CN102517217B - 一种环保秸秆发酵剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环保秸秆发酵剂，它由下述七种重量百分比原料配制而成：枯草芽孢杆菌25％，绿色木霉15％，酿酒酵母18％，黑曲霉12％，吸水链霉菌10％，康宁木霉10％，节杆菌10％。本发明的菌剂能够加快纤维素的分解速度，十天左右就能完全分解农作物秸秆还田，秸秆腐解变黑，达到腐熟；同时加速秸秆中营养元素释放，为后期作物的生长提供更多的养分，维持和提高土壤肥力，提高土壤有机质，改善土壤理化性质，下茬作物产量提高10％左右，可广泛应用于水稻、小麦、玉米等作物秸秆还田。

Description

一种环保秸秆发酵剂

技术领域

本发明属于微生物技术领域，具体涉及一种利于环保的秸秆发酵微生物菌剂。

背景技术

农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸秆中，秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机物等，是一种战略性后备可再生资源，我国作物秸秆资源丰富，数量巨大，种类多样，据数据统计，每年的作物秸秆产出量7亿吨以上，其中稻草2.3亿吨，玉米秸秆2.2亿吨，豆类薯类等3亿吨，占世界总秸秆量的30％左右。

由于秸秆在短期内不易腐解，导致秸秆资源长期没有得到合理的开发，除少量用于垫圈、喂养牲畜、部分用于堆沤肥外，大部分都作为生活燃料烧掉了，在种植业为主的地区，作物秸秆已经成为生产中的障碍。所以，焚烧秸秆遍及广大乡村，由此引起环境污染与有机资源的严重浪费。据统计，全国用作还田和有机肥料的作物秸秆仅占总量的20％左右，焚烧占17％，秸秆燃烧后主要产物为二氧化碳，一氧化碳，二氧化硫等有害气体，这些气体进入大气后造成严重的环境污染。每到收获季节农村出现“村村点火，处处冒烟”的景象，秸秆焚烧有四大坏处：一是浪费资源，导致大量有机物不能回田；二是严重污染环境；三经常引发火灾和交通事故；四破坏农田生态系统物质循环，造成土壤肥力下降。

目前，对秸秆的降解主要采用以下三种方式：物理方式，包括粉碎、蒸煮、热喷等；2)化学方式，包括酸性水解、碱性水解、氨化和氧化降解；3)微生物降解。

物理或化学方法处理秸秆，只能略为提高半纤维素的消化率，对纤维素和木质素的作用不大，不能提高秸秆的营养价值和消化率。化学方法能破坏木质素与多糖之间的酯键结合，使纤维素、半纤维素与木质素分离，将不溶的木质素变成较易溶解的羟基木质素，使秸秆结构变得疏松，结晶纤维素变成无定型纤维素，进而使得秸秆易于分解。但化学方法的缺点在于：纤维素含量太高，蛋白质含量低；矿物质含量不平衡，缺乏维生素A、维生素D和维生素E等；微生物对纤维素的降解是通过分泌到胞外的游离纤维素酶，以水解酶机制和氧化酶机制降解纤维素。利用微生物可将纤维素最终分解成为二氧化碳和水，而通过微生物自身的生长又可产生大量的菌体蛋白，因此运用微生物法处理秸秆，可以大幅度提高其营养价值，与物理化学方法相比，具有许多无可比拟的优点。选育和利用作物秸秆高效降解微生物菌株，研发高效降解菌剂，建立作物秸秆田间原位生物转化还田技术，是目前国内外重要发展趋势之一。

发明内容

本发明为了解决现有技术在秸秆发酵降解过程中所利用的微生物菌剂种类单一、分解能力弱、纤维素总降解率低以及发酵周期长等问题，提供一种高效环保秸秆发酵剂。

本发明的另一个目的是提供一种制备秸秆有机肥料的方法，其使用本发明的环保秸秆发酵剂发酵秸秆，得到有机肥料，腐熟还田。

本发明的秸秆发酵复合菌剂，各菌种之间合理配伍，共生协调，互不拮抗，其制备方法简便，方法易行，由于在处理的过程中物料得到彻底腐熟，产生大量功能微生物以及多种代谢产物如植物激素、抗生素等，从而刺激作物生长发育，提高土壤养分，改良土壤结构，其操作简便，利于生产。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种环保秸秆发酵剂，该菌剂的活性成分包括下列重量百分比的原料：

