CN106631551A - 一种植物促生型生物有机肥及其制备方法 - Google Patents

一种植物促生型生物有机肥及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种植物促生型生物有机肥，由畜禽粪、辅料接种0.5～2％(w/w)的复合发酵菌剂发酵后再接种2～5％(w/w)的植物促生菌剂发酵制成，制备方法步骤为：(1)发酵料制备；(2)高温好氧发酵；(3)植物促生菌剂制备；(4)有机肥后腐熟；有益效果是：在二次发酵过程中实现植物促生型功能微生物的快速增殖，其有效生物活菌总数达5×108CFU/g；腐熟程度高，施加到土壤后，可产生3‑吲哚乙酸、细胞***素、赤霉素、乙烯等在内的多种植物激素，促进植株生长，并使作物增产增收；制备的生物有机肥成本低、环保高效。

Description

一种植物促生型生物有机肥及其制备方法
技术领域
本发明属于生物有机肥技术领域，具体涉及一种利用畜禽粪便发酵生产植物促生型生物有机肥及其方法。
背景技术
随着规模化、集约化畜禽养殖业的迅猛发展，畜禽粪便作为农业面源污染的主要来源已成为环境污染的突出问题。与此相对，畜禽养殖污染物中含有丰富的有机质、氮、磷、钾等营养物质和微量元素，具有极大的资源化潜力。利用好氧发酵生产有机肥是当前畜禽粪便处理与资源化利用最主要的手段。然而，传统的畜禽粪便生产有机肥的工艺存在发酵周期长、氮素等营养损失严重、有机肥产品肥效低等各种问题，因此，开发新颖的微生物功能菌剂作为有机肥添加剂已成为该领域的发展趋势。
生物有机肥是指以特定微生物与动植物残体为来源并经无害化处理、腐熟的有机物料复合而成的兼具微生物肥料和有机肥肥效的肥料。常规生物有机肥生产工艺是将发酵菌和功能菌共同发酵，但由于功能菌一般适应于土壤、植物根际等环境，难以在好氧发酵的高温阶段存活，极大限制了有机肥中功能微生物的活性。目前，基于两段式逐级发酵工艺，通过在不同发酵阶段添加相应功能微生物菌剂的方式得到了广泛认可。中国专利文件CN102964155 B公布了一种内生固氮菌有机肥的制备方法，就采用初次发酵阶段接种由枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、啤酒酵母、扣囊拟内孢菌、绿色木霉、嗜热侧孢霉、植物乳杆菌、黑曲霉组成的复合微生物发酵菌剂，而在二次发酵阶段接种由成团泛菌、巨大芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌组成的复合微生物内生固氮菌剂，从而制备具有固氮功能的有机肥。尽管如此，现有生物有机肥产品依然存在产品种类少、功能单一等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种植物促生型生物有机肥及其制备方法，通过联合好氧发酵和添加功能微生物菌剂的方式，生产出具有植物促生功能的生物有机肥类型，在替代化肥产品的同时改良土壤微生物生态环境，促进植物生长。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种植物促生型生物有机肥，由畜禽粪、辅料接种0.5～2％(w/w)的复合发酵菌剂发酵后再接种2～5％(w/w)的植物促生菌剂发酵制成，所述辅料为秸秆、谷壳、蘑菇渣、麦麸、尿素中的至少一种，其特征在于：所述复合发酵菌剂由甲基营养型芽孢杆菌(Bacillusmethylotrophicus KACC 13105)、特基拉芽孢杆菌(Bacillus tequilensis ATCC BAA-819)、嗜热脂肪地芽孢杆菌(Gebacillus stearothermophilus ATCC 12980)和黄色嗜热厌氧芽孢杆菌云南亚种(Anoxybacillus flavithermus ssp.yunnanesis CCTCC AB2010187)按照质量比0.5～1∶1～2∶0.5～1∶1混合而成；所述植物促生菌剂由腐殖质还原固氮螺菌(Azospirillum humicireducens CCTCC AB 2012021)、产朊假丝酵母(Candida utilisCCTCC M 2010090)、细黄链霉菌(Streptomyces microflavus CGMCC 4.891)和固氮类芽孢杆菌(Paenibacillus azotofixans ATCC35681)按质量比1～2∶1～2∶1～2∶1的比例混合而成。
