CN101619006B - 生物氮肥及其发酵工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种新型生物氮肥及其发酵工艺。其特征是利用现代微生物技术，以提高有机肥有机氮素含量为目的，用含生物蛋白的材料为底物，加入多种有益微生物制成的颗粒肥，施入土壤后能充分把蛋白质转化为氨态氮为主的氮素，并能减少土壤和农产品的亚硝酸盐残留量，解决了目前有机肥氮素含量低的缺陷，为实现有机农业禁止使用化学氮肥的要求，提供了新的技术。这种肥料还有促进生长、保肥、保水、抗病、抗逆、早熟、提高产量和品质等多种功能。

Description

生物氮肥及其发酵工艺

本发明涉及一种生物氮肥及其发酵工艺。 

一、氮素肥料需要创新的问题 

21世纪是生物经济时代，发展有机农业是这一时期的目标。影响有机农业发展的关键问题之一，就是长期使用化学氮肥的弊端日益突出，污染环境，毒害人类。 

有机农业允许使用钙镁磷、硫酸钾及各类硫酸盐类肥料；允许使用可让农作物成倍增产的二氧化碳气体肥料。然而植物必须的2.5％的氮素营养，也是不可缺少的，而土壤又普遍缺少氮素，尤其我国土壤更是如此。研究开发符合有机农业需求的，能让硝酸盐、亚硝酸盐在土壤中、农产品中的残留控制在许可标准以内的生物氮肥，是一个重大的科研课题。 

二、本发明的新颖性、创造性 

(一)本发明符合科学发展观，顺应了生物产业的发展趋势。生物科技研究的对象是动物、植物、微生物；研究的具体内容是细胞、基因、酶；最终解决人类健康长寿问题。研究开发生物氮肥，进而取代化学氮肥，具有重大的意义。 

著名科学家钱学森院士，把三色农业纳入21世纪第二次农业革命，其中以微生物发酵业为主的白色农业，更是人类应该开发的领域，有着极其广阔的空间。 

本发明主要应用微生物发酵生产生物氮肥，完全属于白色农业技术。 

(二)本发明的理论根据：遵循氮素的生物学观和氮素循环规律，抓住氨态氮的供应是有生界生息繁荣的决定环节之一。植物和少数微生物虽能利用硝态氮为氮源，但不占主要地位；植物吸收的硝态氮，在体内也需要还原为氨态氮。这是科技界公认的理论。 

1、据此：我发明的生物氮肥，施入土壤后，让其加大氨化作用，多供应氨态氮。 

2、调控肥料的硝化作用，在肥料中增加硝化细菌含量，使硝化过程的第二阶段，由亚硝化细菌转化的亚硝酸，尽量的迅速地转化为硝酸，以此来避免亚硝酸盐在土壤中和农产品中残留量超标。 

3、生物氮肥的发酵底物为蛋白质。根据蛋白质含氮量为14％计算，每6.25个蛋白质可以转化为一个纯氮。 

①10多年的研究试验证明，含蛋白质的秸秆如花生秧、红薯秧、苜蓿草等，均 可发酵成生物氮肥，但含氮量较少，施用量很大，不适合工业化生产，农民可自制秸秆肥。 

②含蛋白质较高的羽毛粉、鱼粉、血粉是生产生物氮肥的优质原料，也可用于本发明的生产，但成本高，资源少。 

③本发明选用菌体蛋白为发酵底物，如酵母菌菌体蛋白含量为41.2～68.6％，每1～3小时能增殖一倍，一昼夜可获取几十吨乃至成百吨的菌体蛋白。而且可以利用糖厂、淀粉厂、味精厂、啤酒厂、造纸厂的废渣液来生产菌体蛋白。 

(三)本发明的实用性 

1、自1999年开始研究利用发酵羽毛粉、鱼粉、血粉、含蛋白的秸秆制作生物氮肥成功，深受农民欢迎，坚定了利用菌体蛋白生产生物氮肥的思路和信心。 

2、产品是真正的生物氮肥，按含蛋白50％计算，每50公斤可转化8个纯氮，每亩施用100～150公斤，即可供应16～24个纯氮，完全可以满足农作物的需要。 

3、生物氮肥中含有适量的钾细菌、磷细菌、固氮菌，可以分解、利用被土壤固化的氮、磷、钾肥料。 

4、速效生物氮肥含发酵转化剂较多，可以用来发酵畜禽粪便和农作物秸秆，施入土壤能提高CEC值(盐基置换容量)，降低EC值(导电率)，有疏松土壤、提高肥力、吸附水分、改良盐碱的作用。秸秆肥能产生二氧化碳气体，根据用量，可以让地表以上3米内，二氧化碳气体浓度提高一倍左右，大大加强了农作物的光合作用，摆脱低质低产的生物学产量，实现人类追求的合成产量，让果树、蔬菜成倍增产。 

