CN105199962B - 一种微生物秸秆腐熟剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效快速的微生物秸秆腐熟剂制备方法及其应用，属于微生物技术领域。本发明将黑曲霉、枯草芽孢杆菌、绿色木霉三种菌按照适当比例进行组合得到高效快速微生物秸秆腐熟剂，其质量百分比为黑曲霉5~15%、枯草芽孢杆菌15~35%、绿色木霉15~35%；本发明的腐熟剂同时配备少量的稻糠或玉米面作为发酵剂使用，即将秸秆经25~30天腐熟后，再每吨秸秆加入0.2~0.5公斤的发酵剂，形成具有促生抗病的有机肥。本发明微生物秸秆腐熟剂具有提高腐熟效率、缩短腐熟时间、节约生产成本、减少化肥投入、改良土壤结构、提高豆类作物种植效益、保护生态环境的优点。

Description

一种微生物秸秆腐熟剂及其制备方法和应用

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农作物秸秆的复合微生物菌剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球粮食产量的增加，作物秸秆产生量增大，据***农业与粮食组织调查，在过去的十年里，全球稻杆产量约6.643亿吨。秸秆的资源化利用问题关乎到全球能量循环和物质转换。

我国是农业大国，农作物资源总量总体呈不断增长趋势，有研究表明，至2015年我国主要农作物秸秆产量将达到9亿吨左右。农作物秸秆中含有一定量的碳、氮、磷、钾、钙、硅等多种元素，同时含有丰富的纤维素、半纤维素、木质素和蛋白质等有机物质。秸秆中含有可供动植物利用的大量的营养成分，研究表明，秸秆中含碳量约为40％～60％，水稻秸秆中含氮量约为0.60％、含磷量约为0.09％，小麦秸秆含氮量约为0.50％、含磷量约为0.03％，大豆秸秆含氮量约为1.93％、含磷量约为0.03％，是具有综合利用价值的可再生生物资源。

但我国没能充分利用这一宝贵的生物资源，2009年，我国直接用作生活燃料的秸秆约占总量的20％，肥料直接还田约占15％，饲料约占15％，工业原料约占2％，废弃或露天焚烧的部分高达33％。大量的秸杆被随便堆砌或直接焚烧，不仅占用土地，污染环境，并造成生物质能源的严重浪费。另外，由于化学肥料的成本较高，且易引起水体污染、土壤板结，进一步吸引人们对生物质肥料的研究。秸秆含有大量可利用元素，是最大的固体废弃物养分资源。因此，通过微生物接种技术强化秸秆腐熟，对农作物秸秆的资源化利用显得极为重要。

目前农作物秸秆腐熟剂往往存在腐熟菌剂单一、功能性菌株偏少、腐熟周期长、腐熟效果不彻底的缺点，对下一茬农作物没有起到很好的抗病促生的效果。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有腐熟菌剂的不足，提供一种高效快速的秸秆腐熟菌剂，加快秸秆腐熟效率、缩短腐熟周期、提高腐熟质量、具有抗病促生的腐熟菌剂。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种快速高效的微生物秸秆腐熟剂，其特征包括以下内容：黑曲霉(Aspergillusniger)、枯草芽孢杆菌(Bscillus subiilis)、绿色木霉(Trichoderma viride)；

上述微生物秸秆腐熟剂各成分的重量比为黑曲霉5-15％、枯草芽孢杆菌15-35％、绿色木霉15-35％。

本发明的另一目的在于提供上述高效秸秆腐熟剂的制备工艺，包括：

1)分别制备黑曲霉、枯草芽孢杆菌、绿色木霉菌剂；

2)将制备的三种菌剂干燥粉碎后，混合均匀即可。

具体地，上述腐熟剂的制备工艺具体步骤如下：

1)斜面培养：在无菌条件下，将黑曲霉、绿色木霉接种在PDA斜面培养基上，在28℃条件下培养2天；枯草芽孢杆菌接种在LB斜面培养基上，在28℃条件下培养1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培养基中，其中黑曲霉、绿色木霉接种在PDA培养基上，在28℃、转速为180r/min摇床中培养2天；将枯草芽孢杆菌接种在LB培养基上，在28℃、转速为180r/min摇床中培养1天；

