CN105254353A - 玉米秸秆高温腐熟剂及其制备方法 - Google Patents

玉米秸秆高温腐熟剂及其制备方法 Download PDF

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王禄山
张丽丽
张怀强
陈冠军
高培基
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Abstract

本发明公开了一种玉米秸秆高温腐熟剂，是由玉米秸秆粉与复合菌剂经发酵后烘干制得；其中所述玉米秸秆高温腐熟剂中玉米秸秆粉颗粒上负载有疏棉状嗜热霉、褐色喜热裂孢菌、曲波热多孢菌、热紫链霉菌、就地堆肥地芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的混合菌，且其有效活菌数不低于48±1亿/g，所述玉米秸秆高温腐熟剂颗粒的平均粒径为150μm～650μm，含水率低于15％，pH为6.0～8.0。本发明的腐熟剂能将玉米秸秆中的木质纤维素物质和蛋白类物质快速降解而完成秸秆的腐熟过程，并产生了丰富的简单无机碳源和氮源。将腐熟后的玉米秸秆制备成有机肥料使用，可有效促进植物生长和改善土壤肥力，有助于土壤改善和环境治理，实现农业的可持续发展。

Description

玉米秸秆高温腐熟剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种微生物制剂，具体涉及一种玉米秸秆高温腐熟剂及其制备方法和应用。
背景技术
玉米秸秆作为一种广泛存在的植物生物质资源，具有极大的生物利用价值。我国作为农业大国，每年产生大量玉米秸秆，但对秸秆的利用效率非常低，大部分秸秆被直接焚烧，造成严重的环境污染和资源浪费。玉米秸秆主要成分为木质纤维素，其组分包括半纤维素、纤维素和木质素，可通过固态发酵被微生物分解为可被植物吸收利用的简单碳源，是化学肥料的优良替代品。通过将玉米秸秆转变为有机肥料，可减少因秸秆焚烧引起的环境污染和资源浪费问题，同时也可通过替代化学肥料的使用，减少肥料过度使用造成的水体富营养化和土壤盐碱化问题，并且能改善土壤肥力，有助于实现农业的可持续发展。
对秸秆的固态发酵，即秸秆堆肥是由微生物起主导作用的。但自然堆肥具有耗时长、效率低和占地面积大的问题。通过制成玉米秸秆高温腐熟剂，可在高温状态下杀灭植物病原菌的同时加快堆肥效率，缩短堆肥周期，同时发酵罐的使用也避免了传统堆肥占地多和气味重的缺点，因此玉米秸秆高温腐熟剂的研发与应用是高效利用玉米秸秆产生有机肥料的一种非常好的方式。
发明内容
针对本领域的技术现状，本发明要解决的问题是提供一种玉米秸秆高温腐熟剂及其制备方法和应用。
本发明所述的玉米秸秆高温腐熟剂，是由玉米秸秆粉与复合菌剂经发酵后烘干制得；其特征在于：所述玉米秸秆高温腐熟剂中玉米秸秆粉颗粒上负载有疏棉状嗜热霉、褐色喜热裂孢菌、曲波热多孢菌、热紫链霉菌、就地堆肥地芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的混合菌，且其有效活菌数不低于48±1亿/g，所述玉米秸秆高温腐熟剂颗粒的平均粒径为150μm～650μm，含水率低于15％，pH为6.0～8.0。
其中：上述玉米秸秆粉颗粒上负载的混合菌中疏棉状嗜热霉、褐色喜热裂孢菌、曲波热多孢菌、热紫链霉菌、就地堆肥地芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的重量比为15～25:12～20:12～20:5～10:5～10:1～5。
进一步优选的实施方式是：所述玉米秸秆粉颗粒上负载的混合菌中疏棉状嗜热霉、褐色喜热裂孢菌、曲波热多孢菌、热紫链霉菌、就地堆肥地芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的重量比为20:15:15:8:8:4。所述玉米秸秆高温腐熟剂颗粒的平均粒径为450±50μm。