一种植物促生型生物有机肥的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
(1)发酵料制备：用畜禽粪与粉碎后的秸秆、谷壳、蘑菇渣、麦麸、尿素中的至少一种混合，调节水分和C/N分别至55％～70％和25～35，制得发酵料；
(2)高温好氧发酵：在步骤(1)发酵物料中接种0.5～2％(w/w)的复合发酵菌剂，拌混均匀后进行好氧发酵；当堆体温度超过60℃后翻堆一次，之后每2～3d翻堆一次，连续发酵15～20d得初次发酵产物；
所述复合发酵菌剂由甲基营养型芽孢杆菌(Bacillus methylotrophicus KACC13105)、特基拉芽孢杆菌(Bacillus tequilensis ATCC BAA-819)、嗜热脂肪地芽孢杆菌(Gebacillus stearothermophilus ATCC 12980)和黄色嗜热厌氧芽孢杆菌云南亚种(Anoxybacillus flavithermus ssp.yunnanesis CCTCC AB2010187)按照质量比0.5～1∶1～2∶0.5～1∶1混合而成；
(3)植物促生菌剂制备：将保藏于斜面上的腐殖质还原固氮螺菌(Azospirillumhumicireducens CCTCC AB 2012021)、产朊假丝酵母(Candida utilis CCTCC M2010090)、细黄链霉菌(Streptomyces microflavus CGMCC 4.891)和固氮类芽孢杆菌(Paenibacillus azotofixans ATCC 35681)分别接种到LB液体培养基，28～32℃的条件下摇床培养24～48h；将上述4种菌的菌液按质量比1～2∶1～2∶1～2∶1的比例混合均匀，得植物促生复合菌剂。
所述LB培养基配方为：胰化蛋白胨10g/L，酵母提取物5g/L，NaCl 10g/L。
(4)有机肥后腐熟：以步骤(2)制备的初次发酵产物为原料，按照2～5％(w/w)的比例添加步骤(3)制备的植物促生复合菌剂，静置发酵10～15d(期间翻堆一次)，即可制得植物促生型生物有机肥产品。
本发明的有益效果是：
本发明针对畜禽粪便两段式好氧发酵工艺流程，制备了分别用于高温阶段和腐熟阶段的两种微生物复合菌剂：复合发酵菌剂和植物促生复合菌剂；两者即可配合使用，也可单独使用。其中，复合发酵菌剂由分离自高温堆肥体系中的4种功能微生物复配而成，添加后可与土著堆肥微生物协同作用，快速分解畜禽粪便的中的有机质，升温速度快、发酵15d即可实现堆肥完全腐熟，显著提高畜禽粪便的发酵效率和稳定化程度。植物促生复合菌剂同样基于4种高产植物激素的功能微生物通过大量试验复配而成，以中低温液态发酵方式扩培，并且以畜禽粪便初次发酵后的有机底物为原料，在二次发酵过程中实现植物促生型功能微生物的快速增殖，其有效生物活菌总数达5×108CFU/g，远高于《生物有机肥》(NY/T798-2004)标准中≥0.2×108CFU/g数值。基于该发明制备的生物有机肥产品腐熟程度高，施加到土壤后，数量庞大的功能微生物在根际定殖等后，可产生3-吲哚乙酸、细胞***素、赤霉素、乙烯等在内的多种植物激素，促进植株生长，并使作物增产增收。该发明制备的生物有机肥兼具成本低、环保高效等特点。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细说明本发明。
实施例1～4
以猪粪、玉米秸秆、尿素和功能微生物菌剂混合发酵制备生物有机肥如下：
(1)以猪粪、玉米秸秆和尿素为原料发酵制备生物有机肥，发酵物料总质量为300kg，按照猪粪∶玉米秸秆∶尿素5∶1∶0.02的湿重比配料，三者物料性质见表1。混合后的物料C/N比为30.4，水分含量为64.7％。
表1猪粪、玉米秸秆和尿素物料性质
项目 猪粪 玉米秸秆 尿素
总有机碳(g·kg-1) 374.5 441.8 0
总氮(g·kg-1) 11.4 5.7 46.7
C/N 32.9 77.5 0
水分含量(％) 73.8 20.4 11.5
