堆肥的定義
簡單來說，堆肥可被描述為「微生物和一些無脊椎動物將有機物經過產熱、好氧的分解過程轉換成腐植質（humus）的過程。」腐植質是土壤特異有機質，也是壤有機質的主要組成部分，是一種分子複雜、抗分解性強的棕色或暗棕色無定形膠體，增加一公頃土地 1% 的有機質，需要添加 70 公噸的堆肥，這相當於在一公頃土地封存 21 公噸的碳。在不擾動的狀態下，熟成的堆肥可存於土壤100~5000年，這也是增加土壤有機質之所以能對抗氣候變遷的原因。
堆肥的種類——好氧堆肥vs.厭氧堆肥
堆肥主要分為「好氧（aerobic）堆肥」及「厭氧（anaerobic）堆肥」，其差異點包括微生物種類、堆肥溫度、堆肥熟成速度等。一般來說，好氧堆肥因其高水平的微生物活 動、無惡臭氣體和快速分解的特性，而優於厭氧堆肥。
好氧堆肥：
其特色在於能在短時間產生穩定且無病原體的成品，且異味較少，常用於農業及林業。好氧堆肥如字面上的意思，需在有氧氣的環境作用，過程中透過嗜熱菌類、細菌、嗜中性菌的交互作用產生熱能，使系統內溫度達到50-70度，此時病原體及雜草種子被摧毀，接著溫度下降，便進入不再升溫的成熟階段。成熟的堆肥呈現均質的深褐色到黑色，顆粒尺寸 一致，組成物質減少，另外，好氧發酵則因主要的排放氣體為二氧化碳，相較於暖化潛勢較高的一氧化二氮，排放量相對較低。
厭氧堆肥：
厭氧堆肥通常在沼氣池等密閉環境中進行，由厭氧微生物主導。相較好氧堆肥，厭氧堆肥雖能保留較多養分，但所需時間較長，且會產生臭味，過程中也不會有高溫情形，使病原體及雜草種子無法被直接摧毀。
堆肥過程拆解——礦化作用與腐植化作用
土壤有機質的轉化分為礦化和腐植化兩個過程：
礦化作用（Mineralization）：
又稱礦物質化或氨化作用，指微生物將土壤中有機態的氮轉變成無機氮化合物。主要由好氧或厭氧細菌及真菌進行。礦化作用受到許多因子影響，如：土壤特性（質地、結構、有機質含量等），降雨量、土壤環境（溫度、水分、pH 值）、有機質本身特性、施用量及施用時期等。現今已有例證顯示，長期施用單一有機質肥料，或一次過量施用有機質肥料，會造成土壤中某些養分含量失衡，而不利作物生長或形成二次污染。（蔡宜峰、莊作權、黃裕銘，1993）
腐植化作用（Humification）：
有機質在土壤中經由微生物酵素作用或土壤黏土礦物的催化氧化作用而逐漸轉變為微生物較難分解的腐植質（humus）的作用。一般來說，有機質可分為
非腐植質（non-humus substances）：包括易被微生物分解的碳水化合物，蛋白質，氨基酸……等小分子物質，及
腐植質（humus substances）：此部份為較難被微生物分解的大分子，包括腐植素（humin），腐植酸（humic acid）和黃酸（fulvic acid）。
影響堆肥的因素
許多人嘗試將廚餘製作成堆肥，但卻常面臨惡臭、作用緩慢等問題，這是因為他們缺乏基本的堆肥的知識。
碳氮比(C/N比)（最重要！）
碳氮比是評估堆肥過程的啟動和有效性，以及所產生的堆肥品質的重要指標。有機材料以C和N的形式作為微生物的能源來源。富含碳的材料(乾燥和棕色)包括稻草、木屑和乾樹葉，而富含氮的材料則呈濕潤和綠色。堆肥中過量的N會產生氨，引起異味，而C則會減緩分解過程。堆肥過程開始時的理想碳氮比應小於30:1，在生物過程結束後，應小於15。碳氮比高的材料需要更長的時間來分解，可能需要長達10個月的時間。碳氮比為25的堆肥速率高，一個月內失去大量的全氮。
濕度
水分涉及微生物活動中能量和營養的傳遞，研究結果顯示，45% 至60%之間的水分含量是堆肥的最佳範圍。在適當水平下，堆肥應該感覺潮濕但不滴水。水分含量低於最適需求(<40%)會減緩微生物活動，可能導致休眠(Kawai等，2020年)。然而，水分含量>60%也可能導致水分子填滿孔隙，形成厭氧環境，導致微生物窒息和死亡。
氧氣
微生物通常是需要氧氣來產生、繁殖和分解有機物的好氧細菌。堆肥中的氧氣水平主要受堆肥堆的孔隙度的影響。這意味著在堆肥系統中必須仔細考慮有機材料的形狀、大小和體積。5%至15%為堆肥的理想 通氣範圍。
溫度和時間
溫度與堆肥系統中發生的生物活動成正比，堆肥的實際最適溫度範圍是40°C至65°C。
微粒大小
可以透過將堆肥材料切碎成較小尺寸來加快堆肥速度，然而，過度切碎會導致壓實，使得堆肥的孔隙度和通氣性變差。最適合堆肥的碎屑尺寸是應在3.1至12.7毫米之間。
生物
營養物質的可用性和類型以及溫度變化決定了在堆肥系統中佔主導地位的微生物。蚯蚓、蜈蚣、蜘蛛、黑水虻、蟑螂及共生菌等都能促進堆肥過程。
體積、形狀、孔隙大小
體積在保持熱量方面有重要作用。過大的堆肥堆可能導致通氣不良，過小的堆肥堆則可能無法保持足夠的熱量。 熱量的損失與堆肥質量的表面積有關，而熱量的產生則與堆肥質量的體積成正比。 孔隙大小與氣流、含水量和保水能力有關，而水和氧含量又決定了各種微生物的活性。
PH值
堆肥過程通常對於pH值相對不敏感，這是因為在這個過程中有著 廣泛的微生物存在，而每種微生物都有其最適的pH範圍。pH值在堆肥過 程的開始時下降，隨著分解的進行逐漸增加，接近中性。堆肥的最佳pH 值在5.5到8之間。
參考資料：
<A review of the principles of composting: understanding the processes, methods, merits, and demerits>：https://doi.org/10.1007/s13165-022-00408-z
open pc 開放樸門
詹雅婷、劉雨庭。2022/11/01。土壤碳庫與淨零排放 降低氣候變遷衝擊最有潛力的方式：https://soil.nchu.edu.tw/news_detail.php?Key=582
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