5、肥料含有放线菌、圆褐固氮菌等，能产生大量的抗生素和天然激素，使肥料具有抗虫抗病、抗逆抗寒、保花保果、促生长、促早熟功能。 

6、自1999年至今，已在蔬菜、葡萄、苹果、西瓜、花生、小麦等作物上实验，累计面积达数百亩，效果明显，均留有录像资料，试验还在继续。 

1999年，民权县尹店乡新兴寨村，村民贺克良在自己一亩地的苹果园里，给18棵高干大树冠，25年树龄的红香蕉苹果树，施用100公斤生物氮肥、50公斤磷肥、50公斤钾肥，用生物氮肥发酵的秸秆肥1000公斤，当年产苹果15吨，比过去最高产量5吨的年份，增产2倍，而且病害极轻，腐烂苹果仅50公斤。 

2000年，民权县城关镇张庄村，村民张红旗，在重茬6年的3亩地里种菜，1.5亩黄瓜，0.5亩西红柿，1亩荀瓜，共施生物氮肥100公斤，磷钾肥100公斤，生物氮肥发酵秸秆肥3000公斤，一季收获量，比过去一季的最高产量增产一倍，在当时蔬 菜价格很低的行情下，一季收入8000元，引起全村轰动。 

7、生物氮肥生产设备为常规的微生物有机肥生产设备，综合成本和微生物有机肥基本相同。由于材料价格不一，每吨成本为1400元左右。 

三、技术关键点： 

1、菌体蛋白菌的选择与培养。 

2、发酵菌体蛋白的发酵转化剂，应符合国家农业部微生物肥料质检中心，对微生物安全要求的菌类，并具有多菌种、多功能的作用。 

3、难点是解决多菌种之间的相互拮抗；并根据各菌的功能，确定其在发酵剂中的比例。 

4、采取科学的培养复壮技术，提高菌种的纯度，防止菌种退化，防止感染杂菌。 

5、以细菌、酵母菌、放线菌、为主体菌，以带芽孢的嗜热菌为主体菌，此类菌耐高温上限为70℃，致死温度为71℃，少数菌为常温菌。 

6、多数菌耐高渗透压，可以在含糖70％的溶液中生长，一般菌在超过含糖60％的溶液中难以存活。 

7、多数菌对PH值适应较广，PH＝4～9范围内均可存活。 

四、材料与配比(按1000公斤核算) 

(一)羽毛粉、鱼粉、血粉、蚕蛹粉，单一或几种混合，1000公斤。(本发明不用) 

(二)菌体蛋白材料： 

1、产朊假丝酵母(Candida utilis)，细胞圆形、椭圆形或圆柱形(腊肠形)，大小为3.5～4.4×7～13微米。菌粉40公斤。 

2、培养基：废糖蜜100公斤(无糖蜜可用红糖)、大米糠500公斤、淀粉厂粉渣380公斤(如无能用废渣，可全用大米糠)、尿素3公斤、磷酸二氢钾3公斤、硫酸镁1公斤、硫酸铁100克、无菌水400公斤。大米糠粉粒度为60～80目左右。 

(三)以麸皮和大米糠为载体的发酵转化剂，12种微生物分述如下，各菌按载体重量，分别占转化剂总重量的百分比是： 

1、胶冻样芽孢杆菌(Bacillus mncilaginosus)，菌体长杆形，有芽孢，细胞大小为4×7微米×1～2微米，连同荚膜大小为7～10微米×5～7微米，对人畜无毒，钾细菌含量为2％。 

2、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)，细胞大小为2.6～6.0×1.5～2.0微米，芽孢大小为1.1×1.2×0.7～1.7微米；对人畜无毒；有机磷细菌含量为2％。 