(2)将斜面保藏的甲基营养型芽孢杆菌、特基拉芽孢杆菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌和黄色嗜热厌氧芽孢杆菌云南亚种各取2环接种到LB培养液中，分别在30℃、45℃、55℃和60℃下活化24h。之后按10％的接种量将培养液接种至新的LB培养基中扩大培养。发酵结束后，以2∶1的质量比加入草炭吸附菌剂。将获得的甲基营养型芽孢杆菌、特基拉芽孢杆菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌和黄色嗜热厌氧芽孢杆菌云南亚种4种菌剂按0.5～1∶1～2∶0.5～1∶1混合制成复合发酵菌剂。
按照0.5～2％(w/w)的接种量复合发酵菌剂添加至步骤(1)备好的堆肥物料中，拌混均匀后开始好氧发酵。堆体温度超过60℃后翻堆一次，之后每2～3d翻堆一次，连续发酵15～20d获得初次发酵产物。
(3)将斜面保藏的腐殖质还原固氮螺菌、产朊假丝酵母、细黄链霉菌和固氮类芽孢杆菌分别接种到LB液体培养基，30℃摇床培养48h。将上述4种菌的菌液按质量比1～2∶1～2∶1～2∶1均匀混合，得到植物促生复合菌剂。以初次发酵产物为原料，按照2～5％(w/w)的比例添加植物促生复合菌剂，静置发酵10～15d(期间翻堆一次)，即可制得植物促生型生物有机肥产品。
实施例1～4中制备生物有机肥产品的工艺与指标异同如表2所示。
对比例1
利用猪粪、玉米秸秆和尿素发酵制备有机肥产品如下：
按照与实施例1～4相同的方式准备猪粪、玉米秸秆和尿素的混合物料，在不添加复合发酵菌剂的条件下自然发酵。发酵第3天，堆体温度上升至61℃，开始翻堆，之后每3d翻堆一次，连续发酵18d后获得初次发酵产物。将初次发酵产物继续堆制，同样不接种植物促生复合菌剂进行二次发酵。二次发酵持续15d，在第7d时翻堆一次，两次发酵完整周期是33d。发酵结束后，按照《生物有机肥》(NY/T 798-2004)标准检测堆肥产品的性质，并测定发酵产物的种子发芽指数，结果见表2。
表2实施例1～4与对比例1制备生物有机肥方案异同
根据实施例1～4的结果，利用猪粪、玉米秸秆以及尿素为原料采用本发明中的两段式逐级发酵工艺制备的生物有机肥产品满足NY/T 798-2004中有关标准的要求。通过在不同发酵阶段添加本发明中不同配比和数量的复合发酵菌剂和植物促生复合菌剂显著增加了生物有机肥产品中的有效活菌数。种子发芽指数(GI)的检测结果也指出，实施例1～4中利用本发明制备的生物有机肥产品较对比例1腐熟程度更高，对植物促生效果好。
下面基于实施例1和对比例1进一步说明生物有机肥对植物的促生效果。
将实施例1和对比例1制备的生物有机肥按照每亩200kg的量施加到水稻田中，替代40％化肥施加量。调查结果指出，施加实施例1中的生物有机肥较施加对比例1的有机肥使水稻增收27％。
实施例5～8
以鸡粪、稻壳和功能微生物菌剂混合发酵制备生物有机肥：
(1)以鸡粪和粉碎的稻壳为原料发酵制备生物有机肥，发酵物料总质量为200kg，按照鸡粪、稻壳5∶3的湿重比配料，两者物料性质见表3。混合后的物料C/N比为27，水分含量为44.8％。发酵开始前添加水分将堆体含水率调节至60％。
表3鸡粪和稻壳的物料性质
项目 鸡粪 稻壳
总有机碳(g·kg-1) 305 457.2
总氮(g·kg-1) 30.6 4.1
C/N 10 111.5
水分含量(％) 64.8 11.8
(2)将斜面保藏的甲基营养型芽孢杆菌、特基拉芽孢杆菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌和黄色嗜热厌氧芽孢杆菌云南亚种各取2环接种到LB培养液中，分别在30℃、45℃、55℃和60℃下活化24h。之后按10％的接种量将培养液接种至新的LB培养基中扩大培养。发酵结束后，以2∶1的质量比加入草炭吸附菌剂。将获得的甲基营养型芽孢杆菌、特基拉芽孢杆菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌和黄色嗜热厌氧芽孢杆菌云南亚种4种菌剂按0.5～1∶1～2∶0.5～1∶1混合制成复合发酵菌剂。
按照0.5～2％(w/w)的接种量复合发酵菌剂添加至步骤(1)备好的堆肥物料中，拌混均匀后开始好氧发酵。堆体温度超过60℃后翻堆一次，之后每2～3d翻堆一次，连续发酵15～20d获得初次发酵产物。
