CN103031254A - 一种高效秸秆腐熟剂及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于微生物技术领域，具体为一种用于直接腐熟作物秸秆的复合微生物制剂，一种高效秸秆腐熟剂，包括以下重量百分比的原料：枯草芽孢杆菌20-30%、白浅灰链霉菌10-15、扣囊拟内孢霉5-10%、产朊假丝酵母5-10%、曲霉10-15%、淡紫拟青霉10-15%、哈茨木霉10-15%、嗜热霉菌20-30%，应用本产品与土壤免耕作、轮耕、休耕有机结合，达到保护环境、改良土壤、提高化肥利用率、提高农产品数、质量，发展生态农业的综合目的。

Description

一种高效秸秆腐熟剂及其制备工艺

技术领域

本发明属于微生物技术领域，具体为一种用于直接腐熟作物秸秆的复合微生物制剂。

背景技术

我国每年产生大量约7亿吨秸秆，如何处理？成为迫切的现实问题。目前，秸秆利用的4条主要用途：一是饲料（占10%-20%），二是燃料（日趋减少），三是肥料（最主要途径），四是种植食用菌及其它原料（占10%）。秸秆作肥料用的潜力最大，出路在于作为肥料还田，若能将其全部还田，将对培肥地力，促进农业生产持续发展有积极意义。秸秆还田利用做法通常是：1、将秸秆集中堆置或沤制腐熟，然后分散到土壤中。此法弊端是太麻烦，不经济，农民难以接受。2、牲畜过腹还田，即通过给牲畜饲喂秸秆，变成肥料还田。此法弊端是难以大面积实施。3、秸秆直接还田，由于秸秆的主要成分是：（多糖类大分子物质），还包括半纤维素、木质素（高分子芳香族化合物）、蜡质物质，这些，这些物质形成坚固的组织，非常稳定，分解困难。未经腐熟的秸秆直接还田后，在土壤中缓慢氧化，容易导致土壤中的某些元素的有效成分相对减少，同时，产生一些对作物根系有害的物质而引起的作物死苗烂根，生长不良等后诸多遗症，导致作物产量不稳定的问题未得到解决，或秸秆还田技术的推广举步艰难。于是，有人主张一把火烧掉，并且竞相效。这样，不仅秸秆大部分养分损失，且滚滚浓烟，严重污染了人类赖以生存的空间。

我国目前解决大面积秸秆问题主要靠直接还田，但是由于我国复种指数高，茬时间间隔短，加之秸秆碳氮比高，自然状态下难以被微生物分解，所以秸秆直接还田后在土壤中被微生物分解转化的周期长，难以作为当季作物的肥源。基于此，研究开发促进秸秆快速腐熟的菌剂具有重要意义。本秸秆腐熟菌剂是一组由具有协同效应的秸秆分解微生物组成的生物菌剂，通过此类产品中的微生物及其产生的酶来加速秸秆的腐解，以此实现秸秆还田快速腐解，提高土壤有机质和钾氮等养分含量，培肥土壤。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种促进秸秆快速腐熟的菌剂及其制备工艺，本发明采用具有分解功能的中低温菌种，应用现代先进生物技术使得各菌群能够和谐共处、相互促进，达到优势互补，不同菌群在降解中分泌互补性酶，能协同分解作物秸秆中的木质素，纤维素和半纤维素等，以此实现秸秆还田快速腐解，实现废弃物循环再利用。

本发明的目的是这样实现的：

一种高效秸秆腐熟剂，包括以下重量百分比的原料：枯草芽孢杆菌20-30%、白浅灰链霉菌10-15、扣囊拟内孢霉5-10%、产朊假丝酵母5-10%、曲霉10-15%、淡紫拟青霉10-15%、哈茨木霉10-15%、嗜热霉菌20-30%。

所述的曲霉是黑曲霉、米曲霉中的一种。

所述的嗜热霉菌是生长温度在45-50℃之间的嗜热侧孢霉。

一种高效秸秆腐熟剂的制备工艺，其制备工艺如下：

1）斜面培养：在无菌条件下，将曲霉、淡紫拟青霉、哈茨木霉接种在PDA-蔗糖培养基上，在32℃条件下培养4天；将嗜热侧孢霉、扣囊内孢霉、产朊假丝酵母接种在PDA-葡萄糖培养基上，在32℃条件下培养3天；将嗜热霉菌在45℃条件下培养3天；将枯草芽孢杆菌接种在营养琼脂培养基上，在30℃条件下培养3天；将白浅灰链霉接种在高氏一号培养基上，在30℃条件下，培养5天；

