CN109456091A - 利用养牛废水发酵生产微生物肥料的方法及应用 - Google Patents

利用养牛废水发酵生产微生物肥料的方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用养牛废水发酵生产微生物肥料的方法及应用，其中，向养牛废水中补充碳源，得到预处理废水，向预处理废水中接种植物根际促生菌，发酵培养，即得到所述微生物肥料，其中，对养牛废水或预处理废水做灭菌处理。本发明通过以养牛废水为培养基质，充分利用废水中各种营养物质，补充一定的碳源后进行直接的微生物发酵，将传统需要通过高昂成本处理排放的废水变成多功能微生物肥料，变废为宝，提高了对养殖废水的利用率，降低生产微生物肥料的生产成本，并对辣椒、番茄、茄子等作物种植具有突出的效果。

Description

利用养牛废水发酵生产微生物肥料的方法及应用
技术领域
本发明涉及养殖废水资源利用技术领域，更具体地说，本发明涉及一种利用养牛废水发酵生产微生物肥料的方法及应用。
背景技术
农业农村部官方数据显示，目前，全国畜禽粪污年产生量约38亿吨，其中畜禽直接***的粪便约18亿吨，养殖过程产生的污水量约20亿吨，总体上养殖废水的有效处理率不到50％，养殖废水的资源化利用空间很大。
目前，我国养殖废水处理主要采用厌氧处理(沼气发酵)、好氧处理以及厌氧—好氧处理等不同处理组合***。厌氧沼气发酵物料转化率低，不稳定，沼液二次污染严重，降低土壤质量，欧美多数国家已经禁用。好氧处理以及厌氧—好氧处理把养殖废水纯粹作为废弃物处理后排放，投入成本高，且没有任何经济回报，养殖企业和养殖户不愿采用。
另一方面，微生物肥料在农业中的应用日益得到人们的重视，微生物肥料具有增产、抗病、改善作物品质、提早作物成熟等多种功效，向土壤中施入有机肥料或微生物肥料，还可以逐步恢复土壤中有益微生物群落，消除土壤板结等。推广使用微生物肥料是实现减少化肥和农药用量目标的重要途径，这一理念已逐渐成为人们共识。
资料表明，养牛废水含有丰富的氮、磷，并含有一定量的总糖和钾等营养成分，而这些是微生物生长所必须的，将养殖废水用于制备微生物肥料对其资源化利用具有重要的价值，但是，目前还没有将养殖废水用于制备微生物肥料的简捷、高效的方法。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种利用养牛废水发酵生产微生物肥料的方法，能够利用养牛废好氧发酵生产微生物肥料。
本发明还有一个目的是提供一种利用养牛废水发酵生产的微生物肥料在辣椒、番茄种植中的应用，能够促进作物生长。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种利用养牛废水发酵生产微生物肥料的方法，其中，向养牛废水中补充碳源，得到预处理废水，向预处理废水中接种植物根际促生菌，发酵培养，即得到所述微生物肥料，其中，对养牛废水或预处理废水做灭菌处理。
优选的是，所述微生物肥料为液态微生物肥料。
优选的是，所述灭菌处理方法为80-100℃加热5-10min。
优选的是，所补充的碳源为葡萄糖、淀粉、蔗糖、糖蜜、乙酸钠中的一种或几种，碳源补充量以养牛废水中碳氮质量比为1:3—5:1为标准。
优选的是，所述植物根际促生菌为芽孢杆菌，具体为枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、甲基营养型芽孢杆菌、特基拉芽孢杆菌以及贝莱斯芽孢杆菌中的一种或几种。
优选的是，所述植物根际促生菌为以下芽孢杆菌属的菌株混合构成的微生物组合物：枯草芽孢杆菌ACCC19743、解淀粉芽孢杆菌ACCC10167、甲基营养型芽孢杆菌ACCC19730以及贝莱斯芽孢杆菌ACCC 03040。
优选的是，接种菌为所述微生物组合物时，碳源补充量以养牛废水中碳氮质量比为4.2:1为标准。
优选的是，向预处理废水中接种所述微生物组合物的具体方法包括以下步骤：
步骤1、菌种活化，微生物组合物中的菌株分别接种LB、PCA或NA斜面培养基，30±2℃培养箱活化培养24-30h，得到活化后的菌种；
步骤2、将活化后的菌种分别接种液体种子培养基，30±2℃温度下200±50r/min振荡培养20-30h，得到液体种子，其中，所述液体种子培养基包括以下重量份的组分：淀粉13-18份、豆粕18-22份、磷酸二氢钾0.4-0.6份、七水合硫酸镁0.2份、氯化钠0.8-1.2份、碳酸钙0.4-0.6份、水1000份，调节pH7.0，121℃灭菌20min；
