有机废弃物和发酵有机肥概念、化学特征和分类提议

陈燕子

（湖北省武汉市生物农业工程师）

1.0有机废弃物的概念

有机废弃物是含有机成分的物质。有机废弃物虽然很多，分子结构非常复杂，分子量也很大，形态各有不同；但是化学元素组成是相同的；它们是都含有碳元素。以碳（C ）元素为分子骨架，由氮（N），氢（H），氧（0）、磷（P）、硫（S）和其他少数无机元素或者卤族元素（氟）F）、氯(Cl)、溴(Br)、碘（I）构成的一类分子数量巨大；结构非常复杂的化合物，统称为有机物。卤族元素是一类以生物有机质为原料；通过卤化合成高分子化合物的无机元素，卤族元素不是来自于生物体的物质成分元素，其卤化合成的高分子化合物不可以被微生物降解，称为非生物有机废弃物（Non-bio-organic waste）。例如：尼龙和化学纤维、塑料、橡胶、冷冻剂、、防冻剂、染料、香精香料等化学物质都含有卤族元素。由生物体产生的废弃物；称为生物有机废弃物（Bio-organic waste）。例如：农作物秸秆或者农副下脚料、禽畜动物粪便等；是一类可被微生物降解的有机废弃物，是发酵生产有机肥的主要原料。因此，有机废弃物分为：可被微生物降解的生物有机废弃物和不可降解的卤族有机废弃物（Halogen organic waste）两个不同的废弃物类别。科学研究发现：碳（C）元素和氮（N）元素是构成生物有机质的主要元素。其中碳（C）元素占有比例平均为58％，其比值常数为：100／58=1.724。通常了解某种有机物的有机质含量时，只需检测出碳（C）元素含量数据，即可计算出某种有机物的有机质含量。生物有机质中的氮（N）元素占有比例平均为：16％，其比值常数为：100／16=6.25。通常了解某种有机物的蛋白质含量时，只需检测出氮（N）元素含量数据，即可计算出某种有机物的蛋白质含量。生物有机质分子中的碳、氮之比通常为：C：N=58％：16％。两者的比值为：C：N=3.625：1.0。生物有机质中的磷、钾等其他无机元素含量跟不同生物类群有很大区别；因此没有规律性的含量。

2.0有机废弃物的化学特征

有机物或者有机废弃物都是含碳元素的化合物。但是并非所有含碳的化合物都是有机物，比如CO、CO2和碳酸盐，虽然含有碳元素，但是不含有碳氢化合物烃（R-CH3），所以不属于有机物范畴。有机物与无机物相比有如下特点:：

第一:有机物分子除含有碳元素外，还含有H、O、N、P、S等相关元素。            

其烃基（R-CH3）分子中的氢（H）元素可被卤族元素取代形成卤代烃。例如：氟代烃，氯代烃，溴代烃，碘代烃，脂肪卤代烃，芳香卤代烃等。简单的卤代烃，如氯（代）甲烷、二氯甲烷等，多是在高温或光照条件下；以烷烃有机分物为原料，通过高温高压，在化学催化剂作用下产生卤化反应制得有机化学产品。结构复杂的卤代烃则多由相应的醇或不饱和烃制得。生物新陈代谢不产生卤代烃化学反应；因此不是构成生物体的有机成分。

第二：碳元素与碳元素之间以共价键形成碳键（-C-C-），这是有机物形成碳环骨架结构的基础链接键。

第三：有机物分子多为非极性分子或弱极性分子。分子间通过范德华引力形成结合分子。

第四：有机物种类繁多，数量达百万种以上，其原因是:

1）碳原子含有有4个电子，能与其他原子形成4个共价键 。

2）碳链的长度可以有不同；碳原子之间的结合方式可以有单键、双键、叁键以上互相连接，形成长链形态分子或者环状形态分子。

3）普遍存在同分异构现象。

4）对大多数有机物而言，有机物难溶于水，易溶于汽油、酒精、苯等有机溶剂。大多为非电解质，不易导电；多数熔沸点较低 ；多数易燃烧，易分解，化学反应复杂，速度慢，多需要催化剂，而且副反应多，存在氧化还原反应。

