CN101629156A - 微生物菌剂及由其发酵产生的土质改良剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于发酵生产土质改良剂的微生物菌剂，其由纤维单胞菌、芽孢杆菌、乳杆菌、甲烷杆菌、硫杆菌、链霉菌、高温放线菌、高温单孢菌、固氮菌、硝化单胞菌、硝化杆菌、根瘤菌、曲霉、酵母、青霉、腐质霉、根霉和菌根菌以及基质组成。另外，本发明还涉及通过上述微生物菌剂发酵产生的土质改良剂以及其应用等。
Description
技术领域
本发明属于微生物发酵技术领域，具体而言，本发明涉及用于发酵生产有机肥料的土质改良剂，其发酵的稳定性、适应性佳，而且能使发酵产生的土质改良剂在土壤肥力提高、有害元素含量降低、农药残留消除、或盐碱地改良等方面均有优异表现。另外，本发明还涉及通过上述微生物菌剂发酵产生的土质改良剂以及其应用等。
发明背景
当前，随着人们对身体健康、食品安全等的日益重视，对农产品的品质要求越来越高，希望在农产品增产增收的基础上，还能够消除农产品的化肥残留，加工成真正的有机食品。为此，人们已经开始从农产品耕种的源头着手，但是多利用微生物制备有机肥料，来改善土质的肥力部分。
对于有机肥料的发酵生产，其基础是用于发酵的微生物菌剂，微生物菌剂的组成也对其功效起了决定性的作用。目前，如中国专利CN1157476C公开了使用芽胞杆菌的菌剂及生产的肥料；中国专利CN1186441C公开了主要由芽胞杆菌组成的10种细菌的菌剂及其在制备肥料方面的应用；中国专利CN1284747C公开了一种有机肥配方，其中菌剂中只有3种菌；中国专利CN1172880C公开了一种微生物肥，其中也只有3种菌种；中国专利申请CN1535255A公开了一种主要由酵母作为菌剂的生物肥料组合物；中国专利CN100408673C公开了一种由5种菌组成的微生物组合物，用于生产有机肥料；中国专利CN1291006C公开了一种最多由9种微生物组成的微生物发酵剂，可用于生产有机肥料；中国专利CN1250487C公开了一种微生物肥料配方，其中仅有两种菌种；中国专利申请CN1680218A公开了一种最多由5种菌制备的发酵菌剂，而且其发酵的对象主要是竹笋皮等植物纤维性废弃物。
然而，在生产实践中，尤其在大规模生产中，这些现有技术的微生物菌剂中的微生物复合能力不足。即使对于有机肥料的发酵而言，由于有机肥料发酵的原料，如动物粪便、植物纤维性废弃物，由于来源不同、批次不同，其碳氮含量、pH值、无机盐、微量元素等的都存在着一定差异，少量菌种的组合无法很好适应实际生产中的原料差异，无法针对多变的原料批次都发挥出稳定的发酵能力，采用这样微生物复合能力不足的微生物菌剂造成发酵出的有机肥料质量不稳定，甚至最终需要添加化肥原料才能达到规定的质量标准，完全偏离了有机肥料的初衷，难以适应大规模商品化生产的需要，更难以预见可以商业化地稳定推广应用到其他土质改良剂上；如果要完全针对这些少量菌种的组合的发酵能力来控制原料的品质，则需要从向农民收购的源头就设置检验程序，根据所需的成本、人力资源以及小批量检验能力，这在现实中是根本不可行的。
为此，本发明人经过长期实践研究，令人惊讶地配制出了多菌群复合菌剂，所用的菌种的组合能覆盖发酵很大的原料成分变化范围，从而能够很好地适应来源不同、批次不同的各种发酵原料，而且通过其发酵生产的土质改良剂的品质远远高于规定的标准，且质量稳定，基本无臭，适合于商品化。
而且，更令人意外的是，通过本发明的微生物菌剂发酵生产的土质改良剂除了能提高土壤肥力之外，更可以在有害元素含量降低、农药残留消除、和盐碱地改良等方面均取得了令人意想不到的效果。因此，本发明人发明了新的土质改良剂以及在土质各方面改良中的应用。另外，本发明人还优化出了土质改良剂的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供用于发酵生产土质改良剂的微生物菌剂，其发酵的稳定性、适应性佳，而且能使发酵产生的土质改良剂在有害元素含量降低、农药残留消除、和盐碱地改良等方面均取得显著效果。另外，本发明还的目的还在于提供通过上述微生物菌剂发酵产生的土质改良剂及其应用和发酵方法等。
