琉璃光雜誌2021年02月目錄
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堆肥小冊(四)
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周妙妃

第四章 堆肥六要素

堆肥是微生物推動的一連串物理與化學反應,材料被撕碎、氧化、水解、還原…,每個產物是不同生物的食物,逐步地,有機質材料慢慢變成腐植質。堆肥其實是微生物的工作,我們人類做堆肥是為微生物提供住處與食物,所以做堆肥除了畜養微生物,我們也要考慮到個人的方便,個人的空間、時間和人力、你能收集甚麼材料、有多少數量,等等的情況。堆肥是自然現象,是科學也是個藝術,了解堆肥的內容與原理可以讓人自由應用,進而改進與創新,本篇是分析堆肥進行所需的六個根本要素。

不管你住在熱帶還是寒帶,不管你是在哪裡做堆肥,是在室內、室外、地面、土坑、壕溝、塑膠桶、木箱或鐵籠,不管你的堆肥腐熟時間是14天或14個月,總而言之,堆肥的基本內容有六個:(一)餵養堆肥裡的小生物(二)適當混和有機質材料和絞碎材料(三)帶入空氣(四)保持潤濕(五)足夠的溫度和體積(六)足夠的時間。這六個條件,追根究底是為了符合微生物的需要,微生物是堆肥的主角,是它們把有機質變成腐植質,再把材料分解成植物可以吸收的小分子。

基本條件中不包括酸鹼值,因為堆肥過程中酸鹼值會一直變化,但堆肥作用也會持續不斷,所以不需也無法控制,因為堆肥的材料和情況會影響酸鹼值,但堆肥微生物種類繁多,自有適應的族群交替繁衍。一般堆肥細菌的適應酸鹼值在6.0 ~7.5,真菌的適應酸鹼質在5.5 ~ 8.0,微生物的族群和數量自會隨著環境和食物而消長生滅,除非材料種類單一,例如只有使用酸性的松樹針葉,最後會得到酸性的堆肥,否則堆肥自然會從起始的酸性,演變到最後完成的成品腐熟的堆肥呈微酸性近中性,一般不需調整酸鹼質即可種植各類蔬菜水果。如果種植的作物需要特別的酸鹼質,在整地準備種植時再調整即可。

堆肥的基本內容有六個:

一、餵養堆肥裡的小生物

微生物無所不在,絕大部分是有益的,堆肥材料愈多樣,微生物種類愈多,最後的堆肥越優質。一般的土壤裡,一小匙約一克的土壤裡含有細菌十億個、真菌一百萬個、原蟲一百萬個、藻類十萬個、酵母菌一千個、及其它微生物。貧瘠土壤或者新堆肥剛開始,需要帶入菌種時,撒幾把好土壤或自製的腐植質,就可畫龍點睛,啟動美妙的堆肥之旅。

微生物無所不在,手上就有數不清的菌種,這是手掌印在培養基上的微生物族群。(https://i.pinimg.com/originals/dc/8b/a5/dc8ba542b31f374f968dcb4822fe064c.png)

有機質是堆肥生物群的食物,堆肥是連續接力的生物活動,前方的生物群為後方的生物群準備食物,讓有機質一步步的從大分子變成小分子,最後變成腐植質。森林裡的腐化或人為的堆肥,它們進行的戲目與得到的結果是一樣的,所有的生物群通力合作,把有機質腐化再和土壤混合,成為腐植質。

(1) 堆肥裡的小型生物

堆肥是小生物分解有機質的過程,參與堆肥的生物有大有小,以食物鏈來分,有數個階級。以原始有機質材料為食的叫做第一階分解者,以第一階分解者為食的生物,我們叫做第二階分解者,以第二階分解者為食的叫做第三階分解者。通常越高階體型越大,但也有小型的高階分解者,例如把卵產入低階分解者體內寄生為食的寄生蜂。

