CN102887744A

CN102887744A - 利用藻泥生产高效香蕉专用生物有机肥的工艺及产品

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Publication number: CN102887744A
Application number: CN2012104363876A
Authority: CN
Inventors: 沈其荣; 李�荣; 黄炎; 杨兴明; 曹亮亮; 张苗; 施娟娟; 刘红军
Original assignee: JIANGSU XINTIANDI BIO-FERTILIZER ENGINEERING CENTER CO LTD; Nanjing Agricultural University
Current assignee: JIANGSU XINTIANDI BIO-FERTILIZER ENGINEERING CENTER CO LTD; Nanjing Agricultural University
Priority date: 2012-11-01
Filing date: 2012-11-01
Publication date: 2013-01-23

Abstract

本发明提供了一种利用藻泥固体发酵芽孢杆菌NJN-6生产高效香蕉专用生物有机肥的工艺及产品。所用配方为腐熟鸡粪普通肥(83％，重量比，下同)、太湖打捞藻泥(7％)和菜粕(10％)；所用菌株为香蕉专用促生生防芽孢杆菌NJN-6；工艺流程为将原料以上述最优配方混合，5％接入功能菌，条垛式发酵，每天翻抛1次，发酵7天。所生产的肥料有益活菌数大于1×10⁸CFU/g(肥料干重，下同)，全氮含量为2.5-3.5％，总氮磷钾养分为6-8％、有机质含量≥45％，微囊藻毒素LR和RR的含量均低于4μg/kg。富含大量的有益氨基酸，促生效果好，抗病能力强。

Description

利用藻泥生产高效香蕉专用生物有机肥的工艺及产品

一、技术领域

本发明提供一种利用藻泥生产高效香蕉专用生物有机肥的工艺及产品，属于农业集约化生产技术，该生物有机肥富含大量促进香蕉生长的香蕉专用促生生防芽孢杆菌NJN-6，能够显著促进香蕉生长。

二、背景技术

近年来，因资源利用强度加大，我国各大湖泊富集化趋势严重，生态系统退化，蓝藻水华频繁爆发，严重影响了人类的生产生活。2007年夏季，太湖、巢湖、滇池接连出现蓝藻爆发，洞庭湖、白洋淀等也不同程度地受到富营养化威胁。2008年5月底，太湖爆发了有史以来最为严重的蓝藻事件，导致无锡居民出现水危机，这一问题引起了社会各界层的广泛关注。2007年起，大量蓝藻被打捞上来，蓝藻作为一种富含多种有益物质的生物质资源，其利用值得深入研究。沼化和有机肥是目前蓝藻利用研究的最多的两种处理方法。日本对蓝藻资源化利用的措施主要是将藻类作为有机肥料，它的肥效优于一般化肥，氮、磷、钾含量均高于豆饼、紫云英等植物性有机肥料，蓝藻中不含对作物及人体有害的重金属，使用后不会污染土壤。1992年，日本的脱水微囊藻已全部实现肥料化，年产量120～180t。微囊藻实现资源化利用后，其处理费用下降了30％。打捞藻泥的含水量在86-89％之间，藻泥干物质全N含量为7.5-8.5％，全P含量为0.44％，全K含量为0.5％；有机质含量大于70％。(1、沈银武，刘永定，吴国樵，等.富营养化湖泊滇池水华蓝藻的机械清除[J].水生生物学报，2004，25(2)：131-136.2、蓝藻快速好氧堆肥的研究江南大学硕士论文2009第2页)。因此，资源化利用太湖打捞藻泥变废为宝，开发成优质有机肥料，不仅有效解决了蓝藻易腐败发臭问题，而且可转化为农业资源，变“废”为“宝”。但原料蓝藻里面含毒素、蛋白等大分子物质，不经过处理会二次污染环境(氮、磷、藻毒素)，而且养分不能直接被植物所利用(杜静，《太湖水华蓝藻资源化技术研究》【D】，南京农业大学，2008，硕士学位论文；韩志国，武宝王，郑解生，等.淡水水体中的蓝藻毒素研究进展(综述)[J].暨南大学学报：自然科学版，2001，22(3)：129-134；杨海麟，李克朗，张玲，等.蓝藻资源无害化利用技术的研究[J].生物技术，2008，18(6)：95-98)。