3)固体增殖培养基：把步骤2)中培养好的液体种子分别在无菌条件下接种到经高压灭菌的固体培养基中(麸皮、糠、稻壳)，其中接种量为固体培养基质量的5～15％，麸皮、糠、稻壳质量比为6:3:1，料水比为1:1～1.5，控制环境温度在28℃，培养7天使得菌数量分别达到2～10亿/g；

4)干燥处理：3)步骤的固体增殖培养完毕后将其在45℃进行干燥，含水率控制在5～15％，各成分的重量比为黑曲霉5-15％、枯草芽孢杆菌15-35％、绿色木霉15-35％，干燥混匀后的菌剂经过粉碎过筛即可使用。

本发明的目的之三在于提供上述高效秸秆腐熟剂在秸秆还田的用途，所适用的秸秆包括玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆。

具体地，每公斤腐熟剂加入1.0～2.0公斤的稻糠或玉米面作为发酵剂，每吨秸秆加入0.2～0.5公斤的发酵剂，加入秸秆质量20～35％的牛粪和果蔬，含水率控制在65～80％，混匀后用稻草覆盖发酵25～30天，每隔2～3天翻堆一次。

采用该腐熟剂堆制有机肥具有对豆类作物的抗病促生作用以及改善土壤结构的作用。

有益效果：本发明的高效快速秸秆腐熟菌剂，成本低廉，使用方便，尤其有利于在酸性土壤中使用；腐熟效率高、周期短、质量好，可以解决农业秸秆的焚烧问题，减少秸秆焚烧对环境的污染；腐熟后的秸秆可以直接还田，改善土壤结构、提升土壤肥力、对豆类农作物具有抗病促生的效果，有利于农业秸秆的资源化利用。

附图说明

图1本发明的腐熟菌剂对玉米秸秆腐熟温度的影响。

图2本发明的腐熟菌剂对玉米秸秆有机质的影响。

图3本发明的腐熟菌剂对玉米秸秆碳氮比的影响。

图4本发明的腐熟菌剂对玉米秸秆E4/E6的影响。

图5本发明的腐熟菌剂堆制有机肥对土壤微生物数量的影响。

图6本发明的腐熟菌剂堆制有机肥对土壤酶活的影响。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例1：腐熟菌剂的制备。

(1)斜面培养：在无菌条件下，将黑曲霉(广东省微生物菌种保藏中心编号GIM3.157)、绿色木霉(广东省微生物菌种保藏中心编号GIM3.141)接种在PDA斜面培养基上，在28℃条件下培养2天；枯草芽孢杆菌(广东省微生物菌种保藏中心编号GIM1.372)接种在LB斜面培养基上，在28℃条件下培养1天，所用菌种黑曲霉、绿色木霉、枯草芽孢杆菌购自广东省微生物菌种保藏中心；

(2)种子培养：将斜面培养基的菌种在无菌条件下分别接种于液体培养基中，其中黑曲霉、绿色木霉接种在PDA培养基上，在28℃、转速为180r/min摇床中培养2天；

(3)固体培养：将枯草芽孢杆菌接种在LB培养基上，在28℃条件下培养1天，在28℃、转速为180r/min摇床中培养1天；将培养好的液体种子分别在无菌条件下接种到经高压灭菌的固体培养基中(麸皮、糠、稻壳)，其中接种量为固体培养基质量的5～15％，麸皮、糠、稻壳质量比为6:3:1，料水比为1:1～1.5，控制环境温度在28℃，培养7天使得达到菌数量在2～10亿/g。

(4)菌剂制备：固体增殖培养完毕后将其在45℃进行干燥，含水率控制在5～15％，各成分的重量比为黑曲霉10％、枯草芽孢杆菌30％、绿色木霉30％，干燥混匀后的菌剂经过粉碎过筛即可使用。

实施例2：腐熟菌剂的制备。

本实施例采用菌种分别为黑曲霉(广东省微生物菌种保藏中心编号GIM3.148)、绿色木霉(广东省微生物菌种保藏中心编号GIM3.140)、枯草芽孢杆菌(广东省微生物菌种保藏中心编号GIM1.372)，各成分的重量比为黑曲霉5％、枯草芽孢杆菌35％、绿色木霉35％，其余条件同实施例1。

实施例3：腐熟菌剂的制备。

本实施例采用菌种分别为黑曲霉(广东省微生物菌种保藏中心编号GIM3.156)、绿色木霉(广东省微生物菌种保藏中心编号GIM3.139)、枯草芽孢杆菌(广东省微生物菌种保藏中心编号GIM3.157)，各成分的重量比为黑曲霉15％、枯草芽孢杆菌35％、绿色木霉15％，其余条件同实施例1。