小型的堆肥生物肉眼不可見,包括細菌,放線菌,原蟲,真菌類等,是第一階的生物,以有機質為食。它們沒有嘴巴,藉由分泌消化酵素到體外把有機質分解,再吸收可溶性的養份。

有機材料分解的主角是堆肥裡的小生物,好好餵養它們,就可得到完美的堆肥。(https://brandonscompostproject.wordpress.com/)

(a) 細菌。

材料堆放後,有食物、空氣和水份,材料裡的各種細菌就會開始活動。它們進食、生長、繁殖和死亡,生理代謝產生熱能,提高了堆肥的溫度,加速有機質腐化分解,促進了更多堆肥菌種的繁殖。細菌是堆肥的主角,隨著環境和時間由不同族群上場演出,例如因溫度高低有高溫菌、低溫菌,因空氣的多寡有好氧菌、厭氧菌,不同的族群輪番上場進行腐化工作。

細菌是土壤和堆肥裡最大量最多樣的微生物,一公克的土壤就有十億個細菌。它們可產生各種酵素,分解各種材料,它們把動植物殘骸分解,釋出二氧化碳,把氮轉化成氨與硝基酸,成為植物的養分。

堆肥一開始的溫度如果低於十度,堆肥幾乎沒有作用。在10-21度,大多數細菌為半休眠狀態,但也有低溫菌活躍著,它們氧化燃燒碳元素,產生熱量,釋出氮素等營養,讓溫度逐漸升高,活化了中溫菌。攝氏21-32度,中溫菌是腐化分解的主要菌種,它們大量分解各式材料,釋出有機酸和二氧化碳,並且釋出更多熱量,讓溫度更提高。攝氏32-70度以上,高溫菌活化,開始熱堆肥效應,高溫菌能讓溫度達到65度以上,幾天內足以殺死致病的微生物與卵與雜草種子。高溫也產生腐植酸,使許多養分可被植物吸收。溫度太高反而殺死了有益菌,翻動可以降溫。之後,溫度降下,再由放線菌和真菌上場。

攝氏60度以上的高溫只會持續3-5天,之後溫度略為下降,維持在45度左右。如果翻動帶入空氣,高溫菌會再活化,讓溫度再上升,腐化分解更快速。材料半分解了之後溫度逐漸下降,中溫菌及低溫菌再度活躍,一直到堆肥腐熟完成,其它大型的堆肥生物放線菌、黴菌、蠕蟲、昆蟲等開始進場。

堆肥有5%以上的氧氣時,是以好氧菌為主,它們腐化較有效率,釋放植物的養分氮、磷、鎂等。當堆肥的氧氣低於5%時,好氧菌死亡或休眠,堆肥速度大幅降低,由厭氧菌接手。厭氧菌會釋出有機酸與胺類、硫酸氫、腐胺等難聞甚至對植物有毒害的產物。堆肥時有難聞的味道常令人卻步或引起恐慌,以為自己做錯了,其實是堆肥的狀態或是高氮材料太多,或空氣不足或水份太多,所以形成了適合厭氧菌生存的環境。但那些狀態會經常發生,厭氧菌與難聞的味道都是正常的,厭氧菌也是腐化堆肥工作的一員。做熱堆肥的人或低忍受性的人可以調整堆肥狀態(第七章堆肥的疑問),否則隨著時間,厭氧菌與難聞的味道都會過去,等後期小動物進駐,那些情況都會消失,最後還是成為森林香味的腐熟堆肥。

(b) 放線菌。

構造比細菌稍為複雜,佔所有細菌類的5%,是好聞的森林黴土氣味的來源。它是好氧菌,中溫菌,也可生活在土壤較深層。它可分解木質素、纖維素等大分子,釋出營養素給植物。它可產生抗生素,抑制其它細菌。

