堆肥生產(chǎn)中，如果僅僅通過(guò)感官或經(jīng)驗來(lái)判斷原料搭配是否合理、水分調節是否適宜，往往偏差較大，特別是當原料或工藝發(fā)生變化時(shí)，差異會(huì )更大，這也是造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩定的重要原因。要優(yōu)化堆肥條件和配方，必須按照原料理化參數，通過(guò)科學(xué)的計算來(lái)確定。
堆肥配方的形成就是對C/N和水分的平衡過(guò)程，目的是使它們均處于合理的范圍內。
通常一個(gè)指標先調整合適后，堆肥的配方就可基本確定下來(lái)，若需要進(jìn)一步調整比例，則一般要在不明顯影響第一個(gè)指標的情形下對第二個(gè)指標進(jìn)行優(yōu)化。
一、   C/N
   堆肥化過(guò)程中，碳素是堆肥微生物的基本能量來(lái)源，也是微生物細胞構成的基本材料。堆肥微生物在分解含碳有機物的同時(shí)，利用部分氮素來(lái)構建自身細胞體，氮還是構成細胞中蛋白質(zhì)、核酸、氨基酸、酶、輔酶的重要成分。
   據研究，一般情況下，微生物每消耗25g有機碳，需要吸收1g氮素，微生物分解有機物較適宜的C/N為25左右。C/N過(guò)高，微生物生長(cháng)繁殖所需的氮素來(lái)源受到限制，微生物繁殖速度低，有機物分解速度慢，發(fā)酵時(shí)間長(cháng)；有機原料損失大，腐殖質(zhì)化系數低；并且還會(huì )導致堆肥產(chǎn)品C/N高，施入土壤后易造成土壤缺氮，從而影響作物生長(cháng)發(fā)育。C/N過(guò)低，微生物生長(cháng)繁殖所需的能量來(lái)源受到限制，發(fā)酵溫度上升緩慢，氮過(guò)量并以氨氣的形式釋放，有機氮損失大，還會(huì )散發(fā)難聞的氣味。合理調節堆肥原料中的碳氮比，是加速堆肥腐熟，提高腐殖化系數的有效途徑。
   常見(jiàn)的有機固體廢物含碳量一般為40~55％，但氮的含量變化卻很大，因此C/N的變幅也較大。一般禾本科植物的C/N較高，大約在40~60之間，畜禽糞便、城市污泥C/N較低，大約為10~30。為達到理想的堆肥有機物分解速度，通常用C/N較高的秸桿粉、草炭、蘑菇渣等與C/N較低的畜禽糞便、城市污泥等進(jìn)行混合調整。在堆肥化過(guò)程中，由于微生物的作用，有近2/3的碳素會(huì )以CO2的形式釋放出來(lái)，剩余部分與氮素一起合成細胞生物體，所以堆肥化過(guò)程是一個(gè)C/N逐漸下降并趨于穩定的過(guò)程，腐熟堆肥的C/N一般為15：1左右。 此外，不同的堆肥原料其適宜的C/N也存在差異，這種差異主要有兩方面構成，一方面為取決于堆肥原料中有機物的生物有效性（或可降解性，表3-3），另一方面取決于堆肥原料粒度。雖然從理論上講堆肥物質(zhì)中的大多數碳是可以利用的，但也存在一些很難生物降解的有機化合物，如木材中的木質(zhì)纖維素，因此，當這類(lèi)物質(zhì)含量較高時(shí)，應設置一個(gè)較高的C/N值；相同原料由于粒度不同，比表面積存在差異，可被微生物利用的碳或者說(shuō)其被微生物分解的速度也存在差異，這些都是進(jìn)行堆肥C/N設計時(shí)應考慮的。
表3-3  某些有機基質(zhì)的可降解性

