堆肥化過程重點掌握
堆肥的原理:養菌
堆肥的原理堆肥會失敗嗎?其實不管怎麼樣,東西放著都會分解。所謂成功的堆肥,是指分解的過程是受到控制的。不會慢到看不出來變化;也不會快到腐爛成一堆發出惡臭招引蚊蟲的噁心東西。
堆肥,其實就是利用各種細菌,把各種堆肥材料(如廚餘)分解成小分子的養分,方便植物吸收。所以製作堆肥最重要的工作,就是營造細菌的良好居住環境。細菌跟人一樣,需要有食物、水和空氣才能生存。所謂「營造細菌的良好居住環境」,就是指以「平衡」的方式,提供食物、水和空氣給細菌。
細菌的食物,可以大致分為含「碳」量高的東西和含「氮」量高的東西。細菌生長需要這兩類的營養:碳的用途是用作提供能量以及合成細菌身體的主要成分,氮的作用是用來合成蛋白質。細菌需要均衡地吸收兩種養分,以專業術語來說就是維持「碳氮比」在30:1到25:1左右。如果氮不夠(也就是碳氮比太高),細菌無法合成蛋白質,生長就會減緩;如果氮太多(碳氮比太低),細菌可以很快速地生長,但沒用完的氮會以阿摩尼亞的形式釋放出來,就會產生臭味(而且氮都被浪費掉了)。
另外,水的份量也很重要。如果細菌沒有水,成長就會變慢;但如果水太多,就會阻礙空氣進入。在有空氣的狀態下,細菌會將有機質氧化分解以獲得能量及營養,這個過程會產生二氧化碳;但如果沒有氧氣,這個分解過程就會變成厭氧分解,會產生如硫化氫之類的氣體,就會產生臭味。
所以堆肥要成功,一是要注意「碳」跟「氮」的平衡,一是要注意 「空氣」和「水」的平衡。這兩個平衡都照顧好,堆肥就成功了。
堆肥還有另外兩個平衡也要稍微注意:
一個是堆肥的大小。堆肥如果太小堆,熱量就容易散失,堆肥就不易發熱;堆肥如果太大堆,空氣就不容易滲透到最裡面去,就會產生上述空氣不足的問題。另一個是堆肥材料的顆粒大小,如果顆粒太大,那表面積就相對較小,分解的速度會比較慢;如果顆粒太小,空氣就不容易進入,一樣會有上述空氣不足的問題。
上述的說明看起來可能有點太過專業、太過難懂。其實在實際操作的時候並沒有那麼困難,也不需要什麼專門的儀器,重要的是要多觀察——特別是用鼻子——然後依據觀察的結果來調整堆肥的組成。
堆肥的作法
有很多,在此不一一介紹。建議可以上網搜尋,並且選擇最適合自己狀況的作法。規劃的時候先想清楚:身邊有哪些富含碳的物質是方便取得的?堆肥是否能夠讓空氣進入?多餘的水分該如何排除?這樣在遇到狀況的時候,才不會措手不及。
- 如果堆肥看起來都跟剛放下去的時候一個樣,沒有要分解的感覺,那可能是含「氮」的材料太少,或是水分不夠,可以視情況調整堆肥材料或水分。
- 如果堆肥發出臭味,那可能是含「碳」的材料太少,可以加入一些容易取得的含碳的材料。另一個可能是水分太多,可以加入上述材料把水吸乾一點,甚至極端一點稍微曬曬太陽也無妨。
- 含碳和含氮的材料一層一層疊起來。堆肥發臭是大家最害怕的狀況。其實就算是堆肥發臭了,只要灑上一層覆蓋的東西,臭味立刻就會消失了。不管堆肥遇到什麼狀況都可以調整回來,千萬不要一遇到發臭的狀況就把堆肥丟棄。萬一真的要放棄,也可以把堆肥找有土地的地方掩埋起來,讓土壤中的細菌接手後面的工作。只要有做過堆肥,體驗過「把垃圾變成資源」的滿足感的人,都會對「把可以餵給土地吃的東西包進垃圾袋裡」這種行為感到相當浪費。
- 在堆肥加入新的材料時,必須加以混合均勻,不然可能在局部地區會出現碳氮比不均衡的問題。但攪拌對於空氣不足的問題並沒有幫助。攪拌堆肥所帶入的空氣,會在短時間內就被細菌消耗完。要確保堆肥中有足夠的空氣,除了控制水分之外,還可以透過肥堆的大小來控制。堆肥的大小最好不要超過1立方公尺。另外也可以故意在堆肥中加入一些大塊的材料,也可以增加空隙。這段話另外的意思是,只要堆肥規劃良好,其實不需要時時翻動,照顧起來並不會很麻煩。
材料分四大類:
- 容易腐爛的:擺著不管它就會自己臭的都算,如廚餘、豆渣等等,幾乎不能放在家裡的東西。
- 不容易腐爛的:放上一段時間還是會有麻煩,如剪下的樹枝樹葉,粗糠細糠,和我們最好用的咖啡渣。
- 骨頭:比雞腿骨更大的骨頭,一次堆肥都原形進去原形出來,但是骨髓已經比較空了,所以不必刻意避免,就丟進去吧,將來當肥料埋到土裡也還有用。如果有耐心,重新挑出來去做下一堆,兩次三次以後也會完全不見,。
- 蛋殼、貝殼:也是一次堆肥很難消滅,但也是不反對丟進去一起發酵,總有營養可以用的。
- 敲碎:如果把大骨頭、蛋殼、貝殼敲碎,一次堆肥就可能可以把它們消化掉。
- 很難腐爛的:整塊的木頭,放在潮溼的地方,幾年後還是會爛掉,我們做堆肥等不了幾年,所以不用,但是雖然不用木頭,木屑(或紙屑)在必要的時候,還是可以用。
- 絕不腐爛的:金屬、塑膠、玻璃等等,長年不壞,絕對不是堆肥的菜。
比例:
取容易腐爛的和不容易腐爛的各一半(重量或體積都可以),就是做雲和堆最好的比例,可以想像,容易腐爛的材料把不容易腐爛的材料給帶壞了,於是它們一起腐爛的速度,就恰恰好是我們最想要的。如果,容易腐爛的材料太多,堆肥會糊成一團且臭,反過來如果不容易腐爛的材料太多,那等4567個月堆肥也不成熟,都不好,所以記住,一半一半。
- 以重量一半一半估計:如果用重量來比,因為容易腐爛的材料通常水份多,要以它失去水份以後的重量來估算。
- 以體積一半一半估計:菜葉膨膨的,但是壓緊之後沒多少,樹枝樹葉也是一樣,所以以體積估計時,要把空氣所佔的體積先排除在外。
溫度:
體積是溫度的關鍵,當體積夠大,堆肥外圍部分的材料就像棉被一樣,替中心部分的材料保暖,當中心的溫度夠高,越往外越遞減,到邊緣總歸是環境的溫度,但是這樣的溫度遞減,讓高溫菌、中溫菌、低溫菌都可以生長,即使翻堆之後也會快速繁殖,整個堆肥才會健康。
體積 :
最小的體積?標準堆肥要求1立方公尺,這樣算來從中心到外壁是50公分,因此一個直徑1公尺的球,效果應該是一樣的,但是搭建一個球太困難了,所以雲和堆採用圓柱體,經過一次次的實驗,直徑90, 80, 甚至70公分的圓柱體都還可以成功,再小,溫度就很難起來了,所以這個大小是堆肥成功的必要條件。
殺菌、殺蟲、殺種子:
堆肥做得好,用下去不會有冒出一些奇怪的木瓜或是豆苗,因為六、七十度的高溫,就是要把所有發酵菌以外的生命,通通消滅,輪迴之後,乾乾淨淨。
水:
堆肥不但是活的,而且是很活躍的,各種菌擠在一起大規模地生長、進食、繁殖,產生熱且蒸發水,堆肥中的水會越來越少(失敗時例外),當水少到一個程度時,菌也活不了,所以得適時補充水。
判斷濕度:堆肥的濕度跟種花種菜澆水差不多,要摸起來有水,但是用手絞握擠不出水來,就恰恰好。
- 小提醒:雲和堆約有500-600公升,比一般最大的花盆都大很多,因此要澆水也比澆花盆要多,建議經驗不足時,不要一次加很多,會流出來滿地都是咖啡色的水,正確的嘗試是分幾次,每次等幾分鐘,得出經驗之後,下一次(可能一個月以後)才可以一口氣灌飽它。
空氣:
我們做好氧堆肥,氧氣很重要,但是堆肥只會消耗氧氣不會產生氧氣,所以氧氣得從外面補充,也就是要靠翻堆,翻堆不但讓材料接觸空氣,也讓材料換位置,能讓不同溫度的菌接觸到它們的食物。雖然我們不可能翻動到每一個顆粒,也不必要,只要能讓所有的材料都大風吹,這樣進去的空氣就夠了。
看風水:空氣流通:人無遠慮必有近憂,儘管做好氧堆肥不會臭,但是萬一不巧過程中做失敗了,需要補救的時候,如果是在一個空氣不流通的死角,或是與鄰居相距太近,可就不妙了,所以,一定要選一個空氣流通的好地方。
承重:
雲和堆裝滿時,若濕透了可能有500公斤重,大約相當6個壯漢站在一個牌桌上,不算輕,若在屋頂或建築物內,為了絕對安全,最好的位置是在柱子的上方,第二好的位置是在柱子旁邊樑的上方,第三好的位置是樑的上方,其它的位置,都不建議
排水:
難免有時候堆肥的水會多到流出來,因此雲和堆要放在排水孔的附近,通常排水孔也都會在柱子旁邊,很好找。
如何建造一個好的好氧堆肥,需要好的原料、洽當的水份、適當的溫度、和充分的空氣(氧!)