步骤3、将所述微生物组合物的各个菌株的液体种子等比例接种于经过灭菌处理的预处理废水进行发酵培养，总接种量为预处理废水总体积的0.5-5.0％，发酵条件为25-35℃，通气量0.3-1.0vvm，搅拌150-400rpm，发酵时间24-36h，发酵结束即得所述微生物肥料。
一种利用养牛废水发酵生产微生物肥料在辣椒种植中的应用，其中，应用方法为：将后浇水，将所述液态微生物肥料随水冲施，施用量为每亩10-20kg液体微生物肥料。
一种利用养牛废水发酵生产微生物肥料在茄子种植中的应用，其中，应用方法为：将茄子移栽后浇水，将所述液态微生物肥料随水冲施，施用量为每亩10-20kg液体微生物肥料。
本发明至少包括以下有益效果：
首先，本发明通过以养牛废水为培养基质，充分利用废水中各种营养物质，补充一定的碳源后，通过植物根际促生菌发酵生产微生物肥料，将传统需要通过高昂成本处理排放的废水变成多功能微生物肥料，变废为宝，提高了对养殖废水的利用率。
其次，通过本发明改变了传统微生物肥料生产方式，传统微生物肥料生产需要消耗大量的淀粉、葡萄糖等碳源和豆粕等氮源，而本发明只需要以养牛废水为主要原料，补充少量碳源即可，节约了粮食资源，大幅度降低生产微生物肥料的生产成本。
最后，本发明所得微生物肥料在辣椒、番茄种植中具有突出的效果。通过田间应用实验表明，所述微生物肥料能够明显提高辣椒、番茄育苗时的出芽率10％以上，缩短辣椒、番茄等蔬菜的育苗周期至少3-4天；促进茄子提前现蕾10-15天，提早上市15天左右，并提高抗病害能力，明显促进作物生长。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
本发明提供一种利用养牛废水发酵生产微生物肥料的方法，其中，向养牛废水中补充碳源，得到预处理废水，向预处理废水中接种植物根际促生菌，发酵培养，即得到所述微生物肥料，其中，对养牛废水或预处理废水做灭菌处理。
该方案中，通过以养牛废水为培养基质，充分利用废水中各种营养物质，补充一定的碳源后，通过植物根际促生菌发酵生产微生物肥料，将传统需要通过高昂成本处理排放的废水变成多功能微生物肥料，变废为宝，提高了对养殖废水的利用率。此外，本发明改变了传统微生物肥料生产方式，传统微生物肥料生产需要消耗大量的淀粉、葡萄糖等碳源和豆粕等氮源，而本发明只需要以养牛废水为主要原料，补充少量碳源即可，节约了粮食资源，大幅度降低生产微生物肥料的生产成本，并且所得微生物肥料在辣椒、番茄种植中具有突出的效果。
一个优选方案中，所述微生物肥料为液态微生物肥料。
以上方案中，将液态发酵产物直接作为液态生物肥料使用，简化生产工艺，施用方便。
一个优选方案中，所述灭菌处理方法为80-100℃加热5-10min。
以上方案中，通过该灭菌方式对养牛废水进行预处理，能够杀灭养牛废水中的病原微生物以及蛔虫卵，杀灭率达到99.9％以上，保障利用养牛废水生产微生物肥料的安全性。
一个优选方案中，所补充的碳源为葡萄糖、淀粉、蔗糖、糖蜜、乙酸钠中的一种或几种，碳源补充量以养牛废水中碳氮质量比为1:3—5:1为标准。
以上方案中，通过检测养牛废水虽然含氮量较高，但是含碳量不足，通过适当补充碳源使养牛废水中的碳氮比达到适宜发酵植物根际微生物的范围之内，提高发酵效率。
一个优选方案中，所述植物根际促生菌为芽孢杆菌，具体为枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、甲基营养型芽孢杆菌、特基拉芽孢杆菌以及贝莱斯芽孢杆菌中的一种或几种。所用菌株可为中国普通微生物菌种保藏中心、中国农业微生物菌种保藏中心等公开途径购买得到的多个菌株。
一个优选方案中，所述植物根际促生菌为以下芽孢杆菌属的菌株混合构成的微生物组合物：枯草芽孢杆菌ACCC19743、解淀粉芽孢杆菌ACCC10167、甲基营养型芽孢杆菌ACCC19730以及贝莱斯芽孢杆菌ACCC 03040。该菌株组合为利用养牛废水生产微生物肥料的最佳菌株组合。
一个优选方案中，接种菌为所述微生物组合物时，碳源补充量以养牛废水中碳氮质量比为4.2:1为标准。该比例下微生物组合的发酵效果最佳。
一个优选方案中，向预处理废水中接种所述微生物组合物的具体方法包括以下步骤：
步骤1、菌种活化，微生物组合物中的菌株分别接种LB、PCA或NA斜面培养基，30±2℃培养箱活化培养24-30h，得到活化后的菌种。