二、水分
     堆制過(guò)程中保持適宜的水分含量，是堆肥制作成功的首要條件。由于微生物大都缺乏保水機制，所以對水分極為敏感。當含水量在35%~40%之間時(shí)，堆肥微生物的降解速率會(huì )顯著(zhù)下降，但水分下降到30%以下時(shí)，降解過(guò)程會(huì )完全停止。通常有機物吸水后會(huì )膨脹軟化，有利于微生物分解；水分在堆肥中移動(dòng)時(shí)，所帶菌體也會(huì )向四周移動(dòng)和擴散，并使堆肥分解腐熟均勻；水中溶解的各種物質(zhì)還會(huì )為微生物營(yíng)養，并為微生物的繁殖創(chuàng )造條件。水分太少，微生物活動(dòng)受限制，影響堆肥速度；水分太多，會(huì )堵塞堆肥物料間空隙，影響其通透性，易形成厭氧狀況，并產(chǎn)生臭氣，養分損失大，堆肥也同樣緩慢。堆制過(guò)程中不同的原料具有不同的最適水分上限，并由這些原料物質(zhì)的粒徑和結構特性所決定。
    對于絕大多數堆肥混合物，推薦的含水量上限為50%~60%。一般情況下，可以用不太精確的擠壓測試來(lái)測量混合物料的濕度，如使用擠壓測試時(shí)，堆肥混合物應該感覺(jué)起來(lái)比較潮濕，并有滲水的情形，但還不至于呈現大量水滴。要計算出堆肥物料的最佳混合比例，首先必須了解不同物料的最大持水能力，然后根據設定的混合物最適水分含量，以調節C/N為前提，確定不同物料的比例。
    表3-4列出了部分原料的最大水分含量范圍，水分含量值與堆肥基質(zhì)的結構有關(guān)，含纖維或不易處理的基質(zhì)如稻秸、木屑，在保持結構完整的條件下持水量均較高。
表3-4  不同堆肥基質(zhì)的最大水分含量

許多堆肥基質(zhì)如城市垃圾、農業(yè)廢棄物和庭院廢物都是以相對干燥的狀態(tài)進(jìn)行堆肥的，甚至動(dòng)物糞便在堆肥前都需進(jìn)行風(fēng)干。污泥和其它濕有機物卻不然，城市污泥含水率一般大于70％，況且污泥不含親水性的纖維，如果單獨以污泥餅進(jìn)行堆肥，則會(huì )因其缺乏儲存氧氣的自由通氣孔隙而需要不斷的機械攪拌輸入空氣。