(c) 原蟲。

以有機質為食。

(d) 真菌。

黴菌、酵母菌或菇類都是真菌,一公克的土壤就有一百萬個真菌,一般生活在21-24度。原始的植物構造,但不像植物會行光合作用合成自己的食物,它們是腐生生物,以分解動植物殘骸有機質為生,在堆肥和腐木上可看到白色絲狀菌絲,是腐化高碳高纖維材料的主角。

堆肥裡的小型生物。(圖:林也小院)

(2) 堆肥裡的大型生物

堆肥溫度下降,後段出現的生物體型較大,它們把半分解的有機質撕碎分解進食,也獵食較小型的生物,可說是物理性的分解,包括螨、馬陸、蜈蚣、鼠婦、蝸牛、蜘蛛、彈尾蟲、甲蟲、螞蟻、蠅、線蟲、蚯蚓等等。它們把材料撕成碎片,讓微生物更易分解,它們的排泄物也被細菌消化成為植物的養分。

鼠婦是堆肥裡最多的第一階生物,以有機質為食,是熱帶與亞熱帶堆肥後段最多的生物,和馬陸,彈尾蟲,蝸牛,甲蟲等一起把有機質粉碎,也吃進真菌的菌絲和孢子。螨,蜈蚣,蜘蛛,甲蟲是第三階分解者,獵食比它們小型的昆蟲,線蟲等,控制了不少害蟲。

螞蟻在熱帶亞熱帶種類多、數量大,是重要的分解者,它們吃有機質,種子,真菌,昆蟲,它們的搬運工作可帶入更多營養素,也帶入有益的菌種。

各種蠅類的幼蟲和成蟲都以有機質為食,可帶來有益菌種,堆肥的熱度會控制它們的幼蟲。要避免蠅類產卵的困擾,可用高碳材料或土壤覆蓋。

線蟲,扁蟲,輪蟲等生活在富含有機質的根部週圍有水膜的環境,它們吃食有機質,也吃細菌,真菌,線蟲等。

蚯蚓是有益堆肥生物的代表,在土壤裡鑽動進食土壤和有機質,經過消化系統排出,變成了世界上最優質的腐植質。它們的鈣腺會分泌碳酸鈣,中和酸鹼性,消化道的液體有激素、酵素、有益菌等,因此它們每天排出的與體重相當的蚓糞,是最優質的肥料,含有氮、鈣、鎂等植物可以吸收的養分。鼠婦和蚯蚓是腐熟堆肥的指標,出現在堆肥表示溫度濕度適中,通氣性佳,酸鹼近中性。

堆肥裡各種小生物以有機質為食物,大生物以小生物為食物,個個生物都可以釋出養分給動植物,堆肥裡是一個完整的食物網。

(http://troutbrooktree.com/2018/07/03/soil-health-compost-tea-life-in-the-soil/)

事實上,所有的堆肥生物的消化道都是優良的堆肥機器,把有機質分解消化再加工,細菌真菌等生物再接再厲做最後的分解,其結果就是腐植質,是濃縮的營養素及纖維素、有益菌和土壤的混和物,俗稱黑金。

二、適當混和有機質材料和絞碎材料

堆肥的材料越多樣越好,就如我們的食物要多樣化才有均衡的營養一樣。如果加入一種材料含鉀比較多,例如康復力,第二種材料含氮比較多,例如苜蓿,第三種材料含有鈣、銅、鐵、氮,例如蒲公英,又第四種材料含鈣、氮、鉀、磷、硫例如馬齒莧,等等,把它們都放進堆肥裡,那麼未來的腐熟堆肥,就可以提供鉀、鈣、氮、鐵、硫…等等營養,用於種植時,就能供應農作物最豐富的營養。所以各種你能收集的材料,不管是廚餘、雜草或是樹籬,都可以當作堆肥的材料,提供不同的營養素。