具体而言，在第一方面，本发明的目的在于提供用于发酵生产土质改良剂的微生物菌剂，其包括纤维单胞菌(Cellulomonas)、芽孢杆菌(Bacillus)、乳杆菌(Lactobacillus)、甲烷杆菌(Methanobacterium)硫杆菌(Thiobacillus)、链霉菌(Streptomyces)、高温放线菌(Thermoactinomyces)、高温单孢菌(Thermonospora)、固氮菌(Azotobacter)、硝化单胞菌(Nitrosomonas)、硝化杆菌(Nitrobacter)、根瘤菌(Rhizobium)、曲霉(Aspergillus)、酵母(Saccharomyces)、青霉(Penicillium)、腐质霉(Humicola)、根霉(Rhizopus)和菌根菌。优选本发明第一方面的微生物菌剂由纤维单胞菌(Cellulomonas)、芽孢杆菌(Bacillus)、乳杆菌(Lactobacillus)、甲烷杆菌(Methanobacterium)硫杆菌(Thiobacillus)、链霉菌(Streptomyces)、高温放线菌(Thermoactinomyces)、高温单孢菌(Thermonospora)、固氮菌(Azotobacter)、硝化单胞菌(Nitrosomonas)、硝化杆菌(Nitrobacter)、根瘤菌(Rhizobium)、曲霉(Aspergillus)、酵母(Saccharomyces)、青霉(Penicillium)、腐质霉(Humicola)、根霉(Rhizopus)和菌根菌以及基质组成。
在本文中，“土质改良”指的是使土壤的品质得到提升。其中，品质包括肥力、有毒有害物质的减少或消除以及劣质土壤条件改善等。因此，具体而言，土质改良包括土壤肥力提高、有害元素含量降低、农药残留消除、或盐碱地改良等。在本发明的一个具体实施方式中，所述肥力包括使作物蛋白质含量提高的肥力，优选所述作物是水稻。在本发明的另一个具体实施方式中，所述有害元素选自重金属和氟之一种或多种，优选所述重金属选自镉、砷、铅和汞之一种或多种。在本发明的另一个具体实施方式中，所述盐碱地是草甸碱土盐碱地或滨海盐碱地。相应地，在本文中，“土质改良剂”指的是使土壤的品质得到提升的制剂，优选是固体制剂。
本发明人经过艰苦研究和长期对比实验，从几千种菌群(属)中挑选出了以上菌群(属)的组合配方，其能够很好地覆盖发酵原料中多变的成分以及中间产物，其中，纤维单胞菌可分解纤维素材料；芽孢杆菌能产生诸如淀粉酶、蛋白酶、酯酶、过氧化氢酶或纤维素酶等，用于分解和脱臭；乳杆菌能分解碳水化合物，产生乳酸，现有技术中主要用于发酵乳制品的生产；甲烷杆菌通过还原二氧化碳产生甲烷气体，促进堆肥化；硫杆菌能氧化硫化物，主要用于除臭，现有技术中主要用于废水的治理；链霉菌能分泌胞外酶，分解多糖、蛋白质和脂肪；高温放线菌尤其适于在高温(55-65℃)下生长、发酵，能在高温下抑制杂菌生长并能堆肥脱臭；高温单孢菌适于在高温(55℃左右)下生长、发酵，适于在高温下堆肥脱臭；固氮菌、硝化单胞菌、硝化杆菌、根瘤菌分别适于固定不同来源的氮，如大气中的氮气、氨、亚硝酸盐中的氮；曲霉可以降解蛋白质、纤维素和半纤维素(如甘露聚糖、木聚糖和半乳聚糖等)，现有技术中主要用于酱油等食品发酵；酵母可以分解糖，现有技术中多用于酿酒等；青霉可降解蛋白质并抑制蛋白质散发出的恶臭，对某些农药化合物也有一定降解作用；腐质霉是堆肥中常用的菌，能产生多种分解酶；根霉能分解诸如甘露聚糖、木聚糖和半乳糖等多糖，也能产生植酸酶；菌根可与高等植物根部分共生。
其中采用的菌种可以是以上各菌属中的菌种，其带有所属菌属的上述通用特点和作用。这些菌种可以由本领域技术人员通过常规菌种鉴定分离方法方便地从自然界分离得到的，但是为了便于控制发酵生产质量，优选采用的菌种是所属菌属的模式种或常见的菌种，如本领域常用的菌种，其可通过商业渠道公开购买的菌种，如可通过国内外菌种培养公司购买，也可通过生物材料保藏中心(如，国内的CGMCC和CCTCC、以及美国的ATCC等机构)购买，更优选不同的菌种以覆盖适应在各种环境范围中的发酵。因此，在本发明的第一方面，所述的微生物菌剂中，优选纤维单胞菌是现有技术中所记载的，如中国专利或专利申请CN101390969A、CN1190145C、CN101088965A等中记载的，更优选选自产黄纤维单胞菌(Cellulomonas flavigena)、豆纤维单胞菌(Cellulomonas fabia)、粪肥纤维单胞菌(Cellulomonas fimi)、异样纤维单胞菌(Cellulomonas varians)和双氮纤维单胞菌(Cellulomonas biazotea)之一种或多种，最优选是产黄纤维单胞菌(Cellulomonas flavigena)，这样尤其适于在中性pH环境下的发酵；