生物有机肥是指特定功能微生物与主要以动植物残体(如畜禽粪便、农作物秸秆等)为来源并经无害化处理、腐熟的有机物料复合而成的一类兼具微生物肥料和有机肥效应的肥料。其本质特征是含有特定功能的、表现出一定肥料效应的微生物，这些功能微生物的生命活动是生物有机肥优于其它肥料的关键因素。生物有机肥发挥作用的关键在于肥料中有益微生物的数量，因此研究不同的配方和二次固体发酵工艺确保肥料中活菌数达到最高变得尤为重要。简单将功能微生物与动植物残体(如畜禽粪便、农作物秸秆等)为来源并经无害化处理、腐熟的有机物料进行混合堆置很难得到高质量的生物有机肥，前期研究表明在动植物残体中加入少量外源氨基酸二次发酵功能微生物能够显著增加功能微生物的数量，提高肥料质量。外源氨基酸的种类很多，如菜饼(菜粕)、豆饼等，但此类氨基酸成本很高，尤其是豆饼，探求和开发新型低成本氨基酸则能够大幅度提高生物有机肥的市场竞争力。

三、发明内容

技术问题本发明的目的在于针对生产实践中的实际问题和需求，开发研制出利用藻泥固体发酵芽孢杆菌NJN-6研制高效香蕉专用生物有机肥的配方和工艺，降低香蕉专用生物有机肥的生产成本，生产的香蕉专用生物有机肥能够显著促进香蕉生长。

技术方案下面为本发明的主要内容：

利用藻泥生产高效香蕉专用生物有机肥的工艺，包括：

1)将菌种保藏号为CGMCC NO.3183的香蕉专用促生生防芽孢杆菌NJN-6接种到PDA培养液，进行液体发酵生产，发酵生产的条件为：pH6.0～7.0，发酵温度范围30～35℃，搅拌速度为180～300转/分钟，发酵中后期形成芽孢，发酵时间为48h，使发酵液中含菌或芽孢量≥1×10¹⁰个/ml。所用PDA培养液配制方法为，以配制1L培养基为例：用200g土豆削皮后切成小块放到水里煮，沸腾后煮30min，经过滤后滤液中加20g普通蔗糖，定容至1000ml，pH值调至7.2-7.4，121℃灭菌20min。

2)将质量比7％藻泥(干重)、10％菜粕和83％的腐熟鸡粪堆肥进行均匀混合，将功能菌NJN-6发酵液接入混合堆中进行固体发酵，每吨混合物料中加入功能菌菌液50L，固体发酵过程中每天翻堆1次，使固体发酵温度不超过50℃，发酵7天后结束，功能菌含量可达到1×10⁸CFU/g(肥料干重)以上，最后在温度不超过60℃的条件下将微生物有机肥的含水量蒸发至30％以下，包装出厂即为成品香蕉专用生物有机肥。所用腐熟后的鸡粪堆肥其发芽指数为98％以上，有机质质量比含量≥45％，有机氮质量比含量为2-3％，含水量质量比为25-30％。

用上述配方工艺生产的微生物有机肥料中功能菌NJN-6活菌数＞1×10⁸CFU/g(肥料干重)，全氮含量为2.5-3.5％，总氮磷钾养分为6-8％、有机质含量≥45％，微囊藻毒素LR和RR(microcystin-LR和microcystin-RR)的含量均低于4ug/kg。所述产品专用于促进香蕉生长和防控香蕉枯萎病的发生。

有益效果本发明提供一种利用藻泥固体发酵芽孢杆菌NJN-6研制高效香蕉专用生物有机肥的配方和工艺。

使用该发明生产的香蕉专用微生物有机肥成本低于传统生物有机肥，使用方便，促生和抗病效果好的优点，适合香蕉种植区域大面积使用。本发明对于保护生态环境，保护人民的身体健康，提高农产品的附加值具有重要的意义。

