CN101255073B

CN101255073B - 以蒸汽爆碎植物秸秆固态发酵制备石质边坡绿化基材的方法

Info

Publication number: CN101255073B
Application number: CN2008101029815A
Authority: CN
Inventors: 陈洪章; 宋永民; 张建兴
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Jiangsu Senmao Ecological Technology Co., Ltd.
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: CN101255073A

Abstract

本发明涉及的一种以蒸汽爆碎植物秸秆固态发酵制备石质边坡绿化基材的方法：首先将整株植物秸秆切短、浸润、进行蒸汽爆碎，制得蒸汽爆碎处理的秸秆原料；然后进行复合菌系固态发酵；发酵完成后按比例添加粘土和必要的功能材料，拌匀后常温干燥制得以蒸汽爆碎植物秸秆固态发酵制备的石质边坡绿化基材。制得产品中，有机质含量＞50％，腐殖酸含量＞10％，有效活菌总数＞2亿/克。不仅能够替代以往大量使用的泥炭，具有生态肥料的功效，而且还具有防治植物病害的能力，能够满足边坡创面恢复对涵养量和持水能力的要求。

Description

以蒸汽爆碎植物秸秆固态发酵制备石质边坡绿化基材的方法

技术领域

本发明涉及一种制备绿化基材的方法，特别涉及一种以蒸汽爆碎植物秸秆固态发酵制备石质边坡绿化基材的方法

背景技术

近年来，随着我国基础建设力度的加大及对生态环境保护的要求越来越高，公路、铁路及水电工程建设均要求对边坡创面进行生态防护。我国现有各种岩土创面近40万km²，且随着建设与开发力度的加大逐年增加，预计到2010年将达到50万km²。按照工程建设与生态恢复同步的要求，岩土边坡创面生态防护技术具有巨大的市场需求空间。

岩土创面指基本建设(如公路、铁路、水电及市政工程建设等)及工矿业生产过程(如矿区、采石场等)对地表岩土体的开挖移动形成的裸露面。随着经济建设的快速发展，由于植被破坏及表土散失，创面边坡引起的水土流失及生态破坏现象日趋严重，成为生态恢复工程应用研究的热点之一。目前，主要采用工程措施与植被结合的方式来进行创面生态防护。

在我国应用的各类生态护坡技术中，TBS植被护坡技术约占有20％左右的市场。2002年，我国自主开发了厚层基材喷射(Thick-Layer Base Material Spraying，TBS)植被护坡技术(CN1360821A)，是用植物和绿化基材与工程措施结合，进行岩土边坡创面生态防护的生态工程技术。其核心技术是绿化基材产品的应用，该产品主要由高原泥炭、秸秆纤维、有机肥及其他功能材料定量配制而成。但由于现有绿化基材产品(CN1292988A)多以泥炭等天然有机肥为主要功能材料，对于我国的现实国情来说，应用成本仍相对较高。同时，未经任何处理的秸秆对土壤基质的稳定作用有限，而秸秆经过特定预处理后完全可以替代传统绿化基材中大部分材料的功能，可到目前为止还没有采用秸秆预处理产物制造石质边坡绿化基材的相关报道。因此，采用植物秸秆为主要原料制造石质边坡绿化基材，可大幅降低材料成本，节省国家在岩土创面生态工程上的投资，在减少天然有机材料用量的情况下，较好的满足我国当前及未来对生态创面恢复产品和技术的市场需求。

发明内容

【本发明的目的】针对现有绿化基材需添加大量天然有机材料以及直接利用天然植物秸秆时产品特性不佳，提供一种以蒸汽爆碎植物秸秆固态发酵制备石质边坡绿化基材的方法，通过蒸汽爆碎和混合菌种的预处理，在满足生态恢复植被能够稳定生长的基础上，得到能够替代泥炭、有机肥并具有提高土壤稳定性、抗侵蚀能力和植物病害防治功效的新型绿化基材产品，减少应用成本与生态资源破坏。