(3)将斜面保藏的腐殖质还原固氮螺菌、产朊假丝酵母、细黄链霉菌和固氮类芽孢杆菌分别接种到LB液体培养基，30℃摇床培养48h。将上述4种菌的菌液按质量比1～2∶1～2∶1～2∶1均匀混合，得到植物促生复合菌剂。以初次发酵产物为原料，按照2～5％(w/w)的比例添加植物促生复合菌剂，静置发酵10～15d(期间翻堆一次)，即可制得植物促生型生物有机肥产品。
实施例5～10中制备生物有机肥产品的工艺与指标异同如表4所示。
对比例2
利用鸡粪和谷壳发酵制备有机肥产品：
按照与实施例5～8相同的方式准备鸡粪和谷壳的混合物料，调节物物料C/N 27、水分60％，不添加复合发酵菌剂自然发酵。发酵第4天，堆体温度上升至63℃，开始翻堆一次，之后每3d翻堆一次，连续发酵19d后获得初次发酵产物。将初次发酵产物继续堆制，同样不接种植物促生复合菌剂进行二次发酵。二次发酵持续15d，在第7d时翻堆一次，两次发酵完整周期是34d。发酵结束后，按照《生物有机肥》(NY/T 798-2004)标准检测堆肥产品的性质，并测定发酵产物的种子发芽指数，结果见表4。
表4实施例5～8与对比例2制备生物有机肥方案异同
根据实施例5～8和对比例2的结果，利用鸡粪和谷壳为原料采用本发明中的两段式逐级发酵工艺制备的生物有机肥产品满足NY/T 798-2004中有关标准的要求。通过在不同发酵阶段添加本发明中不同配比和数量的复合发酵菌剂和植物促生复合菌剂显著增加了生物有机肥产品中的有效活菌数。GI的检测结果表明，实施例5～8中利用本发明制备的生物有机肥产品较对比例2腐熟程度更高，对植物促生效果好。
下面基于实施例5和对比例2进一步说明生物有机肥对植物的促生效果。
将实施例5和对比例2制备的生物有机肥按照每亩200kg的量施加到小麦田中，替代30％化肥施加量。调查结果指出，施加实施例5中的生物有机肥较施加对比例2的有机肥使水稻增收16％。
实施例9～12
以牛粪、蘑菇渣和功能微生物菌剂混合发酵制备生物有机肥：
(1)以牛粪和蘑菇渣为原料发酵制备生物有机肥，发酵物料总质量为500kg，按照牛粪、蘑菇渣2∶1的湿重比配料，两者物料性质见表5。混合后的物料C/N比为30，水分含量为63.9％。
表5牛粪和蘑菇渣的物料性质
项目 牛粪 蘑菇渣
总有机碳(g·kg-1) 325.4 385.1
总氮(g·kg-1) 1.45 0.98
C/N 22.4 39.3
水分含量(％) 75.8 41.5
(2)将斜面保藏的甲基营养型芽孢杆菌、特基拉芽孢杆菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌和黄色嗜热厌氧芽孢杆菌云南亚种各取2环接种到LB培养液中，分别在30℃、45℃、55℃和60℃下活化24h。之后按10％的接种量将培养液接种至新的LB培养基中扩大培养。发酵结束后，以2∶1的质量比加入草炭吸附菌剂。将获得的甲基营养型芽孢杆菌、特基拉芽孢杆菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌和黄色嗜热厌氧芽孢杆菌云南亚种4种菌剂按0.5～1∶1～2∶0.5～1∶1混合制成复合发酵菌剂。
按照0.5～2％(w/w)的接种量复合发酵菌剂添加至步骤(1)备好的堆肥物料中，拌混均匀后开始好氧发酵。堆体温度超过60℃后翻堆一次，之后每2～3d翻堆一次，连续发酵15～20d获得初次发酵产物。
(3)将斜面保藏的腐殖质还原固氮螺菌、产朊假丝酵母、细黄链霉菌和固氮类芽孢杆菌分别接种到LB液体培养基，30℃摇床培养48h。将上述4种菌的菌液按质量比1～2∶1～2∶1～2∶1均匀混合，得到植物促生复合菌剂。以初次发酵产物为原料，按照2～5％(w/w)的比例添加植物促生复合菌剂，静置发酵10～15d(期间翻堆一次)，即可制得植物促生型生物有机肥产品。
实施例9～12中制备生物有机肥产品的工艺与指标异同如表6所示。
对比例3
利用牛粪和蘑菇渣发酵制备有机肥产品：
按照与实施例9～12相同的方式准备牛粪和蘑菇渣的混合物料，在不添加复合发酵菌剂条件下自然发酵。发酵第3天，堆体温度上升至65℃，开始翻堆一次，之后每3d翻堆一次，连续发酵15d后获得初次发酵产物。将初次发酵产物继续堆制，同样不接种植物促生复合菌剂进行二次发酵。二次发酵持续14d，在第7d时翻堆一次，两次发酵完整周期是29d。发酵结束后，按照《生物有机肥》(NY/T 798-2004)标准检测堆肥产品的性质，并测定发酵产物的种子发芽指数，结果见表6。
表6实施例9～12与对比例3制备生物有机肥方案异同