本发明所述的玉米秸秆高温腐熟剂的制备方法，步骤是：
(1)以常规方法分别将疏棉状嗜热霉、褐色喜热裂孢菌、曲波热多孢菌、热紫链霉菌、就地堆肥地芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌菌种活化并扩繁培养，制得有效活菌数为106～108个/ml的六种菌液；并按疏棉状嗜热霉:褐色喜热裂孢菌:曲波热多孢菌:热紫链霉菌:就地堆肥地芽孢杆菌:枯草芽孢杆菌重量比为15～25:12～20:12～20:5～10:5～10:1～5的比例将制得的六种菌液混合均匀，得到复合菌剂；
(2)将玉米秸秆粉碎至平均粒径为150μm～650μm，制得玉米秸秆粉颗粒，然后将玉米秸秆粉颗粒与步骤(1)得到的复合菌剂按重量比2:3～5的比例混合均匀，在50℃～60℃条件下发酵2～3天，发酵过程中持续搅拌，得到发酵物；
(3)将步骤(2)得到的发酵物在25℃～37℃条件下烘干，即得到玉米秸秆高温腐熟剂，其中，所述高温腐熟剂颗粒的平均粒径为150μm～650μm，含水率低于15％，pH为6.0～8.0，颗粒负载的有效活菌数不低于48±1亿/g。
本发明所述的玉米秸秆高温腐熟剂在降解处理玉米秸秆中的应用。
其中：所述降解处理玉米秸秆的方法是将玉米秸秆与玉米秸秆高温腐熟剂按重量比100～150:1的比例混合均匀，拢堆，室温下发酵至玉米秸秆完全腐熟，再将其制备成有机肥料使用，或将其作为辅料部分替代玉米秸秆高温腐熟剂使用。
本发明所述的玉米秸秆高温腐熟剂是由玉米秸秆粉与多种嗜高温菌种菌液经发酵后烘干制得，该腐熟剂产品中借助微生物之间的协同作用，复合菌发酵产生了大量纤维素酶、半纤维素酶和蛋白酶，能将玉米秸秆中的木质纤维素物质和蛋白类物质快速降解(实验测得半纤维素含量下降44％，纤维素含量下降37％)，从而完成秸秆的腐熟过程，并产生了丰富的简单无机碳源和氮源。将腐熟后的玉米秸秆制备成有机肥料使用，可有效促进植物生长和改善土壤肥力。因为菌液为嗜高温菌种使发酵过程在高温环境下进行，可有效抑制嗜中温的植物病原菌的生长，从而使经过腐熟剂发酵过的玉米秸秆能直接作为有机肥料应用于土壤中，有助于土壤改善和环境治理，实现农业的可持续发展。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实例进一步阐述本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
实施例1玉米秸秆高温腐熟剂的制备
(1)以常规方法分别将疏棉状嗜热霉、褐色喜热裂孢菌、曲波热多孢菌、热紫链霉菌、就地堆肥地芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌菌种活化并扩繁培养，制得有效活菌数为107～108个/ml的六种菌液；并按疏棉状嗜热霉:褐色喜热裂孢菌:曲波热多孢菌:热紫链霉菌:就地堆肥地芽孢杆菌:枯草芽孢杆菌重量比为20:15:15:8:8:4的比例将制得的六种菌液混合均匀，得到复合菌剂；
(2)将玉米秸秆粉碎至平均粒径为150μm～650μm，制得玉米秸秆粉颗粒，然后将玉米秸秆粉颗粒与步骤(1)得到的复合菌剂按重量比2:4的比例混合均匀，在55±2℃条件下发酵3天，发酵过程中持续搅拌，得到发酵物；
(3)将步骤(2)得到的发酵物在35℃～37℃条件下烘干，即得到玉米秸秆高温腐熟剂，其中，所述高温腐熟剂颗粒的平均粒径为150μm～650μm，含水率低于15％，pH为6.0～8.0，颗粒负载的有效活菌数不低于48±1亿/g。
上述疏棉状嗜热霉(Thermomyceslanuginosus)、褐色喜热裂孢菌(Thermobifidafusca)、曲波热多孢菌(Thermopolysporaflexuosa)、热紫链霉菌(Streptomycesthermoviolaceus)、就地堆肥地芽孢杆菌(Geobacillustoebii)和枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)六种菌购自北京中原公司、通派(上海)生物科技有限公司或杭州微球生物技术有限公司。