2）种子培养：将步骤1）中培养的菌种在无菌条件下分别接种于液体扩增培养基中，其中将曲霉、淡紫拟青霉、哈茨木霉接种在PDA-蔗糖培养基上，在32℃、频率为150r/min摇床中培养4天；将白浅灰链霉菌接种在高氏一号培养基上，在30℃、频率为150r/min摇床中培养5天；将枯草芽孢杆菌接种在营养琼脂培养基上，在30℃、频率150r/min摇床中培养3天；将扣囊内孢霉、产朊假丝酵母接种在PDA-葡萄糖培养基上，在32℃条件下培养3天；将嗜热侧孢霉接种在PDA-葡萄糖培养基上，在32℃、150r/min摇床中培养3天；

3）固体增殖培养基：把步骤2）中培养好的液体种子在无菌条件下接到经高压灭菌的固体培养基中，培养3-7天，其中枯草芽孢杆菌的固体增殖培养基为含28%重量百分比的锯末、10%重量百分比的豆粕、60%重量百分比的麸皮、1.5%重量百分比的硫酸铵、0.5%重量百分比的磷酸氢二钾、0.2%重量百分比的氢氧化钠、50-60%重量百分比的水的固态发酵培养基，枯草芽孢杆菌以4-10%的接种量，控制环境温度在28-32℃，培养3天使得达到菌含量大于10亿/g；

白浅灰链霉菌的固体增殖培养基为含20%重量百分比的锯末、50%重量百分比的麸皮、20%重量百分比的玉米面、10%重量百分比的豆粕、0.2%重量百分比的氢氧化钠组成的培养基，以4-10%的接种量，控制环境温度在28-32℃，培养3-5天使得菌含量大于5亿/g；

嗜热侧孢霉的固体增殖培养基为含40%重量百分比的锯末，40%重量百分比的麸皮，20%重量百分比的豆粕，0.5%重量百分比的磷酸氢二钾、50-60%重量百分比的水的固态发酵培养基，液体种子以2-10%的接种量, 在45℃以上条件下，培养3天使得菌含量达到大于10亿/g；

扣囊内孢霉、产朊假丝酵母固体增殖培养基为含60%重量百分比的麸皮、10%重量百分比的豆粕、20%重量百分比的玉米面、10%重量百分比的稻壳、50-60%重量百分比的水的固态发酵培养基中，以4-10%的接种量，控制环境温度在28-32℃，培养3-5天，使得扣囊内孢霉能达到菌含量大于15亿/g、产朊假丝酵母菌含量大于2亿/g；

曲霉、哈茨木霉的固体增殖培养基为含50%重量百分比的麸皮、40%重量百分比的豆粕、10%重量百分比的稻壳、40%重量百分比的水的固体培养基，以5-10%的接种量，控制环境温度在28-32℃，培养5-7天，使得曲霉菌含量大于5亿/g、哈茨木霉菌含量大于5亿/g；

淡紫拟青霉的固体增殖培养基为含50%重量百分比的稻壳、20%重量百分比的豆粕、30%重量百分比的玉米面、40%重量百分比的水的固体培养基，以5-10%的接种量，控制环境温度在28-32℃，培养5-7天，使得淡紫拟青霉菌含量大于2亿/g；

