快速堆肥及堆肥质量控制

1. 广东省有机肥培训会议（2011年1月7日-9日），广州广东省有机肥培训会议（2011年1月7日-9日），广州 快速堆肥及堆肥质量控制 中国农业大学资源与环境学院 李季 教授

2. 目 录 • 一、堆肥历史 • 二、快速堆肥原理及工艺要求 • 三、快速堆肥调控技术 • 四、堆肥质量控制 • 五、堆肥面临问题及展望

3. 一、堆肥历史

4. 西方粪肥记载 最早在房子外面用石头搭建的粪池是由古代西亚苏美尔人（Sumerian）在约6000年前完成的，这些城市的有机粪污储存一段时间后就用到农田上面。 Diaz, 2007 楔形文字

5. 西方堆肥记载 Albert Howard1873 - 1947 An Agricultural Testament (1940), explains the relationship between the health of the soil, the health of plants and the health of animals.

6. 西方堆肥记载 Howard先生从1905~1934年在印度创造了一项堆肥技术，就是广为人知的Indore方法。概念虽然简单，但Indore方法却是现代堆肥的第一个有组织的方案。其程序如下： 1.在地上铺一层干草，为堆体提供一个基础 2.一层层地建堆，首先铺0.15m厚的“绿色物质”，如作物废弃物或叶子；接着铺5cm厚的粪便，然后在上面覆盖一薄层表层土壤或石灰石（注意绿色废弃物与粪便的体积比为3﹕1） 3.重复铺层直至堆高达到1.5m。在3个月内每隔6周翻一次堆。 Indore方法之所以成功是因为堆体会像预言的一样发热，而且不会腐败。至少有两个原因使这项技术成为迈向现代堆肥系统的重要一步。首先，它提供了基质的配方，这比只用一种简单的基质得到的效果好，这样，原料调理的重要性就得到了认识。第二，它承认获得成功操作步骤的重要性。原料配方和确定的步骤一起可给出重复的结果。据报道，1935年，印度和斯里兰卡的茶园用Indore方法一年可生产堆肥一百万吨。

7. 西方堆肥记载 法国作家雨果（Victor Hugo）1862年在其巨著《悲惨世界》中的描写：经过长期的实验，科学现已证明人粪尿是最肥沃，也是最有效的肥料。我们不得不惭愧地承认中国比我们早知道了这一点。中国的农民没有不进城不用扁担挑回两桶粪的。由于人为的施肥，中国的土地才保持着地力的年轻。中国的小麦产量是种子的120倍。没有哪种天然肥料可以比得上这种肥料的肥力。大城市是一个巨大的肥料库。如果利用城市来肥田，将会取得巨大的胜利。如果我们的黄金是粪便，那么，换句话说，我们的粪便就是黄金。

8. 早期粪肥使用 据说早在公元前1500年商代已经开始有机肥料。 但确切的文献记载，春秋战国、秦汉时期已经使用畜粪和农业废弃物作肥料。 孟子（约公元前372—公元前289）说：“耕者之所获，一夫百亩，百亩之粪，上农夫食九人。”（《孟子•万章下》）是说一人耕种一百亩地，全部施肥，所产粮食能养活九口人。 粪 – 字的演变

9. 早期粪肥使用 --老子《道德经》 (公元前475-221年)

10. 早期粪肥使用 陕西陕西米脂县官庄村出土的拾粪画像石. 山东省滕县龙阳店出土的拾粪画像石 （汉代农业画像砖石，中国农业出版社，1996年;约汉代，公元前100年

11. 早期粪肥使用 西汉时《汜胜之书》开宗明义提出：“凡耕之本，在于趋时，和土，务粪泽，早锄早货。” 汤有旱灾，伊尹作为区田，教民粪种，负水浇稼。 区田以粪气为美，非必须良田也。 《汜胜之书》, 公元前50年

12. 堆肥制作早期记录 “凡人家秋收后，场上所有穰、谷稖等，并须收贮一处。每日布牛脚下，三寸厚；经宿，牛以蹂践便溺成粪，平旦收聚，除置院内堆积之。每日俱如前法，至春可得粪三十余车。至十二月、正月之间，即载粪粪地。 《齐民要术》 （贾思邈,北魏 公元630-640年）