3.0有机废弃物分类原则和建立分类系统提议

有机废弃物种类非常多。大多是一类可被利用的再生资源；因此引起许多人的开发研究和利用；并且形成规模化产业。其中，利用生物有机废弃物发酵生产有机肥已经成为当今社会发展的主流。几乎所有的生物有机废弃物都可用于发酵生产有机肥，但是对生物有机废弃物的分类而言，至今没有人提出分类标准。对生产发酵有机肥原料来说，如何鉴别和科学选用有机废弃物料，设计出科学合理的生产配方和工艺，对确保有机肥产品质量显得非常重要。据此提出生物有机废弃物分类原则和分类系统提议如下。

3.1 有机废弃物分类原则

1）以生物产生的废弃物作为分类依据。不包括二氧化碳、一氧化碳等挥发气体或者液态气体。

 2）可被微生物或者生物酶降解的有机废弃物。                   

 3）可被微生物或者生物酶降解的产物是以单质有机碳和烃基（R-CH3）化合物或者有

机氮素为主要成分的产物。

3.2关于有机废弃物分类系统提议

根据不同类群生物产生的废弃物和废弃物存在状态；建议分为以下四大分类系统是：植物类废弃物、动物类废弃物、微生物类废弃物和混合型废弃物。

一：植物类废弃物 ：

含有纤维素；包括半纤维素和木质素；淀粉和糖类是植物类废弃物主要成分和特征。另外还含有蛋白质和多肽及氨基酸；油脂（不饱和脂肪酸）；核酸和核苷酸等有机成分的废弃物。自然状态条件下；固态植物类废弃物水分含量≤50％，半固态植物类废弃物水分含量≤70％， 液态植物类废弃物水分含量≥90％。

1）植物原料类废弃物：

含废弃植物根、茎、杆、叶、花、果、藤、皮和种子等。采收后的植物体分离或者不分离，形态完整或者不完整。新鲜或者干枯的农作物废弃物。各种自然生长的植物、竹、木及园林绿化植物等废弃物料。

2）植物原料加工类废弃物：

植物体根、茎、杆、叶、花、果、藤、皮和种子等，通过砍伐、收割或者剥离、碾磨或者粉碎、浸泡、过滤或者沉淀提取有效成分后产生的固、液废弃物。采取烘焙、蒸煮、压榨、发酵（酿造）等方式提取有效成分后产生的皮、壳、粉、渣、芯、饼粕等废弃物料。