4）干燥处理：3）步骤的固体增殖培养完毕后将其放入干燥室进行干燥。干燥后的菌剂经过粉碎过筛，即可作为原菌剂保存使用。

利用常规发酵方式，筛选能协同递进、功能互补，酶系互补的高效菌群体系，充分发挥各菌群的优势，提高降解效率。由于秸秆颗粒大，细菌和其他微生物又无法破坏秸秆颗粒，真菌的物理破坏使秸秆颗粒变小和秸秆组织***，易于纤维降解细菌和纤维素酶的进一步作用。真菌具有强烈纤维素水解能力，容易繁殖和降解秸秆纤维，真菌通过物理组织破坏组织和气孔进入植物碎片中，它们使这些碎片变得容易被细菌侵染。真菌通过释放酯酶从木质素和纤维素复合体中水解出阿魏酸和香豆酸，致使植物纤维的酚类化合物溶解，打破细胞壁的木质结构。真菌单独或与细菌一起都能降解相同数量的纤维，真菌进入细胞壁不断生长繁殖，释放多糖水解酶，侵蚀植物细胞壁，导致纤维实质性降解，而细菌只能在细胞壁的***进行轻微的降解。本发明利用霉菌具有的多种活力强大的酶系（包括淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、半纤维素和纤维素酶等）对高分子进行降解；利用酵母菌以单糖、二糖为原料生长繁殖消除碳反馈抑制，两者之间的互惠共生关系促进了纤维素等材料的转化；利用细菌在木质素等等降解过程中起着间接作用，即细菌与真菌协作使木质素等易于受到真菌的攻击，且可除去对真菌有抑制的物质。本腐熟菌剂含有很广的水解酶，这包括纤维素酶、半纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶、淀粉糖苷酶、多种酯酶、多种双糖酶和少量果胶酶。上述菌群中，木霉、青霉、曲霉、嗜热侧孢霉主要降解半纤维素、木质素、纤维素；酵母、芽孢杆菌主要降解蛋白质、果胶质、淀粉等，平衡料液中含氧量、含糖量;白浅灰链霉菌不但可以降解纤维素，还可产生拮抗病原菌的次级代谢产物和植物刺激生长物质，具有一定的抗病作用。

本发明优点是：

1、经过大量筛选实验，对菌株进行合理配伍，获得的菌剂配方合理，降解酶系互补，菌群能够和谐共处、相互促进，达到优势互补。本发明选用的腐熟菌剂，在低温条件下亦具有很强的纤维素分解能力和环境适应能力，它可以在低温环境下快速繁殖秸秆腐熟还田它能加快有机质的分解速度，在低温10~15℃条件下，20天左右就可将秸秆腐解变黑，秸秆基本达到腐熟；同时加速秸秆中营养元素释放，为后期作物的生长提供更多的养分，维持和提高土壤肥力的微生物能快速农作物秸秆，相对于现在菌剂大大减少了腐熟时间，解决了农作物秸秆还田中存在的腐熟慢、还田慢的问题。适应在温度低的北方地区，加快秸秆腐熟速度。

2、 本发明中有意识地加入淡紫拟青霉、白浅灰链霉菌、哈茨木霉等拮抗土传病害的菌株，且在分解秸秆的同时，还可产生多种特效代谢产物（如植物激素、抗生素等），从而刺激作物生长发育，提高作物抗病、抗旱、抗寒能力，可防治秸秆直接还田后引起的作物死苗烂根，生长不良等后诸多遗症。

3、应用本产品与土壤免耕作、轮耕、休耕有机结合，达到保护环境、改良土壤、提高化肥利用率、提高农产品数、质量，发展生态农业的综合目的。

具体实施方式

下面结合具体的实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例1：

一种高效秸秆腐熟剂，包括以下重量百分比的原料：枯草芽孢杆菌20-30%、白浅灰链霉菌10-15、扣囊拟内孢霉5-10%、产朊假丝酵母5-10%、曲霉10-15%、淡紫拟青霉10-15%、哈茨木霉10-15%、嗜热霉菌20-30%。所述的曲霉是黑曲霉、米曲霉中的一种。所述的嗜热霉菌是生长温度在45-50℃之间的嗜热侧孢霉。

一种高效秸秆腐熟剂的制备工艺，其制备工艺如下：

1）斜面培养：在无菌条件下，将曲霉、淡紫拟青霉、哈茨木霉接种在PDA-蔗糖培养基上，在32℃条件下培养4天；将嗜热侧孢霉、扣囊内孢霉、产朊假丝酵母接种在PDA-葡萄糖培养基上，在32℃条件下培养3天；将嗜热霉菌在45℃条件下培养3天；将枯草芽孢杆菌接种在营养琼脂培养基上，在30℃条件下培养3天；将白浅灰链霉接种在高氏一号培养基上，在30℃条件下，培养5天；

