配方计算的过程涵盖了标准选择、原料选择、配方计算以及堆肥工艺参数选择四个主要步骤。首先，选择已定义的标准作为配方目标，标准包括养分名称、单位以及标准的最小和最大值。其次，选择已定义的原料作为配方的依据，原料包括参配原料、编号、价格以及最小和最大限量。然后，根据优化模型进行配方计算，通过算法实现满足标准且价格最低的配方结果。配方结果生成的配方报告包含原料A和原料B的最优值，以及不同添加剂的比例，如沸石添加量为原料总量的10%，腐植酸添加量为原料总量的3%，磷石膏或过磷酸钙添加量为原料总量的2%。预计的堆肥产量和养分含量也会在报告中给出。此外，还可以选择不同的堆肥工艺参数，如条垛式、槽式发酵和发酵罐，工艺参数包括C/N比、含水量、翻堆或曝气频率、通风量以及堆肥周期。最后，会保存历史配方记录以供后续查询和重复使用。

1) 国标导入：将国家、省级、行业、企业通用或者常用配方进行导入。

2) 自定义配置：自定义配方标准，包含数据项：编号、名称、清单(参配养分、单位、最小值、最大值)。

1) 养分配置：配置养分类别，即养分字典，包含数据项：编号、名称、缩写、单位、最大值、最小值、备注信息。

2) 原料养分：可批量导入或者自定义原料的养分构成，包含数据项：配置编号、原料名称、养分、含量、单位、价格、库存、厂家、有害物质等。

3) 原料出入库：进行原料库存管理，记录原料出入库信息，包含数据项：原料名称、类型(出库/入库)、数量、单位、时间，操作人。

默认包含牛粪、猪粪、羊粪、鸡粪、鸭粪等32类堆肥配方原料，每种原料包含数据来源、取样地点、废弃物种类、取样地点、水分(%)、有机质(%)、有机碳(%)、全氮(%)、全磷(P₂O₅%)、全钾(K₂O%)、pH、C/N等信息。

用户可通过类别筛选查询相应数据，通过相关按钮新增原料数据。

行业标准：提供堆肥配方相关国家、地方、企业相关行业标准，如生物有机肥料国家标准(NY 884-2002)、中华人民共和国国家有机无机复混肥料标准(GB/T 18877-2020)等。

技术规范：提供堆肥配方相关国家、地方、企业相关技术规范，如畜禽粪便堆肥技术规范(NY/T 3442-2019)等。

用户管理：管理软件中用户信息，包含用户名、密码、电话、备注信息等内容。

厂家管理：管理软件中厂家信息，包含名称、地址、电话、联系人等内容。

在设计堆肥配方的过程中，主要考虑三个条件。首先关注的是C/N比 [1] ，也就是堆肥原料中碳和氮的质量比，对堆肥过程中微生物的生长和活性，以及堆肥的成熟度和稳定性有重要影响。为了保证堆肥的有效性和安全性，参考了相关文献和标准，将C/N比控制在20~30之间。其次，考虑的是水分含量 [2] ，即堆肥原料中的水分占总重量的百分比，影响堆肥过程中的温度、氧气、pH值等物理化学参数，以及微生物的代谢和分解活动。为了保证堆肥的适宜湿度和通气性，将水分含量控制在55%~60%之间。最后，关注的是堆肥前期的氧气含量 [3] ，也就是堆肥原料中的氧气占总体积的百分比，影响堆肥过程中的有氧或厌氧条件，以及微生物的呼吸和分解方式。为了保证堆肥的有氧发酵和无害化，将堆肥前期的氧气含量控制在10%~20%之间。

$C/N=\frac{主料鲜重\times \left(1-含水量\right)\times 有机碳含量+辅料鲜重\times \left(1-含水量\right)\times 有机碳含量}{主料鲜重\times \left(1-含水量\right)\times 全氮含量+辅料鲜重\times \left(1-含水量\right)\times 全氮含量}$

其中，主料为畜禽粪便类，辅料为秸秆或蘑菇渣类，有机碳含量 = 有机质/1.724。

在参考国家有机肥料标准(NY525-2012)的基础上，设计了堆肥配方，并设定了堆肥质量的三个主要要求。首先，氮磷钾是堆肥中的主要养分元素，对作物的生长和产量有重要影响，因此将氮磷钾总量设定为不低于5%。其次，含水量是影响堆肥保存、运输和施用的重要物理性质，将其设定为不高于30%。最后，有机质是堆肥中的主要成分，对土壤的改良和作物的营养有重要作用，将有机质含量设定为不低于45%。

