？ 常见蔬菜废弃物的特性 样品名称 含水率 （% ） 全氮 （% ） 全磷 （% ） 全钾 （% ） 有机碳 （% ） C/N 白菜 94.93- 95.9 2.72- 5.56 0.56- 0.77 4.40- 4.99 29.70- 35.90 8.57 花椰菜 88.24 4.23 0.53 0.80 34.98 8.27 紫甘蔗 89.62 3.78 0.46 1.57
18、36.86 9.75 生菜 93.90- 94.80 3.56- 4.77 0.47- 0.61 4.93- 5.37 35.00- 41.70 10.00 青菜 88.00- 88.70 3.99- 5.69 0.35- 0.54 1.85- 2.01 36.68- 47.41 9.80 西芹 92.80- 94.00 2.76- 3.96 0.67- 0.82 4.99- 6.08 33.03 9.83 萝卜 91.25 4.04 0.52 1.99 36.17 8.94 胡萝卜 87.04 3.23 0.49 2.96 39.51 12.23 平均值 90.67- 91.19 3.54-
19、 4.41 0.51- 0.59 2.94- 3.22 35.24- 38.14 9.67 常见蔬菜秸秆养分特性（烘干基） 原料 水分(%) C ，% N ，% P ，% K ，% C/N pH 绿豆秸 */ / 1.58 0.240 1.07 / / 蚕豆秸 */ / 2.45 0.236 1.71 29.9 / 碗豆秸 */ / 2.57 0.207 1.08 / / 甘薯藤 */ 36.7 2.37 0.283 3.05 14.2 / 马铃薯茎 */ / 2.65 0.272 3.96 / / 西瓜藤 */ 29.9 2.58 0.229 1.97 20.0 / 冬瓜藤 */ / 3.4
20、3 0.520 2.77 / / 南瓜藤 */ / 4.35 0.648 2.47 / / 黄瓜藤 */ / 3.18 0.450 1.62 / / 梨瓜藤 */ / 2.62 0.376 1.60 / / 辣椒秆 */ 37.9 3.27 0.299 4.49 13.9 / 番茄秆 */ 37.4 2.05 0.245 2.21 16.9 / 洋葱茎叶 */ / 2.89 0.367 2.02 / / 芋头茎叶 */ / 2.21 0.450 5.68 / / 香蕉茎叶 */ 36.7 1.91 0.196 3.67 21.0 / 草莓秆 */ / 2.11 0.245 1.47 / / 单
21、一物料发酵 张红玉等.农业工程学报,2011. 粉碎及翻堆影响 王桂琴等，中国环境科学,2007. 粉碎及翻堆影响 经过对蔬菜废弃物的物理组成分析表明, 015mm粒径的可堆腐物的效果比其他较大的 粒径的堆肥效果要好，有利于物料的快速腐熟 以及无害化处理。所以田间蔬菜的堆肥时把物 料粉碎有利于有机肥的快速堆置。 从处理1-3也可以看出，无论从养分释放，还 是GI无害化，翻堆发酵效果要比翻堆的发酵效 果好。 堆肥不同阶段氧气浓度变化 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 时间（min ） 氧气浓度（） 40cm
22、 25cm 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 时间（min） 氧气浓度（） 40cm 25cm A C 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 时间（m i n ） 氧气浓度（） 40cm 25cm图2 7 堆体 不同部 位氧气浓 度动态 变化 注：a 、堆肥起始阶段（20 ）；b 、堆肥升温阶 段（40 ）；c 、 堆肥高 温阶段 （55 ）；d 、堆肥降温阶段（35 ） B 0 2 4 6 8 10 12 14 16
23、18 20 1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 时间（min） 氧气浓度（） 40cm 25cm D 25 MIN 20 MIN 40 MIN 通风效果 张相锋等, 农业工程学报. 堆肥过程中病原菌变化 E. Coventry, Soil Biology 而且对黄瓜植株的生长具有明显的促进 作用 郝永娟,中国植物病理学会2006年学术年 会论文 集,2006. 田园堆肥技术要点 1 、C/N比和水分需要调节 2、氧气及通风要保证 3、预处理如粉碎效果好 4、高温堆肥过程可以控制大 部分病原 菌 四、田园堆肥展望 国 内堆肥 产业整 体判断 欧美日等发达国家在上世
24、纪末即已建立起复杂 纷繁的各类现代堆肥工艺及工程系统，在政府 环保政策的强力推动下其城乡堆肥设施已基本 建成。 相比之下，中国目前正处在农家堆肥逐渐衰退 和现代化堆肥刚刚起步的阶段。 田园堆肥地位 农作物秸秆以就地还田为基础 焚烧在偏远地区仍不失为有效方式 田间堆肥是农田秸秆再利用的主要方式 田间堆肥工艺 田间堆肥工艺成败取决于：原料处理、原料配 比、通风、搅拌、产品使用等的优化。 田间堆肥运行成败取决于：补贴有无、劳力供 应、产品隐患等 田间堆肥技术研究 秸秆腐熟微生物筛选及应用 快速简易堆肥技术开发 植物病原菌变化及控制 谢 谢！ 联系地址：中国农业大学资源环境学 院 电话：010-62732017 传真：010-62814029 E-mail: 有机之声 ：http:/