3、圆褐固氮菌(Azotobacter chroococcum)，革兰氏阳性；细胞卵形，较大，有胞外黏液；对人畜无毒；含量为10％。 

4、硝化杆菌(Nitrobacter)，菌体杆形、椭圆形、圆形、螺旋形或叶形；无芽孢；革兰氏阴性；亚端生鞭毛，周毛或无鞭毛；对人畜无毒；含量为20％。 

4、硝化杆菌(Ni trobacter)，菌体杆形、椭圆形、圆形、螺旋形或叶形；无芽孢；革兰氏阴性；亚端生鞭毛，周毛或无鞭毛；对人畜无毒；含量为20％。 

5、嗜热芽孢杆菌(Bacillus thermophilic)，革兰氏阳性；椭圆形或短粗杆状；有芽孢；有边毛，会运动；对人畜无毒；含量为10％。 

6、嗜热乳酸杆菌(Lactbaci11us thermophilus)，革兰氏阳性；椭圆形或短粗杆状；有芽孢；有边毛，会运动；对人畜无毒；含量为2％。 

7、高温酵母菌(Thermoyeast)，近以圆形或椭圆形，体形较大；不运动；无色；对人畜无毒；含量为2％。 

8、嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)，革兰氏阳性；卵圆形，直径0.7～0.9微米，呈对或链状排列；无运动；对人畜无毒；含量为2％。 

9、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)，革兰氏阳性；椭圆形；有芽孢；有鞭毛，会运动；对人畜无毒；含量为20％。 

10、高温单孢菌属(Tnermomonospora)，革兰氏阳性；菌丝纤细，直径0.3～0.6微米；无断隔膜，不断裂；顶端有孢子；菌株橙黄色；对人畜无毒；含量为5％。 

11、高温放线菌属(Thermoact inomyces)，革兰氏阳性；放射状菌丝，直径0.2～0.8微米，可发育成孢子丝；菌落成丝状团，淡黄色或浅棕色；不会运动；对人畜无毒；含量为5％。 

12、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)，革兰氏阳性；细胞0.7～0.8×2～3微米，单个，着色均匀；无夹膜；周身鞭毛，会运动；对人畜无毒；含量为20％。 

(四)配比：每生产1000公斤生物氮肥，根据需要加入发酵转化剂的数量也不同。 

缓效肥：菌体蛋白950公斤占全部干物料重量的95％，加发酵转化剂50公斤，占全部干物料重量的5％。 

速效肥：菌体蛋白900公斤占全部干物料重量的90％，加发酵转化剂100公斤，占全部干物料重量的10％。 

五、本发明的工艺和技术指标 

(一)菌种培养及繁扩技术路线： 

1、根据需要，把引进的各类菌种，对照有关资料和说明，逐一镜检确认，并记入菌种保藏档案。 

2、按照常规的微生物培养技术，分别配制各菌的培养基，逐一进行试管斜面培 养，达到提纯、复壮的目的。一是用于菌种保藏，二是用于进一步繁扩。 

3、对单一菌进行三角杯摇床培养。 

4、生产产朊假丝酵母粉： 

①根据需要，先制作用于大批量生产的活菌体。把用摇床培养的活酵母菌液，接入消毒后的载体中。菌液与载体的比例，可按国际标准1∶25，也可按1∶50。同时加入占载体重量40％的液体培养基。这种培养可在发酵池、发酵仓、发酵塔中进行。由于活酵母菌液数量少，可用培养出来的固体活菌，用上述方法再繁扩，以得到生产大批量菌体蛋白所需的固体菌种。 

②用固体菌种生产菌体蛋白，方法同上。注意问题：载体应为60～80目细粉；每吨加入50～100公斤菌种；加入占载体40％的培养液。发酵过程中注意观察温度，尤其注意通气，以满足微生物的需氧量。 

③产朊假丝酵母菌技术指标：发酵温度应保持在28℃～38℃以内；载体活菌含量(Y)≥100×108个/g；菌体蛋白质含量为41.2～68.5％，应不低于60％。 

④达到这一标准，即可进入下一工序。把菌粉用传送带输入烘干机，以300℃左右的高温灭活。灭活的菌粉含水分为9％。这时化验菌粉蛋白质的含量，应保持在50％以上，即可进入仓库存放。 