原料
堆肥的原料碳氮比應該在20-30之間,用一個很簡單的分類法,以腐爛難易來看
分成四類,我們做堆肥,取容易和不容易各半(重量體積都可以),混合起來就最佳比例,何謂容易不容易,先舉例如下:
容易:通常都跟我們的食物很接近,如廚餘、菜渣、肉魚渣、糞便等等,擺著自己就要爛的。
不容易:生活環境周遭也很多,如樹葉、細枝、咖啡渣等等,擺著會發霉,很久才爛透。
難:骨頭、木頭這些,早晚得墮入輪迴,但是要很多年,這些我算它們是很「難」爛掉的。
絕不:金屬、石頭、塑膠這些,也許會鏽也許會粉碎,應該不會有人笨到想用它們來做堆肥吧?
正常來說,把容易腐爛和不容易腐爛的東西一半一半混起來,碳氮比就很適合發酵成堆肥,每個人可以視自己的經驗局部修正。
水
好氧堆肥在「潮」的環境發展,接近花盆土澆過水的狀態:
燥:水份太少,小心火燭,堆肥甭想。
乾:例如除濕後的房間,連發霉都很難,也不會起堆肥反應。
潮:如澆水過後的花盆土,是好氧堆肥最好的環境。
濕:積水濕黏的環境,缺氧,是厭氧堆肥最好的環境。
我們想要營造的,就是「潮」的環境,怎樣判斷呢?用手抓一把堆肥材料用力握緊,可以感覺到水,但是擠不出來,就是最好的潮溼程度。
溫度
玩堆肥的人,最喜歡看到堆肥冒煙,一冒煙,就知道成功了
堆肥劇烈反應時,可以到達70度,僅一兩天,接著60度、50度、40度,維持兩三個月,如果溫度降下來後,給適當的水份和空氣(氧),還可以回到高溫一次或兩次。
70度高溫可以殺蟲、殺卵、殺菌、殺種子,這很重要,因為一個經歷完整過程後的堆肥,非常乾淨,除了植物需要的營養以外,什麼壞東西都沒有,因此一般說來堆肥的堆要大,通常要求在1個立方公尺以上,不過我們在都市公寓裡,也可以用保麗龍箱來偽造一個大堆的環境,只要能騙過堆肥的細菌,反應就會成功。
空氣
地球上萬物生生死死,絕大部分都活在氧氣的環境裡,但是也有不需要氧氣的生物(通常是微生物),這與好壞無關,鐘鼎山林,各有所好但是好氧的生物,就怕厭氧的環境,所以那種「臭味」,只是演化給我們的警覺,沒有惡意,反過來,厭氧的生物,對我們很多習慣的「香味」,可能都是以毒氣視之,各有各的道理。
道理歸道理,我可不想做臭的堆肥,所以我們的堆肥,要給它充分的氧氣,好在它要的並不多,早期反應劇烈兩三天給它「翻堆」一次,後期一兩個星期「翻堆」一次,就夠了。
「翻堆」並不是要給每個堆肥中的顆粒都暴露一次,只要大略地讓整個堆都換換相對位置,進去的空氣就已經足夠,所以一個立方公尺大的堆,最多只要用大鏟子鏟個10分鐘,就夠了。
堆肥化過程
採用好氧性高溫發酵
- 好氧性堆肥分解有機物主要作用為好氧性微生 物之生物化學代謝作用,堆肥化期間必須保持 通氣良好,供給充足氧氣,增微快生物繁殖速 率以縮短堆肥時間。
- 空氣的供應有強制通風、翻堆或兩者併用等方 式,惟翻堆頻率與通氣量宜適當,以避免過高 造成溫度不易蓄積,而產生反效果。
- 好氧性堆肥化所需時間約一個月,而厭氣性發 酵法需四個月以上。
通氣堆積法 (Aerated Pile或Static Pile)
- 在基本上類似野外堆肥法,但在底部設有多孔性 通氣管。通氣之方式有直接從底部供應或將底部 控制於負壓情形下,使空氣自廢棄物表面吸入等 兩種,後者常有脫臭之功能。因強制通氣之結果, 反應時間也較野外堆肥法約減短一半之時間。
- 強制通風 (Forced Composting) 強制供氣方式,無須翻堆,穩定時間為20~30天。
- 主要藉由強制通氣系統,使堆肥化過程維持於好氣狀態,以加速有機物分 解。同時去除多餘水分,並利於醱酵熱釋出,以控制堆肥化溫度。一般通氣量 的控制常藉由堆肥溫度變化做為指標,最利於纖維素分解的堆肥化溫度為 45 ~55℃,而殺菌最有效的溫度範圍則在 55~60℃間。因此藉由通氣速率的控 制以使溫度維持於此範圍內。一般通氣量約維持 0.2~0.25 立方公尺/公噸‧乾 重(標準狀態下),故正常設計值為 0.25~0.32 立方公尺/公噸‧乾重(標準狀 態下)。由於堆肥化過程主要藉由好氣狀態下微生物的活動,以使有機物分解, 因此利用鼓風機(blower)或風扇(fan)系統的安排,以提供足夠的空氣,一般曝 氣系統可採正壓式(壓力式通風設備)或負壓式(真空通風設備)以達適當的 程序控制,後者有利於臭味的收集及處理。
垃圾碳氮比
- 好氧性堆肥法,有機碳含量代表其可供微生物 利用的比例,氮含量則代表可繁殖微生物的族 群量。
- 若C/N值偏低,表示超量氮於堆肥過程將以NH3 型態逸失,且微生物活性亦受妨礙。
- C/N比過高時,所需堆肥化時間則甚長。
- 一般而言,作為堆肥原料之生垃圾之碳氮比應 以各種農業副資材調整,使介於20~35間。
醱酵溫度
- 堆肥初期溫度急速升高至以上,然後維持一段 時間 ( 視堆肥材而異,廚餘則可維持約一個月 左右 ),然後逐漸下降至常溫完成腐熟,一般堆 肥材料以纖維質居多,而纖維質有機物分解溫 度以50~70 的高溫條件最容易進行,但是堆肥化過程常採強制通氣,自然會產生降溫效應, 所以通氣量應以不造成降溫為宜。
- 依據「一般廢棄物貯存清除處理方法及設施標 準」之規定,施用於農地之堆肥,除高速堆肥 外,堆肥醱酵過程中,醱酵堆中心溫度應維持攝氏間及最少七天維持攝氏以上,以殺滅病菌、 虫卵及雜草種子並應符合肥料管理法之規定。
- 溫度如果沒上升表示濕度太低或是氧氣不足或食物太少,上半桶溫度高下半桶常溫,表示沒有把底部往上均勻的攪拌(底部缺氧)。
水分調整
- 水分為微生物維持生命之必需品及養分傳送之介質。為維持堆肥微生物之活性,堆肥過程應 保持適當水分。一般生垃圾含水率通常在 40~65% 範圍內,若作好氣性堆肥時以50~60% 含水率為最佳。
- 水分過高時,部分垃圾將引起厭氣發酵而延長 有機物分解需要時間,但含水率過低時,有機 物則不易分解。低於12~15% 含水率時微生物 活動幾近停止。
- 水分之調整除直接添加水外,亦可與不同含水率之廢棄物混合而達到調整水分之目的
- 水份高於70% 低於 30% 堆肥作用會停止.....濕度太高容易變成厭氧發酵, 濕度太低微生物活動受阻, 睡覺休眠去...所以... 太濕就加乾基質降水份,太乾就直接補充水份加水就好
- 我們覺得....先讓堆肥材料乾一點 然後再加水的方式最好控制了...要注意的是, 過多的水分會流到最下層的堆肥材料中容易讓最下層水分過高, 導致材料縫隙過少, 氧氣無法進去, 變成厭氧堆肥厭氧堆肥的臭味, 超級無敵臭啊!! 所以切記, 水分寧願少一點, 也不要過多....