预期水分含量下，单位重量原料b所需原料a的重量为：

$W_a=\left(M_b-M\right)/\left(M-M_a\right)$

预期C/N比下，单位重量原料b所需原料a的重量为：

$W_a=\left(1-M_b\right)\times \left(C_b-R\ast N_b\right)/\left(\left(1-M_a\right)\ast \left(R\ast N_a-C_a\right)\right)$

其中：W_a为单位重量原料b所需原料a的重量；M为预期混合物料水分含量；M_a为原料a水分含量；M_b为原料b水分含量；N_a为原料a的氮含量；N_b为原料b的氮含量；R为预期混合物料的C/N；C_a为原料a的C/N；C_b为原料b的C/N。

针对两种以上堆肥原料的配方算法，采用普通线性规划的单目标优化方法，转化为以最低成本(Z)为目标的配方优化问题，其数学模型表达为：

目标函数：

$\min Z=c_1{x}_1+c_2{x}_2+\cdots +c_n{x}_n$

约束条件：

$\begin{array}{c}{a}_{11}{x}_1+a_{12}{x}_2+\cdots +a_{1n}{x}_n\ge b_1\left(=,\le b_1\right)\\ a_{21}{x}_1+a_{22}{x}_2+\cdots +a_{2n}{x}_n\ge b_2\left(=,\le b_2\right)\\ \cdots \\ a_{m1}{x}_1+a_{m2}{x}_2+\cdots +a_{mn}{x}_n\ge b_m\left(=,\le b_m\right)\end{array}$

其中，x_j为决策变量，即各种原料在配方中的量； $a_{ij}\left(i=1,2,\cdots ,m;j=1,2,\cdots ,n\right)$为各种原料相应营养成分含量；b_i为配方中应满足的各项营养指标或重量指标的常数值项，n为原料个数，m为约束方程数，c_j为原料的价格。

选择堆肥原料时，参考堆肥原料的碳氮比(C/N)特征，将其分为以下三类：

(1) 低C/N原料：这类原料的C/N小于20，一般含有较高的氮素和水分，如动物粪便、花生壳、蔬菜废弃物、玉米渣、菜粕、苜蓿渣、酒糟、油枯、海肥类、餐厨垃圾等 [11] 。这类原料可以提供堆肥过程中所需的氮素和水分，但是如果单独使用，会导致C/N过低，影响堆肥的成熟度和稳定性。

(2) 高C/N原料：这类原料的C/N大于30，一般含有较高的碳素和纤维素，如水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、园林废弃物、糠醛渣、木薯渣、稻壳、米糠、麦糠、锯末、腐植酸、草炭等。这类原料可以提供堆肥过程中所需的碳素和纤维素，但是如果单独使用，会导致C/N过高，影响堆肥的速度和效率。

(3) 中C/N原料：这类原料的C/N在20~30之间，一般含有适中的氮素和碳素，如蘑菇渣、糖渣、豆粕、草木灰、烟末、药渣等 [10] 。这类原料可以直接用于堆肥，也可以与其他原料进行配比，以调节堆肥的C/N。

在设计堆肥配方时，主要采用了低C/N原料和高C/N原料按照一定质量比进行混合的方法，使得混合物料的C/N在20~30之间，满足高温好氧堆肥的条件 [12] [13] 。

根据堆肥原料的碳氮比(C/N)特征，采用低C/N和高C/N原料进行混合配比的方法，设计了六种常见原料的堆肥配方，分别为：(1) 动物粪便与秸秆类：动物粪便是一种低C/N原料，秸秆类是一种高C/N原料，将两者按照一定比例混合，可以调节堆肥的C/N，提高堆肥的质量 [6] [14] [15] 。(2) 动物粪便与园林废弃物：园林废弃物是一种高C/N原料，含有较多的纤维素和木质素，与动物粪便混合，可以增加堆肥的通气性和结构性，促进堆肥的好氧发酵 [16] 。(3) 动物粪便与农副产品加工副产物：农副产品加工副产物是一种低C/N原料，含有较多的氮素和水分，与动物粪便混合，可以提供堆肥所需的养分和湿度，加速堆肥的成熟 [17] [18] 。(4) 蔬菜废弃物与秸秆类：蔬菜废弃物是一种低C/N原料，含有较多的水分和易分解的有机物，与秸秆类混合，可以平衡堆肥的水分和碳素，防止堆肥过湿或过干 [19] [20] 。(5) 餐厨垃圾与秸秆类：餐厨垃圾是一种低C/N原料，含有较多的油脂和蛋白质，与秸秆类混合，可以降低堆肥的油脂含量和pH值，提高堆肥的稳定性和安全性 [21] [22] [23] 。(6) 蘑菇渣与秸秆类：蘑菇渣是一种中C/N原料，含有适中的氮素和碳素，与秸秆类混合，可以调节堆肥的C/N和纤维素含量，提高堆肥的效率和质量 [24] [25] 。