优选芽孢杆菌是发酵生产中常用的，如中国专利申请CN1280614A以及本申请背景技术部分所述的那些，更优选选自嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillussterothermophilus)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)和多粘芽孢杆菌(Bacillus polymyxa)之一种或多种，最优选是嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus sterothermophilus)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)和多粘芽孢杆菌(Bacillus polymyxa)的混合物，这样尤其适于在从弱酸性至弱碱性的pH环境下的发酵；
优选乳杆菌是常见的乳制品发酵所用的菌种，最优选是干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)，这样尤其适于在弱酸性pH环境下的发酵；
优选甲烷杆菌是诸如专利文献US2008282733A、JP3250000A和US2008282733A等中公开的那些，更优选选自蚁甲烷杆菌(Methanobacteriumformicium)和反刍甲烷杆菌(Methanobacterium ruminantium)之一种或多种，最优选是蚁甲烷杆菌(Methanobacterium formicium)和反刍甲烷杆菌(Methanobacterium ruminantium)的混合物，这样尤其适于在中性至弱碱性pH环境下的发酵；
优选硫杆菌是常见的菌种，更优选选自氧化硫硫杆菌(Thiobacillusthiooxidans)和氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)之一种或多种，更优选是氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans)和氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillusferrooxidans)的混合物，这样尤其适于在酸性pH环境下的发酵；
优选链霉菌是专利文献US6399055B和JP3022921A中公开的那些，最优选是嗜热链霉菌(Streptomyces thermophilus)，这样能加强本发明的微生物菌剂在高温(55-65℃)下发酵的能力，这样尤其适于在中性至弱碱性pH环境下的发酵；
优选高温放线菌是常见的菌种，最优选是普通高温放线菌(Thermoactinomyces vulgaris)，这样尤其适于在弱碱性pH环境下的发酵；
优选高温单孢菌是诸如JP2108609A和JP59082085A等专利文献中公开的那些，最优选是弯曲高温单孢菌(Thermonospora curvata)，这样尤其适于在弱碱性pH环境下的发酵；
优选固氮菌是常见的菌种，最优选是棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)，这样尤其适于在中性的pH环境下的固氮；
优选硝化单胞菌是诸如WO2007104268A等专利文献中公开的那些，最优选是欧洲亚硝化单胞菌(Nitrosomonas europeae)，这样尤其适于在从弱酸性至弱碱性的pH环境下的固氮；
优选硝化杆菌是诸如CN101039692A等专利文献中公开的那些，最优选是维氏硝化杆菌(Nitrobacter winogradskyi)，这样尤其适于在从弱酸性至弱碱性的pH环境下的固氮；
优选根瘤菌是常见的菌种，更优选选自大豆根瘤菌(Rhizobium japonicum)和豌豆根瘤菌(Rhizobium leguminosarum)之一种或多种，最优选是大豆根瘤菌(Rhizobium japonicum)和豌豆根瘤菌(Rhizobium leguminosarum)的混合物，这样尤其适于在中性至弱酸性的pH环境下的固氮；