5、发酵转化剂生产工艺： 

①按比例混合摇床培养的各菌种，用常规的细菌富营养培养基作为综合培养基，进行发酵罐有氧培养，并一直用试剂调整、保持PH＝7～8之间。含菌量达到标准后，将菌液加入载体中，菌液与载体重量比为2∶3，搅拌均匀，输入烘干机用50℃热风烘干，所含水分为12～13％，镜检合格，输进仓库存放。(此方不如下方) 

②将摇床培养的菌种按比例混合后，直接接入载体中进行繁扩。菌液与载体的重量比为1∶25或1∶50；另外加入培养液应占载体重量的35％，载体含水分总量为40％左右，搅拌均匀后，输入发酵池或塔发酵，观察温度，注意通气供氧，以满足微生物的需氧量。可参照酵母菌的生产技术，把第一次生产的菌种，作为大批量生产发酵转化剂的菌种。 

③这一过程中，发酵仓或发酵塔有大量二氧化碳气体放出，排风设备可将二氧化碳输入蔬菜大棚，能让蔬菜成倍增产。 

④技术标准：发酵转化剂中既有常温菌，又有嗜热菌，应以常温菌生理特点为依据，确定技术要求。发酵温度应在25℃～35℃范围。 

载体含活菌量：细菌类(B)≥5×108个/g 

酵母菌类(y)≥1×108个/g 

放线菌类(M)≥1×106个/g 

无害杂菌≤1×102个/g 

⑤菌种保存方法：重点保存试管菌和塑料袋包装的单菌，温度4℃、空气湿度24～46％，可保藏2年；大塑料袋包装的用于生产的混合菌，温度4℃～30℃，空气湿度为26～60％，可存放1年，含菌量仍能达到标准，菌种不退化。超过时间者，经过镜检化验，菌种退化，要进行复壮工作。 

⑥生产过程要严格遵守操作规程，杜绝有害杂菌感染。 

6、生物氮肥的生产： 

①按缓效肥菌体蛋白950公斤占全部干物料重量的95％，加入发酵转化剂50公斤，占全部干物料重量的5％。[速效肥菌体蛋白900公斤占全部干物料重量的90％，加入发酵转化剂100公斤，占全部干物料重量的10％。]将两种粉剂输入搅拌机混合均匀。 

②输入造粒机，同时根据粉剂含水量，适当喷雾加水，便于制粒。 

③输入烘干机，用50℃的热风烘干。化验合格后包装、入库。 

④技术标准：因原料不同，颗粒颜色也不同，多为浅灰白色；颗粒直径为2～3毫米；气味略有甜香；PH＝6.5～7.5；每克肥料含活菌量≥2×107个；含水量为12～13％。 

⑤包装储藏：应采用不透气、不透水的包装袋。因肥料含水分达到16％，就开始转化成氨气，含水达到26％以上，产氨即开始进入高潮，肥效就会丢失。储运过程中要注意防雨、防潮、防晒。而且不要与化学杀菌剂存放在一起。 

⑥使用方法：每亩施用80公斤～120公斤。缓效肥多用于底肥，速效肥多用于追肥，并要配合使用磷钾肥，若能配合使用发酵秸秆肥，效果会更加明显。 

Claims (1)

1.一种生物氮肥，其特征在于以提高有机肥有益氮素含量为目的，以产朊假丝酵母粉为底物，占全部物料总重量的95％～90％；加入占全部物料总重量5％～10％的，以麸皮和大米糠为载体的，含有12种微生物的发酵转化剂，而制成的颗粒肥料；施入土壤后，含水达到26％以上，能加快氨化速度，提高氨态氮供应量，减少硝酸盐、亚硝酸盐的残留量； 

其中发酵转化剂的12种有益微生物分述如下，各菌按载体重量，分别占转化剂总重量的百分比是： 

(1)胶冻样芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus)占2％； 

(2）巨大芽孢杆菌(Bacillus megatetium)占2％； 

(3)圆褐固氨菌(Azotobacter chroococcum)占10％； 

(4)硝化杆菌(Nitrobacter)占20％； 

(5)嗜热芽孢杆菌(Bacillus thermophilic)占10％； 

(6)嗜热乳酸杆菌(Lactbacillus thermophilus)占2％； 

(7)高温酵母菌(Thermoyeast)占2％； 

(8)嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)占2％； 

(9)地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)占20％； 

(10)高温单孢菌属(Tnermomonospora)占5％； 

(11)高温放线菌属(Thermoact inomyces)占5％； 

(12)枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)占20％。