【本发明的思路】本发明以植物秸秆类可再生资源科学有效的进入自然界的碳循环为出发点，针对现有绿化基材对产品属性的特定需求，希望通过预处理手段的耦合使秸秆不仅成为绿化基材的载体，而且构成基材中具有特定活性的主要功能材料。通过初步蒸汽爆碎处理，秸秆纤维被膨化及腐殖化，吸水性和腐殖酸含量得到提高，可减少以往产品中泥炭的用量。进行复合菌系固态发酵后，产品富集了大量土壤有益菌，具有生态肥料的功效及防治植物病害的能力，有机质和腐殖酸含量进一步提高，免除或降低了以往产品对无机肥料的依赖，能够满足岩土边坡创面恢复对涵养量和持水能力的要求，可有效降低应用成本。

【本发明的技术路线】

本发明提供的以蒸汽爆碎植物秸秆固态发酵制备石质边坡绿化基材的方法，其技术路线为：

1.蒸汽爆碎植物秸秆的制备：

将整株植物秸秆粗切至3～5厘米，根据原料重量1∶1加水浸润10～20分钟，将湿润后的原料加入汽爆罐中，通入高压水蒸汽，将汽爆罐压力控制在1.5～1.7MPa，维压时间3～8分钟，然后迅速打开出料阀泄去罐中压力，秸秆从出料口喷出并爆碎，制得蒸汽爆碎处理的秸秆原料；

2.混合菌种固态发酵：

a.固态发酵基质为蒸汽爆碎秸秆和其重量10～30％的麸皮混合搅拌而成，然后加入无菌水，调整固液比为1∶4～6，然后接入固态发酵基质重量3～6％的绿色木霉种子液，进行固态发酵培养，培养温度为25～28℃，培养2～3天；

b.上步发酵结束后，接入固态发酵基质重量3～7％的褐色球形固氮菌种子液、3～7％的棕色固氮菌种子液、3～5％的解磷巨大芽孢杆菌种子液、3～5％的冻胶样芽孢杆菌种子液、5～7％的哈茨木霉种子液，进行固态发酵培养，培养温度为25～28℃，培养4～5天；

c.上步发酵结束后，接入固态发酵基质重量2～4％的野油菜黄单胞菌种子液，25～28℃培养2～3天；

3.添加固态发酵后物料重量2～4倍的粘土，补加其他功能性材料，搅拌均匀后常温下干燥，即制得蒸汽爆碎植物秸秆固态发酵制备的石质边坡绿化基材。

所述的植物秸秆原料为农业废弃物玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆或油菜秆。固态发酵时先接入绿色木霉进行培养，再同时接入褐色球形固氮菌、棕色固氮菌、解磷巨大芽孢杆菌、冻胶样芽孢杆菌、哈茨木霉进行培养，最后接入野油菜黄单胞菌培养。其中，野油菜黄单胞菌发酵产生的黄原胶可增加基材的粘性及吸水性。

制得的石质边坡绿化基材中，有机质含量＞50％，腐殖酸含量＞10％，有效活菌总数＞2亿/克。

具体实施方式

实施例1

1.蒸汽爆碎玉米秸秆的制备：

将整株玉米秸秆粗切至3～5厘米，根据原料重量1∶1加水浸润15分钟，将浸润后的原料加入汽爆罐中，通入高压蒸汽，将汽爆罐压力控制在1.5MPa，压力维持时间7分钟，然后迅速打开出料阀泄去罐中压力，秸秆从出料口喷出并爆碎，制得蒸汽爆碎处理的玉米秸秆；