产品与目前市场上的产品相比具有如下优点：

1)本专利利用太湖打捞藻泥、菜饼和腐熟鸡粪普通肥作为配方，二次固体发酵香蕉专用促生生防芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens NJN-6，研制出了香蕉专用生物有机肥。该配方及工艺能够大幅度增加该新型生物有机肥中功能微生物的数量，在保证肥料效果的同时，降低了生物有机肥的成本，同时通过微生物的作用，蓝藻里的大分子藻蛋白能够被分解成小分子的氨基酸，可供植物直接利用，藻毒素能够被大幅度降低，生产的产品具有极强的市场竞争力。

2)肥料中高效菌株的含量达到1×10⁸CFU/g(肥料干重)以上，远远超过国家标准2×10⁷CFU/g，施入土壤后能形成优势群，并在土壤中存活下来。太湖打捞藻泥蛋白质含量可达50％以上，氨基酸组份比较齐全，肥料产品中同时含有丰富的可溶性有机碳和有机氮，能够显著促进香蕉植株的生长。

3)采用液相色谱法测定生物有机肥中藻毒素LR和RR的含量，结果表明微囊藻毒素LR和RR(microcystin-LR和microcystin-RR)的含量均低于4ug/kg(肥料干重)，而我们测得原料纯藻泥中微囊藻毒素LR和RR的含量分别为3.1mg/kg(藻泥鲜重)和62.16mg/kg(藻泥鲜重)，因此放置两月的藻泥再利用本专利技术固体发酵后能够将藻毒素LR和RR的含量降低到4ug/kg以下，目前国内外还没有肥料中藻毒素的标准，仅仅有地下水中的标准，低于1ug/kg。

4)试验结果表明，在香蕉幼苗期施用本产品后，能显著促进香蕉植株的生长。

四、附图说明

图1不同含量藻泥与腐熟鸡粪混合固体发酵NJN-6菌株的数量变化

图2不同含量菜饼与腐熟鸡粪、藻泥混合固体发酵NJN-6菌株的数量变化

图3生物有机肥促生效果图

五、具体实施方式

1、藻泥的获得

藻泥由太湖周边打捞站免费提供，放置藻泥储存池2个月。

2、功能菌菌剂的生产

将菌种保藏号为CGMCC NO.3183的芽孢杆菌NJN-6(公知公用，见授权发明专利ZL200910183361.3，防除连作香蕉巴拿马枯萎病的拮抗菌及其微生物有机肥料。)接种到PDA培养液进行液体发酵生产，发酵条件为：pH6.0-7.0，发酵温度范围30-35℃，搅拌速度为180-300转/分钟，发酵时间为48小时，发酵液的含菌或芽孢量≥10¹⁰个/ml。所用PDA培养液配制方法为，以配制1L培养基为例：用200g土豆削皮后切成小块放到水里煮，沸腾后煮30min，经过滤后滤液中加20g普通蔗糖，定容至1000ml，pH值调至7.2-7.4，121℃灭菌20min。

3、固体发酵生成生物有机肥

3.1固体发酵配方的获得

利用递进法获得固体发酵的配方，首先将藻泥以不同梯度加入腐熟鸡粪堆肥中，发酵堆总重(干重)10kg，进行固体发酵，获得最佳藻泥添加量，再在此基础上加入菜饼确定菜饼的最佳添加量，获得最终配方。发酵方式如下：每吨固体有机物料中加入功能菌菌液50L，固体发酵过程中每天翻堆1次，使固体发酵温度不超过50℃，一般发酵7天后结束。发酵完后测定各处理中的功能菌的数量，结果如图，7％藻泥(干重)、10％菜粕和83％的腐熟鸡粪堆肥为最佳配方，功能菌数量达到6×10⁷CFU/g(干重)以上(图1)。