实施例4：腐熟菌剂的制备。

本实施例采用菌种分别为黑曲霉(广东省微生物菌种保藏中心编号GIM3.152)、绿色木霉(广东省微生物菌种保藏中心编号GIM3.432)、枯草芽孢杆菌(广东省微生物菌种保藏中心编号GIM3.157)，各成分的重量比为黑曲霉5％、枯草芽孢杆菌35％、绿色木霉35％，其余条件同实施例1。

实施例5：腐熟菌剂的制备。

本实施例采用菌种分别为黑曲霉(广东省微生物菌种保藏中心编号GIM3.150)、绿色木霉(广东省微生物菌种保藏中心编号GIM3.443)、枯草芽孢杆菌(广东省微生物菌种保藏中心编号GIM3.157)，各成分的重量比为黑曲霉15％、枯草芽孢杆菌15％、绿色木霉35％、，其余条件同实施例1。

实施例6：本发明腐熟菌剂对玉米秸秆的腐熟效果。

(1)原材料的制备

所选用的玉米秸秆，经自然晾干后，由专用的秸秆破碎机粉碎至1-2cm，其含水率为11.92％，C/N为31.94，pH为6.69；干牛粪为自然晾干奶牛粪，含水率为16.72％，C/N为16.36，pH为8.56；选用的果蔬废弃物(主要为大白菜)破碎至1-2cm，含水率为96.58％，C/N为7.34，pH为6.44。

(2)堆体的处理：

用生态堆肥箱进行腐熟试验，每个堆肥箱装入30公斤的玉米秸秆，分别加入玉米秸秆质量26％的牛粪和果蔬，调节堆体碳氮比至30左右。每公斤实施例1和实施例2中制备的腐熟剂加入1.0～2.0公斤的稻糠或玉米面作为发酵剂，每吨秸秆加入0.2～0.5公斤的发酵剂，按照玉米秸秆1‰的量加入发酵剂，对照为只加1‰的麸皮、糠、稻壳。混匀后用稻草覆盖发酵25～30天，每隔2～3天翻堆一次。

(3)腐熟效果的评价

经过30天的腐熟后，加入腐熟剂1和腐熟剂2的堆体中没有成细小的杆状秸秆，堆体颜色呈褐色，而对照堆体中仍有大量的细小杆状秸秆，堆体颜色仍是秸秆的颜色；如图1所示腐熟剂能明显的加速堆体的升温，延长高温期的时间，最高温度可达到72℃；如图2所示腐熟剂1和腐熟剂2能明显的增加堆体的电导率，由于有机物分解释放了一些磷酸盐、铵盐等无机盐造成的，可溶性盐的增加反映了有机物矿化的进程；图3所示腐熟剂1和腐熟剂2能明显的增加有机物矿化的进程，降低堆体的碳氮比；图4所示腐熟剂1和腐熟剂2能明显的降低堆体的E4/E6，腐殖质物质聚合程度高，使堆体更稳定。说明本发明的腐熟剂能缩短秸秆腐熟周期、提高腐熟温度、加快秸秆的腐殖化。

实施例7：腐熟剂对玉米秸秆还田用途试验

(1)盆栽试验

采用口径27cm，高20cm的盆种植大豆，每盆装土6kg。共设2个处理，分别是对照组：上述实施例2中不加腐熟剂有机肥250g，腐熟剂1组：上述实施例2中加入本发明腐熟剂1有机肥250g，腐熟剂2组：上述实施例2中加入本发明腐熟剂2有机肥250g。每个处理设五盆，每盆3株，各处理随机排列。每盆化肥施加量为：1.2g氮肥，3.0g磷肥，2g KCl，1g K₂SO4。

(2)样品收集及指标测定

土壤方面：分别在大豆种植前、苗期、花荚期、成熟期采集土壤样品，样品采集后立即带回实验室，一部分样品立即进行土壤微生物的测定，另一部分风干过筛后进行酶活测定。土壤微生物的测定采用平板稀释法：真菌、放线菌及细菌培养基分别为孟加拉红培养基，高氏1号培养基(每300ml培养基加入3％重铬酸钾1ml抑制细菌与霉菌生长)及牛肉膏蛋白胨培养基。土壤脲酶活性测定采用苯酚-次氯酸钠比色法，以24h后1g土壤NH₄ ⁺-N的量(mg)表示脲酶活性(U)；磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法测定，以24小时后1g土壤苯酚含量(g)表示磷酸酶活性(U)。