2.混合菌种固态发酵：

a.固态发酵基质为蒸汽爆碎玉米秸秆和其重量20％的麸皮混合搅拌而成，加水调整固液比为1∶6，灭菌后接入固态发酵基质重量6％的绿色木霉种子液，进行固态发酵培养，培养温度为28℃，培养2天；

b.上步发酵结束后，接入固态发酵基质重量7％的褐色球形固氮菌种子液、4％的棕色固氮菌种子液、5％的解磷巨大芽孢杆菌种子液、5％的冻胶样芽孢杆菌种子液、7％的哈茨木霉种子液，进行固态发酵培养，培养温度28℃，培养4天；

c.上步发酵结束后，接入固态发酵基质重量3％的野油菜黄单胞菌种子液，28℃培养2天；

3.添加固态发酵后物料重量2倍的粘土、6％的阳离子乳化沥青、0.4％的聚丙烯腈，搅拌均匀后常温下干燥，即制得以蒸汽爆碎玉米秸秆固态发酵制备的石质边坡绿化基材。使用时与2％的混合草种混合施用。

制得的蒸汽爆碎玉米秸秆石质边坡绿化基材中，有机质含量为61％，腐殖酸含量为18％，有效活菌总数约为2.94亿/克。

实施例2

1.蒸汽爆碎小麦秸秆的制备：

将整株小麦秸秆粗切至3～5厘米，根据原料重量1∶1加水浸润10分钟，将浸润后的原料加入汽爆罐中，通入高压蒸汽，将汽爆罐压力控制在1.5MPa，压力维持时间5分钟，然后迅速打开出料阀泄去罐中压力，秸秆从出料口喷出并爆碎，制得蒸汽爆碎处理的小麦秸秆；

2.混合菌种固态发酵：

a.固态发酵基质为蒸汽爆碎小麦秸秆和其重量10％的麸皮混合搅拌而成，加水调整固液比为1∶4，灭菌后接入固态发酵基质重量6％的绿色木霉种子液，进行固态发酵培养，培养温度为26℃，培养3天；

b.上步发酵结束后，接入固态发酵基质重量5％的褐色球形固氮菌种子液、7％的棕色固氮菌种子液、4％的解磷巨大芽孢杆菌种子液、4％的冻胶样芽孢杆菌种子液、6％的哈茨木霉种子液，进行固态发酵培养，培养温度26℃，培养5天；

c.上步发酵结束后，接入固态发酵基质重量4％的野油菜黄单胞菌种子液，26℃培养3天；

3.添加固态发酵后物料重量4倍的粘土、5％的阳离子乳化沥青、0.7％的聚丙烯腈，搅拌均匀后常温下干燥，即制得以蒸汽爆碎小麦秸秆固态发酵制备的石质边坡绿化基材。使用时与2％的混合草种混合施用。

制得的蒸汽爆碎小麦秸秆石质边坡绿化基材中，有机质含量为53％，腐殖酸含量为16％，有效活菌总数约为2.68亿/克。

实施例3

1.蒸汽爆碎水稻秸秆的制备：

将整株水稻秸秆粗切至3～5厘米，根据原料重量1∶1加水浸润15分钟，将浸润后的原料加入汽爆罐中，通入高压蒸汽，将汽爆罐压力控制在1.7MPa，压力维持时间4分钟，然后迅速打开出料阀泄去罐中压力，秸秆从出料口喷出并爆碎，制得蒸汽爆碎处理的水稻秸秆；

2.混合菌种固态发酵：

a.固态发酵基质为蒸汽爆碎水稻秸秆和其重量25％的麸皮混合搅拌而成，加水调整固液比为1∶5，灭菌后接入固态发酵基质重量5％的绿色木霉种子液，进行固态发酵培养，培养温度为27℃，培养2天；

b.上步发酵结束后，接入固态发酵基质重量5％的褐色球形固氮菌种子液、6％的棕色固氮菌种子液、5％的解磷巨大芽孢杆菌种子液、4％的冻胶样芽孢杆菌种子液、6％的哈茨木霉种子液，进行固态发酵培养，培养温度27℃，培养4天；

c.上步发酵结束后，接入固态发酵基质重量2％的野油菜黄单胞菌种子液，27℃培养3天；

3.添加固态发酵后物料重量3倍的粘土、5.5％的阳离子乳化沥青、0.8％的聚丙烯酸酯，搅拌均匀后常温下干燥，即制得以蒸汽爆碎水稻秸秆固态发酵制备的石质边坡绿化基材。使用时与2％的混合草种混合施用。