优选曲霉是常见的菌种，更优选选自黑曲霉(Aspergillus niger)和米曲霉(Aspergillus oryzae)之一种或多种，最优选是黑曲霉(Aspergillus niger)和米曲霉(Aspergillus oryzae)的混合物，这样尤其适于在从弱酸性至中性的pH环境下的发酵；
优选酵母是常见的菌种，最优选是啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)，这样尤其适于在酸性pH环境下的发酵；
优选青霉是常见的菌种，最优选是点青霉(Penicillium notatum)，这样尤其适于在弱酸性pH环境下的发酵；
优选腐质霉是常见的菌种，最优选是特异腐质霉(Humicola insolens)，这样尤其适于在从弱酸性至中性的pH环境下的发酵；
优选根霉是常见的菌种，最优选是少孢根霉(Rhizopus oligosporus)，这样尤其适于在弱酸性pH环境下的发酵；
和/或，优选菌根菌诸如CN101144066A、CN1307883C等中国专利文献中公开的那些，更优选选自丝核菌(Rhizoctonia)，最优选是禾谷丝核菌(Rhizoctoniacerealis)，这样尤其适于在从弱酸性至弱碱性的pH环境下的发酵。
更优选在本发明的第一方面，所述微生物菌剂，其包括产黄纤维单胞菌(Cellulomonas flavigena)、嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus sterothermophilus)、干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、蚁甲烷杆菌(Methanobacterium formicium)、反刍甲烷杆菌(Methanobacterium ruminantium)、氧化硫硫杆菌(Thiobacillusthiooxidans)、氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)、枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、多粘芽孢杆菌(Bacilluspolymyxa)、嗜热链霉菌(Streptomyces thermophilus)、普通高温放线菌(Thermoactinomyces vulgaris)、弯曲高温单孢菌(Thermonospora curvata)、棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)、欧洲亚硝化单胞菌(Nitrosomonas europeae)、维氏硝化杆菌(Nitrobacter winogradskyi)、大豆根瘤菌(Rhizobium japonicum)、豌豆根瘤菌(Rhizobium leguminosarum)、黑曲霉(Aspergillus niger)、米曲霉(Aspergillus oryzae)、啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、点青霉(Penicilliumnotatum)、特异腐质霉(Humicola insolens)、少孢根霉(Rhizopus oligosporus)、和禾谷丝核菌(Rhizoctonia cerealis)。令人惊讶的是，尽管其中某些菌种会分泌抗生素，如嗜热链霉菌和点青霉，但是在各种菌种大量混合于菌剂基质并最终混合于发酵原料中时，没有可观察到的抗生素拮抗效应，这可能是因为在菌剂配制和发酵过程中，菌种的生存压力并不大，无需过多分泌抗生素进行竞争；也可能是因为抗生素本身对其他菌种在发酵环境中的拮抗效应有限或是菌种的配合间具有协同耐受性。总之，不受理论所限制，在实践中，在本发明制备的菌剂中所有菌种都有大量存活，而且能够使得发酵过程正常进行。在本发明的具体实施方式中，所述微生物菌剂中的活菌由上述最优选的菌种组成。在本文中，“微生物菌剂中的活菌”指的是非由基质带来的可繁殖的菌种。由于在配制菌剂时，基质通常经过灭菌处理，因此基质上的菌被杀死了，理论上也不会带入“活菌”。