3）植物食品类废弃物：

植物类的各种生、熟食品和食材等废弃物料。

4）自然凋亡植物废弃物类： 

自然生长发育凋亡堆积产生的废弃物料，包括根、茎、杆、叶、花、果、藤、皮和种子等。

二：动物类废弃物：

    含有糖原包括葡萄糖是动物废弃物的主要特征。含有蛋白质和多肽及氨基酸、脂肪（饱和脂肪酸）、核酸和核苷酸为主要成分的废弃物。自然状态条件下；废弃物水分含量≥70％。

1）动物尸体废弃物：

各种动物；包括鱼、虾、蟹、贝、蚌、螺等水生动物死亡后的尸体。

2）动物原料类废弃物：

宰杀各种动物；包括鱼、虾、蟹、贝、蚌、等水生动物剔除的皮、壳、贝、毛、骨头、内脏、血液、下脚料等废弃物。

3）人畜动物粪便：

各种人畜动物排泄的粪便和尿液；混合或者不混合物料。

4）动物食品类废弃物：

各种生、熟动物食品或者食材产生的废弃物料。

三：微生物类废弃物

细胞含有菌肽糖、葡萄糖、多肽和氨基酸、几丁质等成分；是微生物废弃物的主要特征。另外含有类脂、核酸和核苷酸等成分。

1）真菌菌渣：

各种食用菌包括药用真菌残留菌丝与栽培料混合型菌渣。其他丝状细胞微生物菌渣等。

2）微生物菌渣：

各种有机酸发酵、氨基酸发酵、微生物酶制剂发酵、抗生素发酵、生物发酵医药和生物发酵农药的滤渣、滤饼、滤液等废弃物。

3）藻类残渣（藻渣）：

海产或者淡水，包括陆地生长的各种单细胞藻类生物废弃物。

四：混合型废弃物：

这类废弃物含有动物和植物有机成分。是一种混合类型废弃物。

1）生活垃圾（环卫垃圾）：

家庭或者公共场所的人畜粪便；城市环卫清扫的各种有机废弃混合物料。餐厨垃圾等。

2）矿质碳化废弃物：

沉积于土壤或者岩石年代久远的碳化动植物尸体。通过开采分离产生腐殖酸产品。主要有：煤矿矿渣、冶炼石油渣、天然气提纯矿渣等废弃物。

4.0发酵有机肥的概念和建立发酵有机肥分类系统提议

4.1发酵有机肥基本概念

以生物废弃有机物为原料，在微生物或者生物酶的催化作用下，利用可发酵糖分，将生物有机物大分子分解和氧化成为以含碳（C）、氢（H）、氧（O）氮（N）、磷（P）为主要元素；含有少量钙（Ca）、镁（Mg）、硫（S）中量元素和无机微量元素以及活性微生物细胞，可为植物生长发育合成有机质提供活性有机碳元素成分和无机养分需求的肥料产品称为发酵有机肥。其中，单质有机碳（C）元素和烃基（R-CH3）化合物或者有机氮素化合物是发酵或者酶解生物化学反应的终端产物；也是发酵有机肥的最主要成分。   

4.2建立发酵有机肥分类系统提议

   发酵有机肥是以生物废弃有机物为原料，在微生物或者生物酶的催化作用下产生碳、氢为主要基质元素成分的肥料产品。为满足土壤有机质和农作物养分需求，生产出许多有机肥产品。产品具有共性同时，其生产工艺和施用效果存在专一性差异。为方便产品研发设计合理工艺和了解产品施用效果，应该建立发酵有机肥产品分类系统。产品分类应该以生物废弃物分类系统为分类原则划分有机肥产品类别。

4.3发酵有机肥分类系统

一：植物类废弃物发酵有机肥

        以植物类废弃物为主要原料。在微生物发酵作用下；利用可发酵糖分，将原料分解和氧化成为单质有机碳（C）元素和烃基（R-CH3）化合物或者植物氮素或者乳酸和微量乙醇为发酵终端产物的有机肥。                                      

1， 发酵基质有机肥（发酵碳素肥）

        以植物废弃物为主要原料，加菌或者不加菌好氧发酵，发酵产物为单质有机碳元素（C）和烃基（R-CH3）化合物为发酵终端产物的有机肥。产品有机质≥45％，总养分≥5％.

2，自然发酵基质有机肥

         以植物废弃物为原料，在自然条件下凋亡堆积发酵成为有机肥。根据不同生物体自然凋亡堆积自然发酵成肥特征，分为：林土基质肥、草本基质肥、沤肥、绿肥、土渣肥等。可在土壤中为作物提供合成碳素有机质来源的一类肥料，称为基质有机肥。

      产品有机质≥45％，总养分≥5％.

3，加入发酵菌好氧发酵基质有机肥

     以植物体根、茎、叶、花、果、藤、皮和种子等，通过收割剥离或者分离、碾磨或者粉碎、浸泡、过滤或者沉淀提取有效成分后产生的固体废弃物。采取烘焙、蒸煮、压榨、发酵（酿造）等深加工方式提取有效成分后产生的皮、壳、粉、渣、芯、饼粕等废弃物为原料，通过粉碎加工，添加堆肥菌剂，堆积好氧发酵成为单质有机碳（C）元素和烃基（R-CH3）化合物为终端产物的有机肥。是可在土壤中为作物提供合成碳素有机质来源的一类肥料，称为基质有机肥。产品有机质≥45％，总养分≥5％.