根据实施例5～8的结果，利用牛粪和蘑菇渣为原料采用本发明中的两段式逐级发酵工艺制备的生物有机肥产品满足NY/T 798-2004中有关标准的要求。通过在不同发酵阶段添加本发明中不同配比和数量的复合发酵菌剂和植物促生复合菌剂显著增加了生物有机肥产品中的有效活菌数。GI的检测结果表明，实施例9～12中利用本发明制备的生物有机肥产品较对比例3腐熟程度更高，对植物促生效果好。
下面基于实施例9和对比例3进一步说明生物有机肥对植物的促生效果。
将实施例9和对比例3制备的生物有机肥按照每亩300kg的量施加到水稻田中，替代50％化肥施加量。调查结果指出，施加实施例9中的生物有机肥较施加对比例3的有机肥使水稻增收32％。

Claims (2)

1.一种植物促生型生物有机肥，由畜禽粪、辅料接种0.5～2％(w/w)的复合发酵菌剂发酵后再接种2～5％(w/w)的植物促生菌剂发酵制成，所述辅料为秸秆、谷壳、蘑菇渣、麦麸、尿素中的至少一种，其特征在于：所述复合发酵菌剂由甲基营养型芽孢杆菌(Bacillusmethylotrophicus KACC 13105)、特基拉芽孢杆菌(Bacillus tequilensis ATCC BAA-819)、嗜热脂肪地芽孢杆菌(Gebacillus stearothermophilus ATCC 12980)和黄色嗜热厌氧芽孢杆菌云南亚种(Anoxybacillus flavithermus ssp.yunnanesis CCTCC AB2010187)按照质量比0.5～1∶1～2∶0.5～1∶1混合而成；所述植物促生菌剂由腐殖质还原固氮螺菌(Azospirillum humicireducens CCTCC AB 2012021)、产朊假丝酵母(Candida utilisCCTCC M 2010090)、细黄链霉菌(Streptomyces microflavus CGMCC 4.891)和固氮类芽孢杆菌(Paenibacillus azotofixans ATCC 35681)按质量比1～2∶1～2∶1～2∶1的比例混合而成。
2.一种植物促生型生物有机肥的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
(1)发酵料制备：用畜禽粪与粉碎后的秸秆、谷壳、蘑菇渣、麦麸、尿素中的至少一种混合，调节水分和C/N分别至55％～70％和25～35，制得发酵料；
(2)高温好氧发酵：在步骤(1)发酵物料中接种0.5～2％(w/w)的复合发酵菌剂，拌混均匀后进行好氧发酵；当堆体温度超过60℃后翻堆一次，之后每2～3d翻堆一次，连续发酵15～20d得初次发酵产物；
所述复合发酵菌剂由甲基营养型芽孢杆菌(Bacillus methylotrophicus KACC13105)、特基拉芽孢杆菌(Bacillus tequilensis ATCC BAA-819)、嗜热脂肪地芽孢杆菌(Gebacillus stearothermophilus ATCC 12980)和黄色嗜热厌氧芽孢杆菌云南亚种(Anoxybacillus flavithermus ssp.yunnanesis CCTCC AB2010187)按照质量比0.5～1∶1～2∶0.5～1∶1混合而成；
(3)植物促生菌剂制备：将保藏于斜面上的腐殖质还原固氮螺菌(Azospirillumhumicireducens CCTCC AB 2012021)、产朊假丝酵母(Candida utilis CCTCC M2010090)、细黄链霉菌(Streptomyces microflavus CGMCC 4.891)和固氮类芽孢杆菌(Paenibacillus azotofixans ATCC 35681)分别接种到LB液体培养基，28～32℃的条件下摇床培养24～48h；将上述4种菌的菌液按质量比1～2∶1～2∶1～2∶1的比例混合均匀，得植物促生复合菌剂；
所述LB培养基配方为：胰化蛋白胨10g/L，酵母提取物5g/L，NaCl 10g/L；
(4)有机肥后腐熟：以步骤(2)制备的初次发酵产物为原料，按照2～5％(w/w)的比例添加步骤(3)制备的植物促生复合菌剂，静置发酵10～15d(期间翻堆一次)，即可制得植物促生型生物有机肥产品。
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