環境濕度
- 60%~70%。
堆肥分解過程-堆肥主角【好氧微生物的接力賽】
資料來源:https://jason5932.nidbox.com/diary/read/8977939
用於製造堆肥的有機質材料很複雜,需要許多種微生物共同參與分解有機質才能發揮效能。有機質原料組成分中,依分解的易難度分類:糖類、澱粉、蛋白質>半纖維素(Hemicelluloses)>、纖維素(Cellulose)、脂質、臘。
堆肥化過程中,容易分解的成分先分解;不同成分執行分解的菌種不同;不同的分解階段,執行分解的菌種也隨著改變。一般可將堆肥化分解有機質分成三階段:
階段一:糖分解期
微生物將有機質中容易分解的糖質、胺基酸、蛋白質等簡單化合物迅速分解。這個階段是由好氣性的、常溫到中溫(20-45℃)的細菌和真菌為主,其等旺盛增殖產生的呼吸熱使得堆積物的溫度快速昇高,等這些容易分解的有機質被吃光後,原來的微生物群衰退,由另一群微生物接棒。
階段二:纖維素分解期
糖分解期過後,有機質材料殘餘部分大都是纖維素、半纖維素、木質素、脂質等。纖維素和半纖維素佔堆肥材料組成的比例最大,所以其等的分解是堆肥化過程的主要部分。纖維素是以被半纖維素和木質素包覆的型態存在,必須先將半纖維素分解才能讓纖維素暴露出來,以便接受微生物分解。半纖維素可用添加石灰的鹼性造成化學分解成單糖。能分解半纖維素的微生物族群很複雜,但以嗜溫(耐溫大於45℃)好氣性真菌類活力最強,嗜溫好氣性放線菌也會分解半纖維素。有許多微生物族群參與纖維素的分解,但以嗜溫好氣性真菌類的分解力最強,一般而言,真菌中的不完全菌綱和擔孢仔菌綱是要角。在此期的分解活動產生的溫度可高達60-80℃,只有好氣性的嗜溫菌才能參加活動,所以控制通氣量和水分,保持堆積物處於好氣狀態是非常重要的。
階段三:木質素分解期
纖維素被消化完了之後,好氣性高溫菌因缺乏食物而失去活動空間,堆積物的溫度也降下來。此時,木質素是主要的殘餘有機質。有許多好氣性細菌和真菌參與木質素的分解,但以屬於真菌的擔孢子菌,例如白腐性真菌的分解力最強。在此期,纖維素、半纖維素、木質素等分解過程產生的中間化合物進行聚合和縮何反應生成黑褐色的無定形大分子化合物,亦即腐植質。腐植質在土壤中仍可被分解,只是腐植質已相對安定,所以分解速度就變得很慢。
什麼是碳氮比?
「碳」是碳水化合物,「氮」是氮素(氮肥)。「碳氮比」是指土壤或肥料中,碳水化合物(通常來自”有機質”分解後產生的有機碳酸化合物)跟氮肥的比例平衡。對農作物而言,種植在碳氮比高的環境裡(碳水化合物多、氮素少),農作物生長較緩慢、葉色會退赤(假性缺氮)、節間的距離粗短(不易徒長)。
因此,施用過量有機質肥料,若氮素比例過低,農作物的生長則會受限。因此,在碳氮比過高的栽培環境中,只要補充一些氮素肥料(追氮肥),就能夠有效減輕缺氮的情形。
「碳」跟「氮」在農作物的生長所扮演的角色是什麼?
「碳」是構成植物體最主要結構的元素(同時還有氫與氧,三者即構成碳水化合物),同時也是植物體內含量最多的元素。氮素則是構成植物生理生化反應所需的蛋白質酶、胜肽與其他含氮高的養分(如植物蛋白)所使用。
碳氮比是什麼?
碳氮比是指特定環境中下,碳與氮的含量比值(C/N ratio),不同種類的農作物適合的土壤環境及作物體內的碳氮比會所差異。一般而言,土壤環境的碳氮比控制在20~30之間都是適合作物生長的範圍;有機質肥料的碳氮比控制在20~30之間則適合作物吸收使用,肥料的利用效率為最佳狀態。
植物不是可以從空氣中吸收二氧化碳嗎?為什麼還要補充額外的碳源?
沒錯,植物的確能從空氣中吸收二氧化碳來供應本身所需的碳源。在化學肥料尚未問世之前,空氣中的二氧化碳與農地的土壤有機碳的含量足以平衡環境中作物可取得的三要素肥,土壤的碳氮比偏高,因此農作物所需的碳由空氣中供應就足夠了。但是現代農業會使用肥料,通常會因超量施用氮肥,農作物處在碳氮比偏低的環境中(有機質或碳水化合物不足),易有徒長、中午”睏中畫”的現象,葉色呈現無光澤的墨綠色且葉片大又薄。這樣的現象不是因為植物不吸收空氣中的二氧化碳,而是碳氮不平衡造成的碳缺乏,也就是碳吸收轉化的速度趕不上達成碳氮平衡的速度。所以,如何補充額外的碳源,就是一件很重要的事情了!
碳”可以降低臭味,減緩發酵 ,”氮”味道重,促進發酵。
所以當堆肥味道變臭時可以加入碳元素,像是報紙,瓦楞紙,葉子之類的;不過如果堆肥一直沒有發酵,可以加入有點氮的東西,像有的人會滴入一兩滴尿液(不過我自己是不會啦…) 或是加入豆渣之類的蛋白質高的東西
常用堆肥材料碳氮比(只供参考):
堆肥的物料 |
碳氮比 |
堆肥的物料 |
碳氮比 |
木糠 |
400-500:1 |
果皮及果心 |
30:1 |
紙碎 |
150:1 |
紅蘿蔔 |
27:1 |
報紙 |
150:1 |
野草 |
25:1 |
紙張 |
150:1 |
草木灰 |
23:1 |
樹皮 |
125:1 |
咖啡渣 |
20:1 |
稻草 |
100:1 |
草碎 |
20:1 |
枯草 |
80:1 |
海藻 |
19:1 |
松針 |
66:1 |
白飯 |
15:1 |
粟米穗軸 |
60:1 |
洋蔥和辣椒 |
15:1 |
乾樹葉 |
60:1 |
菜莢 |
12:1 |
新鮮樹葉 |
45:1 |
蕃茄 |
12:1 |
豆莢 |
30:1 |
豆渣 |
5:1 |
材料 | 碳氮比 |
木糠 | 400-500:1 |
報紙 | 150:1 |
樹葉 | 40-50:1 |
水果 | 30:1 |
雜草 | 25:1 |
咖啡渣 | 20:1 |
新鮮菜筴 | 10-15:1 |
計算碳氮比例子:
碳:氮 | |
一份樹葉 | 40:1 |
一份水果 | 30:1 |
一份蔬菜 | 10:1 |
碳:(40+30+10)=80
氮: (1+1+1)= 3
碳氮比: 80:3 = 27:1
控制碳氮比原則?