4，发酵（酶解）植物氮素有机肥

以饼粕为原料发酵（酶解）生产的有机肥，称为饼肥。饼粕是油料作物提取食用油脂后的副产品，以含植物蛋白质为主要成分，可通过微生物发酵成为多肽和氨基酸为主要成分的固态氮素有机肥产品。采用生物酶液态水解饼粕，成为多肽和氨基酸为主要成分的产品，称为液态氮素有机肥产品。发酵或者酶解的饼肥是一种可为作物生长发育直接利用氮素合成蛋白质的营养型有机氮素有机肥。产品全氮≥1.0％

5，益生菌（酵素菌）无氧发酵有机肥

       以含植物可被发酵的糖类废弃物为主要原料，加入或者不加益生菌，密封无氧发酵，终端产物以乳酸为主要成分，含有微量乙醇的活性益生菌（酵素菌）肥料。益生菌发酵有机肥是一种作物保健型有机肥料。产品cfu ≥0.2亿/克

二：动物类废弃物发酵有机肥

 以动物类废弃物为原料。在微生物发酵或者酶解作用下，将蛋白质分解成为有机氮素为主要成分的有机肥。例如：多肽肥、氨基酸肥等 。                         

1，自然发酵粪便（尿液）有机肥

人畜粪便，或者尿液；靠自然发酵腐熟。是一种以含多肽和氨基酸、铵盐、尿酸盐、胆盐等为主要成分的氮素有机肥料。俗称：自然腐熟粪肥或者粪尿腐熟肥。产品全氮≥1.0％

2， 好氧发酵粪便有机肥

 人畜粪尿，在好氧条件下，加菌堆积发酵成为肥料。根据不同动物粪便发酵肥料，可取名动物名称发酵有机肥。例如：鸡粪发酵肥，猪粪发酵肥，牛粪发酵肥，混合粪便发酵肥……。产品全氮≥1.0％。

3，沼肥（无氧发酵肥）

以人畜粪便为原料，在密封条件下，加菌或者不加菌；无氧发酵产生沼气后的沼渣和沼液，含有一定成分的有机氮素和其他无机养分而形成的固态或者液态肥料。

4，自然发酵生物质有机肥

       动物死亡尸体，宰杀各种动物；包括鱼、虾、蟹、贝、蚌、等水生动物，剔除的皮、壳、毛、骨头、内脏、血液、下脚料等废弃物，窖存屯集自然腐败发酵形成的肥料。

5，好氧发酵（酶解）生物质有机肥

 动物死亡尸体，宰杀各种动物；包括鱼、虾、蟹、贝、蚌、等水生动物，剔除的皮、壳、毛、骨头、内脏、血液、下脚料等废弃物，通过机械切割粉碎和高温蒸煮杀菌处理，加入微生物菌剂，好氧发酵（酶解）工艺生产的固态或者液态生物质有机肥产品。例如：发酵骨粉肥，发酵甲壳素肥，发酵多肽肥，酶法液态氮素有机肥等产品。产品全氮：≥1.0％。

三：微生物细胞类废弃物有机肥

        以各种食用菌包括药用真菌残留菌丝与栽培料混合型菌渣。各种有机酸发酵、啤酒和果酒发酵、氨基酸发酵、微生物酶制剂发酵、抗生素发酵、发酵生物医药和生物农药生产提取有效成分后的滤渣、滤饼、滤液等废弃物。其他丝状细胞菌渣，海产或者淡水，包括陆地生长的各种单细胞藻类生物等废弃物为原料，通过机械脱水或者浓缩处理，加菌发酵或不加菌发酵而形成的有机肥产品。

1，微生物菌渣有机肥：

以各种微生物培养的菌渣或者滤饼、滤渣废弃物；包括各种单细胞藻类废弃物为原料，通过机械粉碎和脱水处理，加菌发酵或者不加菌发酵；通过脱水和干燥处理生产的肥料。例如：海藻素发酵有机肥，食用菌渣有机肥、酒渣有机肥等。产品有机质

：≥30％，总养分：≥5％。

2，微生物滤液有机肥：

以各种微生物培养物的滤液废弃物为原料，通过浓缩处理，加菌发酵，或者不加菌发酵直接作为肥料产品。例如：谷氨酸发酵提取味精后的废弃滤液氮素有机肥，废弃滤液添加草木灰混合干燥加工处理的固态氮素有机肥产品。产品有机质：≥30％，总养分：≥5％。