圖3-1  初始基質(zhì)水分含量對堆肥過(guò)程溫度的影響，引自Senn(1971)
圖3-1表明牛糞堆肥中水分控制的重要性。該實(shí)驗在2.4米深的堆肥倉中進(jìn)行，倉底裝有強制通風(fēng)系統。當水分含量為66％時(shí)（起始點(diǎn)），系統最高溫度上升到55℃就停止了；清倉后向其中加入干基質(zhì)并調節水分含量到61％，溫度會(huì )迅速升到75℃以上；如果繼續提高水分含量則會(huì )阻礙堆肥進(jìn)程，因為過(guò)量的水分會(huì )因基質(zhì)擠壓而減少自由通氣孔隙，以致減少空氣在基質(zhì)中的分布。
保持適當的水分和孔隙率是平衡堆肥過(guò)程的重要手段。要保證足夠的生物穩定性，必須有足夠的水分含量，但不能高到由于自由通氣孔隙量減少而導致氧氣傳輸量下降的狀態(tài)，進(jìn)而降低生物活性。另外，適當的水分和自由通氣孔隙量有利于生產(chǎn)干燥的堆肥產(chǎn)品，易于儲存和運輸。當然在實(shí)際操作中是不可能使所有的控制因素同時(shí)達到最佳的，所以有時(shí)需要相互協(xié)調。
三、粒徑
      堆肥物料的分解主要發(fā)生在顆粒的表面或接近顆粒表面的地方，由于氧氣可以擴散進(jìn)入包裹顆粒的水膜，所以這些地方有足夠的氧氣保證有氧代謝的需求。
      在相同體積或質(zhì)量的情況下，小顆粒要比大顆粒有更大的表面積。所以如果供氧充足，小顆粒物料一般降解的要快一些。實(shí)驗證明將堆肥物料加以粉碎后，可以使將降解速率提高2倍以上。一般推薦的顆粒粒徑為1.3-7.6mm，這個(gè)區間的下限適用于通風(fēng)或連續翻堆的堆肥系統，上限適用于靜態(tài)堆垛或其他靜態(tài)通風(fēng)堆肥系統。
      對濕基質(zhì)進(jìn)行結構調整時(shí)，調理劑的粒徑大小也會(huì )起到非常重要的作用。如果調理劑粒徑過(guò)小，會(huì )導致難以達到預期的自由通氣孔隙，并可能使混合基質(zhì)固相體積不易達標。例如，有些堆肥系統由于使用粒徑很小的稱(chēng)為“木粉”的木屑，導致混合基質(zhì)呈飽和泥狀，由于缺少空隙而易發(fā)生厭氧反應。為規范調理劑的使用，美國一些地方規定木屑應不少于總固相的65％，95％可以通過(guò)12mm篩，而通過(guò)2.23mm的應小于50％；有的規定粗木屑占總固相的50～70％，95％可通過(guò)12.5mm篩，通過(guò)4.75mm的應小于20％。同時(shí)，對粒徑大的顆粒進(jìn)行限制是為了避免最后的產(chǎn)品顆粒過(guò)大而需過(guò)篩。如果堆肥產(chǎn)品應用于園藝或在草坪、花園上施用時(shí)，粒徑一般不要大于10mm。
      總之，小顆粒調理劑如木屑等易于生物降解，但從結構角度來(lái)看，應避免使用過(guò)多的小顆粒。
四、pH值
      pH是影響微生物生長(cháng)繁殖的重要因素之一。雖然不同研究得出的堆肥微生物適宜的pH范圍存在些許差異，但共同的研究結果表明，多數堆肥微生物適合在中性或偏堿性環(huán)境中繁殖與活動(dòng)。細菌和放線(xiàn)菌最適合的生長(cháng)條件為中性和微堿性，真菌嗜酸性。細菌和真菌消化有機物時(shí)會(huì )釋放有機酸，有機酸通常在堆肥初期被累積而導致pH下降，從而有利于真菌的生長(cháng)以及木質(zhì)素和纖維素的降解，隨著(zhù)有機酸進(jìn)一步被降解，pH逐漸升高，細菌和放線(xiàn)菌的繁殖會(huì )逐漸加快。
     然而，但堆肥體系變成厭氧狀態(tài)時(shí)，有機酸的累積可以使pH降低到4.5以下，這時(shí)會(huì )嚴重影響微生物的活動(dòng)，通?？梢酝ㄟ^(guò)通風(fēng)增氧使堆肥pH調節到正常范圍；同樣，當堆肥pH>10.5時(shí)，大多數細菌活性減弱，高于11.5時(shí)開(kāi)始死亡?？傊^(guò)高和過(guò)低的pH都會(huì )引起蛋白質(zhì)變性，如胺基、羧基基團變異，改變其物理結構，并使酶蛋白失活。
     常見(jiàn)的堆肥原料如畜禽糞便、市政污泥、作物秸桿、草炭、蘑菇渣等一般不需要進(jìn)行pH調節，但當原料pH偏離正常堆肥pH（5~9）較大時(shí)，就必須進(jìn)行pH調節。當pH偏酸性時(shí)（低于4），通常用石灰調節，有時(shí)為減少氮素損失，也用堿性磷肥調節酸堿度；當pH偏堿性時(shí)（大于9），可以通過(guò)添加氯化鐵或明礬來(lái)調節，有時(shí)也用強酸或堆肥返料進(jìn)行調節。
     在pH調節時(shí)要注意的是，石灰的用量不宜過(guò)大，一般控制在5%以?xún)?，否則會(huì )延長(cháng)堆肥過(guò)程的緩沖期，不利于堆肥化進(jìn)程。
五、堆肥配方確定及計算
表3-5列出了影響堆肥的一些初始因素并推薦了一些基本參數，供參考。
 
表3-5 快速堆肥的推薦條件

a 這些推薦是對快速堆肥而言的，在這些范圍以外的條件同樣可以產(chǎn)生成功的結果。
b 依特定的物料、堆體大小和天氣條件而變。
在處理濕物料時(shí)，水分就成為最重要的指標，因為高水分會(huì )引發(fā)厭氧條件、臭氣和低分解率。不合適的C/N比影響并不嚴重，通常最好先根據水分來(lái)設計一個(gè)初始配方，然后再逐步調整，獲得一個(gè)可接受的C/N比。干物料與C/N比是成比例的，因為比較容易通過(guò)加水來(lái)調節。
表3-6給出了堆肥配方的計算公式，它是以干重為基礎計算的。
表3-6 堆肥配方計算公式 

對單個(gè)組分來(lái)講，必須知道其水分含量、氮含量（%，干重）和碳含量（%，干重）以及C/N比。若要把重量轉變?yōu)轶w積或相反，則還要知道每一成分的比重。
下頁(yè)給出了計算堆肥配方比例、水分和C/N比的案例和步驟。對兩種原料的配方來(lái)說(shuō)，
如糞便和調理劑，調理劑的比例可以直接從預期C/N比或水分含量求得（表3-7）。
但對三種或三種以上原料來(lái)說(shuō)，其配方應根據表3-3中的公式反復計算求得。在這種情形下，各原料的配比可先確定下來(lái)，然后計算相應的C/N比和水分，若無(wú)論是C/N比還是水分均不合適，就要調整配方繼續計算，直至取得合適的C/N比和水分為止。這種計算很煩瑣，若依賴(lài)計算機程序則要簡(jiǎn)單許多。
案例3.1
一堆肥廠(chǎng)以雞糞為原料，雞糞水分為70%，為獲得良好堆肥效果，需要用35%水分含量的
表3-7  兩種原料配方時(shí)調理劑的計算
                針對兩種物料時(shí)的計算步驟：
 