- “棕色”——腐爛較慢,提供碳並讓空氣 進入堆肥中。例如:乾草、樹枝、枯葉等
- “綠色”——快速腐爛,提供氮和水分。 例如:廢棄的蔬菜、剪草、野草等
- 堆肥最佳碳氮比C/N ratio 為 30/1
- 大約是1份“棕色” 對2份“綠色”
堆肥疑難解答
(1)發出惡臭:
問題 : 空氣不足,含氮量太高,水分太高
解決方法: 適當翻動堆肥,加入含碳量高的材料,加入水分低的材料,下雨時覆蓋好堆肥
(2)溫度沒有升高
問題 : 沒有充足的水分, 肥堆太小,份量不足 , 缺乏含氮量高的物質, 材料太大
解決方法: 加水, 使堆肥大小約3'*3'*3' ,加入含氮量高的材料 ,用碎枝機等切碎材料
(3)吸引蒼蠅、老 鼠、寵物等
問題 : 堆肥中含有骨頭、肉、脂 肪、澱粉及烹飪過的蔬菜和 其他食物或動物糞便
解決方法:不要在堆肥中加入這些物質
影響發酵快慢因素
分別為材料的碳氮比、空氣、水分、濕度、溫度、微生物、時間;透過以上方式待有機材料發酵完畢後,即得完腐熟的有機肥或液態肥料
空氣流通
- 充足的空氣流動,可以讓好氧菌更活躍,進而加速堆肥的進行
水分適中
- 沒有水分,發酵無法進行,但太濕又會轉為厭氧發酵而生臭。因此要注意保持適當的肥堆濕度
溫度升高
- 在理想的狀態下堆肥可以在短短幾升溫至60-70℃,但這是堆肥材料比例完美、體積夠大、通氣之好的情況下才會發生。因此即使沒有感覺到堆肥溫度上升,發酵仍會進行。好氧菌在高溫時會較為活躍,因此如果夏天堆肥的熟成時間是2個月,同樣的操作方式到了冬天,完熟時間可能會延長一倍
體積
- 體積愈大的堆肥保溫愈容易,發酵也會更順利。但體積太大也會造成難於翻堆的問題
材料碳氮比例
- 堆肥材料的碳氮比例,是影響發酵快慢的一個重要因素。因此微生物需要碳素當作活動能源,同時也需氮素來建造繁殖作用,適合微生物活動之碳氮比建議在於20:1至30:1之間最為適當,但等到分解穩定時,堆肥材料中的碳氮比會逐較減少
- 如果碳素過高,會讓微生長無法大量繁殖,發酵進度就顯得緩慢。
- 如果碳素較少,微生長會分解出過多容易散失的氨,進而導致氮素損失
分解時間
- 不同的堆肥材料、通氣程度、水分控制、溫度高低等都會影響堆肥完熟所需時間。堆肥材料的影響最大如:肉類、骨頭、蛋殼、等所需的分解時間最長,生或熟菜葉則非常快
微生物含量
- 微生物是讓堆肥發酵的最主要功臣,在自然界中即存有這些微生物
PH值
- 一般微生物最適宜的pH值是中性或弱鹼性,PH值太高或太低都會影響堆肥的處理。在堆肥初始階段,由於有機酸的生成,pH值會下降,然後上升至8-8.5左右,如果廢物堆肥成厭氧狀態,則PH值繼續下降。
- PH值也會影響氮的損失,因PH值在7.0時,氮以氫氧化氨的形式進入大氣。但在一般情況下,堆肥過程有足夠的緩衝作用,能使PH值穩定在可以保證好氧分解的酸鹼度標準值
C/P
- 堆肥料的C/P以75-50為宜。增加無機磷(包括易溶和難溶磷肥)主要目的是通過堆肥使無機磷轉化為有機磷或磷酸根,通過金屬元素(如Ca或Fe)與有機酸,如腐殖質酸形成三元複合體,達到減少磷肥直接施用造成的土壤固定作用;難溶磷肥(磷礦粉)可以通過堆肥過程達到提高溶解度目的
有氧堆肥的溫度變化
在堆肥過程中,微生物分解有機物後,會放出熱能、二氧化碳及水,然後轉變至一較穩定的狀態,成為最終產物──堆肥。其間的溫度變化,是堆肥腐熟程度的指標。
整個過程所需的時間及所能達至的溫度,視乎各種條件是否能配合,在最理想的環境下,會出現以下三個階段:
堆肥熟腐過程與溫度變化
- 第一階段:中溫期:
- 物料剛開始被分解的階段。中溫細菌會分解易溶於水及易於降解的物質,快速產生熱能,令堆肥的溫度迅速上升。此階段溫度約介乎 25-45 ℃之間。
- 第二階段:高溫期:
- 當溫度超過 50 ℃時,中溫細菌會逐漸被高溫細菌取代。它們部分可在高溫至 70 ℃的環境下工作,但當溫度超過 65 ℃後,太高溫會把部分微生物殺死,限制了堆肥的速度。故最好能翻動堆肥,引入空氣,這樣可將外圍較冷的物料翻到中間,並將中間較熱的搬到外圍,以保持溫度在 50-60 ℃左右。但若相反,如果肥堆升溫有困難,則要考慮各種保溫方法,特別是體積較細(小於 1 立方米)的肥堆,可在外圍加麻包袋之類。當溫度進入 55 ℃或以上時,大部分的病原體均會被消滅。在高溫期內,蛋白質、脂肪、複雜的碳水化合物如纖維素等高能量物質的分解會加速,當肥堆中間的物料逐漸被分解後,細菌工作的速度便會慢下來。故此翻動肥堆亦可提供更多氧氣,及將外圍分解較慢的新鮮原料翻到中間,讓微生物可以繼續工作。到再沒有足夠的新鮮物料供應給高溫細菌消耗時,肥堆的溫度便會慢慢降下來,然後再由中溫細菌及其他生物接棒繼續餘下的分解工作。
- 第三階段:冷卻期 / 成熟期
- 當沒有足夠的新鮮物料供細菌消耗時,堆肥的溫度便會慢慢降下來,當溫度降至 45 ℃或以下時,中溫細菌及其他生物可在堆肥內生存,繼續工作。隨著分解工作逐步完成,溫度會繼續下降,直至一個穩定的水平,進入腐熟狀態。此時的堆肥會散發出一股泥土氣味,顏色呈深啡色,可與泥土混合,能提供養分予植物。這階段愈長愈能得到較腐熟的產物,一般最好待三至四星期後才使用
影響堆肥的溫度變化因素
水分控制
堆肥材料經過充分混合均勻較有利於醱酵,如為 了省工,可採混層堆積,即一層含碳高的有機材料厚 約30公分再添加一層含氮高的材料厚約4~5公分,層層混合即可。堆肥材料混合的同時可以適 當地調整含水量至約60%,此種含水量近於以水緊握堆積材料而水能沿指縫點滴成形,或以 棒插入堆積材料中,拔出時棒端濕潤。水分含量不足,添加水分時需注意不要讓肥水流失, 以免損失肥分,應經由肥水溝收集後重新加入堆肥中。堆積材料水分含量過多可加木屑、穀 殼等調整之。
堆積
堆積之體積越大,愈容易發熱升溫,但在初期60℃以上的高溫期維持7~14日後,應加以調整至50~60℃為最適合醱酵的溫度,其方法為加強翻堆及通氣,以散去醱酵熱能;否則溫度過高,堆肥分解醱酵期將延長不易升高,未能達到殺菌及醱酵之目的。一般堆肥堆積高度不宜超過1.5公尺,堆積之溫度因子將是很好的參考指標,也就是堆肥解期,乃至低溫後醱酵期之模式,其醱酵腐熟必將完整,所以在氣溫低及有通氣設備,則可酌量增加堆積之體積。
敷蓋
其目的在於防止水分散失、保溫,使堆肥水分及溫度均勻分佈,而有促進醱酵之作用。 其次敷蓋可防止蚊蟲放卵茲生,及病菌雜草種子侵入,以維持堆肥品質。敷蓋物之材質以麻 布類稍具通氣性者為上品,其次為稻草、蒿稈類、草蓆等,塑膠布僅適於戶外防雨使用。
翻堆及通氣處理
翻堆的目的在於增加堆肥的通氣性、散發醱酵熱以及將外面未醱酵部分向內翻,使其充分腐熟。翻堆的時機則可視溫度之升降為指標。正常堆積約7~14日後,溫度由60℃以上逐漸下降,必須翻堆;爾後,堆肥溫度應維持在45~60℃之間,超出上下限即應翻堆。另安置通氣設備、打洞,或安設通氣管等亦有減少翻堆之效果。
攤開(後醱酵)
當堆肥醱酵溫度降至40℃左右,即使翻堆也不再升溫,且堆肥色澤變黑,沒有臭味,材質脆軟,可將堆肥攤開呈高約 20~40公分平鋪狀。此時微生物轉為低溫後醱酵作用,堆肥成 分趨於穩定腐熟。同時可讓水分自然蒸散,以減少日後搬運之重量。
如何分辨堆肥為完熟肥or半熟肥
堆肥因為發酵程度不同,可分為完熟肥和半熟肥。
- 半熟肥:一般指堆肥材料明顯或稍微還看得出原本的樣子;其肥份新鮮有效,對土壤改良效果佳
- 完熟肥:則是堆肥材料多數已經粉碎並轉為黑褐色手感膨鬆,不結塊,聞起來有泥土的香氣,沒有惡臭或阿摩尼亞的味道。以石蕊試紙測試時,酸鹼值<PH值>趨於中性。其肥份較差但較穩定,對土壤改良效果有限
怎麼知道廚餘的含水量差不多60%?
為什麼好幾個禮拜之後,水龍頭打開還是接不到堆肥液?有什麼問題嗎?