优选在本发明的第一方面，优选所述基质是灭菌处理过的。基质的主要用途是使微生物附着，分散均匀，因此基质中往往有植物纤维(通常是植物纤维性废弃物)；为了使微生物菌剂中的菌种能够长期存活，基质中优选还包括微生物营养成分，如动物粪便、动物源性蛋白、植物源性蛋白和/或单细胞蛋白等。常见的植物纤维材料有木屑、稻壳、稻糠、秸秆等；常见的动物粪便有人粪便、牛粪、猪粪、鸡粪等；常见的动物源性蛋白有鱼粉等；常见的植物源性蛋白有豆粉等；单细胞蛋白通常用于饲料中，但是本发明人发现配制微生物菌剂时使用单细胞蛋白有助于提高菌种的存活量，因此优选基质中含有单细胞蛋白，常见的单细胞蛋白如中国专利申请CN1426460A、CN1607908A等所述的那些，可以通过诸如挪威诺弗姆公司购买。在优选的方面，所述基质包括植物纤维、动物粪便、动物源性蛋白、植物源性蛋白和单细胞蛋白之一种或多种，更优选所述基质包括木屑、稻壳、稻糠、秸秆、牛粪、猪粪、鸡粪、鱼粉、豆粉和单细胞蛋白之一种或多种，最优选所述基质是稻壳、牛粪、鱼粉、大豆粉和单细胞蛋白的混合物。优选基质中各成分之间的重量比为0.1-10∶1，最优为1∶1。
在第二方面，本发明的目的在于提供用于本发明第一方面所述的微生物菌剂的制备方法，其包括将本发明第一方面中所述的菌种与基质混合的步骤。为了方便操作，优选用培养各菌种的菌液等体积混合，也优选基质中各成分等质量混合。优选混合的步骤之后，所述制备方法还包括将所得的混合物在室温下放置的步骤。这样，可以使菌种在基质中增殖并形成稳定的比例。在本文中，室温具有本领域技术人员所能理解的含义，为了清楚起见，其指的是温度介于15和30摄氏度，优选介于18和25摄氏度，最优选为22摄氏度。通常放置的时间为2-10周，直至可以形成稳定的菌种存活量比例，放置的时间优选为3-8周，更优选为4-7周，最优选为5周。放置的中优选对混合物通气，可以通过翻动、搅动来通入气体，如每周翻动1-5次使混合物通气。
在第三方面，本发明的目的在于提供土质改良剂，其通过本发明第一方面所述的微生物菌剂对动物粪便和植物纤维发酵而成。其中，优选动物粪便是畜禽粪便，优选选自牛粪、猪粪、鸡粪之一种或多种，最优选是牛粪。另外其中，优选植物纤维选自木屑、稻壳、稻糠和秸秆之一种或多种，更优选是稻壳和/或秸秆，最优选是稻壳。另外，其中，动物粪便和植物纤维的重量比为50-95∶5-50，优选为70-90∶10-20，更优选为80-90∶10-20，最优选为85∶15；其中，动物粪便的含水量优选为65％左右，如55-75％，优选为65％，如果含水量不足可以通过加水补足；其中，微生物菌剂与动物粪便和植物纤维总重的重量比为0.5-5∶1000，优选为1-3∶1000，最优选为2∶1000。所述土质改良剂优选是由本发明第四方面所述的制备方法制备的。
另外，本发明的目的还在于提供土质改良制品，其包括本发明第三方面所述的土质改良剂和包装该土质改良剂的容器。所述容器可以是常见的，如麻袋、塑料袋、桶等。更优选本发明的土质改良制品还包括记载用于土质改良的说明书。所述说明书可以直接印在或贴在所述容器上，也可以单独以诸如印刷品(如说明手册)的形式提供在土质改良制品中。
对于一个独立的方面，本发明的目的在于提供本发明第一方面所述的微生物菌剂在制备土质改良剂中的应用，优选提供本发明第一方面所述的微生物菌剂在制备本发明第三方面所述的土质改良剂中的应用。
在第四方面，本发明的目的在于提供本发明第三方面所述的土质改良剂的制备方法，其依次包括以下步骤：
(1)混合本发明第一方面所述的微生物菌剂、动物粪便和植物纤维；
(2)使步骤(1)得到的混合物发酵，直至升温到60-70℃，优选升温到65℃；
(3)使步骤(2)得到的发酵产物保温在60-70℃发酵5-18天，优选发酵7-15天，最优选发酵10天；和
(4)使步骤(3)得到的发酵产物保温在45-55℃发酵7-20天，优选保温在50±2℃，更优选保温在50℃。
