CN107814636A - 一种炭基生物有机肥及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于生物炭和氨基酸的炭基生物有机肥制备方法，即将有机物料均匀混合后接种具有促生、拮抗病原菌功能的微生物发酵液制备而成，其中，以质量百分比计，生物炭20~30%、氨基酸粉30~40%、猪粪稻草堆肥40~50%，功能微生物数量为0.5~0.8亿个/克；通过本发明方法‑制备的炭基生物有机肥不仅可以抑制土壤中土传病原菌数量，降低作物土传病害的发病率，还可以提高土壤有效养分含量，促进作物生长，增加产量。

Description

一种炭基生物有机肥及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及生物有机肥料研制及应用领域，特别是一种炭基生物有机肥料研制及其在作物土传病害防控中的应用技术。

技术背景

随着农村经济结构的调整,政府对于集约型农业发展的政策扶持与资金投入力度逐年加强,设施蔬菜种植产业因此得到了快速发展,但设施蔬菜土传病害频发的问题也日益凸显。土传病害是一类在植物生长过程中发生较为严重的病害。引发这类植物病害的病原物,在其生活史中的一部分或者大部分阶段存在于土壤中,当外界环境条件适宜时萌发,然后从蔬菜瓜果和观赏类植物的根部侵入植株内部,从而引发病害；发病严重时可迅速扩展蔓延至全株,甚至会使整个地块绝产,给农业生产发展造成难以挽回的经济损失。江苏省农科院对江苏省淮安地区的设施大棚蔬菜病原微生物调查与分离结果统计，大棚土壤中枯萎病菌、疫病菌、青枯病菌的检出率分别达60％、47％、24％，此外，多处大棚还存在腐霉病菌、炭疽病菌、菌核病菌。目前，设施蔬菜土传病害的防治方法主要有：施用生物有机肥、高温闷棚、土壤消毒、水旱轮作等，其中施用生物有机肥具有防病和促生双重效果，且不受季节、气候限制，应用范围较大。

生物炭具有多孔和表面积巨大的特点，其中的孔隙和生物炭表面可为微生物提供栖息的微环境，因此以生物炭为载体制备的炭基生物有机肥可以提高拮抗菌在土壤中存活能力和抑制病原菌效果，此外，生物炭由于其独特的孔隙结构和表面特征，具有很强的保水保肥能力，以生物炭为主要原料的生物有机肥可以提高肥料利用率，促进作物生长。因此，以生物炭为主要原料的炭基生物有机肥是一种很有前景的防控作物土传病害的生物防控产品,但是目前基于生物炭的且具有防控作物土传病害的生物有机肥方面的报道并不多见.

以毛发为原料提取氨基酸为目的的毛发水解行业，由于原料来源广，成本较低，技术比较简单，制备氨基酸的经济效益可观。然而，氨基酸提取后的废液由于含有高浓度的游离氨基酸，化学需氧量大大超过排放标准，如排出厂外，不仅浪费资源，还将造成环境污染。因此如何处理和利用氨基酸废液一直是国内氨基酸生产厂家的热点。

目前，以生物炭或者氨基酸废液为原料研发生物有机肥虽存在报道，但这些生物有机肥的功能主要是提供养分和改良土壤物理结构，然而，将生物炭和氨基酸废液为主要原料制备具有促生和防病双重功能的生物有机肥的技术尚未见报道。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种炭基生物有机肥的制备方法及其田间应用技术。以生物炭、氨基酸和猪粪堆肥为原料，并接种可拮抗多种土传病原菌的功能微生物发酵液，制备炭基生物有机肥，其营养含量高，功能菌数量在0.5亿个/克以上，不仅可以有效抑制作物土传病害的发生，还可促进作物生长和发育，提高产量。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种炭基生物有机肥，主要包括基肥和功能微生物；其中，以质量百分比计，所述基肥包括如下组分：生物炭20～30％、氨基酸粉30～40％，余量为猪粪稻草堆肥；所述功能微生物为保藏号为CGMCC No.12419的解淀粉芽孢杆菌，炭基生物有机肥中，功能微生物含量为 0.5～0.8亿个/克。

本发明所述生物炭是通过以下方法制备得到的：将水稻秸秆晒干至含水量在20％以下，然后粉碎至长度<5cm，投入500℃炭化炉内，经过2小时炭化后，出炭，粉碎至60目，即得生物炭。

所述氨基酸粉购买于江苏汉菱肥业有限责任公司，该氨基酸粉为氨基酸废液烘干后获得。

所述猪粪稻草堆肥是通过以下方法制备的：在猪粪中添加秸秆将碳氮比调节至20-25，水分调节至60-65％后进行高温(50-65℃)好氧发酵，在堆体温度超过50℃每3天左右翻一次堆，堆积发酵50-60d后制备而成。在具体实施过程中，也可以任何本领域常规方法或的的猪粪稻草堆肥。