枯草芽孢杆菌25％，绿色木霉15％，酿酒酵母18％，

黑曲霉12％，吸水链霉菌10％，康宁木霉10％，节杆菌10％。

上述菌剂中，所述枯草芽孢杆菌具体可为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)ACCC 01178；

所述绿色木霉具体可为绿色木霉(Trichoderma viride)ACCC 30206；

所述酿酒酵母具体可为酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)ACCC 20037；

所述黑曲霉具体可为黑曲霉(Aspergillus niger)ACCC30117；

所述吸水链霉菌具体可为吸水链霉菌(Streptomyces hygroscopicus)ACCC41508；

所述康宁木霉具体可为康宁木霉(Trichoderma konigii)ACCC 30388；

所述节杆菌具体可为节杆菌(Arthrobacter SP.)ACCC 10658；

本发明的微生物复合菌剂可以为液体菌剂，也可以为固体菌剂。

本申请发明人经过多年创造性劳动，经过大量筛选试验，对菌株进行合理配伍，获得的菌剂配方合理，使用方便，腐熟秸秆速度快，采用现代微生物发酵工程技术，将筛选培养的多种能够高效产生纤维素酶、半纤维素酶和木质素酶的功能菌株组合培养而成为一种复合微生物菌剂，由枯草芽孢杆菌25％，绿色木霉15％，酿酒酵母18％，黑曲霉12％，吸水链霉菌10％，康宁木霉10％，节杆菌10％多功能菌株构成，具有菌株组合新、结构稳、酶活强、菌数高等特点。本发明提供的复合微生物菌剂加快秸秆发酵，该菌剂微生物间具有良好的协同效应；对难以降解的玉米、水稻等秸秆具有高效的降解性能，尤其是在低温条件下；适应外界环境能力强；该菌剂主要应用于农业种植中作物秸秆腐熟还田，将其转化为高效、安全、环保的生物有机肥。本发明的环保秸秆发酵剂能快速腐熟农作物秸秆，可在10天左右将田间秸秆迅速腐熟，相对于现有技术的菌剂大大减少了腐熟时间，解决了农作物秸秆还田中存在腐熟慢、还田难的问题，提高了土壤有机质含量，起到了“用地养地”的作用，破解了长期以来在秸秆还田问题上政府鼓励、农民懈怠的困局。

本发明还提供了一种环保秸秆发酵菌的制备方法，其中各菌种制备步骤是：

1、各种菌种的单独扩大培养：

A、枯草芽孢杆菌、节杆菌的培养：将枯草芽孢杆菌、节杆菌试管种首先接种在牛肉膏蛋白胨培养基上，28-30℃，作一级斜面培养，然后接种到三角瓶里做振荡二级液体培养，然后转入液体发酵罐做三级液体培养，最后接种到固体培养基上作四级培养，至产品中活菌数达到2.0-4.0×10⁸个/克。

B、绿色木霉、黑曲霉、康宁木霉的培养：将绿色木霉、黑曲霉、康宁木霉菌种分别接种在马铃薯培养基(参照微生物学试验课本)上，28-30℃，作一级斜面培养，然后二级种子培养、混合发酵培养等至产品中活菌数达到2.0-5.0×10⁸个/克。

C、酿酒酵母的培养：酿酒酵母首先接种在马铃薯葡萄糖琼脂培养基(PDA)上，28-30℃，作一级斜面培养，然后二级种子培养、混合发酵培养等至产品中活菌数达到1.0-5.0×10⁸个/克。

D、吸水链霉菌培养：吸水链霉菌首先在高氏一号培养基上，28-30℃，作一级斜面培养，然后二级种子培养、混合发酵培养等至产品中活菌数达到1.0-5.0×10⁸个/克。