我們收集有機質廢棄物做堆肥,所有有機質都含有碳和氮,不同的有機質材料有不同的碳氮比例C/N。碳氮比高的高碳材料大多是植物性的,如稻草、木屑、落葉等,外觀大多是棕色、含水量低、粗硬、高纖維。碳氮比C/N低的高氮材料,很多是動物性的,如糞肥、血粉等,也有植物性的,例如新鮮的草屑、黃豆渣、咖啡渣等。

堆肥微生物能把有機質的碳和氮轉變成植物可以吸收的分子食物。堆肥裡的微生物需要碳作為能量和結構,也需要氮合成蛋白質及其它各種營養素,才能生長和繁殖,然後才能把有機質廢棄物分解。只使用高氮的材料,將會缺氧、黏糊、發臭;只使用高碳材料,材料幾乎不會腐爛。但是把它們混合之後,微生物有了均衡營養,會生長繁殖,材料會發熱,快速腐化分解,所以我們要適當混和最適合微生物的各種材料。

例如一般都市家庭有廚餘是高氮材料,家中的紙類是高碳材料。可先試試把高氮和高碳的材料以1:1混和,看腐化情形再調整為1:2或2:1,因為各家的材料不同。材料越多樣,對微生物來說,營養越豐富。都市居民的有機質廢棄物以廚餘為多,缺少高碳材料,容易發生堆肥黏糊發臭的情況(除非是用花盆堆肥,放在土地上,有蚯蚓幫忙,請看第五章堆肥的方法),可以收集學校落葉或辦公室的碎紙加以中和。

依照碳氮比和所需數量,可以把材料畫成上寬下窄的圓錐狀。

堆肥時,下方為高氮材料,所需數量少,上方為高碳材料,所需數量大。

(參考The Compost Book, by David Taylor)(圖:林也小院)

對微生物來說,有機質材料的最佳碳氮比是25:1。碳太多氮不足,微生物無法生長繁殖,堆肥反應不易;氮太多碳不足,微生物能量不足,無法形成細胞結構,無法妥善利用氮。讓堆肥材料的碳氮比(C/N) 為25:1至30:1,是最適合微生物生長的。

不要大量堆積單樣材料,例如都是高碳的木屑或是高氮的草屑,抑或者都是酸性的針葉材料。收集了很多高碳的材料,可以在堆放時預做處理。先絞碎並層層灑水,如此在堆放期間就初步腐化,將來再和高氮材料混合,可以加速堆肥。

絞碎材料

盡量把材料絞碎。材料絞碎較易翻動與混和,堆積保溫效果佳。材料越小,表面積越大,跟微生物接觸面越大,腐化速度越快,最後成品較細碎均勻。

三、帶入空氣

堆肥時材料堆積,內層成厭氧狀態,厭氧菌較活躍。厭氧菌也會代謝產熱,也會腐化有機質,但味道不佳,分解較慢。翻動帶入空氣,可促進好氧微生物群的活動,分解較快。定期翻動可讓好氧菌和厭氧菌輪番上陣,加速堆肥。

把空氣帶入堆肥裡,就要翻動材料,翻動勤快可帶入氧氣給好氧菌,促進它們製造葡萄糖和固氮。它們生理越活躍,堆肥腐化的速度越快。翻動時可以混和材料和菌種,順便補充濕度或補充堆肥強化劑,創造適合高溫堆肥菌的環境,加速腐化作用,當然也避免了厭氧發臭或因乾燥導致堆肥緩慢的情況。

例如,一開始的4週,可以每週翻動一次。用叉或鏟把材料鏟到另一區,或用堆肥攪拌器攪動,把外面材料翻到裡面,把黏成一團的草屑或葉片翻鬆,太乾時,灑水補充水分。除了翻動,也可以打氣,或埋入打了洞的PVC管帶入空氣。有些植物如向日葵、玉米梗等中空的枝梗,剪碎了混在材料裡,也可增加空氣。

定期翻動,可以帶入空氣,加速堆肥。

(www.bing.com/images/)