本发明所用功能微生物为申请人筛选的解淀粉芽孢杆菌(Bacillusamyloliquefaciens)，并于2016年5月9日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，邮编100101，菌种保藏号：CGMCC No.12419；该菌株具有促生和抑制土传病原菌作用，且在土壤中定殖能力强。

本发明还提供炭基生物有机肥的制备方法，包括以下步骤：

将生物炭、氨基酸和猪粪稻草堆肥按重量比例混合均匀后，往其中加入功能微生物发酵液进行吸附，使肥料中功能微生物数量达到0.5～0.8亿个/克，即得炭基生物有机肥，且该产品的有机质含量、氮磷钾养分含量和水分含量均达中华人民共和国农业行业标准 (NY884-2012)。

进一步，本发明所述功能微生物发酵液是通过以下方法制备的：将保存在4℃环境下的解淀粉芽孢杆菌菌株L3接种至牛肉蛋白胨平板上,30℃培养48h,挑取单菌落接种至牛肉膏蛋白胨液体培养基中,30℃培养24h后得到接种液,将接种液接种于装有种子培养基的30L 种子罐中,接菌量为10％(体积比),接菌后进行发酵,初始pH值7.0、温度32℃、转速220r/min，当种子罐发酵9-10h，菌株生长处于对数期，此时，将种子罐中的发酵液加入到装有发酵培养基的200L发酵罐中继续发酵，控制条件同种子罐，培养28-30h，当菌体芽孢形成90-95％时，结束发酵，得到功能微生物发酵液。

牛肉蛋白胨平板配方：牛肉膏5g/L，蛋白胨10g/L，琼脂15-2010g/L,pH7.2-7.6。

牛肉膏蛋白胨液体培养基的配方为：牛肉膏5g/L，蛋白胨10g/L，pH7.2-7.6。

种子培养基的配方为：葡萄糖10g/L,蛋白胨2g/L，MgSO₄0.5g/L,酵母膏2g/L，牛肉膏 2g/L。

所述发酵培养基的配方为：玉米粉30g/L，豆饼粉20g/L，MgSO₄0.5g/L，NaH₂PO₄0.5g/L,K₂HPO₄0.5g/L。

本申请以生物炭和氨基酸废液为主要原料制备炭基生物有机肥，将生物炭和氨基酸废液的优势功能充分结合，生物炭由于其独特物理结构可以改良土壤物理性状，增加土壤保水保肥性能。同时含有的氨基酸作为微生物营养来源不仅可以提高土壤微生物活性，改善土壤微生物群落结构，还可以作为养分被作物吸收，促进作物生长。具体而言，与现有技术相比，本发明具有以下优势：

(1)本发明制备的炭基生物有机肥利用生物炭独特的物理结构可以改良土壤物理性状，增加土壤保水保肥性能。同时含有的氨基酸作为微生物营养来源不仅可以提高土壤微生物活性，改善土壤微生物群落结构，还可以作为养分被作物吸收，促进作物生长；申请人经过大量试验，获得生物炭与氨基酸的最优比例，确保获得的炭基生物有机肥对土传病害的防控及作物的促生效果不同最优。

(2)本发明制备的炭基生物有机肥中的功能微生物为申请人自行筛选，不仅对作物具有促生效果，还可以抑制土传病原菌的生长，此外，该菌株在土壤中和作物根系中均具有较强的定殖能力。

附图说明

图1为解淀粉芽孢杆菌L3对疫霉的抑菌效果示意图。

图2为解淀粉芽孢杆菌L3对枯萎病原菌的抑菌效果示意图。

图3为辣椒移栽45天后不同处理土壤中芽孢杆菌数量示意图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并作为对本发明的限定。

牛肉蛋白胨平板配方：牛肉膏5g/L，蛋白胨10g/L，琼脂15-2010g/L,pH7.2-7.6。

牛肉膏蛋白胨液体培养基的配方为：牛肉膏5g/L，蛋白胨10g/L，氯化钠5g/L，pH7.2-7.6。

种子培养基的配方为：葡萄糖10g/L,蛋白胨2g/L，MgSO₄0.5g/L,酵母膏2g/L，牛肉膏 2g/L。

所述发酵培养基的配方为：玉米粉30g/L，豆饼粉20g/L，MgSO₄0.5g/L，NaH₂PO₄0.5g/L,K₂HPO₄0.5g/L。

LB固体培养基配方为：酵母膏5g/L，蛋白胨10g/L，氯化钠10g/L，琼脂15g/L，pH7.0-7.2。

LB液体培养基配方为：酵母膏5g/L，蛋白胨10g/L，氯化钠10g/L，pH7.0-7.2。

实施例中枯萎病原菌、疫霉均由江苏省农业科学院提供。

氨基酸粉购买于江苏汉菱肥业有限责任公司。该氨基酸粉生产主要原料为氨基酸厂家产生的氨基酸废液，氨基酸废液性状如下：pH2.7,固形物含量32.1％,游离氨基酸含量为8.5％，总氮含量为8.3％，氨氮含量为3.2％。