疏棉状嗜热霉的液体培养基配方为：PDA培养基，马铃薯去皮后称取200g切成小块，加水煮沸后纱布过滤，加水补足滤液至1L，加葡萄糖20g，自然pH。
褐色喜热裂孢菌和曲波热多孢菌的液体培养基配方为：ISP-2培养基，酵母提取物4g，麦芽提取物10g，葡萄糖4g，加水至1L，pH7.3。
热紫链霉菌的液体培养基配方为：高氏合成一号琼脂培养基，可溶性淀粉20g，硝酸钾1g，磷酸氢二钾0.5g，七水硫酸镁0.5g，氯化钠0.5g，硫酸亚铁0.01g，加水至1L，pH7.2-7.4。
就地堆肥地芽孢杆菌的液体培养基配方为：改良Brock’s培养基，酵母提取物1g/L，蛋白胨1g/L，硫酸铵1.3g/L，磷酸二氢钾0.28g/L，七水硫酸镁0.25g/L，氯化钙0.074g/L，微量盐溶液0.1ml(氯化铁19g/L，氯化锰1.8g/L，硼砂4.4g/L，氯化锌0.22g/L，钼酸钠0.03g/L，氯化铜0.05g/L，氯化钴0.01g/L)，pH7.2。
枯草芽孢杆菌的液体培养基配方为：葡萄糖10g/L，蛋白胨10g/L，酵母膏5g/L，氯化钠5g/L，自然pH。
上述六种菌的具体活化、扩繁培养方法如下：
(1)菌种活化：将所述各菌种分别接种于各自菌种的固体平板培养基上划线培养；疏棉状嗜热霉(Thermomyceslanuginosus)48℃下培养2天，褐色喜热裂孢菌(Thermobifidafusca)45℃下培养2天，曲波热多孢菌(Thermopolysporaflexuosa)45℃下培养2天，热紫链霉菌(Streptomycesthermoviolaceus)45℃下培养1天，就地堆肥地芽孢杆菌(Geobacillustoebii)60℃下培养1天，枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)45℃下培养1天；
(2)一级菌种培养：将步骤(1)获得的各个菌的单菌落接种于各菌种的液体培养基中，常规摇床振荡培养至各培养液中菌种有效活菌数达到106～108个/ml；
(3)二级发酵：将步骤(2)制得的各菌种培养液各取1％接种于发酵培养基中，常规摇床振荡培养至各菌株发酵液中有效活菌数达到106～108个/ml或以上，收集发酵培养液，分别获得了有效活菌数为106～108个/ml的六种菌液。其中，所述发酵培养基配方为：玉米秸秆粉10g/L，硝酸钠5.95g/L，氯化钾0.522g/L，磷酸二氢钾1.497g/L，七水硫酸镁0.493g/L，酵母粉5g/L，酪蛋白提取物2g/L。
上述玉米秸秆高温腐熟剂在降解处理玉米秸秆中的应用。
其中：所述降解处理玉米秸秆的方法是将玉米秸秆与玉米秸秆高温腐熟剂按重量比120:1的比例混合均匀，拢堆，堆成10米长，1.5米高，2米宽的条堆，室温下发酵至玉米秸秆完全腐熟，再将其制备成有机肥料使用，或将其作为辅料部分替代玉米秸秆高温腐熟剂使用。
实施例2玉米秸秆高温腐熟剂的制备
(1)以常规方法分别将疏棉状嗜热霉、褐色喜热裂孢菌、曲波热多孢菌、热紫链霉菌、就地堆肥地芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌菌种活化并扩繁培养，制得有效活菌数为107～108个/ml的六种菌液；并按疏棉状嗜热霉:褐色喜热裂孢菌:曲波热多孢菌:热紫链霉菌:就地堆肥地芽孢杆菌:枯草芽孢杆菌重量比为25:20:20:8:8:5的比例将制得的六种菌液混合均匀，得到复合菌剂；
(2)将玉米秸秆粉碎至平均粒径为150μm～650μm，制得玉米秸秆粉颗粒，然后将玉米秸秆粉颗粒与步骤(1)得到的复合菌剂按重量比2:5的比例混合均匀，在58±2℃条件下发酵3天，发酵过程中持续搅拌，得到发酵物；