四：混合型废弃物发酵有机肥

        这是一种动物类废弃物和植物类废弃物混合原料发酵生产的有机肥    

1，农家肥、垃圾肥、厩肥

       以家庭或者环卫清扫的垃圾，圈养家禽家畜粪便和垫料的混合物料，餐

厨垃圾等。加菌或者不加菌，堆积发酵成为的肥料。产品有机质：≥45％，总养分：≥5％。

2,腐殖酸有机肥

这类有机肥的原料包括有：煤矿矿渣、冶炼石油渣、天然气提纯渣料等废弃物。腐殖酸的英文名称为胡敏酸(Humic acid)。腐殖酸是由远古时代死亡的动植物尸体沉积在土壤中；靠土壤微生物自然发酵形成的一种碳素肥料。腐殖酸是可然物质，大多与岩石伴存，分布极不均匀。尤其是煤矿，腐殖酸含量非常少的煤矿石，基本上没有燃烧价值，被作为废弃物堆放在露天，由此影响到采矿生产。由于腐殖酸是一种优质碳素有机肥，从煤矿废渣中提取腐殖酸已经形成了产业化生产。据悉，大多采用化学方法生产纯品腐殖酸。上市产品有：腐殖酸钠、腐殖酸钾、黑腐酸、棕腐酸和发酵黄腐酸等系列产品。

产品有机质：≥45％，总养分：≥5％。

淤泥发酵肥

   这是一类多种类型有机废弃物混合的物料。主要有：被排放到下水道的生活垃圾、动植物废弃物、生活废水、工业废弃物、餐厨垃圾等。靠自然微生物发酵而形成淤泥。含有丰富的有机碳素和氮素成分；没有分解的植物油脂和动物脂肪。也含有重金属等无机化合物。淤泥是一种没有被自然发酵腐熟的肥料，必须添加发酵菌堆制好氧发酵成为合格产品。现代时期，淤泥发酵有机肥，已经形成产业化生产。产品有机质：≥45％，总养分：≥5％。

无氧自然发酵堆肥

       这类有机肥的原料主要为农作物秸秆和粪便混合类型物料。是我国历史以来的民间传统制肥方式。多以人工操作，将农作物秸秆和粪便混合堆置，采用淤泥或者农用塑料薄膜密封料堆，无氧自然发酵腐熟成为肥料。以废弃物资源存量取决于料堆大小规格。无氧自然发酵时间不确定。多用于耕地底肥施用。

好氧发酵堆肥

       这类有机肥的原料主要为农、林废弃物和粪便混合类型物料。是我国现代时期产业化生产发酵有机肥最多的一类产品。原料通过机械脱水、粉碎处理后加入发酵菌剂翻抛供氧发酵。发酵生产周期为7天-20天左右。产业化生产有：平地堆垛翻抛供氧发酵、水泥池铺料翻抛供氧发酵和发酵罐（发酵仓）机械通风供氧发酵三种生产工艺。根据原料资源不同存量和肥料用途，原料选配比例有所不同。通常有：植物类废弃料：动物类废弃料=7:3或者3:7的配比。其C：N≥45:1。混合原料水分控制；50％-70％左右。产品质量符合NY525-2012标准。

五：复混类有机肥

        这是一类以发酵有机肥为基料，根据土壤有机质不同含量和农作物对无机养分不同需求以及为防治农作物病虫害或者治理土壤盐碱板结，包括重金属污染的土壤，添加功能微生物的一类多种功能的肥料。

1，有机无机复混肥

有机-无机复混肥是一种既含有机质又含适量化肥的复混肥产品。复混肥与复合肥的区别是：复混肥是以发酵腐熟的有机肥为基础，根据农作物养分需求，添加氮、磷、钾三种无机养分化肥中任何一种或者两种无机养分元素化肥；掺混成为粉末或者通过机械制粒成为颗粒而生产的商品肥料。有机质在30％-45％左右，总养分在15％左右。复合肥是完全不添加有机肥，以氮、磷、钾三种无机养分化肥中任何一种到两种无机养分元素或者三种全养分元素肥料混合；采用高温、高压和高塔三高聚合化学反应生产的一种商品复合化肥，其总养分为45％；N-P-K=15-15-15。有机无机复混肥最明细的特点是：综合了有机肥慢性缓释无机养分和农作物快速利用无机养分的优点，起到均衡供给养分和提高无机养分利用率的作用。据悉，我国农作物施用无机化肥，农作物对无机养分的利用率平均只有30％，剩余的无机养分残留在土壤中，这也是导致土壤板结的主要原因。以农作物对总养分45％，N-P-K=15-15-15的复合化肥利用率计算，实际只需调配总养分≤15％即可。有机肥缓释养分特点，主要表现在，有机肥中携带有大量益生菌，益生菌利用其中部分养分之时，使得益生菌大量繁殖和不断更新换代，由此起到了活菌细胞储存养分和死亡菌体释放养分的作用，有利于农作物对无机养分的均衡利用。是一种施用效果非常好的肥料产品，产品有机质≥30％，总养分≥10％。