答:每個家庭所產生的廚餘性質都不同,假如材料都非常乾燥,能夠在發酵過程中滴下來的堆肥自然就很少,建議放入材料可以有60%的含水量比較適當,也能夠收取到比較多的廚餘堆肥液來作為液肥使用。
建議方法(二)通常小家庭的廚餘因為是每餐增加一點,就鋪一層廚餘、撒一層廚餘堆肥粉,一開始廚餘跟菌粉的接觸面積較小,較不直接,如果希望提高效率,可以考慮先將廚餘跟廚餘堆肥菌粉攪拌混合在一起之後,在放入廚餘堆肥桶當中,這樣也有助於提高效率。
建議方法(三)周遭環境較冷的時候,相對發酵的效率會較低,尤其是廚餘量較少的時候,堆肥整體保溫跟升溫的效能可能較差,如果能設法維持周遭溫度在30~35度之間,發酵效率會更好。
通常廚餘堆肥如果有一定的量以後,本身就可以透過發酵所產生的熱量來維持適當發酵溫度,如果堆肥桶已經堆滿,可是桶子感覺不出有溫度升高的情況,就有可能是水分太高,發酵作用難以進行、周遭溫度太冷或碳氮比不當…等原因。
做好堆肥的八要訣一
各類材料含氮、碳量
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資材名
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碳
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氮
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碳氮比
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水分
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稻稈
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★
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X
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★
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X
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剪定枝葉
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★
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X
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★
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X
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落葉
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○
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○
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○
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X
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枯草
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○
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○
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○
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★
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青草類
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○
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○
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○
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★
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廚餘垃圾
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○
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○
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○
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★
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米糠
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○
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○
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○
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★
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家畜糞便
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○
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○
|
○
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★
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油粕
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X
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★
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X
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X
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乾燥雞糞
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X
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★
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X
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X
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魚滓
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X
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★
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X
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X
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骨粉
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X
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★
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X
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X
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(註) ★ 太多 ○ 適當 X 太少
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貯藏的方法有很多種,裝入玻璃紙袋、埋入土中也是其一,不妨動動腦筋自己發明。
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製造堆肥實際上就是培育微生物,雖然它們的世界是肉眼看不到的,但是和蒔花種草一樣,也需要愛心去照顧。為了替您的寶貝植物料理營養豐盛的堆肥食品,先得瞭解堆肥中的微生物,然後才能提供一個良好的活動空間。
看完這段漫長賽跑,您對堆肥與微生物的關係,是否有了初步的瞭解?接下來,再介紹做好堆肥的八個要訣,理所當然,這些都和微生物有關。適量的空氣和水分是製作良好堆肥的首要條件:空氣足夠時,需氧的好氣性微生十分活躍,能達成堆肥化的功效。一旦空長不足,嫌氣性微生物增多,就會產生腐敗,惡臭現象。然而空氣太多,散熱容易,亦會影響醱酵。 適當的水分是用手抓一把堆肥,感覺到濕潤卻滴不出水為準,感覺不到水氣時,就是水分不足;反之滴出水時,則表示水分過剩。
如何利用微生物菌做堆肥:
- 可在菜畦就地做堆肥: 在採收青菜後,將遺留的菜葉噴上微生物菌水(內含枯草桿菌)原液,將菜葉翻入田中,並將菜畦噴濕,上面覆蓋稻草或厚紙板,避免陽光紫外線殺死微生物菌,並保濕以利微生物菌繁殖。經7日腐熟後,液肥會滴入泥土中,所產生的厭氧菌或好氧菌會被土壤涵蓋,不會流失在空氣中,同時微生物菌會留在土中繼續繁殖,活化土地。並節省搬運堆肥及翻堆的工作。
- 使用菜葉,枝條,樹葉(勿等到枯黄)來製作堆肥: 基本上都要切碎噴上微生物菌,並澆濕,覆蓋帆布,稻草或紙板,需7-14日(視資材種類及氣温)來加速分解形成養份。微生物菌在繁殖時温度會昇高,需要翻堆冷卻温度。
- 在果菜園中,可利用割下的雜草,菜葉,落果,落葉舖在青菜或果樹的四週,噴上微生物菌並加水澆濕,加稻草或紙板覆蓋保濕,約7日可逐漸分解。蔬菜,果樹四週不必保持太乾淨。
- 任何種類的液肥,基本上都要加入微生物菌水混合糖蜜,才能加速分解。(請參考 KKF 自然農法,如何採取原始土壤,自行培養微生物菌) 糖蜜是微生物菌的食物,不夠會產生臭味(若有異味要再加糖蜜)。同時要考慮碳氮比,比例要調整。例如:魚類,米糠,肉類,豆科植物氮較高,糖蜜,飯,青菜,纖維類碳較高,較佳碳氮比例是1:1。
- 微生物菌培養:菌,米糠( 米糠這類的資材,是酵母菌還有乳酸菌最喜歡利用的資材, 米糠仍含有大量的碳水化合物。成為微生物發酵之營養源 ),糖蜜(微生物菌的食物),水, 以糖蜜、米糠等繁殖成微生物菌水 ,再以分解廢棄的有機物質如稻稈、落葉、禽畜糞、廚餘、下雜魚等製作肥料。
- 乾菌:竹葉、米糠、土壤(分為平地的土壤與原始森林的土壤)、黑糖水、 肥料袋。 把上述材料混均勻,用肥料袋封住,靜置一星期
- 濕菌:竹葉、米糠、先前做的濕菌、垃圾桶。
- 多數文章中均提及液態菌肥之發酵,以酵母菌及枯草桿菌為最好的菌種
酵母菌
製作環保的廚餘堆肥的發酵過程是需要活菌來自然分解菜渣、殘渣。酵母菌便是這些活菌裏重要的一員之一。
酵母菌的生長條件
酵母菌的分佈非常廣泛,從天寒地凍的極地區經溫帶到熱帶的沙漠都可以發現它們。雖然如此20~30ºC度之間才是最適合酵母菌生長。只要是低於水的冰點或高於47ºC,酵母菌的活躍度就會受限制。
酵母菌生長在含糖分的物質上,如植物的果實、樹葉、樹幹、花蜜腺上是最常見的。酵母菌不僅能在土壤,空氣中,植物體、動物體中生存,還能生存在食物上,例如牛奶、乳酪、肉類等。酵母菌生命力強,實際所需的養分不用多,即使是由植物根部滲出或是動物體分解后產生的少量糖分也足夠賴以爲生。
有氧的時候,酵母菌的生長很快速。即使是無氧,酵母菌還是能夠存活下來。
雖説酵母菌必須有水分才能活,但是它所需要的水分相對的比細菌來得少。也因此,酵母菌對滲透壓有相當高的耐受性。
酵母菌對生長環境—土壤的條件也有其限制。土壤酸度ph值3~7.5是為其生長範圍,但是最理想的範圍是ph值4.5~5。
酵母菌的種類與密度會因不同氣候、土壤類型、季節變化而有所不同。
酵母菌的功能
酵母菌不具葉綠素,所以不能自己進行光合作用,得分解有機質所產生的能量來生存。也因此農業所施用的優質堆肥和有機質肥料都是爲了促進這些有益農用菌的繁殖,利用它們為生存而衍生的功能。農畜牧業也利用酵母菌的這個功能,分解發酵廚餘、牲畜的排泄物、農餘和雜草落葉,做成天然堆肥。廠商研製出有效的廚餘活菌包,内也含有酵母菌,對廚餘堆肥的製作功效甚大。
酵母菌在有氧狀態下可以把糖分解成二氧化碳和水,而這兩者是植物、農作物進行光合作用的必備條件。所以,植物在缺少降水的時候,可以轉而依靠這些小小兵的救援。無氧狀態下的酵母菌能將糖分解成酒精和二氧化碳。因此,酵母菌一般都被用在釀米酒、水果酒。
酵母菌在分解食物的過程中還有一個特色,那就是產生芳香酯類,降低惡臭。因此,酵母菌最適合大量使用於家庭式廚餘堆肥,竟不會造成空氣污染,鄰居家人的鼻子也不會受罪。
酵母菌本身含有蛋白質,對人類與動物來説甚具營養。雖説植物不需要這些蛋白質,可是土壤裏還有其他的微生物菌可以吸收這些蛋白質轉而分解成植物所需要的養分。這樣不僅增加了土壤的有機質,提供植物、作物豐富的養分促進生長、量產,而且活菌間相互依存,互惠互利。
据研究,一些類型的酵母菌可防治病害,如將親油假絲酵母菌(canadida oleophila)爲主的產品用到柑橘、梨果、葡萄和蘋果上,可以保護傷口不受病原真菌入侵。
酵母菌是被普遍認識的常用農用微生菌之一。雖然它看似生命力強,環境適應力好,若使用不當的化學肥料或農藥還是會阻礙其生長,並且擾亂生態環境。所以,爲了咱們農產物的良師益友,我們強烈鼓勵農友們採用有機、天然的肥料和病蟲害抑制劑。
酵母菌可在全聯看看另一個問題可以使用乳酸菌或優酪乳代替嗎 ? 發酵的最佳比例 : 100ml 養樂多(乳酸菌)+400ml 水
養樂多跟優酪乳都是發酵的乳製品,但是有規定優酪乳產品活菌量每毫升需含1000萬個菌以上,而養樂多則是每毫升需含100萬個以上。
參考資料:
http://eportfolio.lib.ksu.edu.tw/~4990N093/wiki/index.php/哪些因素會影響微生物的成長
廚餘變堆肥的處理方法
茲將廚餘製造過程及在學校、社區推廣的情況敘述如下:
化腐朽為神奇,廚餘變堆肥Easy Easy 啦!
