CN102992827B - 一种活性有机菌肥及其制备方法 - Google Patents

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颜桂荣
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山东新超农业科技有限公司
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Abstract

本发明公开了一种活性有机菌肥及其制备方法,该有活性机菌肥以草木灰、富含有机质的工农业废弃物、无机肥料为原料,通过接种将从上述原料中选育的菌种经过一次性连续发酵、造粒、干燥、筛分后制得。本发明不仅可以消耗大量废弃的含有有机质的工农业废弃物,减少了环境污染,还可以在农作物栽培和城市绿化过程中,解决由于连年使用化肥,造成土壤板结、肥效日减,污染环境的问题,为农业生产提供新的肥源。

Description

一种活性有机菌肥及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种有机肥及其制备方法,特别涉及一种有机菌肥及其制备方法,属于微生物肥料领域。
背景技术
[0002] 植物(草本和木本植物)燃烧后的残余物,称草木灰。因为草木灰是为植物燃烧后的灰烬,所以是凡植物所含的矿质元素,草木灰中几乎都含有。其中含量最多的是钾元素,一般含钾6 —12%,其中90%以上是水溶性,以碳酸盐形式存在;其次是磷,一般含1.5—3%;还含有钙、镁、硅、硫和铁、锰、铜、锌、硼、钥等微量营养元素。因此,它是一种来源广泛、成本低廉、养分齐全、肥效明显的天然肥料。但由于草木灰呈碱性,不能与某些有机肥原料,如人粪尿、厩肥、堆怄肥或铵态氮肥等混合施用,否则会造成氮素挥发损失;草木灰也不能与磷肥混合施用,否则会造成磷素固定,降低磷肥的肥效。如将草木灰直接与氮肥、磷肥原料混合使用,不仅造成肥效降低,“也会因为氮素的挥发和磷素固定等现象造成环境污染。此外,由于草木灰质轻,干时易随风而去,湿时易随水而走。草木灰直接作为肥料使用时,还有相当一部分养分不能被植物吸收利用。特别是草木灰碱性强,在碱性土壤中利用率更低。有大量研究表明,Ca、Fe、Zn等中微量元素在灰分的碱性条件下,植物有效性极低。由于不同种类植物和不同温度燃烧的草木灰养分形态差别大,且多成无效态,如不加处理直接施用,一则不能充分发挥其肥效,二则可能造成对作物不良影响。这些特性使草木灰用于肥料生产受到极大的限制。我国每年燃烧植物产生的草木灰数量很大,以生物电厂为例,用农作桔杆发电燃烧后所产生的灰和烟气中的烟灰,每年排出量很大,如不处理,则会造成大气粉尘污染,排入河湖等水体也会造成水污染。
[0003] 中国专利公开号CN1189481A公开了一种利用草木灰、粪灰等制取高钾钙农用肥料的方法。它是将草木灰、粪灰、石灰粪、工业用盐、硫酸钾、氯化钾、尿液,通过搅拌、研磨、过筛后制得。其缺点是制得的肥料成盐度高、碱性强,灰渣中的大部分元素(如:P、S1、Fe、Zn、Cu、Mn、Mo等)处于固定状态不易被作物吸收利用,尤其不适用在碱性土壤中使用。
[0004] 中国专利CN200510095748.5公开了一种植物秸杆灰渣多元素肥料的制造方法,该方法以植物秸杆燃烧、裂解、气化后形成的灰渣为主要原料,加入无机废酸溶液、农用有机酸和/或堆制反应能产生有机酸的有机固体废弃物使原料PH值下降至6.0-7.5,堆制发酵反应1-10天,干燥粉碎成产品或粉碎后加入3-10%的黏结剂,造粒成成品肥料。该方法虽然使灰渣PH下降至中性,但是肥料中有益的微生物菌含量较少,原始灰肥肥效短、易流失、容易造成水污染等诸多弊病仍然没有解决。
[0005] 糠醛渣是玉米芯分解的副产物,目前作为工业废料废弃,污染环境。糠醛渣pH值为1.90左右。由于糠醛渣呈酸性,直接作为肥料施入田中,农作物无法吸收,达不到增产效果。但是,它是制造生物有机肥的好原料,主要成分是:
[0006]
Figure CN102992827BD00051