基于配方系统，分别列出了牛粪、猪粪、羊粪、鸡粪、鸭粪、蚯蚓粪与C/N大于20的作物秸秆类的原料配比，均以干重计算，见 表1~6 。由于动物粪便C/N小于20，蘑菇渣C/N为23.4，因此两者不能配比出C/N为25和30的混合物。

Table 2. Ratio of pig manure to straw

表2. 猪粪与秸秆配比

基于配方系统，分别列出了牛粪、猪粪、羊粪、鸡粪、鸭粪和蚯蚓粪与园林废弃物的原料配比，均以干重计算，见 表7 。

基于配方系统，分别列出了牛粪、猪粪、羊粪、鸡粪、鸭粪、蚯蚓粪与C/N大于20的农副产品加工副产物的配比，均以干重计算，见 表8~13 。

基于配方系统，分别列出了蔬菜尾菜与C/N大于20的作物秸秆的配比，均以干重计算，见 表14 。由于蔬菜尾菜C/N小于20，蘑菇渣C/N为23.4，因此两者不能配比出C/N为25和30的混合物。

基于配方系统，分别列出了餐厨垃圾与C/N大于20的作物秸秆的配比，均以干重计算，见 表15 。由于餐厨垃圾C/N小于20，蘑菇渣C/N为23.4，因此两者不能配比出C/N为25和30的混合物。

基于配方系统，分别列出了蘑菇渣与作物秸秆的配比，均以干重计算，见 表16 。由于蘑菇渣C/N为23.4，水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆C/N大于30，因此两者不能配比出C/N为20的混合物。蘑菇渣C/N为23.4，花生壳C/N小于20，因此两者不能配比出C/N为25和30的混合物。

配方计算为堆肥配方系统的核心功能，平台此页面作为首页( 图2 )，通过滚动页面可以查看历史配方记录、选择配方原料和标准及进行配方计算等内容。

1) 历史配方记录模块

该模块记录了堆肥配方原料的成本价格、总重量、预估产值等基本信息，可根据历史记录有选择地进行计算。

2) 原料选择模块

在配方计算前，需利用该模块填写配方的基本信息。具体过程为：首先，选择不同肥料标准，其次，选择两种或两种以上原料。其中，通过勾选右侧可选原料复选框可以进行原料的选择，被选择的原料展示在左侧所选原料一栏( 图3 )。

3) 配方计算标准选择模块

配方计算前需要利用该模块选择配方标准( 图4 )，操作过程为：首先，需要填写配方名称及总重量，系统会自动生成配方编号；其次，选择相对应的配方标准，页面左侧会显示所选择的标准内容(包含C/N及水分)。

4) 配方计算模块

该模块依据上述所选择的配方标准和配方原料进行配方决策计算并生成决策结果报告。展示配方的总价格以及原料信息，经过计算得出的预计堆肥产量、预计养分含量、原料配比、添加剂、堆肥工艺参数选择等，点击右上角结果导出按钮可导出计算结果( 图5 )。

1) 养分配置模块

原料配置中的养分配置，可以点击修改、删除、添加按钮对养分进行增加、编辑和删除。

2) 养分含量配置模块

养分含量展示了编号、名称、价格、库存、厂家、有害物质等信息，并可以点击操作列的按钮对养分含量进行添加、编辑、删除、查看该原料所包含的养分( 图6 )。

设置养分的有机碳、全氮、含水量的值，以便进行配方计算。

标准设置模块负责管理配方标准( 图7 )，可点击操作列按钮对标准进行添加、编辑、删除和查看( 图8 )，标准清单主要包括参配养分、单位、标准数值和操作。

原料数据库可以根据选择类别展示各类废弃物的数据(在下拉框对类别进行选择)。选择后查看每种原料的基本信息( 图9 )，包括来源、取样地点、水分和有机质含量等。

点击添加按钮( 图10 )，可以在各类别里添加新的数据。

肥料标准库对标准进行管理( 图11 )，上传文件，可在线查看，也可以在操作列表里修改和删除标准信息( 图12 )。

用户管理模块是对管理员和用户的账号密码进行管理( 图13 )，可以看到可以查询用户，也可以在操作列里修改用户的信息，可以对此用户进行删除操作。

根据用户名查询用户信息，如 图14 所示：

点击添加按钮( 图15 )，可以增加新用户，输入用户名和密码，点击保存按钮即可。

厂家管理模块：厂家管理模块负责管理原料的可信供应厂家(原料供方)信息，可以通过右侧操作图标对厂家信息进行查询、新增、编辑和删除( 图16 )。

根据厂家名称进行查询，如 图17 所示。

点击添加按钮( 图18 )，可以添加新厂家，填写厂家名称、地址、联系人及电话，保存即可。