CN101186879B - 农业废弃物堆肥化三元微生物复合菌剂 - Google Patents

Abstract

一种由复合菌剂I、复合菌剂II和复合菌剂III组成的农业废弃物堆肥化三元微生物复合菌剂，其特征在于复合菌剂I由芽孢杆菌、放线菌、酵母菌、乳酸菌组成，复合菌剂II由木霉、曲霉、青霉、白腐菌组成，复合菌剂III由光合细菌、固氮菌、解磷菌、硅酸盐细菌组成。将30～60％的复合菌剂I、30～60％的复合菌剂II和10～20％的复合菌剂III混合或分阶段使用于农业废弃物的堆肥化处理过程。由于菌剂各组分比例和添加量均可随堆肥原料和堆肥目标的不同而作适当的调整，达到了有效利用微生物资源、提高发酵效率的目的。

Description

农业废弃物堆肥化三元微生物复合菌剂

一、技术领域

本发明属利用微生物发酵制造天然肥料的技术领域，具体涉及一种农业有机废弃物堆肥发酵所用的三元微生物复合菌剂及其在堆肥中的应用。

二、背景技术

我国是一个农业大国，每年产生大约50亿吨的农业废弃物，包括畜禽粪便、农作物秸秆、乡镇生活垃圾、加工业废弃物等，这些有机废弃物的随意丢弃不仅造成了严重的环境问题，同时也是资源的巨大浪费。好氧堆肥是实现农业废物资源化和无害化处理、缓解农业污染的重要手段，也是促进可持续发展农业的有效途径之一。

传统的堆肥法均利用堆料中的土著微生物自然发酵来完成，由于物料来源不一，所带土著微生物种类的随机性和偶然性，微生物的作用及其产生的效果不稳定，往往导致传统堆肥法可控性差、发酵时间长、腐熟质量不稳定、产生臭味等问题。为解决这个问题，最好的办法就是根据堆置过程中物料有机成分的降解规律，有针对性地人为接种某些具有高效分解转化能力的微生物菌群，而且这些微生物具有很强的生命力和代谢能力，加入物料中后能成为物料中的优势菌群，在堆肥化过程中起绝对的主导作用，从而有效缩短物料的腐熟周期和保证腐熟质量。

目前，针对改进堆肥工艺、提高堆肥成品质量的研究主要集中于各类菌剂的开发研制及其在堆肥体系中的应用。涉及较多的是通过接入对堆料中某些物质有特殊降解能力的单一优势菌种，或者是多种具有降解不同物质能力的微生物组合的混合菌剂来加快堆肥化进程。如在专利文献《鸡粪的快速微生物发酵菌剂及发酵方法》(CN 200410072694.6)中公开了一种鸡粪的快速微生物发酵菌剂，由绿色木霉、放线菌、光合细菌、嗜热微生物和高温芽孢杆菌、酵母菌、地衣芽孢杆菌混合而成；专利文献《利用微生物菌剂快速发酵猪粪生产商品有机肥的方法》(CN 200710079090.8)提出了一种由芽胞杆菌、乳酸杆菌、光合细菌、固氮菌、酵母菌、丝状真菌等组成的发酵菌剂；专利文献《微生物发酵剂》(CNZL 200410065178.0)中公开了一种由曲霉属、侧孢霉属、毛霉科、青霉属、地霉属、脉胞霉属、芽孢杆菌、酵母菌目、放线菌目等9种微生物中至少2种组成的微生物发酵剂，用于发酵有机废弃物。但是，目前现有的这些人工添加菌剂或专一性过强，只对单一种类的废弃物有明显效果；或缺乏针对性，不同的堆肥原料使用同一制剂，接种于不同的堆肥原料后，发酵菌剂中的微生物群落需要在堆肥过程中进行结构上的自我调节，损失大量有益的微生物资源、降低发酵效率。

三、发明内容

本发明的目的是要克服已有菌剂设计的不足，充分发挥微生物菌剂中各微生物的积极作用，尽量减少功能微生物的流失，保证接种菌剂中各功能微生物的有效利用，提供一种可针对不同原料进行堆肥发酵的多元复合发酵菌剂。