利用剩飯、剩菜、果皮、菜葉、茶渣等家庭廚餘,添加少許〔活性酵素〕促進醱
酵,即可變成有機質肥料。
什麼是活性酵素?活性酵素含有各種不同而成活性的厭氣菌、好氣菌等,約含十屬
八十種以上的微生物組合培養的。主要菌群為乳酸菌群、酵母菌群、光合成菌群、
絲狀菌群、格蘭氏陽性放線菌群等,以活性狀態共同協生存在一起。它用於土壤改
良、協助作物吸收養分、堆肥醱酵、去除禽畜糞惡臭、淨化水質等效果良好。
活性酵素粉製劑作方法
1) 材料:
1. 米糠 10kg
2. 黃豆粉 10kg
3. 稻穀 5~10kg
4. 活性酵素 100cc
5. 黑糖(糖蜜)100g
(2) 製作過程
淨水10kg加溫到30度C,加100g黑糖(或糖蜜)使其溶解,加活性酵素
液100cc並攪拌至理想濕度(20%~30%),即用手緊握材料,當手鬆開後會成團
狀,抖一抖後團塊就鬆散,此時之濕度即為理想濕度。然後用透氣的紙袋或不織布
袋裝好,於入紙箱內保溫醱酵。數天後會長出白乙菌絲,夏天7天,冬天14天就
可使用,裝袋後放置陰乾處,可保存六個月。
廚餘堆肥製作方法與過程
(1)首先將稻穀、米糠、黃豆粉等混合均勻,然後加上活性酵素液調配成活
性酵素粉劑(如上述製作方法);此外另準備垃圾處理桶2-3個,可採用規格生產
者或至廢棄物收集場購買化工原料桶,自己或請人鑽洞接上排水閥管或水龍頭。桶
內底層墊以高腳濾綱,以隔離並瀝乾廚餘殘渣,防上垃圾浸泡在醱酵液中,然後將
洋蔥網袋套入桶內。
(2)每天將家庭垃圾作分類處理,將切碎的果皮、菜屑及樹葉、茶渣、瀝乾湯汁
水份之廚餘,每次倒入垃圾桶時,上面撒上一層活性酵素粉劑或原液,並隨手將桶
蓋蓋好,以免氣味外溢及孳生蚊蠅或引誘蟑、鼠
(3)日復一日將產出之廚餘放入桶內,如太濕可添加一些米糠、稻穀、木屑或泥
炭等以吸收水份,待垃圾裝至八分滿,最上一層加厚菌可免生蚊蟲。
(4)如照上述方法正常操作,即一層廚餘撒上一層酵素粉劑,並保持材料的乾鬆
,是不會發生惡臭及蛆蟲,則可添加一些酵素粉劑(原液)或噴木醋菸液、木醋蒜
辣液、石灰等除蟲去臭。
(5)待垃圾裝滿後置於陰涼處,約經2-3個月之醱酵後,那些菜葉、果皮、廚
餘經菌群分解變成茶褐色,即成為廚餘堆肥,其中若有部份未完全分解者,最好再
放一段時間,待其完全腐熟後再使用,可作為園藝作物的有機質肥料,可活化土壤
,使作物生長良好。
(6)此外,廚餘製造過程中滲出之醱酵液,應於每星期排出一次,以免因積存過
多,浸泡到廚餘滲液色澤呈現橙黃色,氣味香醇似醬油,為一自然液肥,可用容器
收集裝起,加水稀釋五十至二百倍後,澆灌於家庭園藝作物,提供養分肥料,使綠
意融入生活,亦可用來沖洗馬桶,作為除臭劑久代用品,以代替化學合成除臭劑,
有良好的除臭效果,不但可避免造成二次公害,並可延長化糞池的使用年限。
資料來源:
http://webref.tpml.edu.tw/sp.asp?xdurl=superXD/question_adult_01_d.asp&id=27&mp=10
哪些因素會影響微生物的成長
影響微生物生長的環境因子
微生物的生長受到環境中的物理及化學因素的影響極大,瞭解這些因子如何影響微生物的生長,有助於我們管制微生物及明瞭微生物在自然界中分佈的情形。
(1)水分與滲透壓 -
微生物的細胞膜是選擇性半透膜,細胞內外滲透壓不同時會導致水分的移入或移出。當細胞置於「高張溶液」時(溶液中溶有較多的溶質,滲透壓比細胞內高,例如鹽水與糖水),水分會從細胞中流出,導致細胞的萎縮,微生物的生長則會受到限制;例如以大量鹽或糖醃漬食品可以防止微生物的繁殖,具有保存食品的功效。而當細胞置於「低張溶液」時(滲透壓低於細胞內,例如蒸餾水),水分又會向細胞內擴散,使細胞膨脹;由於多數藻類、真菌、及細菌具有一堅硬的細胞壁,因此細胞可以大致維持其形狀而不會漲破;但如原生動物的細胞因無細胞壁,則必須具備特殊構造將不斷滲入的水分排出,否則細胞將因不斷膨脹而破裂。
自然界中也有許多微生物具有「耐滲透壓」甚至「嗜滲透壓」的本領。這些微生物常見之於鹽度極高的水域中,例如以色列與約旦間的死海、猶他州的大鹽湖、及一般的鹽田中。這些水中含有高濃度的鹽份,滲透壓極大,一般的生物無法在此環境下生存,但這些耐鹽或嗜鹽的微生物卻可於其中正常生長與繁殖。由於嗜鹽生物在演化上發展出必須在高滲透壓下方能生長的適應性,因此也限制了它們的分佈。如將嗜鹽微生物置入一般的海水或淡水中,其細胞會因外界水分的不斷滲入而漲破死亡。
(2)pH質(酸鹼度)
大多數的微生物偏好在中性的環境下生長,過酸或過鹼都會抑制其生長。但是也有些微生物是所謂的「嗜酸生物」或「嗜鹼生物」,它們可在酸性或鹼性的環境中生長。例如乳酸菌、醋酸菌偏好酸性的環境,造成人類胃潰瘍的幽門螺旋菌則可在胃酸中存活;此外也有一些酸性溫泉中的細菌可耐酸達到pH 1~2左右。而一些嗜鹼微生物則可生活在pH 10以上。
(3)溫度 -
微生物依其對溫度的愛好可分為「嗜低溫生物」、「嗜中溫生物」、及「嗜高溫生物」(圖5-2)。我們人類活動的環境中以嗜中溫微生物最多;包括所有的人類共生菌及致病菌。嗜低溫微生物常可在0℃~20℃之間生長,例如從南北極或深海中分離出的微生物大多屬於此類生物。而嗜高溫生物則通常生存在溫泉中或海底火山口附近,它們通常需要至少在45℃以上的環境才能生長;某些種類甚至可在接近100℃的溫泉中生活。目前所知的最高溫度紀錄是生活在海底火山口的一些硫化細菌,它們可耐高達135℃的溫度!這些嗜高溫生物在如此高溫下是如何保護它們的蛋白質不會變性,一直是科學家們所深感興趣並在積極探討研究的題目。值得注意的是,許多嗜中溫生物也具備了「耐高溫」或「耐低溫」的本領,這些微生物能逃過一般食物的加熱處理或是在冰箱中存活,是敗壞食品的麻煩製造者。
(4)氧氣濃度 -
大多數的藻類、真菌、及原生動物都是好氧性的生物; 但細菌的差異性則極大。細菌依其對氧氣的需求可區分為「好氧菌」、「微好氧菌」、「兼性厭氧菌」、與「絕對厭氧菌」。氧氣對好氧性生物而言是呼吸作用中所不可缺少的要素,但對絕對厭氧菌而言則是致命的毒藥。這些絕對厭氧菌必須生活在絕對無氧的環境中,例如沼澤或湖泊的底部污泥中及反芻動物的瘤胃或其他動物的消化道中。微好氧菌則生活在氧氣濃度較低的環境中,但它們又不能完全無氧;例如常生活在人類口腔、消化道、及生殖道中的彎曲桿菌(Campylobacter)就是此種生物。至於兼性厭氧生物則同時具備了於有氧下及厭氧下生存的二項本領。它們於有氧時進行呼吸作用,可產生較多的能量;而於無氧時則轉換其代謝方式成為發酵作用,產生的能量較少,但一樣能正常生存下去。許多腸內細菌都具備這種兼性厭氧生長的本領,而屬於真菌類的酵母菌也是箇中高手(詳見第七章神奇的酵母菌)。
(5)壓力 -
多數微生物是生活在壓力約為一大氣壓的地表附近,但是佔地表達四分之三的海洋中也生存著許多生物;當水深每增加十公尺時,其壓力也會增加約一大氣壓;例如太平洋的馬里亞那海溝底部壓力可達1000大氣壓。因此生活在海洋底部,尤其是一些深海生物,通常都能耐受極大的壓力,是「嗜壓力生物」。這些嗜壓力微生物通常也是嗜低溫生物,因為海洋深處的溫度通常很低,終年維持在2℃~3℃。這些微生物在海底的營養物質循環上扮演了很重要的角色。它們通常無法在「低壓」的情況下生存;例如科學家曾嘗試以2℃及500大氣壓的條件來培養這些嗜高壓的低溫菌而無法成功。
