堆肥

生物は、適切な量の水、酸素、炭素、窒素が与えられれば、堆肥中の有機物を分解することができます。^{[ 3 ]}生物は大きく2つのカテゴリーに分けられます。有機廃棄物に対して化学プロセスを実行する化学分解者と、粉砕、引き裂き、咀嚼、消化などの方法で廃棄物をより小さな断片に処理する物理分解者です。^{[ 3 ]}

理想的な条件下では、堆肥化は主に次の3つの段階を経て進行します。^{[ 16 ] [ 17 ]}

1. 中温段階：初期の中温段階では、中温微生物によって中程度の温度下で分解が行われます。2～8日間
2. 好熱性段階：温度が上昇すると、第2の好熱性段階が始まり、さまざまな好熱性細菌がより高い温度（ 50～60 ℃（122～140 °F） ）で分解を行います。  
3. 冷却段階（中温期IIとも呼ばれる）
4. 成熟段階：高エネルギー化合物の供給が減少するにつれて、温度は低下し始める。

半堆肥化は、堆肥化に推奨される量よりも少ない量の有機廃棄物を処理する分解プロセスであり、中温性微生物のみが有機物の分解に関与するため、好熱性段階は存在しません。^{[ 18 ] [ 19 ]}

材料を堆肥化するのに必要な時間は、材料の量、投入物の粒子サイズ（例えば、木片は枝よりも早く分解される）、混合と通気の量に関係します。^{[ 3 ]}一般的に、大きな堆肥の山はより高い温度に達し、数日から数週間好熱性段階にとどまります。これは高温堆肥化と呼ばれ、大規模な自治体施設や農業経営で通常行われる方法です。

バークレー方式では、18日間で完成した堆肥が得られます。この方式では、最初に少なくとも1立方メートル（35立方フィート）の材料を準備する必要があり、最初の4日間の段階の後、2日ごとに切り返す必要があります。 ^{[ 20 ]}このような短期間のプロセスでは、投入材料の粒子サイズをより小さく均質化すること、炭素窒素比（C:N）を30:1以下に制御すること、水分レベルを注意深く監視することなど、従来の方法にいくつかの変更が加えられています。  

低温堆肥化は、完了までに最長1年かかることもある、より遅いプロセスです。^{[ 21 ]}これは、長期間にわたって少量の台所や庭の廃棄物が投入される多くの家庭用堆肥山など、小さな堆肥山から生じます。1立方メートル（35立方フィート）未満の堆肥山は、高温に達して維持されない傾向があります。^{[ 22 ]}低温堆肥化では、かき混ぜる必要はありませんが、堆肥山が圧縮されたり水浸しになったりすると、一部が嫌気性になるリスクがあります。  

堆肥化は、一定の温度に達することで、一部の病原菌や種子を死滅させることができます。安定化堆肥、つまり微生物が有機物の分解を終え、温度が50 ～ 70 °C (122 ～ 158 °F)に達した堆肥化された材料を扱う場合、これらの温度は病原菌を死滅させ、オーシストさえも生存不能にするため、リスクは非常に低くなります。^{[ 23 ]}病原菌が死滅する温度は、病原菌の種類、温度が維持される時間 (数秒から数週間)、および pH によって異なります。^{[ 24 ]}  

コンポストティーやコンポスト抽出物などのコンポスト製品は、作物の病気を引き起こす可能性のある植物病原菌であるFusarium oxysporum、Rhizoctonia属、およびPythium debaryanumに対して抑制効果があることがわかっています。^{[ 25 ]}通気されたコンポストティーは、コンポスト抽出物よりも効果的です。^{[ 25 ]}コンポスト抽出物に含まれる微生物と酵素も、植物病原菌に対して抑制効果があります。^{[ 26 ]}コンポストは、植物病原菌と戦うB. subtilis、B. licheniformis、およびP. chrysogenumなどの生物防除剤の良い供給源です。 ^{[ 25 ]}コンポスト、コンポストティー、またはコンポスト抽出物を滅菌すると、病原菌抑制効果が低下します。^{[ 25 ]}   

温度が50 °C (122 °F)を超える段階を経ていない堆肥をかき混ぜる場合は、堆肥の取り扱いによって感染する可能性のある病気から身を守るために、マスクと手袋を着用する必要があります。^{[ 27 ]}  

• アスペルギルス症
• 農夫肺
• ヒストプラズマ症― グアノや鳥の糞に生息する真菌による病気
• レジオネラ症
• 爪囲炎– 指の爪や足の爪の周囲の感染による
• 破傷風– 中枢神経系の疾患

