简报

自然条件下有机混合物的降解通常发生在土壤和沉积物中、土壤表面或者水体中。在大多数情况下，降解中的底物与已降解的原料或外部基质会有接触。因此，降解原料和基质之间的营养转换（例如，土壤、沉积物和水）是可能存在的，并且降解原料的分散性使得其需要一定的环境温度才可发生降解。但也有例外，例如，秋天堆积的树叶在降解过程中放出的热足以使原料温度上升。在大多数情况下，我们将各种物质收集在一起，保证其可以自行产热，这就是堆肥化过程的典型特征。化学及生化反应依赖于温度，因此许多化学、物理和生物特性在堆肥化过程中都会发生改变。

参见下图：堆肥过程中的微生物群落：温度反馈

堆肥中包含高活性高密度（10¹²细胞/克）的微生物群落。不断变化的条件（温度、PH、空气、水分、可利用底物）使得各种生物生长出现指数生长阶段和稳定期阶段。尽管微生物的生存能力很强，但问题是只有很小部分的微生物可以进行培养。因此不论何时，微生物群落在很短的时间内就会被其他物质取代。

从微生物学角度看，自然界中的降解过程可以看作是一系列连续培养，每一个都有独自的物理（例如温度）、化学（可利用底物）、生物（例如，微生物群体组织成）特性和反馈效应。这些变化使得对整个过程进行研究变得很困难，因为实验室无法模拟温度、空气、湿度等与表面体积相关的变量。但是，现在被广泛接受的理论是堆肥化可以分为四个阶段，下面我们分别对四个阶段进行介绍。

在第一阶段（也被称作起始阶段），易降解且富含能量的物质充足，例如糖和蛋白质，逐渐被真菌、放线菌和细菌等降解,通常称这些微生物为初级分解者。提供机械作用（例如旋转）的有蠕虫、螨虫、节肢动物等，其他类群等作为催化剂的作用非常小。根据堆肥模型，上述动物的作用基本上可以忽略，但是在蚯蚓堆肥中却很重要。经验证，在初始底物中嗜温微生物的数量比嗜热微生物的数量多三个数量级，但初级分解者的活动却会导致温度升高。

耐高温的有机体在这个阶段有较大的竞争优势，并逐渐在最后取代了几乎所有的中温微生物群。上一阶段中的嗜温微生物逐渐死去，并最终被嗜热微生物所利用。此时，分解作用的速度很快，并不断加速，直到温度大约达到62°C。35～55°C之间，嗜热真菌的数量达到最大值，温度的继续升高则会抑制真菌的生长。在较高的温度下，耐热和嗜热的细菌和放线菌依然很活跃。

如果不是大部分微生物在超过65°C下都遭到破坏，温度很可能会持续上升，甚至超过80°C。也有可能并不是因为微生物作用导致温度上升，而是非生物放热反应的影响，其中可能包括放线菌分泌物的耐高温酶的作用。参考下图。

在一个堆肥料堆中，并不是所有区域都会达到同一个温度，所以，需要经常翻堆，使得所有基质都可以轮换转移到最热的核心地带。从微生物学角度来看，可以将料堆分为四个温度区域（如下图）。外部区域温度是最低的，并且氧气充足；内部区域氧气不足；下部区域温度很高，氧气也很充足；上部区域是最热的，并且氧气供应相当充足。

高温阶段对于无害化处理很重要。人类和植物病原体在这个阶段被消灭，野草种子和昆虫幼虫以及虫卵等也被杀死。除了高温阶段的高温因素，在这个阶段主要存在的放线菌可以产生抗生素，这对无害化处理很重要。温度超过70ºc的结果就是大部分嗜热细菌被杀死，因此当温度回落时，菌群恢复就会受到阻滞。可以通过一定的手段来进行菌群的再繁殖。

当底物消耗到一定程度时，嗜热微生物的活力下降，温度也开始降低。嗜温细菌重新繁殖，它们来自受保护的微小生境中存活的孢子，或者从外部进行接种。如果初始阶段的微生物可以降解糖类、低聚糖和蛋白质,那么第二个中温阶段的特征是微生物开始降解淀粉和纤维素，它们几乎都是细菌和真菌。

在腐熟阶段，基质质量下降，经过一系列的过程后，微生物群体的组成几乎全部变化，通常是真菌数量增加，细菌数量减少，混合物不再进一步降解，形成了木质-腐殖质复合体等，并成为主要物质。（这一段对腐熟肥料的特征描述比较模糊，有时间在具体解释）

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