本发明的技术解决方案为：一种农业废弃物堆肥化三元微生物复合菌剂，其特征在于先将以下三类不同的微生物复合菌群制成单元制剂：

a.复合菌剂I由芽孢杆菌、放线菌、酵母菌、乳酸菌组成，复合菌剂I中所含的各种微生物培养液在菌剂中的重量配比为：

            芽孢杆菌        20～30％

            放线菌          20～30％

            酵母菌          20～30％

            乳酸菌          20～30％

b.复合菌剂II由木霉、曲霉、青霉、白腐菌组成，复合菌剂II中所含的各种微生物培养液在菌剂中的重量配比为：

            木霉            20～30％

            曲霉            20～30％

            青霉            20～25％

            白腐菌          30～40％

c.复合菌剂III由光合细菌、固氮菌、解磷菌、硅酸盐细菌组成，复合菌剂III中所含的各种微生物培养液在菌剂中的重量配比为：

            光合细菌        20～30％

            固氮菌          20～30％

            解磷菌          20～30％

            硅酸盐细菌      20～30％

d.然后将以上各单元制剂以

            复合菌剂I       30～60％

            复合菌剂II      30～60％

            复合菌剂III     10～20％的比例混合或分阶段使用于农业废弃物的堆肥化处理过程。

由芽孢杆菌、放线菌、酵母菌、乳酸菌组成的复合菌剂I，主要用于分解蛋白质、淀粉、脂肪、果胶，产生蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、果胶酶，分泌有机酸、降低基质酸度；

由木霉、青霉、曲霉、白腐菌组成的复合菌剂II，可分解纤维素、木质素类物质，产生纤维素酶、半纤维素酶、木质素降解酶；

由光合细菌、解磷菌、固氮菌、硅酸盐细菌组成的复合菌剂III，主要用于提高堆肥肥效、抑害促生。

上述制剂中所用的12种菌种中，使用任一同类微生物运用于本发明，均可实现本发明的目的，推荐使用以下具体菌种：

所用的芽孢杆菌可以是地衣芽孢杆菌或枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌；

所用的放线菌可以是小单孢菌或链霉菌、诺卡氏菌；

所用的酵母菌可以是热带假丝酵母或解脂假丝酵母、产朊假丝酵母、酵酒酵母；

所用的乳酸菌可以是植物乳杆菌或发酵乳杆菌、乳酸片球菌；

所用的木霉可以是绿色木霉或里氏木霉；

所用的曲霉可以是米曲霉或黑曲霉及生长温度在30℃～50℃之间的高温曲霉菌株；

所用的青霉可以是点青霉；

所用的白腐菌可以是黄孢原毛平革菌；

所用的光合细菌可以是荚膜红假单胞菌或球形红假单胞菌、沼泽红假单胞菌；

所用的固氮菌可以是褐球固氮菌；

所用的解磷菌可以是蜡质芽孢杆菌或巨大芽孢杆菌；

所用的硅酸盐细菌可以是胶质芽孢杆菌。

上述各种微生物均可市购或从有关微生物保藏机构获得，各种微生物培养液的制取方法均采用对应的标准培养基和培养液依常规进行。

本发明可用于堆肥化处理畜禽粪便、农作物秸秆、生活垃圾、中药厂废渣、饼粕等农业固体有机废物，典型使用方法有如下三种：

1.将以

            复合菌剂I     30～60％

            复合菌剂II    30～60％

            复合菌剂III   10～20％

构成的三元微生物复合菌剂在堆制初期按堆肥原料总量的1～10％直接添加，并与堆料混合均匀后进行堆肥化处理；

2.复合菌剂I和复合菌剂II是在堆制初期分别按堆肥原料总量的1～5％直接添加，并与堆料混合均匀，复合菌剂III是在堆制后期，堆料温度进入降温期，温度降到40～50℃，按堆肥原料总量的0.5～2.5％直接添加，并与堆料混合均匀后进行堆肥化处理；

3.复合菌剂I是在堆制初期分别按堆肥原料总量的1～5％直接添加，并与堆料混合均匀；复合菌剂II是在堆制后期，堆料温度进入降温期，温度降到40～50℃，按堆肥原料总量的1～5％直接添加，并与堆料混合均匀；复合菌剂III是在堆制后期，堆料温度进入降温期，温度降到40～50℃，按堆肥原料总量的0.5～2.5％直接添加，并与堆料混合均匀后进行堆肥化处理。