2，有机无机复混BB肥（有机无机掺混肥）

     BB复混肥也称为掺混肥，原本是一种干混无机化肥。是以氮、磷、钾三种养分元素中任何两种或三种单元化肥和复合化肥为原料，通过简单的机械混合制成的产品。在混合过程中无显著化学反应的无机化肥。有机无机BB肥是添加发酵有机肥或者腐殖酸、发酵（酶解）生物质原料为基础，与单元化肥或者复合化肥混合生产的一种肥料产品。产品类似于有机无机复混肥。所不同的是：有机无机BB肥可使用复合化肥混合，而有机无机复混肥则只使用氮、磷、钾三种营养元素中任何两种或三种元素化肥混合。在生产工艺上，有机无机BB肥显得更为简单一些。产品有机质≥30％，总养分≥10％。

3，测土配方复混有机肥

        这是根据检测土壤有机质和养分含量低于国家标准，靶向生产的一种既可增加土壤有机质含量，又可满足农作物养分需求的有机肥产品。其产品有机质含量一般≥45％，总养分≥10％。可根据地域土壤状况，调配有机质和总养分含量生产适合地域专用产品。

    产品有机质≥30％，总养分≥10％。

4，功能菌复混有机肥

      功能菌是指可为农作物提供抑制或者杀灭病虫害的一类靶向功能性微生物。这类功能性微生物以发酵有机肥为载体，与有机肥混合成为产品。通过施用后微生物繁殖；产生靶向功能性效果。添加功能微生物的有机肥，称为功能菌有机肥。根据功能菌的不同靶向功能，分为药用菌有机肥和固氮释磷解钾有机肥两种产品。施用比较多的药用菌肥有：防治根结线虫病虫害的淡紫拟青霉菌药用有机肥，防治立枯病害的枯草芽孢杆菌有机肥，防治灰霉菌、白腐病等多种真菌病害的木霉菌药用有机肥，防治土传有害昆虫和林木有害昆虫的白僵菌、绿僵菌有机肥，防治鳞翅目、鞘翅目等多种有害昆虫的B.T药用菌有机肥等靶向生防菌有机肥产品。固氮有释磷解钾有机肥主要菌种有：自身固氮菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等。产品有机质≥30％，总养分≥10％。cfu ≥0.2亿个/克产品。

5：螯合有机肥

       螯合有机肥也成为络合有机肥。是以发酵有机肥为基础，添加无机螯合基或者有机螯合基配制生产的一种用于治理土壤盐碱化板结和土壤重金属污染的专用有机肥产品。螯合也是络合化学反应，对同一种原子，若形成螯合物比单基配位体形成的络合物（非螯合物）要更加稳定，这种反应称作螯合反应。螯合物一般以五元环、六元环为最稳定，且一个络合剂与中心离子所形成的螯环的数目越多就越稳定。螯合反应就是生成络合物的化学反应。螯合剂是配合物的一种，在螯合剂的结构中，一定有一个或多个多齿配体提供多对电子与中心体形成配位键。“螯”指螃蟹的大钳，此名称比喻多齿配体像螃蟹一样用两只大钳紧紧夹住中心体。 EDTA是一种螯合剂，可与土壤中金属盐和重金属产生络合反应，使之失去电子移动活性，实现土壤改良。海藻或者水产鱼类的贝壳、虾壳都含有螯合功能，也是生产螯合有机肥的极好原料来源，是一种天然有机螯合物。产品有机质≥30％，总养分≥10％。