E、将以上枯草芽孢杆菌，绿色木霉，酿酒酵母，黑曲霉，吸水链霉菌，康宁木霉，节杆菌所培养的种菌剂按所述比例进行搅拌混合，优选以硅藻土(40-80目)为载体，按照1∶3-4的重量比与菌种培养物搅拌混合。

F、干燥：将混合好物料进行干燥，干燥温度为20-50℃，干燥后含水量为20-30％；

G、检验、包装：按质量标准检验，成品按重量进行包装，即得环保秸秆发酵剂。

注，上述步骤中菌种扩大培养及制备固体菌剂的方法不是唯一的，本领域技术人员可以根据常识选择合适的培养基及扩大培养方法，使活菌数达到10⁸个/克，以及按照常规制备固体菌剂的方法制备。

秸秆腐熟还田操作说明：

本发明环保秸秆发酵剂剂适用于水稻、小麦、玉米等秸秆的还田，可采用直接粉碎平铺或堆腐还田，每亩推荐用量为2-3kg。

1、玉米秸秆旋耕灭茬腐熟还田技术模式

(1)秸秆平铺。上茬作物成熟后采用带粉碎机的收割机收割或将未粉碎的农作物秸秆粉碎为10-15cm，粉碎后的秸秆均匀撒在田间。

(2)施用本发明环保秸秆发酵剂。耕地前将秸秆发酵剂与适量泥土或底肥拌匀，立即撒施到铺好秸秆的田内。在按当地高产标准施用底肥的同时每亩加施农家粪肥100-200公斤或尿素3-5公斤或碳铵15公斤调节碳氮比。

(3)耕翻灭茬。用灭茬旋耕机进行灭茬，将作物秸秆翻埋入耕层土壤内，然后灌水，淹水7-10厘米深，机插秧淹水1-3厘米深。

(4)日常管理。其它施肥及病虫害防治参照高产要求正常进行。

2、水稻——小麦(油菜、大豆等)秸秆还田模式

(1)秸秆平铺。水稻收获后，将秸秆用粉碎机粉碎或用铡草机切断，长度5-20cm，均匀平铺于田面。

(2)施用本发明环保秸秆发酵剂。每亩用2kg，用20-30kg细土混匀，均匀撒施于作物秸秆表面，每亩用粪肥200kg或尿素5-10kg，泼撒于秸秆表面调节碳氮比。

(3)翻耕。立即翻耕，将作物秸秆和秸秆发酵复合菌剂等一同翻入地下，深度10-15cm.，田间含水量以50％为宜，否则在翻埋后及时灌水。

(4)后期管理。按常规方式施肥、播种。

本发明的优点是：能够加快有机质的分解速度，10天左右就能完全分解农作物秸秆还田，秸秆腐解变黑，达到腐熟；同时加速秸秆中营养元素释放，为后期作物的生长提供更多的养分，维持和提高土壤肥力；不影响下茬作物的种植和移栽、有利于种植/移栽茬口时间迁移；且提高土壤有机质，改善土壤理化性质，提高下茬作物单产，下茬作物产量提高7％以上，并具有一定的抗病效果，可广泛应用于水稻、小麦、油菜，玉米等作物秸秆还田；同时还可以改良土壤，提高肥料利用率，减肥增效，减少富余秸秆的焚烧环境污染，综合效益显著。有效提高我国作物秸秆还田数量，减少污染源，降低农民生产成本，增加经济收入，有力地促进我国农业种植业的可持续发展。

具体实施方式

实施例1：

一种环保秸秆发酵剂，该菌剂的活性成分为下列重量百分比的原料：

枯草芽孢杆菌25％，绿色木霉15％，酿酒酵母18％，

黑曲霉12％，吸水链霉菌10％，康宁木霉10％，节杆菌10％。

所述的枯草芽孢杆菌，绿色木霉，酿酒酵母，黑曲霉，吸水链霉菌，康宁木霉，节杆菌的选择是广泛的，均可以从商业途径购买得到，例如中国农业微生物菌种保藏管理中心，中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，或者美国菌种保藏中心(ATCC)以及其它市售途径。