卵母細胞は50 ℃（122 °F）を超える温度で生存不能になる。^{[ 23 ]}  

有機性固形廃棄物は大きく分けて緑色廃棄物と茶色廃棄物の2種類に分類されます。緑色廃棄物は一般的に窒素源と考えられており、消費前および消費後の食品廃棄物、芝刈りくず、庭の剪定くず、新鮮な葉などが含まれます。^{[ 1 ]}動物の死骸、交通事故で死んだ動物、食肉処理場の残渣も堆肥化することができ、これらは窒素源と考えられています。^{[ 32 ]}

茶色の廃棄物は炭素源です。典型的な例としては、枯れ葉、藁、木片、枝、丸太、松葉、おがくず、木灰などの乾燥した植物や木質材料がありますが、木炭灰は含まれません。^{[ 1 ] [ 33 ]} 紙や普通の段ボールなど、木材から作られた製品も炭素源とみなされます。^{[ 1 ]}

多くの農場では、堆肥化の基本的な材料は、窒素源として農場で発生する動物の糞尿と、炭素源として敷料です。藁やおがくずは一般的な敷料です。新聞紙や細かく刻んだ段ボールなど、従来とは異なる敷料も使用されます。^{[ 1 ]}畜産農場で堆肥化される糞尿の量は、多くの場合、清掃スケジュール、土地の利用可能性、気象条件によって決まります。糞尿の種類ごとに、物理的、化学的、生物学的特性が異なります。牛糞や馬糞は、敷料と混ぜると堆肥化に適した性質を持ちます。豚糞は非常に水分が多く、通常は敷料と混ぜないため、藁や同様の原材料と混ぜる必要があります。鶏糞は、炭素含有量が高く窒素含有量が低い材料と混合する必要があります。^{[ 34 ]}

人間の排泄物は、堆肥化の文脈では「人糞」と呼ばれることもありますが、^{[ 35 ] [ 36 ]}栄養豊富な有機物であるため、堆肥化プロセスへの投入物として加えることができます。重要な植物アミノ酸の構成要素となる窒素は、固形の人間の排泄物に含まれています。^{[ 37 ] [ 38 ]}植物が太陽光をATPの形でエネルギーに変換するのを助けるリンは、液体の人間の排泄物に含まれています。^{[ 39 ] [ 40 ]}

固形の人間の排泄物は、コンポストトイレで直接収集することも、下水処理場で処理された後、下水汚泥の形で間接的に収集することもできます。どちらのプロセスも、潜在的な健康リスクを管理する必要があるため、適切な設計が必要です。家庭でのコンポストの場合、糞便には細菌、ウイルス、寄生虫など、さまざまな微生物が存在する可能性があり、不適切な処理は重大な健康リスクをもたらす可能性があります。^{[ 41 ]} さまざまな住宅、商業、産業からの廃水を収集する大規模な下水処理施設の場合、さらに考慮すべき点があります。バイオソリッドと呼ばれるコンポスト化された下水汚泥は、さまざまな金属や医薬品化合物で汚染されている可能性があります。^{[ 42 ] [ 43 ]}バイオソリッドの処理が不十分だと、その材料を土地に施用したときに問題が発生することもあります。^{[ 44 ]}

尿は堆肥の山に加えることも、肥料として直接使用することもできます。^{[ 45 ]}尿を堆肥に加えると温度が上昇し、病原菌や不要な種子を死滅させる能力が高まります。糞便とは異なり、尿は病気を媒介するハエ（イエバエやクロバエなど）を引き寄せず、寄生虫の卵などの最も生命力の強い病原体も含まれていません。^{[ 46 ]}