实施例1功能微生物菌株对枯萎病原菌的拮抗效果

供试病原菌：疫霉菌、枯萎病原菌；

功能微生物：申请人于病害土壤中筛选获得的解淀粉芽孢杆菌(Bacillusamyloliquefaciens)，于2016年5月9日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，邮编100101；菌种保藏号：CGMCC No.12419，申请人自命名为解淀粉芽孢杆菌L3；

供试培养基：PDA培养基：马铃薯200g/L(200g马铃薯煮沸20min，定容至1L)、葡萄糖20g/L、琼脂15-20g/L；

对峙步骤：将利用PDA培养基培养的病原菌制备成直径5mm的菌片，转接至另一PDA平板中央，采用对峙法将解淀粉芽孢杆菌L3点接在距枯萎病原菌菌片2cm处，以不接解淀粉芽孢杆菌为对照。接种后放置28℃培养箱培养72h。

疫霉菌对峙结果如图1所示，其中图1A为疫霉，图1B为接种解淀粉芽孢杆菌L3后与疫霉形成的对峙图，从图1可看出，本发明中所用解淀粉芽孢杆菌对疫霉的生长具有明显的抑制效果。

枯萎病原菌对峙结果如图2所示，图2A为枯萎病原菌，图2B为接种解淀粉芽孢杆菌L3 后与枯萎病原菌形成的对峙图，从图2可看出，本发明中所用解淀粉芽孢杆菌对枯萎病原菌的生长具有明显的抑制效果。

实施例2盆栽条件下功能微生物菌液对辣椒疫病的防控效果

供试作物为辣椒，品种为苏椒5号。

供试病原菌：辣椒疫霉

功能微生物：解淀粉芽孢杆菌L3

对照组：未施用功能微生物菌液(加入与试验组等量的无菌水)。

试验组：施用功能微生物菌液，盆栽土壤中功能菌数量为10⁷个/克。

对照组、试验组各15个盆。

功能微生物菌液的制备方法：利用LB固体培养基活化解淀粉芽孢杆菌菌株L3保藏种，转接到含LB液体培养基的三角瓶中，30℃、170r/min振荡培养24h。7000r/min离心10min取菌体，无菌水稀释，即得菌液。

在辣椒移栽(6-8片叶)前将功能微生物菌液加入含有辣椒疫霉的病害土壤中(疫霉数量为10³个/g)拌匀，以常规方法培养辣椒，移栽45天后采集土样，采用平板涂布法测定土壤中芽孢杆菌数量，检测结果如表1和图2所示：

发病率计算公式：发病率＝发病辣椒数/总辣椒数

表1不同处理的辣椒疫病发病率和土壤中芽孢杆菌数量

由表1和图3(图3A为实验组，图3B为对照组)可见，试验组的疫病发病率低于对照组，降低了6.2％。此外，还可发现，移栽45天后试验组中的芽孢杆菌数量明显高于对照组，这说明功能微生物菌株L3在土壤中具有较强的定殖能力，这有助于功能微生物菌株L3对辣椒疫病的防控。

实施例3制备炭基生物有机肥

以生产1000kg炭基生物有机肥为实例，具体步骤如下：

制备生物炭：将水稻秸秆晒干至含水量20％以下，然后粉碎至长度<5cm，投入500℃炭化炉内，经过2小时炭化后，出炭，粉碎至60目，即得生物炭。

制备猪粪稻草堆肥：在猪粪中添加秸秆将碳氮比调节至25，水分调节至60％后进行高温好氧发酵，在堆体温度超过50℃每3天左右翻一次堆，待堆体温度低于50℃后停止翻堆，堆积发酵60d后制备而成。

制备功能微生物发酵液：将保存在4℃环境下的功能微生物菌株(解淀粉芽孢杆菌L3) 接种至牛肉蛋白胨平板上,30℃培养48h,挑取单菌落接种至牛肉膏蛋白胨液体培养基中,30℃培养24h后得到接种液,将接种液接种于装有种子培养基的30L种子罐中,接菌量为10％,接菌后进行发酵,初始pH值7.0、温度32℃、转速220r/min，当种子罐发酵10h，菌株生长处于对数期，此时，将种子罐中的发酵液加入到装有发酵培养基的200L发酵罐中继续发酵，控制条件同种子罐，培养28h，当菌体芽孢形成95％时，结束发酵，得到功能微生物发酵液，其中功能微生物数量为5亿个/ml。