(四)微生物的生長限制及其影響
微生物的生長與繁殖是極為快速的;以大腸桿菌為例,在生長條件良好的情況下,其細胞每十五分鐘可以分裂繁殖一次(亦即其細胞數目加倍),因此細菌的繁殖是以倍增的方式進行。如從二個細胞開始,每小時分裂四次,則一天可繁殖至296個細胞。雖然其每個細胞只有一兆分之一公克重,但在理想情況之下,一天繁殖下來的細胞總重量將可比美一座高山;而一天半時,其重量將與地球等重;二天時重量將超過太陽了。如果再以此繁殖速度繼續下去,要不了多久整個宇宙都將充滿了細菌。幸好這種事情實際上並不會發生,因為細菌的生長與繁殖是會受到養分的供應及環境因子的限制的;一方面養分不可能無限制供應,一方面細菌濃度升高時,氧氣的供應及排泄物的累積也會減低它的生長與繁殖速率;當細胞濃度達到某一程度時,微生物的生長與繁殖會完全停頓下來,甚至老化而開始死亡。因此自然界中微生物的分佈,是受到環境因子的限制的,它們通常只生長在適合它們的特殊環境之下。
此外,以整體生態的觀點來看,任何一種微生物的生存也不能自外於其他生物。自然界中,生物彼此之間有著非常複雜的相互關係;例如,互利共生、片利共生、拮抗、競爭、捕食....等等,均是影響微生物數量與分佈的重要因素。而微生物的生物活動也能造成環境的改變,例如優氧化的湖泊中會因細菌的大量繁殖而呈無氧狀態、置於室溫下的牛乳會因乳酸菌的活動而發酸、藻類的光合作用釋放出氧氣供其他生物呼吸、人體上的正常菌叢有保衛宿主免受病原菌侵襲的功效等。同時也別忘了,早期的地球是無氧氣存在的,直到出現了可行光合作用的藻類地球才開始累積氧氣,形成今日的地球環境。因此這些肉眼見不到的小小微生物與整個地球的生態環境是息息相關的,它們的代謝與生長對地球環境造成的影響遠超過它們的體型。「微生物不可貌相」,誠哉斯言也!
有機肥發酵原理!你曉得不? - 每日頭條
有機肥發酵原理
一、概述
任何一種合格優質的有機肥料的生產都必須經過堆肥發酵過程。
堆肥是在一定條件下通過微生物的作用,使有機物不斷被降解和穩定,並產出一種適宜於土地利用的產品的過程。
堆肥這種古老而簡便的處理有機廢棄物和製造肥料的方法,隨著研究的深入和方法的改進,其應用很受各個國家的重視,因為它有很好的生態意義,也為農業生產帶來效益。有許多報導指出,用腐熟堆肥製備種子苗床能抑制土傳病害。並且在堆肥過程的高溫階段過後接踵而來的拮抗性細菌,可使菌數達到很高水平;堆肥過程中各有機物在微生物作用下,達到不易分解、穩定、作物易吸收狀態;同時微生物作用在一定範圍內減少重金屬毒害作用。可見,堆肥是製造生物有機肥的簡便而有效的方法,有益於生態農業的發展。
我國國內大多數有機肥料產品只堆肥發酵15-20天,這樣的產品只能達到無害化標準。而優質的有機肥料堆肥發酵過程一般需要45-60天的時間。這是因為在堆肥前期的升溫階段以及高溫階段會殺死植物致病病原菌、蟲卵、雜草籽等有害微生物,但此過程中微生物的主要作用是新陳代謝、繁殖,而只產生很少量的代謝產物,並且這些代謝產物不穩定也不易被植物吸收。到後期的降溫期,微生物才會進行有機物的腐殖質化,並在此過程中產生大量有益於植物生長吸收的代謝產物,這個過程需要45-60天。經此過程的堆肥可以達到三個目的,一是無害化;二是腐殖質化;三是大量微生物代謝產物如各種抗生素、蛋白類物質等。
堆肥為什麼產生這樣的效果呢?下面我們對堆肥原理進行比較詳盡的介紹。
二、有機肥發酵原理
(一)堆肥過程中有機質的轉化
堆肥中的有機質在微生物作用下進行複雜的轉化,這種轉化可歸納為兩個過程:一個是有機質的礦質化過程,即把複雜的有機質分解成為簡單的物質,最後生成二氧化碳、水和礦質養分等;另一個是有機質的腐殖化過程,即有機質經分解再合成,生成更複雜的特殊有機質-腐殖質。兩個過程是同時進行的,但方向相反,在不同條件下,各自進行的強度有明顯的差別。
1.有機質的礦化作用
⑴不含氮有機物的分解 多糖化合物(澱粉、纖維素、半纖維素)首先在微生物分泌的水解酶的作用下,水解成單糖。葡萄糖在通氣良好的條件下分解迅速,酒精、醋酸、草酸等中間產物不易積累,最終形成CO2和H2O,同時放出大量熱能。如果通氣不良,在嫌氣微生物作用下,單糖分解緩慢,產生熱量少,並積累一些中間產物-有機酸。在極嫌氣微生物條件下,還會生成CH4、H2等還原態物質。
⑵含氮有機物的分解 堆肥中的含氮有機物包括蛋白質、胺基酸、生物鹼、腐殖質等。除腐殖質外,大部分容易被分解。例如蛋白質,在微生物分泌的蛋白酶作用下,逐級降解,產生各種胺基酸,再經氨化作用、硝化作用而分別形成銨鹽、硝酸鹽,可以被植物吸收利用。
⑶含磷有機物的轉化 堆肥中的含磷有機化合物,在多種腐生性微生物的作用下,形成磷酸,成為植物能夠吸收利用的養分。
⑷含硫有機物的轉化 堆肥中含硫有機物,經微生物的作用生成硫化氫。硫化氫在嫌氣環境中易積累,對植物和微生物會發生毒害。但在通氣良好的條件下,硫化氫在硫細菌的作用下氧化成硫酸,並和堆肥中的鹽基作用形成硫酸鹽,不僅消除了硫化氫的毒害,並成為植物能吸收的硫素養料。在通氣不良的情況下,發生反硫化作用,使硫酸轉變為H2S散失,並對植物產生毒害。堆肥發酵過程中,可以通過定時翻倒措施改善堆肥的通氣性,就能消除反硫化作用。
⑸脂類及芳香類有機物的轉化 單寧、樹脂等結構複雜,分解較慢,其最終產物也是CO2和水;木質素是含植物性原料(如樹皮、木屑等)堆肥中特別穩定的有機化合物,它結構複雜,含芳香核,並以多聚形式存在於植物組織中,極難分解。在通氣良好的條件下,主要通過真菌、放線菌的作用,緩慢地進行分解,其芳香核可變為醌型化合物,它是再合成腐殖質的原料之一。當然,這些物質在一定條件下,還會繼續被分解的。
綜上所述,堆肥有機質的礦質化,可為作物和微生物提供速效養分,為微生物活動提供能源,並為堆肥有機質的腐殖化準備基本原料。堆肥以好氣性微生物活動為主時,有機質迅速礦化生成較多的二氧化碳、水及其它養分物質,分解速度快而徹底,並放出大量熱能;以嫌氣性微生物活動為主時,有機質的分解速度慢,且往往不徹底,釋放熱能少,其分解產物除植物養分外,尚易積累有機酸及CH4、H2S、PH3、H2等還原性物質,當其達到一定程度時,則對作物生長不利甚至有害。因此堆肥發酵期間的翻倒也是為了轉換微生物活動類型,以消除有害物質。
2.有機質的腐殖化過程
關於腐殖質的形成過程有很多種說法,概括起來大體可分為兩個階段:第一階段,有機殘體分解形成組成腐殖質分子的原始材料,如多元酚、含氮有機物(胺基酸、肽等)等;第二階段,先由微生物分泌的多酚氧化酶將多酚氧化成醌,然後醌與胺基酸或肽縮合而成腐殖質單體。由於酚、醌、胺基酸種類很多,相互縮合的方式也不盡相同,因而形成的腐殖質單體也就多種多樣。在不同條件下,這些單體又進一步縮合形成大小不等的分子。
(二)堆肥過程中重金屬的的轉化