为了方便生产，通常其发酵条件无法做到食品或工业品发酵的洁净程度，时刻受着寄生虫和杂菌的污染，同时发酵原料中本身就存在着有害的寄生虫(如，蛔虫卵)和干扰本发明的微生物菌剂生长的杂菌，因此需要利用发酵所产生的高温杀灭和抑制。但是，本发明人发现高于70摄氏度的高温同样也会影响本发明的微生物菌剂中大多数菌种的生长、繁殖和发酵，甚至会彻底杀灭本发明的微生物菌剂中的某些菌种，对发酵产生极其不利的影响。因此，本发明的土质改良剂的制备方法应当使步骤(3)的杀灭寄生虫和抑制杂菌繁殖的步骤中温度应当控制在70℃以下。在步骤(4)的发酵过程中也应当保持适当的高温(50℃左右)，不在本发明的微生物菌剂中多数菌种的最适生长、发酵温度发酵，以避免低温下杂菌过快生长的影响。对于其中步骤(2)，优选保温在65℃；其升温时间通常为2-3天。对于其中步骤(4)，优选发酵10-15天，最优选发酵12天。
在第五方面，本发明的目的在于提供本发明第三方面所述的土质改良剂在土质改良中的应用。例如，本发明可以提供土质改良的方法，其包括将本发明第三方面所述的土质改良剂施到田里的步骤。本发明第三方面所述的土质改良剂可与化肥或农家肥混合使用或间隔施用，但是优选单独施用本发明第三方面所述的土质改良剂。施用时可以采用沟施或穴施的方式施用。优选施用本发明第三方面所述的土质改良剂后立即浇水。施用量根据田地的具体情况确定，通常施用量为每亩100-300kg。优选其中土质改良是土壤肥力提高、有害元素含量降低、农药残留消除、或盐碱地改良。更优选其中所述肥力包括使作物蛋白质含量提高、香味提升、和/或口感提升的肥力，优选所述作物是水稻。也更优选所述有害元素选自重金属和氟之一种或多种，优选所述重金属选自镉、砷、铅和汞之一种或多种。另外也优选其中所述盐碱地是草甸碱土盐碱地或滨海盐碱地。
本发明具备以下多项优点，如，本发明的微生物菌种对发酵原料的适应性佳，适应范围广，菌种稳定，发酵质量稳定；本发明的发酵生产的方法简便，而且所需设备花费低，既易于推广，也易于自动化生产；本发明制备得到的土质改良剂在土壤肥力提高、有害元素含量降低、农药残留消除、或盐碱地改良等方面均有优异表现，综合性能高。
为了便于理解，以下将通过具体的附图和实施例对本发明进行详细地描述。需要特别指出的是，具体实例和附图仅是为了说明，并不构成对本发明范围的限制。显然本领域的普通技术人员可以根据本文说明，在本发明的范围内对本发明做出各种各样的修正和改变，这些修正和改变也纳入本发明的范围内。另外，本发明引用了公开文献，这些文献也是为了更清楚地描述本发明，它们的全文内容均纳入本发明进行参考，就好像它们的全文已经在本发明说明书中重复叙述过一样。
附图说明
图1显示了施用本发明的土质改良剂前后大庆地区盐碱地土壤的对比照片，A为施用前，B为施用后。
图2显示了施用本发明的土质改良剂后草甸碱土草原的景观。
具体实施方式
以下通过具体的实施例进行说明，其中未特别详细说明的材料、步骤均为本领域技术人员所熟知的，如可参见《Bergey’s Manual of DeterminativeBacteriology》等微生物书籍或实验手册。
实施例1微生物菌剂的生产
本实施例使用如下菌种来配制微生物菌剂：(1)产黄纤维单胞菌(Cellulomonas flavigena)、(2)嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus sterothermophilus)、(3)干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、(4)蚁甲烷杆菌(Methanobacteriumformicium)、(5)反刍甲烷杆菌(Methanobacterium ruminantium)、(6)氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans)、(7)氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillusferrooxidans)、(8)枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、(9)地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)、(10)多粘芽孢杆菌(Bacillus polymyxa)、(11)嗜热链霉菌(Streptomyces thermophilus)、(12)普通高温放线菌(Thermoactinomycesvulgaris)、(13)弯曲高温单孢菌(Thermonospora