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有机肥在堆肥发酵过程中有机质、重金属的转化及腐殖化过程详细介绍

时间:2020/2/18 11:26:51 发布者:admin

   堆肥过程中有机质的转化

 
  堆肥中的有机质在微生物作用下进行复杂的转化,这种转化可归纳为两个过程:一个是有机质的矿质化过程,即把复杂的有机质分解成为简单的物质,后生成二氧化碳、水和矿质养分等;另一个是有机质的腐殖化过程,即有机质经分解再合成,生成更复杂的特殊有机质-腐殖质。两个过程是同时进行的,但方向相反,在不同条件下,各自进行的强度有明显的差别。
 
  堆肥过程中重金属的的转化
 
  城市污泥中含有丰富的作物生长所需的各种养分及有机质,是堆肥发酵原材料之一。但城市污泥中往往含有重金属,这些重金属一般指汞、铬、镉、铅、砷等。微生物特别是细菌、真菌在重金属的生物转化中起重要作用。虽然有些微生物可以改变重金属在环境中的存在状态,使化学物毒性增强而引起严重的环境问题或浓缩重金属,并通过食物链积累。但也有些微生物可以通过直接和间接的作用去除环境中重金属,有助于改善环境。如最早受到关注的造成环境污染的重金属-汞,微生物转化汞包括3方面,无机汞(Hg2+)的甲基化、无机汞(Hg2+)还原成Hg0,甲基汞和其他有机汞化合物的裂解并还原成Hg0。这些能将无机汞和有机汞转化为单质汞的微生物称为抗汞微生物。微生物虽然不能降解重金属,但通过对重金属的转化作用,控制其转化途径,可以达到减轻毒性的作用。
 
  有机质的腐殖化过程
 
  关于腐殖质的形成过程有很多种说法,概括起来大体可分为两个阶段:第一阶段,有机残体分解形成组成腐殖质分子的原始材料,如多元酚、含氮有机物(氨基酸、肽等)等;第二阶段,先由微生物分泌的多酚氧化酶将多酚氧化成醌,然后醌与氨基酸或肽缩合而成腐殖质单体。由于酚、醌、氨基酸种类很多,相互缩合的方式也不尽相同,因而形成的腐殖质单体也就多种多样。在不同条件下,这些单体又进一步缩合形成大小不等的分子。
 
  1.有机质的矿化作用
 
  ⑴不含氮有机物的分解多糖化合物(淀粉、纤维素、半纤维素)首先在微生物分泌的水解酶的作用下,水解成单糖。葡萄糖在通气良好的条件下分解迅速,酒精、醋酸、草酸等中间产物不易积累,最终形成CO2和H2O,同时放出大量热能。如如果通气不良,在嫌气微生物作用下,单糖分解缓慢,产生热量少,并积累一些中间产物-有机酸。在极嫌气微生物条件下,还会生成CH4、H2等还原态物质。
 
  ⑵含氮有机物的分解堆肥中的含氮有机物包括蛋白质、氨基酸、生物碱、腐殖质等。除腐殖质外,大部分容易被分解。例如蛋白质,在微生物分泌的蛋白酶作用下,逐级降解,产生各种氨基酸,再经氨化作用、硝化作用而分别形成铵盐、硝酸盐,可以被植物吸收利用。
 
  ⑶含磷有机物的转化堆肥中的含磷有机化合物,在多种腐生性微生物的作用下,形成磷酸,成为植物能够吸收利用的养分。
 
  ⑷含硫有机物的转化堆肥中含硫有机物,经微生物的作用生成硫化氢。硫化氢在嫌气环境中易积累,对植物和微生物会发生毒害。但在通气良好的条件下,硫化氢在硫细菌的作用下氧化成硫酸,并和堆肥中的盐基作用形成硫酸盐,不仅消除了硫化氢的毒害,并成为植物能吸收的硫素养料。在通气不良的情况下,发生反硫化作用,使硫酸转变为H2S散失,并对植物产生毒害。堆肥发酵过程中,可以通过定时翻倒措施改善堆肥的通气性,就能消除反硫化作用。
 
  ⑸脂类及芳香类有机物的转化单宁、树脂等结构复杂,分解较慢,其产物也是CO2和水;木质素是含植物性原料(如树皮、木屑等)堆肥中特别稳定的有机化合物,它结构复杂,含芳香核,并以多聚形式存在于植物组织中,极难分解。在通气良好的条件下,主要通过真菌、放线菌的作用,缓慢地进行分解,其芳香核可变为醌型化合物,它是再合成腐殖质的原料之一。当然,这些物质在一定条件下,还会继续被分解的。
 
  堆肥有机质的矿质化,可为作物和微生物提供速效养分,为微生物活动提供能源,并为堆肥有机质的腐殖化准备基本原料。堆肥以好气性微生物活动为主时,有机质迅速矿化生成较多的二氧化碳、水及其它养分物质,分解速度快而彻底,并放出大量热能;以嫌气性微生物活动为主时,有机质的分解速度慢,且往往不彻底,释放热能少,其分解产物除植物养分外,尚易积累有机酸及CH4、H2S、PH3、H2等还原性物质,当其达到一定程度时,则对作物生长不利甚至有害。因此堆肥发酵期间的翻倒也是为了转换微生物活动类型,以消除有害物质。
 
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