2）种子培养：将步骤1）中培养的菌种在无菌条件下分别接种于液体扩增培养基中，其中将曲霉、淡紫拟青霉、哈茨木霉接种在PDA-蔗糖培养基上，在32℃、频率为150r/min摇床中培养4天；将白浅灰链霉菌接种在高氏一号培养基上，在30℃、频率为150r/min摇床中培养5天；将枯草芽孢杆菌接种在营养琼脂培养基上，在30℃、频率150r/min摇床中培养3天；将扣囊内孢霉、产朊假丝酵母接种在PDA-葡萄糖培养基上，在32℃条件下培养3天；将嗜热侧孢霉接种在PDA-葡萄糖培养基上，在32℃、150r/min摇床中培养3天；

3）固体增殖培养基：把步骤2）中培养好的液体种子在无菌条件下接到经高压灭菌的固体培养基中，培养3-7天，其中枯草芽孢杆菌的固体增殖培养基为含28%重量百分比的锯末、10%重量百分比的豆粕、60%重量百分比的麸皮、1.5%重量百分比的硫酸铵、0.5%重量百分比的磷酸氢二钾、0.2%重量百分比的氢氧化钠、50-60%重量百分比的水的固态发酵培养基，枯草芽孢杆菌以4-10%的接种量，控制环境温度在28-32℃，培养3天使得达到菌含量大于10亿/g；

白浅灰链霉菌的固体增殖培养基为含20%重量百分比的锯末、50%重量百分比的麸皮、20%重量百分比的玉米面、10%重量百分比的豆粕、0.2%重量百分比的氢氧化钠组成的培养基，以4-10%的接种量，控制环境温度在28-32℃，培养3-5天使得菌含量大于5亿/g；

嗜热侧孢霉的固体增殖培养基为含40%重量百分比的锯末，40%重量百分比的麸皮，20%重量百分比的豆粕，0.5%重量百分比的磷酸氢二钾、50-60%重量百分比的水的固态发酵培养基，液体种子以2-10%的接种量, 在45℃以上条件下，培养3天使得菌含量达到大于10亿/g；

扣囊内孢霉、产朊假丝酵母固体增殖培养基为含60%重量百分比的麸皮、10%重量百分比的豆粕、20%重量百分比的玉米面、10%重量百分比的稻壳、50-60%重量百分比的水的固态发酵培养基中，以4-10%的接种量，控制环境温度在28-32℃，培养3-5天，使得扣囊内孢霉能达到菌含量大于15亿/g、产朊假丝酵母菌含量大于2亿/g；

曲霉、哈茨木霉的固体增殖培养基为含50%重量百分比的麸皮、40%重量百分比的豆粕、10%重量百分比的稻壳、40%重量百分比的水的固体培养基，以5-10%的接种量，控制环境温度在28-32℃，培养5-7天，使得曲霉菌含量大于5亿/g、哈茨木霉菌含量大于5亿/g；

淡紫拟青霉的固体增殖培养基为含50%重量百分比的稻壳、20%重量百分比的豆粕、30%重量百分比的玉米面、40%重量百分比的水的固体培养基，以5-10%的接种量，控制环境温度在28-32℃，培养5-7天，使得淡紫拟青霉菌含量大于2亿/g；

4）干燥处理：3）步骤的固体增殖培养完毕后将其放入干燥室进行干燥。干燥后的菌剂经过粉碎过筛，即可作为原菌剂保存使用。

实施例2：

工艺过程与同上，不同之处在于：一种高效秸秆腐熟剂，包括以下重量百分比的原料：枯草芽孢杆菌30%、白浅灰链霉菌10%、米曲霉10%、扣囊内孢霉5%、产朊假丝酵母5%、嗜热侧孢霉20%、淡紫拟青霉10%、哈茨木霉10%。

实施例3：

工艺过程与同上，不同之处在于：一种高效秸秆腐熟剂，包括以下重量百分比的原料：枯草芽孢杆菌25%、白浅灰链霉菌10%、黑曲霉15%、扣囊内孢霉5%、产朊假丝酵母5%、嗜热侧孢霉20%、淡紫拟青霉10%、哈茨木霉10%。