動物の死骸は、処分方法として堆肥化することができる。このような材料は窒素が豊富だ。^{[ 47 ]}

• ミミズ堆肥（ミミズ糞、ミミズ腐植土、ミミズ肥料、ミミズ糞とも呼ばれる）は、ミミズによる有機物の分解の最終産物である。 ^{[ 65 ]}これらのミミズ糞は、ミミズ堆肥化前の有機物よりも汚染物質のレベルが低く、栄養素の飽和度が高いことが示されている。^{[ 66 ]}
• アメリカミズアブ（Hermetia illucens）の幼虫は大量の有機物を急速に消費することができ、人間の排泄物の処理に利用できます。得られた堆肥には栄養素が残っており、バイオガス生産、または従来の堆肥化やミミズ堆肥化に利用できます^{[ 67 ] [ 68 ]。}
• ボカシは分解ではなく発酵プロセスであるため、原料のエネルギー、栄養素、炭素含有量を保持します。発酵を完了させるには十分な炭水化物が必要なため、このプロセスは通常、堆肥化できないものを含む食品廃棄物に適用されます。炭水化物は乳酸に変換され、それが自然に解離して生物学的エネルギーキャリアである乳酸塩を形成します。保存された結果は土壌微生物によって容易に消費され、そこから土壌食物網全体に広がり、土壌有機炭素と土壌攪拌の​​大幅な増加につながります。このプロセスは数週間で完了し、土壌の酸性度を正常に戻します。
• 混合堆肥化は、有機性固形廃棄物を脱水糞便汚泥や下水汚泥などの他の投入材料と一緒に処理する技術である。^{[ 10 ]}
• 混合廃棄物ストリームの機械的選別と組み合わせた嫌気性消化は、埋立地に許容される有機物の量を規制する法律により、先進国でますます利用されるようになっている。生分解性廃棄物を埋立地に入る前に処理することで、漏洩メタンによる地球温暖化が軽減される。未処理の廃棄物は埋立地で嫌気的に分解され、強力な温室効果ガスであるメタンを含む埋立地ガスを生成する。嫌気性消化槽で生成されたメタンはバイオガスとして利用できる。^{[ 69 ]}
• 小規模農場や有機農場では、亜硝酸塩、炭素質、中性物質を適切な比率で混ぜ合わせ、温度計で確認しながら、毎週手でかき混ぜる「ターンパイル」技術を用いて、作物の畝作りのための好気性堆肥を作ることもできます。^{[ 70 ] [ 71 ]}

小麦、トウモロコシ、大豆などの作物を栽培する露地では、堆肥は散布車またはトラクターで牽引する散布機を使用して土壌の表面に散布することができます。散布層は非常に薄く（約6 mm (0.24インチ)）、植え付け前に土壌に混ぜ込むことが期待されます。土壌の劣化を修復したり、侵食を抑制したりする場合には、 25 mm (0.98インチ)以上の施用量も珍しくありません。^{[ 72 ]}ドイツなどの国では、堆肥の配布と散布が廃棄物処理料金で部分的に補助されているため、栄養素の「持続可能性」を前提として、露地で堆肥がより頻繁に使用されています。^{[ 73 ]}    

プラスチック栽培では、イチゴ、トマト、ピーマン、メロンなどの果物や野菜をプラスチックシートで覆い、温度調節、水分保持、雑草防除を行います。堆肥は、畝に沿って帯状に散布し、植え付け前に土壌に混ぜ込むか、畝作りとプラスチックシートの敷設と同時に施用するか、または表土として施用することができます。

多くの作物は畑に直接種を蒔くのではなく、温室内の育苗トレイで発芽させます。苗が一定の成長段階に達したら、畑に移植します。堆肥は苗を育てるための混合土の一部として使用されることがありますが、通常は唯一の植え付け用基質としては使用されません。特定の作物と種子の栄養素、塩分などに対する感受性によって混合比率が決まり、酸素欠乏が起こらないように、また残留する植物毒素が残らないようにするためには、成熟度が重要です。^{[ 74 ]}

堆肥は、土壌、ココナッツ繊維、またはピートに、土壌改良材として加えることができ、腐植と栄養分を供給します。^{[ 75 ]}吸収材として、豊かな生育培地を提供します。この材料には水分と可溶性ミネラルが含まれており、支持と栄養分を提供します。単独で使用されることはまれですが、堆肥と砂、砂利、樹皮チップ、バーミキュライト、パーライト、粘土顆粒などの他の添加物を混合した混合土壌から植物が繁栄し、ロームが生成されます。堆肥は、有機物のレベルと土壌全体の肥沃度を高めるために、土壌または生育培地に直接耕すことができます。添加物として使用できる準備ができた堆肥は、濃い茶色または黒色で、土の匂いがします。^{[ 1 ] [ 75 ]}

一般的に、堆肥への直接播種は、堆肥が急速に乾燥する可能性があること、未熟な堆肥に植物毒素が存在し、発芽を阻害する可能性があること^{[ 76 ] [ 77 ] [ 78 ] 、および不完全に分解されたリグニンによって窒素が固定される可能性があること[ 79 ]}から推奨されません。苗の移植には、20～30％の堆肥を混合したものがよく使用されます。

堆肥は、植物の病害虫に対する免疫力を高めるために使用できます。^{[ 80 ]}

堆肥は、土地や河川の再生、湿地の造成、埋立地の覆土にも使用できます。^{[ 89 ]}

堆肥によって発生する熱は、温室の外周部に配置するなどして、温室の暖房に利用できる。 ^{[ 90 ]}