步骤2、将活化后的菌种分别接种液体种子培养基，30±2℃温度下200±50r/min振荡培养20-30h，得到液体种子，其中，所述液体种子培养基包括以下重量份的组分：淀粉13-18份、豆粕18-22份、磷酸二氢钾0.4-0.6份、七水合硫酸镁0.2份、氯化钠0.8-1.2份、碳酸钙0.4-0.6份、水1000份，调节pH7.0，121℃灭菌20min。
步骤3、将所述微生物组合物的各个菌株的液体种子等比例接种于经过灭菌处理的预处理废水进行发酵培养，总接种量为预处理废水总体积的0.5-5.0％，发酵条件为25-35℃，通气量0.3-1.0vvm，搅拌150-400rpm，发酵时间24-36h，发酵结束即得所述微生物肥料。
一种利用养牛废水发酵生产微生物肥料在辣椒种植中的应用，其中，应用方法为：将辣椒播种后浇水，将所述液态微生物肥料随水冲施，施用量为每亩10-20kg液体微生物肥料。
一种利用养牛废水发酵生产微生物肥料在番茄种植中的应用，其中，应用方法为：番茄播种后浇水，将所述液态微生物肥料随水冲施，施用量为每亩10-20kg液体微生物肥料。
一种利用养牛废水发酵生产微生物肥料在茄子种植中的应用，其中，应用方法为：将茄子移栽后浇水，将所述液态微生物肥料随水冲施，施用量为每亩10-20kg液体微生物肥料。
实施例1
养牛废水的初步检测：取河北石家庄辛集某养牛场废水，采用快速消解分光光度法(HJ/T 399-2007，水质化学需氧量的测定快速消解分光光度法)测定CODCr为9565±35mg/L，采用蒸馏-中和滴定法(HJ 537-2009，水质氨氮的测定采用蒸馏-中和滴定法)测定氨氮为363±9.5mg/L，采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(GB 11894-89，水质总氮的测定采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法)测定总氮含量为664±11.3mg/L。DNS法测定该废水中还原糖含量211±7.3mg/L，总糖含量382±9.2mg/L。结果表明养牛废水中碳源含量偏低，而氮源含量偏高。
预处理：收集上述养牛废水，在10L发酵罐中装入6L新鲜养牛废水，加入15g葡萄糖，90℃保温灭菌10min，冷却到30℃，为预处理废水。
菌种活化：枯草芽孢杆菌ACCC19743、解淀粉芽孢杆菌ACCC10167、甲基营养型芽孢杆菌ACCC19730以及贝莱斯芽孢杆菌ACCC 03040接种PCA斜面培养基，30℃培养箱活化培养24h，得到活化后菌种。PCA斜面培养基配方如下(每升)：胰蛋白胨5g，酵母膏粉2.5g，葡萄糖1g，琼脂15g，最终pH 7.0±0.2。
液体菌种制备：取活化后菌种分别接种下述种子培养基：淀粉15g、豆粕20g、磷酸二氢钾0.5g，七水合硫酸镁0.2g，氯化钠1g，碳酸钙0.5g，水1L,pH7.0，分装100mL/500mL三角瓶，121℃灭菌20min。每瓶接种新鲜活化的斜面种子2环，置摇床30℃、200r/min振荡培养20h得液体菌种。
发酵培养：将所得4株菌的液体种子各50mL接种至预处理废水，30℃、250rpm搅拌，通气量200L/h，发酵30h，即得到液态微生物肥料。
取上述发酵所得液体微生物菌剂稀释涂布于PCA平板，30℃培养48h后计数，总菌数达6.58亿cfu/mL，芽孢染色观察芽孢形成率94％，杂菌率<1％。
实施例2
将PCA斜面培养基新鲜活化的枯草芽孢杆菌ACCC19743、解淀粉芽孢杆菌
ACCC10167、甲基营养型芽孢杆菌ACCC19730接种下述种子培养基：淀粉20g、豆粕40g、磷酸二氢钾0.5g，七水合硫酸镁0.2g，氯化钠1g，碳酸钙0.1g，水1L，pH7.0，分装100mL/500mL三角瓶，121℃灭菌20min。置摇床30℃、200r/min振荡培养20h得液体种子。
将所得3株菌的液体种子各200mL共1000mL接种于600L含4.5g/L乙酸钠、85℃灭菌8min，并自然冷却至30℃的预处理废水中，28℃、200rpm搅拌，通气量250L/min，发酵30h，得到液体微生物菌剂即液态微生物肥料。
取上述液体菌剂用孔雀绿番红进行芽孢染色观察芽孢形成率>95％，杂菌率<1％；稀释涂布于PCA平板，30℃培养48h后计数，总菌数达5.78亿cfu/mL。