3.2固体大堆发酵生成成品有机肥

根据上述配方和工艺，将7％藻泥(干重)、10％菜粕和83％的腐熟鸡粪堆肥进行均匀混合，发酵堆总重(干重)50吨，将促生生防菌NJN-6接入混合堆，每吨固体有机物料中加入功能菌菌液50L进行条剁式固体发酵，每天翻堆1次，使固体发酵温度不超过50℃，发酵7天后结束；设计鸡粪腐熟有机肥作为对照。发酵结束后新型生物有机肥中促生生防菌数量达到4.5×10⁸CFU/g(干重)(图2)，超鸡粪腐熟有机肥越2个数量级。最后再进行残留藻毒素的检测，方法如下：向100g肥料中加入100mL5％的乙酸，在-70和常温下反复冻融多次后，12000r/min离心10min，分别取出上清液(I)和沉淀；将沉淀用100mL80％甲醇溶液震荡提取4h，离心15min，得上清液(II)；将上清液(I)与上清液(II)充分混合后得上清液(III)，将上清液(III)用稀盐酸将pH调至3，静置过夜后离心，弃残渣，得上清液(IV)，将上清液(IV)用稀氨水将pH调至7后，40℃旋转蒸发去除甲醇，将剩余样品过0.45μm滤膜得藻毒素粗提液。依次用20mL100％甲醇、20mL超纯水活化C18固相萃取柱(500mg/6ml)，将藻毒素粗提液通过固相萃取柱进行富集浓缩，再分别用20mL10％以及20ml20％甲醇溶液淋洗固定相，最后用10mL80％甲醇溶液(加入0.05％三氟乙酸)将吸附在固定相上的微囊藻毒素洗脱下来，将纯化后的微囊藻毒素通过旋转蒸发除去甲醇得MCs储备液，将储备液冷冻干燥后，用20％甲醇定容到2ml，液体供HPLC上机检测。

采用液相色谱法测定生物有机肥中藻毒素LR和RR的含量，结果表明微囊藻毒素LR和RR(microcystin-LR和microcystin-RR)的含量均低于4ug/kg(肥料干重)，而我们测得原料纯藻泥中微囊藻毒素LR和RR的含量分别为3.1mg/kg(藻泥鲜重)和62.16mg/kg(藻泥鲜重)，因此放置两月的藻泥再利用本专利技术固体发酵后能够将藻毒素LR和RR的含量降低到4ug/kg以下，目前国内外还没有肥料中藻毒素的标准，仅仅有地下水中的标准，低于1ug/kg。

所用腐熟后的鸡粪堆肥其发芽指数为98％以上，有机质质量比含量≥45％，有含水量质量比25-30％。

研制成的生物有机肥含有1×10⁸CFU/g(干重)以上的功能菌NJN-6、全氮含量为2.5-3.5％(90％以上为有机氮)，总氮磷钾养分为6-8％、有机质含量大于45％。以上结果表明所研制配方和工艺完全能够最大化的发酵生产新型生物有机肥，且该生物有机肥完全能够符合国家标准。

4、温室试验

促生试验在南京农业大学海南工作站温室里进行，共设三个对照一个处理，处理为本专利研制的新型抗病促生生物有机肥处理(BIO)，对照分别为普通鸡粪有机肥接入功能菌固体发酵后肥料处理(OF)、生物有机肥配方去除菜饼接功能菌固体发酵后肥料处理(BOF)和化肥对照(化肥处理与BIO等养分)。每个处理18盆，每盆装10kg土，肥料的添加量为2％。肥料与土充分混合均匀，常规管理。定期测定香蕉生长指数。结果如图3、表一、表二、表三、表四、表五、表六、表七和表八。1)株高：与三个对照相比，本专利研制的BIO处理能够增加植株的株高，移苗后十天即表现出显著性差异，一直保持到移苗后50天。2)茎粗：与OF和CK对照相比，本专利研制的BIO处理能够增加植株的茎粗，移苗后十天即表现出显著性差异。与BOF处理相比，30天以后达到显著性差异。3)倒三片叶面积：与OF和CK对照相比，本专利研制的BIO处理能够增加植株的倒三片叶面积，移苗后十天即表现出显著性差异。与BOF处理相比，20天以后达到显著性差异。4)叶绿素含量：与OF和CK对照相比，本专利研制的BIO处理移苗后前40天能够增加植株的叶绿素含量，表现出显著性差异。与BOF处理相比，移苗后20天和30天时达到显著性差异。所有处理在50天时叶绿素含量无显著性差异。5)叶片数量：与CK、OF和BOF对照相比，本专利研制的BIO处理能够增加植株叶片的数量，移苗后第20和50天均表现出显著性差异。6)地上部鲜重和干重：与OF和CK对照相比，本专利研制的BIO处理能够增加植株地上部鲜重和干重，移苗后10天即表现出显著性差异。与BOF处理相比，20天以后达到显著性差异。7)地下部鲜重和干重：与OF和CK对照相比，本专利研制的BIO处理能够增加植株地下部鲜重和干重，移苗后10天即表现出显著性差异。与BOF处理相比，20天以后达到显著性差异。