大豆方面：测定大豆植株的株高、主茎分节数、根瘤重量及根瘤数量，并测定大豆生物量及产量，同时统计植株叶片的发病情况。调查大豆病叶病情指数，分级标准如下：0级：无病斑；1级：病斑面积占整个叶面积5％以下；2级：病斑叶面积占整个叶面积的6％-10％；3级：病斑叶面积占整个叶面积11％-25％；4级：病斑叶面积占整个叶面积26％-50％；5级：病斑叶面积占整个叶面积50％以上。

(3)对大豆植株和土壤的影响

由表1可见本发明腐熟剂1和腐熟剂2堆制的有机肥能使获得的大豆粒总鲜重分别增加37％和37.5％，总荚数分别增加18.3％和33.3％，总粒数分别增加3％和22％，总豆荚鲜重分别增加36.1％和37％；大豆根瘤重量分别增加39％和90％，根瘤数量分别增加21.1％和74％；发病率由60％降为53％，病情指数由31％降为27％。表明本发明腐熟剂堆制的有机肥对豆类作物具有明显的抗病促生效果。

表1腐熟剂对大豆植株抗病促生作用

由图5所示在大豆花荚期土壤中细菌、真菌和放线菌数量最多，添加腐熟剂2的有机肥使花荚期土壤中细菌数量比对照高21％，而对真菌和放线菌没有显著影响；图6所示添加腐熟剂2有机肥的土壤脲酶酶活在大豆苗期和花期分别比对照高22％和9％，脲酶是土壤中最活跃的水解酶之一，为植物生长提供氮源。脲酶酶活的增加加速了土壤中各类含氮有机中间产物转化为植物可利用的物质，从而提高根系有效氮的含量。如图6所示苗期土壤磷酸酶酶活较小，仅测到花荚期和成熟期土壤磷酸酶酶活。花荚期是大豆生长的关键期，添加腐熟剂2有机肥的土壤磷酸酶酶活在大豆花期和成熟期分别比对照高200％和50％。表明本发明腐熟剂堆制的有机肥能够改善土壤结构。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种微生物秸秆腐熟剂，其特征在于，制备工艺如下：

1)斜面培养：在无菌条件下，将黑曲霉、绿色木霉接种在PDA斜面培养基上，在28℃条件下培养2天；枯草芽孢杆菌接种在LB斜面培养基上，在28℃条件下培养1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培养基中，其中黑曲霉、绿色木霉接种在PDA培养基上，在28℃、转速为180r/min摇床中培养2天；将枯草芽孢杆菌接种在LB培养基上，在28℃、转速为180r/min摇床中培养1天；

3)固体增殖培养基：把步骤2)中培养好的液体种子分别在无菌条件下接种到经高压灭菌的固体培养基中， 该固体培养基由麸皮、糠、稻壳和水组成，其中接种量为固体培养基质量的5～15％，麸皮、糠、稻壳质量比为6:3:1，料水比为1:1～1.5，控制环境温度在28℃，培养7天使得菌数量分别达到2～10亿/g；

4)干燥处理：3)步骤的固体增殖培养完毕后将其在45℃进行干燥，含水率控制在5～15％，各成分的重量比为黑曲霉5-15％、枯草芽孢杆菌15-35％、绿色木霉15-35％，干燥混匀后的菌剂经过粉碎过筛即可使用。

2.一种如权利要求1所述的微生物秸秆腐熟剂在秸秆还田的用途，所适用的秸秆包括玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆。

3.根据权利要求2所述的微生物秸秆腐熟剂在秸秆还田的用途，其特征在于每公斤腐熟剂加入1.0～2.0公斤的稻糠或玉米面作为发酵剂，每吨秸秆加入0.2～0.5公斤的发酵剂，加入秸秆质量20～35％的牛粪和果蔬，含水率控制在65～80％，混匀后用稻草覆盖发酵25～30天，每隔2～3天翻堆一次。

4.根据权利要求3所述的微生物秸秆腐熟剂在秸秆还田的用途，其特征在于腐熟剂堆制有机肥对豆类作物的抗病促生作用以及对土壤结构的改善。