在上述各种使用方式中，菌剂各组分比例和添加量均可随堆肥原料和堆肥目标的不同而作适当的调整。

本发明的有益效果是，利用常规发酵方式，建立常温、中温、高温协同递进、功能互补，酶系互补的高效转化菌群体系，充分发挥各菌株的优势，提高降解效率。使有机物或其中的有毒物质在复合菌群的作用下迅速降解与转化，同时产生的高温杀灭病原菌和杂草草籽，无害化物料，使有机物料加速转化为腐殖质和能供农作物吸收的营养源，成为生产无公害食品所需肥料。由于菌剂各组分比例和添加量均可随堆肥原料和堆肥目标的不同而作适当的调整，达到了有效利用微生物资源、提高发酵效率的发明目的。

四、附图说明

图1为添加三元微生物复合菌剂堆肥法与传统堆肥法的温度变化曲线。

五、具体实施方式

实施例1：三元微生物复合菌剂的制取

市购或从有关微生物保藏机构或其它途径获得所需的芽孢杆菌、放线菌、酵母菌、乳酸菌、木霉、曲霉、青霉、白腐菌、光合细菌、固氮菌、解磷菌和硅酸盐细菌菌种，在对应的培养基上按常规进行斜面活化培养和液体扩培培养。

所使用的斜面活化培养基有PDA培养基、营养琼脂培养基、阿须贝培养基、RCVBN培养基、MRS培养基等；

所使用的液体扩培培养基有PDA培养基(培养霉菌、酵母菌)、肉汤培养基(培养细菌)、高氏1号培养基(培养放线菌)、77号固氮培养基(培养固氮菌)、RCVBN培养基(培养光合细菌)、MRS培养基(培养乳酸菌)等。

12个菌种的液体扩培培养完成后，即可直接以各种微生物培养液在菌剂中的重量配比为：

            芽孢杆菌      20～30％

            放线菌        20～30％

            酵母菌        20～30％

            乳酸菌        20～30％的比例制成复合菌剂I；

以各种微生物培养液在菌剂中的重量配比为：

            木霉            20～30％

            曲霉            20～30％

            青霉            20～25％

            白腐菌          30～40％的比例制成复合菌剂II；

以各种微生物培养液在菌剂中的重量配比为：

            光合细菌        20～30％

            固氮菌          20～30％

            解磷菌          20～30％

            硅酸盐细菌      20～30％的比例制成复合菌剂III。

实施例2：

以          复合菌剂I     30～60％

            复合菌剂II      30～60％

            复合菌剂III     10～20％的比例混合获得三元微生物复合菌剂。

将以养鸡场鸡粪30％(重量百分比)、小麦秸秆70％(重量百分比)构成的有机废物原料条垛形堆制，发酵初期控制水分60％，在堆制初期按堆肥原料总量的1～10％直接添加上述三元微生物复合菌剂，并与堆料混合均匀后进行堆肥化处理。在堆肥进程中，每天记录气温与堆温的变化，根据不同升温情况适当翻堆以维持良好的发酵状态，发酵结束后加工成有机肥或微生物有机肥。

当在有机废物原料中加入3％不同配方的发酵剂配方(优选配方[复合菌剂I30份、复合菌剂II 60份、复合菌剂III 10份]，普通配方[复合菌剂I 60份、复合菌剂II 30份、复合菌剂III 10份]，同时另起一堆不添加任何发酵剂的有机废物作为空白对照(CK)。从堆肥的第1天开始，在每天的中午同时测量气温和堆温，结果如附图1、表1、表2所示。

从附图1中可见，各处理中以普通配方的堆肥升温最迅速，在发酵的第3天即升温至55℃以上，第5天之后的十余天中，温度一直稳定在60℃～70℃左右。优选配方的升温也很快，在发酵的第4天也达到57℃，更在发酵的第6天高达70℃，维持几天后才缓慢下降。从升温速度及温度的稳定性考虑，这两个配方都不错，也说明这两个配方的微生物对环境适应快，添加菌剂有利于缩短堆肥发酵周期。