其中各菌种制备步骤是：

各种菌种的单独扩大培养：

A、枯草芽孢杆菌、节杆菌的培养：将枯草芽孢杆菌、节杆菌试管种首先接种在牛肉膏蛋白胨培养基上，28-30℃，作一级斜面培养，然后接种到三角瓶里做振荡二级液体培养，然后转入液体发酵罐做三级液体培养，最后接种到固体培养基上作四级培养，至产品中活菌数达到2.0-4.0×10⁸个/克。

B、绿色木霉、黑曲霉、康宁木霉的培养：将绿色木霉、黑曲霉、康宁木霉菌种分别接种在马铃薯培养基(参照微生物学试验课本)上，28-30℃，作一级斜面培养，然后二级种子培养、混合发酵培养等至产品中活菌数达到2.0-5.0×10⁸个/克。

C、酿酒酵母的培养：酿酒酵母首先接种在马铃薯葡萄糖琼脂培养基(PDA)上，28-30℃，作一级斜面培养，然后二级种子培养、混合发酵培养等至产品中活菌数达到1.0-5.0×10⁸个/克。

D、吸水链霉菌培养：吸水链霉菌首先在高氏一号培养基上，28-30℃，作一级斜面培养，然后二级种子培养、混合发酵培养等至产品中活菌数达到1.0-5.0×10⁸个/克。

E、将以上枯草芽孢杆菌，绿色木霉，酿酒酵母，黑曲霉，吸水链霉菌，康宁木霉，节杆菌所培养的种菌剂按一定的质量比进行搅拌混合。

模拟玉米秸秆发酵的应用效果

堆肥反应器中装入土50kg，玉米秸秆3kg，尿素，0.05kg，按上述制备方法制得的菌剂200g，将10g玉米秸秆+尿素0.5g的20个尼龙袋子埋入10cm处，堆置10d后，测定袋中玉米干重，利用重量比测得玉米秸秆的降解率为61％，玉米秸秆已经腐解变软，发黑。

实施例2

一种环保秸秆发酵剂，该菌剂的活性成分为下列重量百分比的原料：

枯草芽孢杆菌25％，绿色木霉15％，

酿酒酵母18％，黑曲霉12％，

吸水链霉菌10％，康宁木霉10％，

节杆菌10％。

上述菌剂中，所述枯草芽孢杆菌具体为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)ACCC 01178；

所述绿色木霉具体为绿色木霉(Trichoderma viride)ACCC 30206；

所述酿酒酵母具体为酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)ACCC 20037；

所述黑曲霉具体为黑曲霉(Aspergillus niger)ACCC30117；

所述吸水链霉菌具体为吸水链霉菌(Streptomyces hygroscopicus)ACCC41508；

所述康宁木霉具体为康宁木霉(Trichoderma konigii)ACCC 30388；

所述节杆菌具体为节杆菌(Arthrobacter SP.)ACCC 10658；

其中各菌种制备步骤是：

A、枯草芽孢杆菌、节杆菌的培养：将枯草芽孢杆菌、节杆菌试管种首先接种在牛肉膏蛋白胨培养基上，28-30℃，作一级斜面培养，然后接种到三角瓶里做振荡二级液体培养，然后转入液体发酵罐做三级液体培养，最后接种到固体培养基上作四级培养，至产品中活菌数达到2.0-4.0×10⁸个/克。

B、绿色木霉、黑曲霉、康宁木霉的培养：将绿色木霉、黑曲霉、康宁木霉菌种分别接种在马铃薯培养基(参照微生物学试验课本)上，28-30℃，作一级斜面培养，然后二级种子培养、混合发酵培养等至产品中活菌数达到2.0-5.0×10⁸个/克。

C、酿酒酵母的培养：酿酒酵母首先接种在马铃薯葡萄糖琼脂培养基(PDA)上，28-30℃，作一级斜面培养，然后二级种子培养、混合发酵培养等至产品中活菌数达到1.0-5.0×10⁸个/克。

D、吸水链霉菌培养：吸水链霉菌首先在高氏一号培养基上，28-30℃，作一级斜面培养，然后二级种子培养、混合发酵培养至产品中活菌数达到1.0-5.0×10⁸个/克。