                           1．   在預期水分含量下，單位重量原料b所需原料a的重量為
                                       mb-M
                    a     =      -
                                         M-ma
 
                          2．   在預期C/N比下，單位重量原料b所需原料a的重量為
                              %Nb   (R-Rb)    (1-mb)
                   a= ×-×-
                             %Na   (Ra-R)    (1-ma)
 
                  然后，再檢查混合物水分是否合適。
               這里：a =單位重量原料b所需原料a的重量
                        M=預期混合物料水分含量
                        ma=原料a水分含量
                        mb=原料b水分含量
      &n, bsp                 R=預期混合物料C/N, , , 比&n, bsp
                        Ra=原料a的C/N比
      鋸末進(jìn)行調節。假定雞糞的C/N比為10：1，氮含量為6%；鋸末的C/N比為500：1，氮含量為0.11%，試確定合適的堆肥配方。
       第一步：根據確定的混合物料水分含量，求物料的搭配比例
       如設定混合物料的水分不超過(guò)60%，1kg雞糞需要S kg鋸末
                                    雞糞中水分含量+鋸末中水分含量    
     則混合物料水分 =  
                                      總重量                     
       0.7+(0.35×S)
      =- = 60%
       1+S
                     S = 0.4
      即每公斤雞糞至少需要用0.4公斤水分含量為35%的鋸末進(jìn)行搭配，才能保證混合物料的水分含量不超過(guò)60%。
       第二步：根據上述搭配比例，檢驗混合物料的C/N是否合適
       首先依據下列公式計算兩種物料的C量和N量
       水重量=總重量×水分含量
       干重=總重量-水分重量
       氮量=干重×N%
        碳重=C/N比×氮重
 
   每1公斤雞糞含：
   水=1公斤×0.7=0.7公斤
   干物質(zhì)=1公斤-0.7公斤=0.3公斤
   氮=0.3×0.06=0.018公斤
   碳=0.018公斤×10=0.18公斤
 
   每1公斤鋸末含：
   水=1公斤×0.35=0.35公斤
   干物質(zhì)=1公斤-0.35公斤=0.65公斤
   氮=0.65×0.0011=0.00072公斤
   碳=0.00072公斤×500=0.36公斤
 
 然后計算混合物料的C/N
 
       雞糞C量+鋸末C量     0.18+(0.4×0.36)
C/N = - = =  17.7
       雞糞C量+鋸末C量   0.018+(0.4×0.00072)
 
計算結果表明，混合物料C/N過(guò)低，須調整物料比例，增加C含量即鋸末的使用量。
第三步：不斷調整鋸末比例，每調整一次，都按上述步驟重新計算混合物料的水分含量和C/N，直到都符合堆肥基本要求為止。
經(jīng)過(guò)反復計算，本案例的優(yōu)化結果是每公斤雞糞添加0.6公斤鋸末，混合物料水分為57%，C/N比為21。
, , 比&n, bsp
                        Ra=原料a的C/N比
      鋸末進(jìn)行調節。假定雞糞的C/N比為10：1，氮含量為6%；鋸末的C/N比為500：1，氮含量為0.11%，試確定合適的堆肥配方。
       第一步：根據確定的混合物料水分含量，求物料的搭配比例
       如設定混合物料的水分不超過(guò)60%，1kg雞糞需要S kg鋸末
                                    雞糞中水分含量+鋸末中水分含量    
     則混合物料水分 =  
                                      總重量                     
       0.7+(0.35×S)
      =- = 60%
       1+S
                     S = 0.4
      即每公斤雞糞至少需要用0.4公斤水分含量為35%的鋸末進(jìn)行搭配，才能保證混合物料的水分含量不超過(guò)60%。
       第二步：根據上述搭配比例，檢驗混合物料的C/N是否合適
       首先依據下列公式計算兩種物料的C量和N量
       水重量=總重量×水分含量
       干重=總重量-水分重量
       氮量=干重×N%
        碳重=C/N比×氮重
 
