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堆肥发酵的主要原理是利用自然界中广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，在一定的人工条件下，有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。这个过程主要包括以下几个步骤：
1、有机碳被微生物呼吸代谢：在堆肥发酵过程中，有机碳被微生物呼吸代谢，因此有机碳的含量会降低。
2、产生热量：有机碳被微生物呼吸代谢会产生热量，使得堆肥发酵温度达到70℃以上，这一点在一定程度上起到了杀菌和虫卵的作用。
3、腐殖质化：微生物通过自身的生命活动，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，并放出微生物生长、活动所需要的能量，把另一部分有机物转化合成新的细胞物质，使微生物生长繁殖，产生更多的生物体。
4、无害化：经过堆积后的有机废物被矿质化和腐殖化，同时利用堆积时所产生的高温（60-70℃）来杀死原材料中所带来的病菌、虫卵和杂草种子，达到无害化的目的。
此外，堆肥发酵过程中，有机废物中的可溶性有机物质通过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物所吸收；固体的和胶体的有机物先附着在微生物体外，然后在微生物所分泌的胞外酶的作用下分解为可溶性物质，再渗入细胞内部。微生物通过自身的生命活动，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，释放出生命活动所需的能量，并把一部分有机物转化为生物体所必须的营养物质以合成新的细胞物质，从而使得有机废物被矿质化和腐殖化，同时利用堆积时所产生的高温（60-70℃）来杀死原材料中所带来的病菌、虫卵和杂草种子，达到无害化的目的。
值得注意的是，堆肥发酵的过程并不是一次性的事件，而是一个周期性的过程，包括低温阶段、中温阶段、高温阶段和降温阶段。在每个阶段，都有不同的微生物发挥作用，这些微生物利用废弃物中的有机物质作为食物和能量来源，直至形成稳定的腐殖质物质为止。