E、将以上枯草芽孢杆菌，绿色木霉，酿酒酵母，黑曲霉，吸水链霉菌，康宁木霉，节杆菌所培养的种菌剂按一定的质量比进行搅拌混合，优选以硅藻土(40-80目)为载体，按照1∶3-4的重量比与菌种培养物搅拌混合。

F、干燥：将混合好物料进行干燥，干燥温度为20-50℃，干燥后含水量为20-30％；

G、检验、包装：按质量标准检验，成品按重量进行包装，即得环保秸秆发酵剂。

实施例3

采用实施例2制得的环保秸秆发酵剂，实验地点选在山东省苍山县南张峪村，主要轮作模式为早稻-晚稻-油菜，早稻收获后全量秸秆还田，实行免耕抛秧。供试作物为杂交稻。

试验结果

水稻收获后将秸秆铺于实验田中，添加本发明环保秸秆发酵剂的实验田按照每亩施用2kg实施例2制备的菌剂，对照组则不用环保秸秆发酵剂，然后灌水，观察秸秆腐熟变化情况：

表1不同处理的秸秆腐熟情况

水稻产量实验：试验共设9个小区，每个小区的面积为(6×8)m²；，随机区组排列。每小区环保秸秆发酵剂0.15公斤，折合每亩约2公斤。试验设如下3个处理：处理1：秸秆组(无环保秸秆发酵剂)；处理2：不加环保秸秆发酵剂秸秆还田(常规施肥+秸秆+清水)；处理3：环保秸秆发酵剂秸秆还田(常规施肥+秸秆+环保秸秆发酵剂)。

试验发现，施用环保秸秆发酵剂在一定程度上有增产的效果，其中处理1的水稻产量平均为451kg/亩，处理二的产量为473kg/亩，处理三的产量为495kg/亩。与对照相比，秸秆还田的处理2和处理3分别增产4.87％和9.8％，

结论：添加环保秸秆发酵剂的处理3增产显著，并能增肥地力，值得大面积推广。

实施例4

玉米秸秆还田实验。

处理1：玉米秸秆+尿素

处理2：玉米秸秆+施用实施例2制备的菌剂2kg/亩+尿素

实验结果分析：

秸秆颜色变化：施用秸秆发酵复合菌剂后第5天，从颜色上看，没有施用的基本没变化，秸秆较硬。而施用秸秆发酵复合菌剂的表面已有很多黑斑点，明显变黑，秸秆已变得柔软。施用秸秆发酵复合菌剂第10天从颜色上看，没有施用的刚刚变褐色，而施用秸秆发酵复合菌剂的已经深灰锈色黑，从手感来看，没用施用本发明微生物菌剂的稍稍变软，施用本发明微生物菌剂的很软，施用本发明微生物菌剂后，玉米秸秆腐解周期明显缩短。

使用本发明微生物菌剂后还田土壤较未使用的土壤容重降低，孔隙度提高，最终使得处理2比处理1增产9.1％。

综上，秸秆还田对作物生长具有很大的促进作用，本申请的环保秸秆发酵剂经申请人多年的创造性劳动，采用现代微生物发酵工程技术，将筛选培养的多种能够高效产生纤维素酶、半纤维素酶和木质素酶的功能菌株组合培养而成为一种复合微生物菌剂，由枯草芽孢杆菌，绿色木霉，酿酒酵母，黑曲霉，吸水链霉菌，康宁木霉，节杆菌多功能菌株构成，菌剂微生物间具有良好的协同效应，具有菌株组合新、结构稳、酶活强、菌数高等特点，不仅处理了大量剩余秸秆，避免了焚烧秸秆导致的环境污染，同时增产庄稼显著。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方式对本案作了详尽的说明，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所作的修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (2)

1.一种秸秆发酵剂，其特征在于由下述重量百分比原料配制而成：

枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)25％，绿色木霉(Trichoderma viride)15％，

酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)18％，黑曲霉(Aspergillus niger)12％，

吸水链霉菌(Streptomyces hygroscopicus)10％，康宁木霉(Trichoderma konigii)10％，节杆菌(Arthrobacter SP.)10％。

2.权利要求1所述的秸秆发酵剂在制备秸秆有机肥料中的应用。