curvata)、(14)棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)、(15)欧洲亚硝化单胞菌(Nitrosomonas europeae)、(16)维氏硝化杆菌(Nitrobacter winogradskyi)、(17)大豆根瘤菌(Rhizobiumjaponicum)、(18)豌豆根瘤菌(Rhizobium leguminosarum)、(19)黑曲霉(Aspergillusniger)、(20)米曲霉(Aspergillus oryzae)、(21)啤酒酵母(Saccharomycescerevisiae)、(22)点青霉(Penicillium notatum)、(23)特异腐质霉(Humicolainsolens)、(24)少孢根霉(Rhizopus oligosporus)、(25)禾谷丝核菌(Rhizoctoniacerealis)。以上菌种可根据现有常规方法培养，为了生产方便，本发明实施例中所用的各单一菌种的培养液均购自大庆鲍斯生物科技有限责任公司。各取1L购买的菌种培养液混合，并与经过高温灭菌处理的5kg稻壳、5kg牛粪、5kg鱼粉、5kg大豆粉和5kg单细胞蛋白混合均匀，室温下放置5周，每周翻动3次使混合物通气，然后低温干燥至含水量≤20％，粉碎后即得微生物菌剂，其用于此后发酵生产有机肥料。取不同生产批次的微生物菌剂，对其中各菌种进行培养鉴定，结果见表1.1，表明微生物菌剂中每种菌种均有存活，没有不同菌种间互相拮抗的效应，每种菌种的存活数量都达到106个/克菌剂以上，而且批次间各菌种数量基本稳定。
表1.1微生物菌剂中菌种的数量
实施例2土质改良剂的生产
取含水量为65％(重量比)的牛粪(含水量不足可以添加水)和经粉碎后颗粒小于5mm的稻糠以85∶15的质量比混合均匀并粉碎，使混合后的牛粪和稻糠中没有40mm以上的结块。
然后，将1吨上述牛粪和稻糠的混合物与2kg实施例1生产的微生物菌剂混合均匀，堆入发酵槽中形成肥堆。肥堆放置期间随着发酵过程，肥堆可以自然地升温，该发酵升温过程通常需要2-3天，期间可以对肥堆翻动1-2次。然后，当肥堆的温度上升到65℃时，开启翻拌机翻动肥堆，以散发发酵产生的热量，保证温度不超过70℃；当温度低于63℃时，关闭翻拌机，通过发酵使肥堆升温，该恒温发酵过程持续10天。然后，增加翻拌机翻动的速度和频率，使肥堆的温度保持在50±2℃，该熟化发酵过程持续12天。得到的土质改良剂散发出轻微的氨气味，类似于薄荷气味，没有使人不快感。
最后，将上述发酵的终产物依次通过除湿机除湿、造粒机造粒，制成有机肥料颗粒，其中除湿和造粒的过程中温度均不超过70℃。根据我国农业部标准检验，由此生产的多批次的土质改良剂的有机质含量(干基)≥50％，总氮(以N计，干基)≥4％，总磷(以P2O5计，干基)≥6％，总钾(以K2O计，干基)≥6％，大肠杆菌群数≤100个/克，蛔虫卵死亡率≥95％，完全达到甚至超过国家标准。由此生产的多批次的土质改良剂在以下多年以及多区域的应用中都能够稳定、有效地使用。
实施例3土质改良剂施用的效果
用以实施例2相同的方法生产的土质改良剂自2004年起施用于我国黑龙江的国家粮食主产区，种植水稻，其中每亩施用100-150kg。根据几年连续的跟踪检测，发现土壤肥力不断提高，水稻的质量也不断提高(参见表3.1)。2004年当年，已经完全消除了农药残留；到2008年为止，土壤和大米中镉、砷等重金属以及氟的含量较施用前下降了50％以上，铅、汞等重金属也较施用前显著下降，而大米的蛋白质含量也显著提高。同时，我们委托国家粮食局科学研究院检测，在采用本发明的土质改良剂的土地上种植出来的大米同市场上的有机大米相比较，其没有化肥、农药残留的特征峰，影响香味的四个可挥发物的特征峰显著，经品尝鉴定其烹调后香味更诱人，口感更好；而市场上的有机大米的散乱的小峰有40余个，表明还有化肥、农药的残留，经品尝鉴定其烹调后口感不佳。
表3.1施用土质改良剂后历年的检测结果
| 项目 | 国家标准 | 2005年检测结果 | 2006年检测结果 | 2008年检测结果 |
| 蛋白质 | ≥5％ | 5.78％ | 6.61％ | |
| 无机砷 | ≤0.15 | 0.121 | 0.048 | 0.056 |
| 汞 | ≤0.01 | 0.006 | 0.002 | 0.004 |