13. 堆肥制作早期记录 “于始春又再耕耙转，以粪壅之，若用麻枯尤善。但麻枯难使，须细杵碎，和火粪窖罨，如作曲样；侯其发热，生鼠毛，即摊开中间热者置四旁，收敛四旁冷者置中间，又堆窖罨；如此三四次，直待不发热，乃可用，不然即烧杀物矣。” 《陈敷农书》善其根苗篇 (公元1149年)

14. 堆肥制作早期记录

15. 历史时期有机原料使用情况 1 西汉及以前的堆肥原料 动物骨汁、雪汁、粪肥及部分中药。 2 北魏时期的堆肥原料 植物的残秆、果实、动物骨骼、家畜或动物的粪便（牛粪、羊粪、鹿粪、猪粪、狗粪等）、大麻等，陈墙土。 3 南宋时期的堆肥原料 河泥、麻枯（及芝麻饼）、以及无机肥料石灰、石膏、食盐、硫磺等。另有大粪（即人粪）、牛粪、麻枯、马粪、石灰（可使土变暖，有益发苗）等。

16. 历史时期有机原料使用情况 4 元朝时期的堆肥原料 苗粪、草粪、火粪、大粪、小便、泥粪、旧墙土、草木灰、糠秕、谷壳、腐草，败叶、泔水、马蹄羊角灰，沃鱼水、沟泥水、淘米水、禽兽毛羽亲肌之物等。 5 明清时期的堆肥原料 苗粪、草粪、火粪、毛粪、灰粪、泥粪等 乌柏、油麻、豆渣、糖渣酒糟、豆屑等制造的饼肥 另有“粪丹”，是一种综合性的肥料，其中包括多种动植物及各种物质，如麻渣、豆饼、鸟粪、鸡鸭粪、鸟类羽毛以及无机肥料砒霜等。

17. 历史时期有机原料使用情况 6 清末至中国开放之前的堆肥原料 适合于堆肥的原料在这一时期达到前所未有的全面。 粪尿类：包括人粪尿，家畜粪尿，禽粪，海鸟粪，蚕沙等。 饼肥类：包括各种饼肥和糟渣肥。 海肥类：有动物性海肥，植物性海肥，矿物性海肥。 绿肥类：有冬季绿肥，夏季绿肥，水生绿肥，多年生绿肥，野生绿肥。 草炭类：有草炭，褐煤，腐植酸肥料。 杂肥类：有熏土，炕土，硝土，垃圾，烟筒灰，肥泥，草木灰，屠宰场废弃物等。

18. 上世纪三十年代江苏淮安有机肥使用情况

19. 六种堆肥制作方法 踏粪法:南方农家凡养牛羊豕属，每日出灰于栏中，使之践踏。有烂草腐柴，皆拾而投之足下，粪多而栏满，则出而叠成堆矣。 窖粪法:各家皆置坑侧，滥则出而窖之，家中不能立窖者，田首亦可置窖，拾乱砖砌之，藏粪于中。窖熟而后用，甚美。 蒸粪法:农居空闲之地，宜诛茅为粪屋，檐务低，使遮风雨，凡扫除之土，或烧燃之灰，箕扬之糠秕，断蒿落叶，皆积其中。随即栓盖，使气薰蒸糜烂。

20. 六种堆肥制作方法 酿粪法:于厨栈下深凿一池，细甃使不渗漏，每舂米，则聚砻簸谷及腐草败叶，沤渍其中，以收涤器肥水，沤久自然腐烂。 煨粪法:干粪积成堆，以草火煨之。 煮粪法:郑司农云：“用牛粪，即用牛骨浸而煮之，”其说具“区田”中。 宝坻劝农书(1588-1592)

21. 六十年代的堆肥制作

22. 堆肥及其在传统中国农业中的作用

23. 二、快速堆肥原理及工艺要求

24. 堆肥概念 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发酵作用，将废弃有机物转变为肥料的过程。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剂和有机肥料。