[0007] 糠醛渣的制作有机肥的优势在于:一是增加农田有机质,改善土壤结构。糠醛渣富含有机质和腐植酸,施用后可增加土壤团粒结构数量,增强土壤通透性,改善土壤理化性状。二是调节土壤酸碱度,提高养分有效性。糠醛渣含有较高的游离酸,可中和盐碱土、石灰性土和水稻土等碱性土壤中的碱根离子,调节土壤酸碱度,增加钙、镁、锌等阳离子有效性。三是活化土壤,减少毒害。糠醛渣经腐解,含有较高的多缩戊糖,是土壤有益微生物的优质能源,施用后可增加土壤微生物活性,减轻重金属离子的危害。正是因为糠醛渣的这些优良特性,人们使用糠醛渣和草木灰混合使用来制造有机肥料。
[0008] 中国专利CN201110372741.9公开了一种用生物电厂草木灰和糠醛渣生产有机肥的方法,它是由以下工艺构成:收集糠醛渣、生物电厂的草木灰,风干,使其含水率为15-20% ;将糠醛渣、生物电厂的草木灰按重量比2.7-3: 2.2-2.5,混合,搅拌,堆垛压实,用塑料薄膜或帆布盖封,静置24-36小时,摊开、晾晒去除水份,使其水份为8-10%,粉碎成粉料,使其粒度为1_2_,得混合料;将混合料用造粒机喷浆造粒,得成品。该方法利用生物电厂草木灰和糠醛渣生产的有机肥能调节土壤结构,改良土壤理化性状,促进作物生长和增加产量。但是,该方法制得的肥料仍然是单一的有机肥,肥料中有益菌的含量很少。
发明内容
[0009] 本发明的目的在于提供一种活性有机菌肥,具体的说,是一种以草木灰、糠醛渣或其它有机质含量高的工农业废弃物为原料制备的活性有机菌肥。
[0010] 本发明的另一目的在于提供上述有机肥的制备方法。
[0011] 一种活性有机菌肥,其特征在于:以草木灰、富含有机质的工农业废弃物、无机肥料为原料,通过接种从上述原料中选育的菌种后经过一次性连续发酵、造粒、干燥、筛分制得。
[0012] 进一步,所述富含有机质的工农业废弃物为糠醛渣、动物粪便、农作物秸杆、活性污泥的一种或数种。
[0013] 进一步,所述菌种为芽孢杆菌和酵母菌和丝状真菌。
[0014] 进一步,所述菌种还包括光合细菌、乳酸菌、放线菌的一种或数种。
[0015] 进一步,所述草木灰为生物发电厂中植物燃烧后的灰烬,含钾量为6%-12%。所述动物粪便为人畜的粪便,机质含量一般大于14%。所述农作物秸杆为水稻、小麦等农作物秸杆,有机质含量平均为15%左右。所述活性污泥为城市污水处理厂处理生活污水的淤泥,有机质含量一般在50%以上。
[0016] 进一步,所述糠醛渣是生物质类物质如玉米芯、玉米杆、稻壳、棉籽壳以及农副产品加工下脚料中的聚戊糖成分水解生产糠醛产生的生物质类废弃物;优选有机质含量大于70%以上的糠醛渣。
[0017] 进一步,其中有机质的含量为10% -50% (重量份),有益活菌数为0.20-0.65亿株/克;优选有机质的含量为35% -45% (重量份),有益活菌数为0.60-0.65亿株/克。
[0018] 进一步,所述的干燥为烘干,所述烘干为多次烘干,优选两次烘干,烘干的温度控制在40-60°C,得到活性有机菌肥为粉末状,其粒度为60目以下。[0019] 进一步,所述的干燥为喷雾干燥或喷浆造粒;优选喷浆造粒,所述浆料优选采用味精或氨基酸生产过程中产生的废弃物,其有机质含量为28% -32%、氮磷钾含量约13% -16%、固形物45% -55% ;得到的活性有机菌肥粒度3_5mm。所述味精或氨基酸生产过程中产生的废弃物是一种肥料造粒用粘合剂。
[0020] 进一步,所述的干燥为滚筒造粒,在滚筒造粒机中喷射具有一定粘度的浆料,使活性有机菌肥加热至40-50°C,通过滚筒不停转动使活性有机菌肥呈球状,得到的活性有机菌肥粒度2-4.5mm,硬度为6-30N。
[0021] 由于上述干燥过程中温度较低(不超过60°C ),可以保证有益菌的存活率,使微生物的存活率达到95%以上。
[0022] 经本发明研究人员发现,现有理论中的一些有益菌种,在实际生产中并不能充分发挥其应有的效果,这是因为传统理论并不能完全模拟实际生产中的情况,可能存在着很大的误差。另外,本肥料所使用的草木灰、糠醛渣、动物粪便等,其成分、沉积年份、所处的湿度、温度情况差异很大,如果简单按照传统的理论选用菌种,很难达到理想的效果。为此,发明人想到了以现有理论为指导,从实际生产的原料中选取菌种。每一个环境都有其特定的微生物菌群,只有从这个环境中选取的经过竞争,存活量大的优势菌种,才能有效保证选择的菌种在用该原料制得的肥料中更加容易地存活。