试验结果整体表明，本专利研制的香蕉专用生物有机肥BIO能够促进香蕉植株的生长，本研究的配方和工艺能够显著促进功能菌的二次固体发酵效率，增加肥料中功能菌的数量和肥料的养分，最终促进香蕉植株的生长。

表一不同处理对香蕉株高的影响(单位：cm)

表二不同处理对香蕉茎粗的影响(单位：mm)

表三不同处理对香蕉倒三叶面积的影响(单位：cm²)

表四不同处理对香蕉倒三叶叶绿素含量的影响

表五不同处理对香蕉叶片数量的影响(单位：片)

表六不同处理对香蕉地上部鲜重的影响(单位：g)

表七不同处理对香蕉地上部干重的影响(单位：g)

表八不同处理对香蕉地下部鲜重的影响(单位：g)

表九不同处理对香蕉地下部干重的影响(单位：g)

Claims

1.利用藻泥生产高效香蕉专用生物有机肥的工艺，包括：

1)将菌种保藏号为CGMCC NO.3183的香蕉专用促生生防芽孢杆菌NJN-6接种到PDA培养液，进行液体发酵生产，发酵生产的条件为：pH6.0～7.5，发酵温度范围30～35℃，搅拌速度为180～300转/分钟，发酵中后期形成芽孢，发酵时间为48h，使发酵液中含菌或芽孢量≥1×10¹⁰个/ml；所用PDA培养液配制方法为，以配制1L培养基为例：用200g土豆削皮后切成小块放到水里煮，沸腾后煮30min，经过滤后滤液中加20g普通蔗糖，定容至1000ml，pH值调至7.2-7.4，121℃灭菌20min；

2)将质量比7％藻泥干重、10％菜粕和83％的腐熟鸡粪堆肥进行均匀混合；

3)将香蕉专用促生生防芽孢杆菌NJN-6发酵液接入藻泥、菜粕和腐熟鸡粪堆肥混合物中进行固体发酵，每吨混合物中加入功能菌菌液50L，固体发酵过程中每天翻堆1次，使固体发酵温度不超过50℃，发酵7天后结束，功能菌含量可达到1×10⁸CFU/g肥料干重以上，最后在温度不超过60℃的条件下将微生物有机肥的含水量蒸发至30％以下，包装出厂即为成品香蕉专用生物有机肥；所用腐熟后的鸡粪堆肥其发芽指数为98％以上，有机质质量比含量≥45％，有机氮质量比含量为2-3％，含水量质量比为25-30％。

2.权利要求1所述工艺生产的香蕉专用生物有机肥产品，该产品中微囊藻毒素LR和RR的含量均低于4ug/kg。

3.根据权利要求1所述的香蕉专用生物有机肥产品，该产品中香蕉专用促生生防芽孢杆菌NJN-6活菌数＞1×10⁸CFU/g肥料干重，全氮含量为2.5-3.5％，总氮磷钾养分为6-8％、有机质含量≥45％。

4.权利要求2和3所述产品用于香蕉大田种植，能够促进香蕉生长和防控枯萎病的发生。