城市污泥中含有豐富的作物生長所需的各種養分及有機質,是堆肥發酵最佳原材料之一。但城市污泥中往往含有重金屬,這些重金屬一般指汞、鉻、鎘、鉛、砷等。微生物特別是細菌、真菌在重金屬的生物轉化中起重要作用。雖然有些微生物可以改變重金屬在環境中的存在狀態,使化學物毒性增強而引起嚴重的環境問題或濃縮重金屬,並通過食物鏈積累。但也有些微生物可以通過直接和間接的作用去除環境中重金屬,有助於改善環境。如最早受到關注的造成環境污染的重金屬-汞,微生物轉化汞包括3方面,無機汞(Hg2+)的甲基化、無機汞(Hg2+)還原成Hg0,甲基汞和其他有機汞化合物的裂解並還原成Hg0。這些能將無機汞和有機汞轉化為單質汞的微生物稱為抗汞微生物。微生物雖然不能降解重金屬,但通過對重金屬的轉化作用,控制其轉化途徑,可以達到減輕毒性的作用。
(三)堆肥發酵工藝
堆肥實際就是廢棄物穩定化的一種形式,但它需要特殊的濕度、通氣條件和微生物以產生適宜的溫度。一般認為這個溫度要高於45℃,保持這種高溫可以使病原菌失活,並殺死雜草種子。在合理堆肥後殘留的有機物分解率較低、相對穩定並易於被植物吸收。堆肥後臭味可以大大降低。
堆肥過程有許多不同種類的微生物參與。由於原料和條件的變化,各種微生物的數量也在不斷發生變化,所以堆肥過程中沒有任何微生物始終占據主導地位。每一個環境都有其特定的微生物菌群,微生物的多樣性使得堆肥在外部條件出現變化的情況下仍可避免系統崩潰。
堆肥過程主要靠微生物的作用進行,微生物是堆肥發酵的主體。參與堆肥的微生物有兩個來源:一是有機廢棄物裡面原有的大量微生物;另一是人工加入的微生物接種劑。這些菌種在一定條件下對某些有機廢物具有較強的分解能力,具有活性強、繁殖快、分解有機物迅速等特點,能加速堆肥反應的進程,縮短堆肥反應的時間。
堆肥一般分為好氧堆肥和厭氧堆肥兩種。好氧堆肥是在有氧情況下的有機物料分解過程,其代謝產物主要是二氧化碳、水和熱;厭氧堆肥是在無氧條件下有機物料的分解過程,厭氧分解最後的代謝產物是甲烷、二氧化碳和許多低分子量的中間產物,如有機酸等。
參與堆肥過程的主要微生物種類是細菌、真菌以及放線菌。這3種微生物都有中溫菌和高溫菌。
堆肥過程中微生物的種群隨溫度的變化發生如下的交替變化:低、中溫菌群為主轉變為中高溫菌群為主,中高溫菌群為主轉化為中低溫菌群。隨著堆肥時間的延長,細菌逐漸減少,放線菌逐漸增多,黴菌和酵母菌在堆肥的末期顯著減少
文章來源/有機肥農化大全
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一、堆肥處理之概述:
在自然界中之微生物種類繁多,從微生物對溫度之適應性上分類,有生育在20%下的嗜冷菌、低溫菌,有在25~45℃生長的中溫菌,亦有在50%以上活動的高溫菌;由微生物對氧氣需求上分類,又可分為厭(嫌)氧性菌、兼氧性菌、好氧性菌等三大類。然就有機肥料之製作,其主要之微生物為:
(1)黴菌類(2)細菌類(3)真菌類(4)放線菌類。
(一)傳統堆肥(自然堆肥)製作時,微生物組群對有機物質之分解,其可分為前醱酵期、主醱酵期、後醱酵(完熟)期三個階段:
1. 前醱酵期:此階段主要運作之微生物為25℃~45℃生長之中溫菌種,在此階段中溫生之黴菌、兼氧性菌、厭(嫌)氧性菌、好氧性菌等共同運作而對有機物質產生醱酵分解作用,其間由於厭(嫌)氧性菌、兼氧性菌之運作,堆肥會產生臭味;此階段由於微生物之運作產生醱酵熱,溫度逐漸升高,至50℃時始進入主醱酵期。
2. 主醱酵期:此階段是高溫好氧性菌的舞台,高溫好氧性中之細菌、放線菌、真菌對有機物質產生快速之分解動作。
以下對此三種菌類稍作介紹:
(1)細菌:細菌生育主要之養分為碳水化合物,好氧性細菌對有機質之分解速度極為快速,在好氧性細菌與真菌類同時活動時溫度可高達80℃。
(2)放線菌:放線菌所需之養分主要係取諸於蛋白質之分解,醱酵溫度達70℃時,將以放線菌為主。
(3)真菌:真菌對於纖維質之分解能力極強,澱粉、醣類、蛋白質及木質素均可被其分解。真菌在45℃開始活動,其生育最有利之溫度為60℃,超過60℃時其活動困難,62℃是生長的最上限,超過62℃以上會死亡。由於真菌類之特性,故在進行「高速醱酵」作業時須盡量利用真菌類來進行有機質之醱酵分解。在此階段中病(原)菌由於高溫之關係將會滅死,達到堆肥淨化殺菌之效能。在醱酵期間堆肥必須時常翻攪通氣。
3.後醱酵( 完熟)期:
在本階段中,溫度會逐漸下降至常溫狀態,含水率會下降至30%以下,有機肥料漸趨穩定、腐熟。在本階段活動之菌種將高溫好氧性菌種由高溫好氧性菌漸漸轉變為中溫好氧性菌視覺可觀察到的放線菌、黴菌。
[堆肥高速醱酵」作業有別於傳統(自然)堆肥製作之地方為:「堆肥高速醱酵」作業跳過前醱酵階段,利用高溫好氧性之醱酵介質直接進入主醱酵期,並縮短後醱酵(完熟)時間,故能在8~48小時之間使有機肥達到完熟階段。
有機質肥料堆積方式
有機質肥料堆積方式擇具代表性三種說明如后,分別適用於個別農戶、產銷班及大型堆肥製造場,
(一)簡速密閉通風式堆肥製造(詳如附錄) 簡速密閉通風式堆肥製造技術是靠一套可自行組合之堆肥箱,組合後即 可將加水調理好之堆肥材料堆置其中,剛開始約每 1⎯2天通氣一小時,一週後則每隔 2⎯3 天通氣一小時,第三週後則每隔 4⎯5天通氣一小時,但實際通氣間隔時間應根據堆肥體溫度而定。若以牛糞、太空包木屑、穀殼、稻草、 米糠等材料製造堆肥,大約需要 1.5 至 2.5 個月即可腐熟。本堆肥箱的最大特 色在於免翻堆,且符合環境衛生,可避免遭受雨水淋洗,其每次製造量約可 供四、五分地之蔬菜園所需之堆肥。
(二)簡易堆肥舍製造堆肥 簡易堆肥舍堆積方法係將長纖維材料(如稻草),利用剪草機切短,並與 其他有機質材料如榖殼、木屑、雞糞、牛糞等等利用機械攪拌混合均勻,並 於攪拌混合時一并調整水分,水分含量約 60 %,再行堆積,堆積期間約每隔 7 至 10 天用翻堆機進行翻堆一次,或利用通氣系統打氣,約2至3 個月堆肥可堆製完成。
(三)天車式自動化翻堆製造堆肥 天車式全自動醱酵翻堆設施包括翻堆機、天車主體、天車軌道及 PLC 自 動控制系統等,其主要特性(1)全自動控制免除人力監控(2)堆肥與空氣接觸均 勻促進堆肥醱酵(3)翻堆處理量大每分鐘約 2.5 公尺長×1.8 公尺寬×1.8 公尺高 (4)翻堆深度 1.0-1.8 公尺(5)每次翻堆堆肥前進距離約 1.5 公尺。另外設置送風 處理以輔助天車式翻堆機空氣進入量之不足,並加速堆肥醱酵後期水分之蒸散。
堆肥成熟度的判斷
1.溫度: 堆肥堆積一段時間後,翻堆後溫度不再上升而維持接近室溫,即表示堆肥已完熟。
2.發芽試驗: 堆肥用溫水抽出後稀釋 20⎯30 倍(5 克堆肥加 100⎯150CC 水抽出, 萃取時間三小時),再用濾紙播種。
3.作物生長試驗: 直播小白菜或菠菜以觀察其生長情形,或用 50 %的砂土加 50 %堆肥 4 混合栽植作物。
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