大型堆肥埋管打入空氣,加速腐化。

(https://www.o2compost.com/asp-composting-webinar-pt1.aspx)

定期翻動帶入空氣,可以加速腐化。

(圖:林也小院)

厭氧的情況下,溫度較低,有機質腐化較慢,腐植質會累積,形成碳匯,把碳鎖在土壤裡,不變成溫室氣體,造成地球暖化。現代永續農業強調碳匯,要把腐植質保留在土壤裡,所以提倡減少翻犁,因為翻犁會把土壤裡的腐植質暴露在氧氣與高溫環境中,刺激微生物活動加速腐化,釋出二氧化碳、甲烷和其它溫室氣體,翻犁也會破壞微生物與其建立的土壤結構。所以農業上要減少深度翻犁的次數,種植時盡量只做土表淺層的鬆土,土壤要持續用綠肥作物與堆肥補充有機質,以提高有機質含量,讓土壤生物活躍,它們自會鬆動土壤,讓土壤鬆軟好耕作。

四、保持潤濕

微生物需要水份才能生長繁殖,它需要的是濕潤材料表面的水膜,材料像吸水後扭乾的海綿。水分過少反應慢,低於45-50%,堆肥就無法進行。水分過多高於60%,會降低溫度、營養流失、減少空隙和氧氣、發臭。

雨水是最好的;自來水含氯,會改變酸鹼度;地下水可能含有某些礦物質,可能是酸性或鹼性,需要檢驗。

乾燥高碳的材料,如稻草、落葉要散開,可事先泡水浸濕,再與高氮材料充分混和。堆肥開始,可覆上稻草或黑色塑膠布保濕同時預防雨水沖刷。翻動時,檢查濕度,太乾要灑水,太濕要加點材料。

堆肥需要保持濕潤,才會完成腐化。

(圖:林也小院)

堆肥可大可小,保持濕潤,堆肥微生物才會努力做工。

(https://greenactioncentre.ca/reduce-your-waste/avoiding-wasps-or-mice-in-your-compost-pile/)

(https://www.sbs.com.au/food/article/2018/07/10/what-earth-compost-shower)

水分過多時,容易變成低溫、厭氧與酸性的環境,微生物活動幾乎停止,腐植質會開始蓄積,泥炭層就是如此形成。

五、溫度和堆肥的體積

溫度會影響腐化的速度,自然環境中,高溫時有機物分解快,微生物腐化快,植物生長吸收也快,腐植質不易累積;低溫時有機物分解慢,植物隨季節快速生長和休眠,但微生物腐化慢,所以寒冷地區的腐植質堆積多。

氣候、體積、C/N比、濕度、通氣等,會影響堆肥的溫度。

(圖:林也小院)

人為的堆肥縮短了有機質腐化的時間,其過程是由各種微生物輪番上陣,其中的中溫菌和高溫菌是堆肥的主角,它們生活的適溫是20-60度。所以材料內容C/N比例適當,堆積的體積夠大,溼度適中,空氣充足,表面覆蓋保溫,就有機會提高堆肥的溫度,加速堆肥,並殺死病原菌與雜草種子。堆肥的體積至少要1立方公尺以上,堆成下寬1.2~1.5公尺、高1.2公尺的小山丘,中央可以達到60度以上高溫。材料多時,可以延伸堆成一列列的長龍狀,商業上的堆肥製造廠就是如此。

堆肥體積夠大,溫度可提高至將近70度。

六、足夠的時間

堆肥需要時間完成,14天到14個月或更久,端看個人情況。有機質腐化是很自然的事,多花點時間和努力,回收的是更優質的堆肥。沒有時間和空間,只要收集有機質廢棄物就已經為我們的環境盡了些許責任,它們最後也會變成腐質質回到大地。只要有耐心和恆心,人人都是堆肥大師。 (下期續)

堆肥要有有耐心和恆心。(圖:林也小院)

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