制得的蒸汽爆碎水稻秸秆石质边坡绿化基材中，有机质含量为56％，腐殖酸含量为14％，有效活菌总数约为2.82亿/克。

实施例4

1.蒸汽爆碎油菜秸秆的制备：

将整株油菜秸秆粗切至3～5厘米，根据原料重量1∶1加水浸润12分钟，将浸润后的原料加入汽爆罐中，通入高压蒸汽，将汽爆罐压力控制在1.6MPa，压力维持时间6分钟，然后迅速打开出料阀泄去罐中压力，秸秆从出料口喷出并爆碎，制得蒸汽爆碎处理的油菜秸秆；

2.混合菌种固态发酵：

a.固态发酵基质为蒸汽爆碎油菜秸秆和其重量15％的麸皮混合搅拌而成，加水调整固液比为1∶5，灭菌后接入固态发酵基质重量4％的绿色木霉种子液，进行固态发酵培养，培养温度为28℃，培养3天；

b.上步发酵结束后，接入固态发酵基质重量7％的褐色球形固氮菌种子液、5％的棕色固氮菌种子液、5％的解磷巨大芽孢杆菌种子液、3％的冻胶样芽孢杆菌种子液、5％的哈茨木霉种子液，进行固态发酵培养，培养温度28℃，培养5天；

c.上步发酵结束后，接入固态发酵基质重量4％的野油菜黄单胞菌种子液，25℃培养3天；

3.添加固态发酵后物料重量3倍的粘土、6.5％的阳离子乳化沥青、0.7％的聚丙烯酸酯，搅拌均匀后常温下干燥，即制得以蒸汽爆碎油菜秆固态发酵制备的石质边坡绿化基材。使用时与2％的混合草种混合施用。

制得的蒸汽爆碎油菜秆石质边坡绿化基材中，有机质含量为55％，腐殖酸含量为16％，有效活菌总数约为2.56亿/克。

Claims

1.以蒸汽爆碎植物秸秆固态发酵制备石质边坡绿化基材的方法，其步骤为：

1)蒸汽爆碎植物秸秆的制备：

将整株植物秸秆粗切至3～5厘米，根据原料重量1∶1加水浸润10～20分钟，将浸润后的原料加入汽爆罐中，通入高压蒸汽，将汽爆罐压力控制在1.5～1.7MPa，压力维持时间3～8分钟，然后迅速打开出料阀泄去罐中压力，秸秆从出料口喷出并爆碎，制得蒸汽爆碎处理的秸秆原料；

2)混合菌种固态发酵：

a.固态发酵基质为蒸汽爆碎秸秆和其重量10～30％的麸皮混合搅拌而成，加水调整固液比为1∶4～6，灭菌后接入固态发酵基质重量3～6％的绿色木霉种子液，进行固态发酵培养，培养温度为25～28℃，培养2～3天；

b.上步发酵结束后，接入固态发酵基质重量3～7％的褐色球形固氮菌种子液、3～7％的棕色固氮菌种子液、3～5％的解磷巨大芽孢杆菌种子液、3～5％的冻胶样芽孢杆菌种子液、5～7％的哈茨木霉种子液，25～28℃培养4～5天；

3)添加固态发酵后物料重量2～4倍的粘土，补加其他功能性材料，搅拌均匀后常温下干燥，即制得蒸汽爆碎植物秸秆固态发酵制备的石质边坡绿化基材。

2.如权利要求1所述的以蒸汽爆碎植物秸秆固态发酵制备石质边坡绿化基材的方法，其特征在于：所述的植物秸秆原料为农业废弃物玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆或油菜秆。

3.如权利要求1所述的以蒸汽爆碎植物秸秆固态发酵制备石质边坡绿化基材的方法，其特征在于：固态发酵时先接入绿色木霉进行发酵，再同时接入褐色球形固氮菌、棕色固氮菌、解磷巨大芽孢杆菌、冻胶样芽孢杆菌、哈茨木霉进行发酵，最后接入野油菜黄单胞菌发酵。