| 铅 | ≤0.2 | 0.074 | 0.070 | 0.050 |
| 镉 | ≤0.2 | 0.013 | 0.005 | 0.002 |
| 氟 | ≤1.0 | 0.85 | 0.84 | 0.40 |
| 农药化肥残留 | 允许一定残留 | 未检出 | 未检出 | 未检出 |
实施例4土质改良剂对盐碱地改造的效果
1，大庆地区盐碱地改造
我国大庆地区共有盐碱地86.8万亩，其中典型的有草甸碱土盐碱地。我们选取草甸碱土作为实验地。该盐碱地施用有机肥料前的pH值8.2-9.3，“碱包”部位pH值甚至高达10.3，土壤粘重、硬化、结构不良。原先的自然植被为碱草、碱蓬、蒙古蒿群落，“碱包”处为光板地，平均造林成活率仅3％。
通过施用实施例2相同的方法生产的土质改良剂，改造前后土壤对比参见图1，土壤板结情况明显改善；肥效扩散作用明显，土地改良剂下部10厘米土壤pH值下降0.6-1.1，侧方土壤pH值下降0.4-0.7，氮、磷、钾含量分别提高2.7、1.6、3.3倍。
施用本发明的土质改良剂并配合适当灌水，植被成活率得到大大提升，彻底改变草甸碱土草原的景观(参见图2)。乔木首年的总体成活率由原来的不到3％增加到超过87％，其中旱柳首年成活率达到93％，生长旺盛；银中杨首年成活率98％，长势喜人。次年，在没有施用有机肥料的情况下，绝大部分幼树经受住草原春季干热风的考验，成活率依然保持在80％以上，即使表层土壤干旱，但是没有产生返碱现象，盐碱依然被压制在土质改良剂层以下10厘米。
2，山东滨海地区盐碱地改造
山东滨海地区的盐渍土是在河流沉积物经海水浸渍作用形成的，具有典型的海水作用下的盐渍过程及盐分特性，土体盐分重，盐土分布面积大，土壤盐分垂直分布均匀，是典型的滨海盐碱地。我们在山东省潍坊滨海地区选取盐碱地作为实验地，施用实施例2相同的方法生产的土质改良剂，种植百日红、金银木、白蜡、栾树等树木。截止到目前，当年种植的树木全部成活，其中百日红和金银木已全部发芽生叶；栾树和白蜡由于在栽种时采用的是裸根栽种，现在尚未发芽，但已成活，明显改观了原有盐碱地的植物构成。
Claims (10)
1，用于发酵生产土质改良剂的微生物菌剂，其由纤维单胞菌(Cellulomonas)、芽孢杆菌(Bacillus)、乳杆菌(Lactobacillus)、甲烷杆菌(Methanobacterium)硫杆菌(Thiobacillus)、链霉菌(Streptomyces)、高温放线菌(Thermoactinomyces)、高温单孢菌(Thermonospora)、固氮菌(Azotobacter)、硝化单胞菌(Nitrosomonas)、硝化杆菌(Nitrobacter)、根瘤菌(Rhizobium)、曲霉(Aspergillus)、酵母(Saccharomyces)、青霉(Penicillium)、腐质霉(Humicola)、根霉(Rhizopus)和菌根菌以及基质组成。
2，土质改良剂，其通过权利要求1所述的微生物菌剂对动物粪便和植物纤维发酵而成。
3，权利要求2所述的土质改良剂的制备方法，其依次包括以下步骤：
(1)混合权利要求1所述的微生物菌剂、动物粪便和植物纤维；
(2)使步骤(1)得到的混合物发酵，直至升温到60-70℃，优选升温到65℃；
(3)使步骤(2)得到的发酵产物保温在60-70℃发酵5-18天，优选发酵7-15天，最优选发酵10天；和
(4)使步骤(3)得到的发酵产物保温在45-55℃发酵7-20天，优选保温在50±2℃，也优选发酵10-15天，最优选发酵12天。
4，权利要求1所述的微生物菌剂在制备土质改良剂中的应用。
5，土质改良的方法，其包括将权利要求3所述的土质改良剂施到田里的步骤。
6，权利要求5所述的方法，其中土质改良是土壤肥力提高、有害元素含量降低、农药残留消除、或盐碱地改良。
7，权利要求6所述的方法，其中所述肥力包括使作物蛋白质含量提高、香味提升、和/或口感提升的肥力，优选所述作物是水稻。
8，权利要求6所述的方法，其中所述有害元素选自重金属和氟之一种或多种，优选所述重金属选自镉、砷、铅和汞之一种或多种。
9，权利要求6所述的方法，其中所述盐碱地是草甸碱土盐碱地或滨海盐碱地。
10，权利要求3所述的土质改良剂在土质改良中的应用。
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