Стадии компостирования

Теоретические основы процесса компостирования

Процесс компостирования представляет собой сложное взаимодействие между органическими отходами, микроорганизмами, влагой и кислородом. В отходах обычно существует своя эндогенная смешанная микрофлора. Микробная активность возрастает, когда содержание влаги и концентрация кислорода достигают необходимого уровня. Кроме кислорода и воды микроорганизмам для роста и размножения необходимы источники углерода, азота, фосфора, калия и определенных микроэлементов. Эти потребности часто удовлетворяются веществами, содержащимися в отходах.

Потребляя органические отходы как пищевой субстрат, микроорганизмы размножаются и продуцируют воду, диоксид углерода, органические соединения и энергию. Часть энергии, получающейся при биологическом окислении углерода, расходуется в метаболических процессах, остальная – выделяется в виде тепла.

Компост как конечный продукт компостирования содержит наиболее стабильные органические соединения, продукты распада, биомассу мертвых микроорганизмов, некоторое количество живых микробов и продукты химического взаимодействия этих компонентов.

Стадии компостирования

Компостирование представляет собой динамический процесс, протекающий благодаря активности сообщества живых организмов различных групп.

Компостирование – комплексный, многостадийный процесс. Каждая его стадия характеризуется различными консорциумами организмов.

Фазы компостирования состоят из (рисунок 1):

Стадии компостирования в разрезе отношения живых организмов к температуре субстрата

Стадия компостирования	t ⁰C	Преобладающие группы микроорганизмов	Субстрат	Уровень рН	Краткая характеристика
лаг-стадия	0-30	Психрофилы	простые сахара и углеводы	6-7	Начинается сразу после внесения свежих отходов в компостную кучу. В течение этой фазы микроорганизмы адаптируются к типу отходов и условиям обитания в компостной куче. Распад отходов начинается уже на этой стадии, но общая численность популяции микробов еще невелика.
мезофильная	30-57	Мезофиллы	простые сахара и углеводы целлюлоза, гемицеллюлоза и белки	5,5-6	На протяжении этой фазы процесс распада субстратов усиливается. Численность микробной популяции возрастает. После потребления доступного субстрата микробы выделяют комплекс органических кислот, которые служат источником пищи для других микроорганизмов. Однако не все образовавшиеся органические кислоты поглощаются, что ведет к их избыточному накоплению и, как результат, к понижению рН среды. рН служит индикатором окончания второй стадии компостирования. Но это явление временное, поскольку избыток кислот ведет к гибели микроорганизмов.
термофильная	57-65	термофилы	белки, жиры и сложные углеводы (целлюлоза и гемицеллюлоза и т.д.)	5,5-6,5	В результате микробного роста и метаболизма происходит повышение температуры. Когда температура повышается до 40 ⁰С и выше, мезофильные микроорганизмы замещаются – теромофилами. При достижении температуры 55 ⁰С большинство патогенов человека и растений погибает. Но если температура превысит 65 ⁰С, погибнут и аэробные термофилы компостной кучи. Благодаря высокой температуре происходит ускоренный распад белков, жиров и сложных углеводов типа целлюлозы и гемицеллюлозы – основных структурных компонентов растений. В результате исчерпания пищевых ресурсов обменные процессы идут на убыль, и температура постепенно снижается.
стадия созревания	56 - t окр. среды	мезофилы	Полуразложившееся и разложившееся органические вещества	7,5	Вследствие падения температуры до мезофильного диапазона в компостной куче начинают доминировать мезофильные микроорганизмы. Температура является наилучшим индикатором наступления стадии созревания. В данной фазе оставшиеся органические вещества образуют комплексы. Этот комплекс органических веществ устойчив к дальнейшему разложению и называется гуминовыми кислотами или гумусом.

1. Фаза распада

Первичное разложение сырого материала. Участвуют простейшие почвенные микроорганизмы: 1) плесневый грибок, 2) актиномицеты, 3) эубабактерии, 4) винтообразные бактерии, 5) аэробные спириллы

Фаза реконструкции

Переходный этап от стадии чистого разложения. Увеличение числа микроорганизмов: 1) актиномицеты, 2) пеницилл, 3) дрожжевой грибок, 4) и 5) плесень головчатая, 6) спириллы, 7) вилохвостка

Фаза синтеза

Начало активных созидательных процессов, образование незрелого компоста. Увеличение чисченности сложных почвенных организмов: 1) мокрица свертывающаяся, 2) дрожжевой грибок, 3) плесень головчатая, 4) пеницилл,