25. 热 水 有机质 矿物质 有机质 矿物质 水 微生物 水 微生物 原料 堆肥产品 堆肥基本特点

26. 堆肥中的微生物 单位：个数/每克湿堆肥

27. 堆肥热力学过程

28. 堆肥热力学特点 能量即不能被创造也不会消失-热力学第一定律 所有孤立系统熵总向着无序增加的状态进行--热力学第二定律 在堆肥过程中实际释放的热量取决于有机物真正降解的程度，或混合物中不同成分比例。例如，脂肪比蛋白质或者碳水化合物更能被降解，因为脂类热值就高。

29. 热灭活动力学 美国环保署要求热失活的最低温度为50℃。 根据Brannen等人的研究结果，在55℃时加热7分钟和在50℃时加热60分钟，蛔虫卵基本消失，但是在47℃时加热2个小时蛔虫卵就不被破坏。 为保证能彻底消灭蛔虫卵，处理温度就应该明显超过阈限温度。因此，选定最低温度为50℃，这样就能大大减少蛔虫卵的浓度。

30. 病原菌、寄生虫的耐热性 （Golueke，1977）

31. 温度和病原菌死亡时间的关系（藤田，1995） 在设施中无论采取何种发酵方式，都必须使所有原材料的温度在65℃以上保持48小时以上，这是生产出安全、卫生的堆肥产品的基本必要条件。

32. 确保堆肥微生物学上的安全性的运转条件

33. 发酵设施内混合物的内部横截面温度分布（堆积式，强制通风的情况）发酵设施内混合物的内部横截面温度分布（堆积式，强制通风的情况）

34. 牛粪堆肥中埋藏着的杂草种子的发芽率

35. 作物及堆肥后酚酸的含量（单位：ppm）

36. 牛粪-锯末堆积式堆肥化过程中厌氧部分的成分特征牛粪-锯末堆积式堆肥化过程中厌氧部分的成分特征

37. 产品循环 调理剂 第一阶段高速阶段 堆肥 产品 第二阶段后熟阶段 前处理 后处理 基质 膨胀剂回流 膨胀剂 一般堆肥流程图

38. 堆肥典型时间

39. 快速堆肥概念 什么是快速堆肥？即在满足堆肥产品市场需求及环境卫生标准前提下，采用配方优化、生物接种、条件控制、设备创新等综合措施使一次堆肥时间缩短到1到2周，二次堆肥缩短到2-3周的堆肥工艺。

40. 早期快速堆肥 1949年美国加州大学卫生工程系提出了“14天方法”，该方法的主要特点是所有物料在堆肥前均要进行粉碎。粉碎后有利于通风、控制水分和增加微生物作用的表面积；另外物料不再分层，而是混合后堆成1.5米高的堆体，3天后开始翻堆，每隔2-3天翻一次堆，经过12-14天，堆体温度下降，堆肥基本完成。 ----The complete book of composting, by J.I.Rodale, pp56-58

41. 早期快速堆肥

42. 早期快速堆肥 堆肥原料以玉米秸秆为主，不加土。每1000千克铡成5厘米长的玉米秸秆，配加600千克新鲜骡马粪，200千克人粪尿，加1500—2000千克水，按配料比例混合堆制。堆高1.5—2米，堆宽2—4米，堆长视材料而定，堆好后用稀泥封堆。高温期10—15天进行第一次翻堆后，再加水封堆。第二次高温期后10—15天，再进行第二次翻堆。约一个月后即腐熟。这种堆肥有机质含量高，肥料质量好，便于运输。 ---中国肥料，1994；反映华北六十年代情形。

43. 为何快速堆肥？ • 成本问题 每天堆肥成本 • 养分损失 特别是氮素损失 • 环境影响 甲烷排放

44. 典型堆肥厂成本（单位:元/吨）

45. 养分损失 出自：Brinton,1998

46. 环境影响

47. 快速堆肥讨论 快速堆肥的可行性： 1、密闭环境，保温 2、翻堆次数多 3、接种有效微生物 4、有除臭措施 5、仅生产有机物料 6、堆肥产品进一步生产复合肥，并通过高温、制粒等步骤实现后续处理 7、建立有关指标的监测制度

48. 三、快速堆肥调控技术

49. 1、原料配比：可堆肥化的有机废弃物的种类和利用形式1、原料配比：可堆肥化的有机废弃物的种类和利用形式

50. 1、原料配比：主要辅料特征