   每1公斤雞糞含：
   水=1公斤×0.7=0.7公斤
   干物質(zhì)=1公斤-0.7公斤=0.3公斤
   氮=0.3×0.06=0.018公斤
   碳=0.018公斤×10=0.18公斤
 
   每1公斤鋸末含：
   水=1公斤×0.35=0.35公斤
   干物質(zhì)=1公斤-0.35公斤=0.65公斤
   氮=0.65×0.0011=0.00072公斤
   碳=0.00072公斤×500=0.36公斤
 
 然后計算混合物料的C/N
 
       雞糞C量+鋸末C量     0.18+(0.4×0.36)
C/N = - = =  17.7
       雞糞C量+鋸末C量   0.018+(0.4×0.00072)
 
計算結果表明，混合物料C/N過(guò)低，須調整物料比例，增加C含量即鋸末的使用量。
第三步：不斷調整鋸末比例，每調整一次，都按上述步驟重新計算混合物料的水分含量和C/N，直到都符合堆肥基本要求為止。
經(jīng)過(guò)反復計算，本案例的優(yōu)化結果是每公斤雞糞添加0.6公斤鋸末，混合物料水分為57%，C/N比為21。
, , 比&n, bsp
                        Ra=原料a的C/N比
      鋸末進(jìn)行調節。假定雞糞的C/N比為10：1，氮含量為6%；鋸末的C/N比為500：1，氮含量為0.11%，試確定合適的堆肥配方。
       第一步：根據確定的混合物料水分含量，求物料的搭配比例
       如設定混合物料的水分不超過(guò)60%，1kg雞糞需要S kg鋸末
                                    雞糞中水分含量+鋸末中水分含量    
     則混合物料水分 =  
                                      總重量                     
       0.7+(0.35×S)
      =- = 60%
       1+S
                     S = 0.4
      即每公斤雞糞至少需要用0.4公斤水分含量為35%的鋸末進(jìn)行搭配，才能保證混合物料的水分含量不超過(guò)60%。
       第二步：根據上述搭配比例，檢驗混合物料的C/N是否合適
       首先依據下列公式計算兩種物料的C量和N量
       水重量=總重量×水分含量
       干重=總重量-水分重量
       氮量=干重×N%
        碳重=C/N比×氮重
 
   每1公斤雞糞含：
   水=1公斤×0.7=0.7公斤
   干物質(zhì)=1公斤-0.7公斤=0.3公斤
   氮=0.3×0.06=0.018公斤
   碳=0.018公斤×10=0.18公斤
 
   每1公斤鋸末含：
   水=1公斤×0.35=0.35公斤
   干物質(zhì)=1公斤-0.35公斤=0.65公斤
   氮=0.65×0.0011=0.00072公斤
   碳=0.00072公斤×500=0.36公斤
 
 然后計算混合物料的C/N
 
       雞糞C量+鋸末C量     0.18+(0.4×0.36)
C/N = - = =  17.7
       雞糞C量+鋸末C量   0.018+(0.4×0.00072)
 
計算結果表明，混合物料C/N過(guò)低，須調整物料比例，增加C含量即鋸末的使用量。
第三步：不斷調整鋸末比例，每調整一次，都按上述步驟重新計算混合物料的水分含量和C/N，直到都符合堆肥基本要求為止。
經(jīng)過(guò)反復計算，本案例的優(yōu)化結果是每公斤雞糞添加0.6公斤鋸末，混合物料水分為57%，C/N比為21。
（河南省鶴壁市百惠生物科技有限公司供應有機肥發(fā)酵菌種、有機肥發(fā)酵劑和有機肥生產(chǎn)技術(shù)。本技術(shù)適宜于處理的廢棄物包括：（1）糞便類(lèi) 雞糞、豬糞、牛糞、羊糞、馬糞等動(dòng)物糞便；（2）秸稈類(lèi) 玉米秸稈、稻草、麥秸、豆秸等農作物秸稈；（3）殼糠類(lèi) 稻殼、稻殼粉、花生殼粉、花生秧粉、谷糠、菌糠等；（4）糟渣類(lèi) 酒糟、醬油糟、醋糟、糠醛渣、木糖渣、酶渣、大蒜渣、糖渣等；（5）餅粕類(lèi) 豆餅、豆粕、油枯、菜籽餅等；（6）其他 生活污泥、濾泥等。通過(guò)生物發(fā)酵腐熟，制作成達到NY525-2002標準的有機肥料。http://www.jejeekaiyang.com/。咨詢(xún)熱線(xiàn)：0392-5611505  5611506  5611507  15803924096  13303920423）