5) плесень зеленая, 6) плесень головчатая, 7) актиномицет, 8) компостный червь,

9) вилохвостка, 10) орибатады или панцирные клещи, 11) личинка скорпионовой мухи, (12) многоножка, 13) вилохвостка, 14) жужелица, 15) личинка комара толстоножки, 16) личинка малой комнатной мухи, 17) мокрица свертывающаяся, 18) личинка мухи журчалки

Фаза созревания

Продолжение сложных внутренних процессов построения материала компоста, зрелый компост. Разнообразная и активная жизнь почвенной микрофауны:

1) сенокосец, 2) вилохвостка, 3) личинка луговой долгоножки, 4) растение звездчатки средней или мокрицы, 5) и 6) личинки жужелицы, 7) навозный червь, 8) мокрица, 9) орибатид или панцирный клещ, 10) улитка, 11) клещ,

12) хищный клещ, 13) личинка мертвоеда,

14) улитка, 15) муравей, 16) личинка майского жука, 17) дрожжевой грибок, 18) кивсяк, 19) медведка обыкновенная, 20) пеницилл

Фаза гумификации

Формирование устойчивых форм гумуса, образование ценной компостной земли: 1) паук скакун, 2) муравей, 3) вилохвостка, 4) нематоды, 5) жужелица, 6) поперечное сечение листа с нематодами, 7) щелкун, 8) мокрица, 9) садовая землеройка, 10) кивсяк, И) дождевой червь, 12) орибатид или панцирный клещ,

13) водоросли, 14) майский жук

Еще одна причина увеличения кислотности почвы – разложение органического материала, особенно в очень влажных почвах. Если разложение происходит при отсутствии достаточного количества кислорода, освобождаются ионы Н+, много органических кислот и большой объем углекислого газа (С02). Углекислый газ реагирует с водой, в результате чего образуется угольная кислота. Если осуществляется дренаж почвы и восстанавливается поступление в почву кислорода, много кислоты удаляется из почвы с помощью микроорганизмов или в результате других химических процессов. Вклад в окисление почвы со стороны разложения органической материи будет небольшим. Для незначительных изменений, которые наступают в результате этого процесса, понадобится много лет.

Основные группы организмов, принимающих участие в компостировании:
микрофлора – бактерии, актиномицеты, грибы, дрожжи, водоросли;
микрофауна – простейшие;
макрофлора – высшие грибы;
макрофауна – двупароногие многоножки, клещи, ногохвостки, черви, муравьи, термиты, пауки, жуки.

В процессе компостирования принимает участие множество видов бактерий (более 2000) и не менее 50 видов грибов. Эти виды можно подразделить на группы по температурным интервалам, в которых каждая из них активна. Для психрофилов предпочтительна температура ниже 20 градусов Цельсия, для мезофилов – 20-40 градусов Цельсия и для термофилов – свыше 40градусов Цельсия. Микроорганизмы, преобладающие на последней стадии компостирования, являются, как правило, мезофилами.

Хотя количество бактерий в компосте очень велико (10 млн. – 1 млрд. м.к./г влажного компоста), из-за малых размеров они составляют менее половины общей микробной биомассы.

Актиномицеты растут гораздо медленнее, чем бактерии и грибы, и на ранних стадиях компостирования не составляют им конкуренции. Они более заметны на последующих стадиях процесса, когда их становится очень много, и налет белого или серого цвета, типичный для актиномицетов, отчетливо виден на глубине 10 см от поверхности компостируемой массы. Их численность ниже численности бактерий и составляет порядка 100 тыс. – 10 млн. клеток на грамм влажного компоста.

Грибы играют важную роль в деструкции целлюлозы, и состояние компостируемой массы должно регулироваться таким образом, чтобы оптимизировать активность этих микроорганизмов. Важным фактором является температура, так как грибы погибают, если она поднимается выше 55 градусов Цельсия. После понижения температуры они вновь распространяются из более холодных зон по всему объему.

В процессе компостирования принимают активное участие не только бактерии, грибы, актиномицеты, но и беспозвоночные. Эти организмы сосуществуют с микроорганизмами и являются основой «здоровья» компостной кучи. В дружной команде компостеров – муравьи, жуки, сороконожки, гусеницы озимой совки, ложные скорпионы, личинки фруктового жука, многоножки, клещи, нематоды, дождевые черви, уховертки, мокрицы, ногохвостки, пауки, пауки-сенокосцы, энхитрииды (белые черви) и др.. После того как достигнут максимум температуры, компост, остывая, становится доступным для широкого ряда почвенных животных. Многие почвенные животные вносят большой вклад в переработку компостируемого материала посредством его физического дробления. Эти животные также способствуют перемешиванию разных компонентов компоста. В умеренном климате главную роль в заключительных стадиях процесса компостирования и дальнейшего включения органического вещества в почву играют земляные черви.