实施例4：

工艺过程与同上，不同之处在于：一种高效秸秆腐熟剂，包括以下重量百分比的原料：枯草芽孢杆菌20%、白浅灰链霉菌15%、黑曲霉15%、扣囊内孢霉10%、产朊假丝酵母10%、嗜热侧孢霉30%、淡紫拟青霉15%、哈茨木霉15%。

秸秆腐熟菌剂在模拟玉米秸秆还田的应用效果

选取粗细与长度接近的完整的玉米秸秆，将其裁成3cm-5cm小段。试验设置施用腐熟菌剂和不施腐熟菌剂处理，每一处理重复3次；环境温度在10~15度条件下，称取50g玉米秸秆+尿素0.3g放入尼龙袋中扎紧袋口。秸秆还田要求和腐熟菌剂用量进行操作。将上述秸秆样品（尼龙袋）埋入5cm~10cm土层，实验过程中控制土壤含水率60%左右。然后在不同时间取出尼龙袋，称出残留量，计算残留率。

结果：随着时间延长，玉米秸秆失重率逐渐增加，与未加菌剂的CK相比，施用腐熟菌剂处理的秸秆失重率与不施腐熟剂处理在同一时间点进行相比，经统计分析达到显著性差异水平，则表明该菌剂有良好的腐熟效果。其中15d时秸秆的降解率为37%，玉米秸秆已腐解变黑，比对照组合高19.27%。

玉米秸秆粉碎后深埋还田：

试验设2个处理，每个小区面积不小于30m2，处理随机排列，3次重复。

处理1：玉米秸秆+尿素

处理2：玉米秸秆+秸秆腐熟剂+尿素

试验要求每个处理的秸秆量基本相同，秸秆平铺基本均匀；保证秸秆有一定的含水量，以利于秸秆熟剂的微生物生长和秸秆腐解；保证各处理田间农艺措施一致。将玉米秸秆粉碎还田，按每亩2kg本菌剂用量，将本菌剂和尿素与适量潮湿的细沙土混匀后均匀地撒在玉米秸秆上，然后将秸秆深翻，耕作深度25cm以上，将玉米秸秆深翻入土层。

结果：施用秸秆腐熟还田的微生物菌剂后的第5天，土壤与秸秆交接处有大量菌丝菌落出现，接触耕地面的秸秆出现水浸装，已有很多小黑斑点，明显变暗。从颜色上看，没有施用腐熟菌剂的基本没变化，秸秆较硬。施用腐熟菌剂第15天从颜色上看，没有施用腐熟菌剂的刚刚变黑，而施用秸秆腐熟还田的微生物菌剂秸秆纤维素松软，机械搓揉秸秆碎裂成小块，已经变黑，从手感看，没有施用本发明微生物菌剂的稍稍***，而施用本发明微生物菌剂的很软。秸秆还田25d后进行测定，未加腐熟剂的分解量达15.6%；加腐熟菌剂的已有有32%的秸秆腐烂，剩余68%左右的固形物也变的黑烂腐朽，处理间差别明显。秸秆在土壤中的分解速度测定结果证明：玉米秸秆还田，加腐熟菌剂可加速秸秆分解。

施用腐熟菌剂相对于不施用腐熟菌剂表现为前期无杂草，后期杂草较轻，病害发生轻，秸秆腐烂速度较快，约提前20d，田间孔隙度大，透气性好，有利于蓄水、保肥，促进作物高产。前期，促进秧苗健壮，根系发达，产生多种抗生物质，有效抑制苗期病害，提高种子发芽率，减少黄苗死苗现象，对小麦的全蚀病有很好的防治效果。后期种植小麦长势较旺，穗型较大。

Claims (4)

1.一种高效秸秆腐熟剂，其特征在于：包括以下重量百分比的原料：枯草芽孢杆菌20-30%、白浅灰链霉菌10-15、扣囊拟内孢霉5-10%、产朊假丝酵母5-10%、曲霉10-15%、淡紫拟青霉10-15%、哈茨木霉10-15%、嗜热霉菌20-30%。

2.根据权利要求1所述的一种高效秸秆腐熟剂，其特征在于：所述的曲霉是黑曲霉、米曲霉中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种高效秸秆腐熟剂，其特征在于：所述的嗜热霉菌是生长温度在45-50℃之间的嗜热侧孢霉。