称取500kg猪粪稻草堆肥、200kg生物炭、300kg氨基酸粉混合后拌匀，往其中加入功能微生物发酵液进行吸附，使肥料中功能微生物数量达到0.8亿个/克，即得炭基生物有机肥。

实施例4炭基生物有机肥的田间试验效果

试验在江苏省淮安市塑料大棚，时间为2017年4月-7月

供试作物为辣椒，品种为大富豪。

供试有机肥：炭基生物有机肥一(40％猪粪稻草堆肥、20％生物炭、40％氨基酸粉、功能微生物数量0.8亿个/克)；

炭基生物有机肥二(实施例3制备)；

对照组：按常规方法施肥(施用复合肥(15-15-15)50kg/亩和25kg尿素/亩，移栽后56d追施水溶肥(13.5-5-35.5)8kg/亩，移栽后82d追施水溶肥(12-8-43)5kg/亩)。；

试验组一：在对照组基础上每亩施用300kg实施例3制备的炭基生物有机肥一。炭基生物有机肥施用时间为辣椒移栽前2d，施用方式为行施。

试验组二：在对照组基础上每亩施用300kg实施例3制备的炭基生物有机肥二。炭基生物有机肥施用时间为辣椒移栽前2d，施用方式为行施。

对照组、试验组各4个小区，每个小区面积为20m²。

试验结果如表2、3所示：

表2不同处理的辣椒枯萎病发病率和病原菌数量

从表2可知,试验组一和试验组二的辣椒枯萎病发病率比对照组的分别低2.1％、7.1％, 试验组二的防治病害效果显著；此外,试验组和试验组二的土壤中病原菌数量也比对照组的低, 分别降低了50.5％和64.4％,说明本发明制备的炭基生物有机肥施用后可以有效抑制土传病原菌的数量，其中炭基生物有机肥二的防治效果最好；试验组一和试验组二的辣椒果实产量高于对照组,分别高出13.6％和32.2％,具有明显增产效果，其中试验组二的增产效果优于试验组一。

表3不同处理的土壤养分含量

从表3可见，试验组土壤有机质、硝态氮、有效磷和速效钾含量都高于对照组，分别增加了18.6％、21.6％、133.9％和38.8％，施用炭基生物有机肥明显提高了土壤养分含量，具有明显改善土壤肥力的效果。

Claims (8)

1.一种炭基生物有机肥，其特征在于，所述炭基生物有机肥包括基肥和功能微生物；

其中，所述基肥包括如下组分：以质量百分比计，生物炭20~30%、氨基酸粉30~40%、余量为猪粪稻草堆肥；

所述功能微生物为保藏号为CGMCC No.12419的解淀粉芽孢杆菌（Bacillusamyloliquefaciens）。

2.根据权利要求1所述的炭基生物有机肥，其特征在于，所述炭基生物有机肥中，功能微生物含量为0.5~0.8亿个/克。

3.根据权利要求2所述的炭基生物有机肥，其特征在于，所述生物炭是通过以下方法制备得到的：将水稻秸秆晒干至含水量低于20%，粉碎至长度<5cm，500℃炭化2小时，粉碎至60目，即得所述生物炭。

4.根据权利要求2所述的炭基生物有机肥，其特征在于，所述猪粪稻草堆肥是通过以下方法制备的：在猪粪中添加秸秆将碳氮比调节至20-25，水分调节至60-65%后进行高温好氧发酵，在堆体温度超过50℃每3天左右翻一次堆，堆积发酵50-60d后制备获得。

5.如权利要求1-4之一所述炭基生物有机肥的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

将生物炭、氨基酸和猪粪稻草堆肥按比例混合均匀后，加入功能微生物发酵液，使炭基生物有机肥中功能微生物数量达到0.5~0.8亿个/克，即获得所述炭基生物有机肥。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述功能微生物发酵液是通过如下方法制备的：

1）将保藏号为CGMCC No.12419的解淀粉芽孢杆菌接种至牛肉蛋白胨平板上,30℃培养48h,挑取单菌落接种至牛肉膏蛋白胨液体培养基中,30℃培养24h后得到接种液；

2）将接种液接种于装有种子培养基的种子罐中,接菌量为10%,接菌后进行发酵,初始pH值7.0、温度32℃、转速220r/min；

3）当发酵至菌株生长处于对数期时，将种子罐中的发酵液加入到装有发酵培养基的发酵罐中继续发酵，初始pH值7.0、温度32℃、转速220r/min，培养28-30h，当菌体芽孢形成90-95%时，结束发酵，得到功能微生物发酵液。

7.如权利要求1-4所述炭基生物有机肥在作物土传病害防控中的应用。

8.如权利要求7所述应用，其特征在于，所述防控是指在作物移栽前2天施用炭基生物有机肥，施用量为300kg/亩。