实施例3
辣椒大田育苗实验
用量：实验组每亩15kg液体微生物肥料，对照组每亩50kg三元复合肥(氮、磷、钾含量均为15％)，其他条件一致。
用法：播种后立即浇水，随水冲施。
实验结果：实验组相对于对照组的出芽率提高10％，育苗期减少4天，实验组未施用任何农药，植株生长健壮。
实施例4
番茄大田育苗实验
用量：第一实验组每亩15kg液体微生物肥料；对照组每亩施用50kg三元复合肥(氮、磷、钾含量均为15％)。
用法：播种后立即浇水，随水冲施。
实验结果：实验组相对于对照组的出芽率提高9％，育苗周期缩短3-4天，提前现蕾10-15天，提高上市15天左右，实验组未施用任何农药，植株生长健壮。
实施例5
茄子大田移栽实验
用量：第一实验组每亩15kg液体微生物肥料；对照组每亩施用50kg三元复合肥(氮、磷、钾含量均为15％)。
用法：移栽后立即浇水，随水冲施。
实验结果：所述微生物肥料对茄子的移栽具有明显的效果，实验组相对于对照组提前现蕾10-15天，提高上市15天左右，实验组未施用任何农药，植株生长健壮。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与实施例。

Claims (10)

1.一种利用养牛废水发酵生产微生物肥料的方法，其中，向养牛废水中补充碳源，得到预处理废水，向预处理废水中接种植物根际促生菌，发酵培养，即得到所述微生物肥料，其中，对养牛废水或预处理废水做灭菌处理。
2.如权利要求1所述的利用养牛废水发酵生产微生物肥料的方法，其中，所述微生物肥料为液态微生物肥料。
3.如权利要求1所述的利用养牛废水发酵生产微生物肥料的方法，其中，所述灭菌处理方法为80-100℃加热5-10min。
4.如权利要求1所述的利用养牛废水发酵生产微生物肥料的方法，其中，所补充的碳源为葡萄糖、淀粉、蔗糖、糖蜜、乙酸钠中的一种或几种，碳源补充量以养牛废水中碳氮质量比为1:3—5:1为标准。
5.如权利要求1或2所述的利用养牛废水发酵生产微生物肥料的方法，其中，所述植物根际促生菌为芽孢杆菌，具体为枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、甲基营养型芽孢杆菌、特基拉芽孢杆菌以及贝莱斯芽孢杆菌中的一种或几种。
6.如权利要求5所述的利用养牛废水发酵生产微生物肥料的方法，其中，所述植物根际促生菌为以下芽孢杆菌属的菌株混合构成的微生物组合物：枯草芽孢杆菌ACCC19743、解淀粉芽孢杆菌ACCC10167、甲基营养型芽孢杆菌ACCC19730以及贝莱斯芽孢杆菌ACCC 03040。
7.如权利要求6所述的利用养牛废水发酵生产微生物肥料的方法，其中，接种菌为所述微生物组合物时，碳源补充量以养牛废水中碳氮质量比为4.2:1为标准。
8.如权利要求6所述的利用养牛废水发酵生产微生物肥料的方法，其中，向预处理废水中接种所述微生物组合物的具体方法包括以下步骤：
步骤1、菌种活化，微生物组合物中的菌株分别接种LB、PCA或NA斜面培养基，30±2℃培养箱活化培养24-30h，得到活化后的菌种；
步骤2、将活化后的菌种分别接种液体种子培养基，30±2℃温度下200±50r/min振荡培养20-30h，得到液体种子，其中，所述液体种子培养基包括以下重量份的组分：淀粉13-18份、豆粕18-22份、磷酸二氢钾0.4-0.6份、七水合硫酸镁0.2份、氯化钠0.8-1.2份、碳酸钙0.4-0.6份、水1000份，调节pH7.0，121℃灭菌20min；
步骤3、将所述微生物组合物的各个菌株的液体种子等比例接种于经过灭菌处理的预处理废水进行发酵培养，总接种量为预处理废水总体积的0.5-5.0％，发酵条件为25-35℃，通气量0.3-1.0vvm，搅拌150-400rpm，发酵时间24-36h，发酵结束即得所述微生物肥料。
9.一种如权利要求6所述的利用养牛废水发酵生产微生物肥料在辣椒种植中的应用，其中，应用方法为：将辣椒播种后浇水，将所述液态微生物肥料随水冲施，施用量为每亩10-20kg液体微生物肥料。
10.一种如权利要求6所述的利用养牛废水发酵生产微生物肥料在茄子种植中的应用，其中，应用方法为：将茄子移栽后浇水，将所述液态微生物肥料随水冲施，施用量为每亩10-20kg液体微生物肥料。
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