堆肥

堆肥（composting）或腐熟、堆制處理，是在微生物作用下通過高溫發酵使有機物礦質化、腐殖化和無害化而變成腐熟肥料的過程。堆肥（compost）也指經由上述過程產生的腐敗有機物組成的混合物，用作肥料和改良土質。漚肥或凼肥，屬於一種堆肥，特指用水長時間浸泡禾秸、人畜糞便、污泥等物漚成肥料的過程，也是制這種肥料的過程。腐熟一詞，有時特指莖、葉、稈等難分解有機物經發酵腐爛成有效肥分和腐殖質的過程。

堆肥將生物來源的有機廢料好氧分解、穩定化和回收，在許多方面對土地有利，其好處包括：作為肥料為農作物提供養分，起到土壤調理劑（soil conditioner）的作用，增加土壤中的腐殖質或腐植酸含量，引入有益微生物，以及作為土壤的天然殺蟲劑，幫助抑制土壤中的病原體並減少土傳病害（soil-borne diseases）。

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垃圾（葉子、廚餘）和富碳的棕色垃圾進行配比。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（NH4+）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（NO3-）。

堆肥是有機農業的關鍵成分，其富含營養，廣泛用於花園，園林綠化，園藝和農業。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。

## 基礎

### 碳、氮、氧、水

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。
- 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。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。

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）。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

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。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：

- 細菌 - 在堆肥中發現的所有微生物中最多的微生物是細菌。取決於堆肥階段，嗜溫或嗜熱細菌可能占主導地位。
- 放線菌 - 是分解紙製品所必需的，例如報紙，樹皮等。
- 真菌 - 黴菌和酵母有助於分解細菌不能分解的材料，特別是木質材料中的木質素。
- 原生動物 - 幫助消耗細菌，真菌，和微型的有機顆粒物。
- 輪形動物- 輪形動物幫助控制細菌和小原生動物群體。

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。

自堆肥中，可篩選出畜產有利用途的微生物菌株；糞產鹼菌、解澱粉芽孢桿菌、地衣桿菌、巨大芽孢桿菌、短小桿菌、枯草桿菌。

### 堆肥階段

在理想條件下，堆肥有三個階段：

- 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

### 有機固體廢物（綠色廢物）

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。堆肥是土壤磷消耗恢復土壤活力的唯一途徑之一。

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，越來越多地在發達國家使用。

### 動物糞便和墊料

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。

### 人類廢物和污水污泥

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

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。

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，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。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

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，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

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》一書中被提及。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。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。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。