另外，空白对照(CK)也有升温现象，说明其中也有微生物的活动，但温度上升缓慢，最高温度只有57℃。所有配方所达到的最高温度都较高于对比CK的温度，说明其中的菌剂都起了比鸡粪和秸秆中原有微生物更大的作用。配方不同，升温的程度不同，温度维持的时间也不等。

在整个堆制过程中，两个施用复合菌剂的处理在50℃以上的堆温维持了十余天。根据《粪便无害化卫生标准》(GB7959.87)中规定，高温堆肥的无害化标准对温度的要求为：最高堆温达50℃～55℃以上，持续5～7天。因此，优选配方和普通配方两个配方的堆肥发酵都能有效地达到无害化处理的目的。

由表1可见，淀粉、粗蛋白、脂肪、纤维素等有机物在堆置过程中发生的变化具有规律性。两种不同类型的物料中的主要有机成分都被不同程度的分解，而接种菌剂的处理分解速率比没有接种的处理快得多，例如粗蛋白、粗纤维和淀粉的分解速率，接种菌剂的处理是没有接种物料的1.5倍左右；而有机物质总量的分解速率，接种菌剂的处理是没有接种处理的4倍多。而且淀粉、粗蛋白、脂肪的分解，优选配方复合菌剂略次于普通配方复合菌剂，但纤维素的分解优选配方远高于普通配方。因此，有目的地接种具有针对性的菌剂后，物料主要成分的分解明显加快，腐殖化程度明显提高(表2)，优选配方优于普通配方。

                     表1堆置物料中主要成分含量的变化

物料成分	处理	初期含量(％)	末期含量(％)	分解率(％)
					粗蛋白	优选配方普通配方CK	13.0413.0413.03	7.036.658.81	46.149.032.4
粗纤维	优选配方普通配方CK	29.2129.2129.36	6.237.8913.51	78.772.853.9
					淀粉	优选配方普通配方CK	0.6620.6600.453	0.1430.1390.240	78.479.047.0
有机物质	优选配方普通配方CK	49.1149.1149.11	43.8944.5448.01	10.69.302.2

                表2.堆置过程中腐殖质含量的变化

处理	初期含量(％)	末期含量(％)	增加率(％)
				优选配方普通配方CK	8.878.878.87	12.3912.1111.09	39.736.525.0

实施例3：

将以奶牛场牛粪80％(重量百分比)、小麦秸秆20％(重量百分比)构成的有机废物原料条垛形堆制，发酵初期控制水分60％。按复合菌剂I 30份、复合菌剂II 50份、复合菌剂III 20份的配比使用三元微生物复合菌剂。

三元微生物复合菌剂的添加分三种方式进行：

1#处理——在堆制初期按堆肥原料总量的5％一次性添加三元微生物复合菌剂，并与堆料混合均匀后进行堆肥化处理。

2#处理——按堆肥原料总重量的5％，分两次添加三元微生物复合菌剂：在堆制初期先添加入复合菌剂I和复合菌剂II进行堆肥发酵处理；到堆制后期，当堆料温度进入降温期，温度降到40～50℃时再添加复合菌剂III，继续进行堆肥发酵处理直至完成。

3#处理——按堆肥原料总重量的5％，分3次添加三元微生物复合菌剂：在堆制初期先行添加复合菌剂I进行堆肥处理，当堆料温度进入降温期，温度降到40～50℃后再添加复合菌剂II，发酵5天后再加入复合菌剂III，继续进行堆肥发酵处理直至完成。

由表3可见，处理2和处理3的增效功能微生物菌群(固氮菌、解磷菌、解钾菌、芽孢菌)数量明显高于处理1，真菌数量也是处理1最低。表明采用不同次序添加菌剂会导致堆肥后的微生物种类数量差异。而这些微生物数量上的差异最后导致堆置物料转化降解上的差异，处理3效果腐殖化效果最佳，处理2的腐殖化效果优于处理1(表4、表5)。

               表3堆制结束后的活菌数和芽孢菌数(单位：cell/g干样)