4.一种如权利要求1所述的高效秸秆腐熟剂的制备工艺，其特征在于：其制备工艺如下：

1）斜面培养：在无菌条件下，将曲霉、淡紫拟青霉、哈茨木霉接种在PDA-蔗糖培养基上，在32℃条件下培养4天；将嗜热侧孢霉、扣囊内孢霉、产朊假丝酵母接种在PDA-葡萄糖培养基上，在32℃条件下培养3天；将嗜热霉菌在45℃条件下培养3天；将枯草芽孢杆菌接种在营养琼脂培养基上，在30℃条件下培养3天；将白浅灰链霉接种在高氏一号培养基上，在30℃条件下，培养5天；

2）种子培养：将步骤1）中培养的菌种在无菌条件下分别接种于液体扩增培养基中，其中将曲霉、淡紫拟青霉、哈茨木霉接种在PDA-蔗糖培养基上，在32℃、频率为150r/min摇床中培养4天；将白浅灰链霉菌接种在高氏一号培养基上，在30℃、频率为150r/min摇床中培养5天；将枯草芽孢杆菌接种在营养琼脂培养基上，在30℃、频率150r/min摇床中培养3天；将扣囊内孢霉、产朊假丝酵母接种在PDA-葡萄糖培养基上，在32℃条件下培养3天；将嗜热侧孢霉接种在PDA-葡萄糖培养基上，在32℃、150r/min摇床中培养3天；

3）固体增殖培养基：把步骤2）中培养好的液体种子在无菌条件下接到经高压灭菌的固体培养基中，培养3-7天，其中枯草芽孢杆菌的固体增殖培养基为含28%重量百分比的锯末、10%重量百分比的豆粕、60%重量百分比的麸皮、1.5%重量百分比的硫酸铵、0.5%重量百分比的磷酸氢二钾、0.2%重量百分比的氢氧化钠、50-60%重量百分比的水的固态发酵培养基，枯草芽孢杆菌以4-10%的接种量，控制环境温度在28-32℃，培养3天使得达到菌含量大于10亿/g；

白浅灰链霉菌的固体增殖培养基为含20%重量百分比的锯末、50%重量百分比的麸皮、20%重量百分比的玉米面、10%重量百分比的豆粕、0.2%重量百分比的氢氧化钠组成的培养基，以4-10%的接种量，控制环境温度在28-32℃，培养3-5天使得菌含量大于5亿/g；

嗜热侧孢霉的固体增殖培养基为含40%重量百分比的锯末，40%重量百分比的麸皮，20%重量百分比的豆粕，0.5%重量百分比的磷酸氢二钾、50-60%重量百分比的水的固态发酵培养基，液体种子以2-10%的接种量, 在45℃以上条件下，培养3天使得菌含量达到大于10亿/g；

扣囊内孢霉、产朊假丝酵母固体增殖培养基为含60%重量百分比的麸皮、10%重量百分比的豆粕、20%重量百分比的玉米面、10%重量百分比的稻壳、50-60%重量百分比的水的固态发酵培养基中，以4-10%的接种量，控制环境温度在28-32℃，培养3-5天，使得扣囊内孢霉能达到菌含量大于15亿/g、产朊假丝酵母菌含量大于2亿/g；

曲霉、哈茨木霉的固体增殖培养基为含50%重量百分比的麸皮、40%重量百分比的豆粕、10%重量百分比的稻壳、40%重量百分比的水的固体培养基，以5-10%的接种量，控制环境温度在28-32℃，培养5-7天，使得曲霉菌含量大于5亿/g、哈茨木霉菌含量大于5亿/g；

淡紫拟青霉的固体增殖培养基为含50%重量百分比的稻壳、20%重量百分比的豆粕、30%重量百分比的玉米面、40%重量百分比的水的固体培养基，以5-10%的接种量，控制环境温度在28-32℃，培养5-7天，使得淡紫拟青霉菌含量大于2亿/g；

4）干燥处理：3）步骤的固体增殖培养完毕后将其放入干燥室进行干燥，

干燥后的菌剂经过粉碎过筛，即可作为原菌剂保存使用。