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RTK淺談塑料生物降解過程堆肥中的碳氮比CN
當(dāng)我們在閱讀EN 13432、GB/T 19277.1、GB/T 19811等可降解材料生物降解測試標(biāo)準(zhǔn)以及依照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行降解試驗時，會經(jīng)常遇到“碳氮比（C/N）"的概念。它是塑料生物堆肥降解測試中的一個重要參數(shù)，直接決定了堆肥降解的效率。因此在這篇文章中，我們將探討為什么這個比例很重要。
為什么C/N很重要？
在堆肥中，微生物通常需要四種基本元素作為營養(yǎng)物質(zhì)：碳C、氮N、磷P、鉀K。這其中，C和N便是最重要的兩種營養(yǎng)元素。
微生物如細(xì)菌本身由C和N組成，通常比例為8:1。為了生長和繁殖，它們需要碳來維持自身結(jié)構(gòu)和獲得能量，而需要氮來合成原生質(zhì)如蛋白質(zhì)。
如果C/N和其他條件合適，中溫微生物會在中等溫度下生長，開始分解堆肥中的有機(jī)物質(zhì)，比如可降解塑料材料，并在過程中產(chǎn)生熱量。這些微生物在20到45℃的溫度下活性最好。
中溫微生物隨后被高溫微生物所取代，高溫微生物在高溫下茁壯成長。高溫可殺死堆肥中的病原體和雜草種子，可降解材料迅速分解，加速了堆肥過程的這一階段。
C/N直接影響微生物分解有機(jī)物的速度，進(jìn)而決定發(fā)酵速度和堆腐產(chǎn)品的質(zhì)量。若添加過多的碳，氮元素供應(yīng)不足，堆肥過程就會減慢，延長發(fā)酵過程，產(chǎn)生二氧化碳多，高溫持續(xù)時間長。如果氮太多，微生物繁殖會因為能量不足而受到抑制，導(dǎo)致分解緩慢且不*，氮會以氨的形式流失，同時會導(dǎo)致難聞的氣味排放污染環(huán)境。
富含碳的材料可以為堆肥堆提供其他功能。比如，木屑有助于構(gòu)建結(jié)構(gòu)，而紙張和紙板等材料有助于吸收分解過程中產(chǎn)生的滲濾液。
獲得一個良好的C/N不僅僅是高效堆肥，它還可以幫助環(huán)境。根據(jù)《Practical Compost Engineering》（Haug，1993），從高氮源釋放的氨可以被貧氮材料中的微生物捕獲合成，而不是釋放到大氣中。
堆肥的最佳C/N是多少？
1953年，McGaughey和Gotass進(jìn)行了一項關(guān)鍵實驗。研究人員測試了201到78:1的C/N。他們發(fā)現(xiàn)最佳速度范圍是30:1到35:1。低于這個范圍，過量的氮流失，而高于這個范圍，堆肥速度減慢。然而，即使C/N為78:1，堆肥仍能在21天內(nèi)產(chǎn)生。
Oguwande的另一項研究（doi.org/10.1016/j.biortech.2008.02.020）發(fā)現(xiàn)，C/N為25:1時，過程中的氮損失最小。然而，所有試驗比例（從20:1到30:1）都可讓堆肥在2~3個月內(nèi)熟化。
《On-farm Composting Handbook》一書建議，C/N從20:1到40:1都是不錯的選擇，有時甚至高達(dá)50:1。與此同時，《The Practical Handbook of Compost Engineering》一書認(rèn)為，保持C/N高于15:1將有助于確保氮不會流失，不會以氨的形式流失到大氣中。
簡而言之，研究表明理想的比例是25:1到35:1左右，但你也可以用具有更大范圍C/N的堆肥。
堆肥材料分解率
C/N并不是影響堆肥過程的weiyi因素。另一個因素是高碳材料分解的速度。
木質(zhì)材料含有高濃度的木質(zhì)素，這種物質(zhì)分解得更慢，而水果廢料含有更高含量的纖維素，分解得更快。一個以木質(zhì)碳源為主的堆肥最終會失去理想的C/N，這會減慢堆肥過程，并導(dǎo)致其變得有臭味。
同時，木質(zhì)材料可以為堆肥提供結(jié)構(gòu)，幫助形成氣穴，為微生物提供氧氣。在理想情況下，最好同時使用木質(zhì)和非木質(zhì)材料進(jìn)行堆肥。
我們真的需要擔(dān)心C/N嗎？
一般來說，不biguo于擔(dān)心堆肥的C/N。
除非你每次向堆肥中添加材料時都能拿出計算器和天平，否則你不會得到wanmei的結(jié)果。每種材料都有不同的C/N，甚至一些學(xué)術(shù)文獻(xiàn)在C/N上也會有不同的認(rèn)知。
即使你能計算出確切的C/N，你仍然需要考慮材料的體積，它包含多少空氣和水分，以及它分解的速度。也許這就是為什么許多有經(jīng)驗的堆肥工程師并不會太擔(dān)心比例的原因。
高碳高氮堆肥材料
對于初次進(jìn)行堆肥實驗的人員來說，很難精確地計算C/N，除非使用高級的分析儀器進(jìn)行測定，比如元素分析儀。但我們確實需要大致正確地計算，此外，通過添加高碳或高氮材料可以解決許多問題。例如，如果堆肥沒有升溫，添加高氮材料可以很快使其升溫。如果堆肥堆開始發(fā)臭，可以添加一些高碳材料。
常見材料的C/N
通過上述材料的不同搭配，我們可以優(yōu)化調(diào)節(jié)堆肥的C/N，從而用于生物堆肥降解測試。
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