	细菌总数	放线菌	真菌	芽孢细菌	固氮细菌	解钾细菌	解磷细菌
								处理1处理2处理3	8.4×10<sup>8</sup>1.5×10<sup>9</sup>1.2×10<sup>9</sup>	1.4×10<sup>6</sup>2.3×10<sup>6</sup>1.9×10<sup>6</sup>	1.5×10<sup>5</sup>2.9×10<sup>5</sup>4.9×10<sup>5</sup>	6.1×10<sup>4</sup>4.4×10<sup>6</sup>6.8×10<sup>6</sup>	7.5×10<sup>4</sup>7.9×10<sup>5</sup>7.4×10<sup>5</sup>	1.9×10<sup>4</sup>5.8×10<sup>4</sup>6.3×10<sup>4</sup>	6.3×10<sup>4</sup>1.9×10<sup>5</sup>1.8×10<sup>5</sup>

              表4.堆置物料中主有机物质的变化

处理	初期含量(％)	末期含量(％)	分解率(％)
				处理1处理2处理3	52.9253.1853.12	49.1348.0447.54	7.169.6610.50

         表5.堆置过程中腐殖质含量的变化(以碳表示)

处理	初期含量(％)	末期含量(％)	增加率(％)
				处理1处理2处理3	6.956.756.81	7.287.347.62	4.758.7411.89

牛粪常有恶臭等气味，主要包括挥发性脂肪酸、酸类、醇类、酚类、醛类、酮类、酯类、胺类、硫醇类及含氮杂环化合物等90余种物质。除臭是堆肥处理的要求之一，在本实施例中，牛粪经选择优选的复合菌剂堆肥处理后，已基本无臭味，这说明所选配方中的微生物对于去除牛粪中的臭味也起到了有效的作用。

实施例4：

将以养猪场猪粪80％(重量百分比)、小麦秸秆20％(重量百分比)构成的有机废物原料条垛形堆制，发酵初期控制水分60％。按复合菌剂I 40份、复合菌剂II 40份、复合菌剂III 20份的配比使用三元微生物复合菌剂。

三元微生物复合菌剂的添加分三种比例进行：

1#处理——在堆制初期按堆肥原料总量的1％一次性添加三元微生物复合菌剂，并与堆料混合均匀后进行堆肥化处理。

2#处理——在堆制初期按堆肥原料总量的5％一次性添加三元微生物复合菌剂，并与堆料混合均匀后进行堆肥化处理。

3#处理——在堆制初期按堆肥原料总量的10％一次性添加三元微生物复合菌剂，并与堆料混合均匀后进行堆肥化处理。

各处理中以处理3的堆肥升温最迅速，在发酵的第2天即升温至55℃，处理2的升温也很快，在发酵的第3天也达到57℃，处理1升温速度相对较慢，在发酵的第6天也达到55℃。从物料转化降解上看(表6)，处理3效果腐殖化效果最佳，处理2的腐殖化效果优于处理1。

         表6.堆置过程中腐殖质含量的变化(以碳表示)

处理	初期含量(％)	末期含量(％)	增加率(％)
				处理1处理2处理3	7.477.397.54	8.218.759.68	9.9117.2228.38

Claims (1)

1.一种农业废弃物堆肥化三元微生物复合菌剂，其特征在于将以下不同的微生物复合菌群制成三个独立的单元制剂：

a.复合菌剂I由芽孢杆菌、放线菌、酵母菌、乳酸菌组成，复合菌剂I中所含的各种微生物培养液在菌剂中的重量配比为：

芽孢杆菌      20～30％

放线菌        20～30％

酵母菌        20～30％

乳酸菌        20～30％

b.复合菌剂II由木霉、曲霉、青霉、白腐菌组成，复合菌剂II中所含的各种

微生物培养液在菌剂中的重量配比为：

木霉        20～30％

曲霉        20～30％

青霉        20～25％

白腐菌      30～40％

c.复合菌剂III由光合细菌、固氮菌、解磷菌、硅酸盐细菌组成，复合菌剂III中所含的各种微生物培养液在菌剂中的重量配比为：

光合细菌      20～30％

固氮菌        20～30％

解磷菌        20～30％

硅酸盐细菌    20～30％

然后将上述三个独立的单元制剂，以

复合菌剂I      30～60％

复合菌剂II     30～60％

复合菌剂III    10～20％

的比例混合或分阶段使用于不同农业废弃物的堆肥化处理过程。

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