(3)将步骤(2)得到的发酵物在32℃～35℃条件下烘干，即得到玉米秸秆高温腐熟剂，其中，所述高温腐熟剂颗粒的平均粒径为150μm～650μm，含水率低于15％，pH为6.0～8.0，颗粒负载的有效活菌数不低于48±1亿/g。
所述菌株的具体活化和扩繁培养方法及菌株发酵培养基、各菌种的液体培养基的配方同实施例1。
上述玉米秸秆高温腐熟剂在降解处理玉米秸秆中的应用。
其中：所述降解处理玉米秸秆的方法是将玉米秸秆与玉米秸秆高温腐熟剂按重量比100:1的比例混合均匀，拢堆，堆成10米长，2米高，3米宽的条堆，室温下发酵至玉米秸秆完全腐熟，再将其制备成有机肥料使用，或将其作为辅料部分替代玉米秸秆高温腐熟剂使用。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种玉米秸秆高温腐熟剂，是由玉米秸秆粉与复合菌剂经发酵后烘干制得；其特征在于：所述玉米秸秆高温腐熟剂中玉米秸秆粉颗粒上负载有疏棉状嗜热霉、褐色喜热裂孢菌、曲波热多孢菌、热紫链霉菌、就地堆肥地芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的混合菌，且其有效活菌数不低于48±1亿/g，所述玉米秸秆高温腐熟剂颗粒的平均粒径为150μm～650μm，含水率低于15％，pH为6.0～8.0。
2.根据权利要求1所述的玉米秸秆高温腐熟剂，其特征在于：所述玉米秸秆粉颗粒上负载的混合菌中疏棉状嗜热霉、褐色喜热裂孢菌、曲波热多孢菌、热紫链霉菌、就地堆肥地芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的重量比为15～25:12～20:12～20:5～10:5～10:1～5。
3.根据权利要求2所述的玉米秸秆高温腐熟剂，其特征在于：所述玉米秸秆粉颗粒上负载的混合菌中疏棉状嗜热霉、褐色喜热裂孢菌、曲波热多孢菌、热紫链霉菌、就地堆肥地芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的重量比为20:15:15:8:8:4。
4.根据权利要求1所述的玉米秸秆高温腐熟剂，其特征在于：所述玉米秸秆高温腐熟剂颗粒的平均粒径为450±50μm。
5.权利要求1所述玉米秸秆高温腐熟剂的制备方法，步骤是：
(1)以常规方法分别将疏棉状嗜热霉、褐色喜热裂孢菌、曲波热多孢菌、热紫链霉菌、就地堆肥地芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌菌种活化并扩繁培养，制得有效活菌数为106～108个/ml的六种菌液；并按疏棉状嗜热霉:褐色喜热裂孢菌:曲波热多孢菌:热紫链霉菌:就地堆肥地芽孢杆菌:枯草芽孢杆菌重量比为15～25:12～20:12～20:5～10:5～10:1～5的比例将制得的六种菌液混合均匀，得到复合菌剂；
(2)将玉米秸秆粉碎至平均粒径为150μm～650μm，制得玉米秸秆粉颗粒，然后将玉米秸秆粉颗粒与步骤(1)得到的复合菌剂按重量比2:3～5的比例混合均匀，在50℃～60℃条件下发酵2～3天，发酵过程中持续搅拌，得到发酵物；
(3)将步骤(2)得到的发酵物在25℃～37℃条件下烘干，即得到玉米秸秆高温腐熟剂，其中，所述高温腐熟剂颗粒的平均粒径为150μm～650μm，含水率低于15％，pH为6.0～8.0，颗粒负载的有效活菌数不低于48±1亿/g。
6.权利要求1所述玉米秸秆高温腐熟剂在降解处理玉米秸秆中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述降解处理玉米秸秆的方法是将玉米秸秆与玉米秸秆高温腐熟剂按重量比100～150:1的比例混合均匀，拢堆，室温下发酵至玉米秸秆完全腐熟，再将其制备成有机肥料使用，或将其作为辅料部分替代玉米秸秆高温腐熟剂使用。
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