[0023]另外,微生物菌的种类不同,其特点、功效,使用后效果差异较大,微生物菌功能有单一和多功能之分。过去常用的微生物菌有固氮菌(根瘤菌),溶磷菌(巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌),硅酸盐细菌即解钾菌(胶质芽孢杆菌)等,功能比较单一。复合菌(不产生拮抗作用的2-3个菌株)有着相互协同的作用效果,单独使用单一一类菌种,均不能达到本发明有机肥的效果。选择微生物菌时,在考虑其功能特点的同时,必需考虑所使用的微生物菌的抗逆性,即选择抗高温、抗干燥、抗酸碱、抗盐份能力强的微生物菌种,这是复合微生物肥料产业化的关键因素。有些菌种在实验室条件下其功能表现优异,但在肥料生产或保存过程中大量死亡,存活率低,使用后难以达到预期的效果,因此在选择微生物菌时应从功能的特点和抗逆性综合考虑选择,其综合指标高的菌株才是优秀的复合微生物肥料生产和应用的菌种。
[0024] 芽孢杆菌(Bacillaceae)是细菌的一科,能形成芽孢(内生孢子)的杆菌或球菌。包括芽孢杆菌属、芽孢乳杆菌属、梭菌属、脱硫肠状菌属和芽孢八叠球菌属等。它们对外界有害因子抵抗力强,分布广,存在于土壤、水、空气以及动物肠道等处。孢芽杆菌的作用是:保湿性强,形成强度极为优良的天然材料聚麸胺酸,为土壤的保护膜,防止肥份及水分流失;有机质分解力强,增殖的同时,会释出高活性的分解酵素,将难分解的大分子物质分解成可利用的小分子物质;产生丰富的代谢生成物,合成多种有机酸、酶、生理活性等物质,及其它多种容易被利用的养份;抑菌、灭害力强,具有占据空间优势,抑制有害菌、病原菌等有害微生物的生长繁殖;除臭,可以分解产生恶臭气体的有机物质、有机硫化物、有机氮等,大大改善场所的环境。其特性是:代谢快、繁殖快,四小时增殖10万倍,标准菌四小时仅可繁殖6倍;生命力强,无湿状态可耐低温一 60°C、耐高温+280°C,耐强酸、耐强碱、抗菌消毒、耐高氧(嗜氧繁殖)、耐低氧(厌氧繁殖);体积大,体积比一般病源菌分子大四倍,占据空间优势,抑制有害菌的生长繁殖。由于芽孢对热、干燥、辐射、化学消毒剂和其他理化因素有较强的抵抗力,所以芽孢杆菌是我们从生产肥料的有机物中选择的目标菌种之一。[0025] 酵母菌是一种单细胞真菌,在有氧和无氧环境下都能生存,属于兼性厌氧菌。在有氧的情况下,它能把有机质中的糖分解成二氧化碳和水,在有氧存在时,酵母菌生长较快。用酵母菌作发酵剂制作生态有机肥,具有发酵快,发酵好,既能高温发酵,又能低温发酵,大大缩短制作时间,降低成本等特点,所以酵母菌是我们从生产肥料的有机物中选择的目标菌种之一。
[0026] 丝状真菌即是霉菌。霉菌是丝状真菌的俗称,意即"发霉的真菌〃,它们往往能形成分枝繁茂的菌丝体,但又不像蘑菇那样产生大型的子实体。在潮湿温暖的地方,很多物品上长出一些肉眼可见的绒毛状、絮状或蛛网状的菌落,那就是霉菌。霉菌的孢子具有小、轻、干、多,以及形态色泽各异、休眠期长和抗逆性强等特点,每个个体所产生的孢子数,经常是成千上万的,有时竟达几百亿、几千亿甚至更多。这些特点有助于霉菌在自然界中随处散播和繁殖。植物利用的钾主要来自土壤,但土壤中绝大部分钾是以矿物钾的形式存在,多存在于铝硅酸盐矿石中,不易被植物直接利用。只有当矿物钾经过物理、化学及生物风化作用转变为速效钾后,才为植物所利用。丝状真菌对含钾矿物具有极强的分解作用。所以丝状真菌是我们从生产肥料的有机物中选择的目标菌种之一。
[0027] 光合细菌(简称PSB)是地球上出现最早、自然界中普遍存在、具有原始光能合成体系的原核生物,是在厌氧条件下进行不放氧光合作用的细菌的总称,是一类没有形成芽孢能力的革兰氏阴性菌,是一类以光作为能源、能在厌氧光照或好氧黑暗条件下利用自然界中的有机物、硫化物、氨等作为供氢体兼碳源进行光合作用的微生物。光合细菌适应性强,能忍耐高浓度的有机废水,对酚、氰等毒物有一定的忍受和分解能力,具有较强的分解转化能力。光 合细菌可增加生物固氮作用,提高根际固氮效应,增进土壤肥力。此外,光合细菌对作物病害控制方面也有一定作用。光合细菌是我们从生产肥料的有机物中选择的目标菌种之一。
[0028] 乳酸菌指发酵糖类主要产物为乳酸的一类无芽孢、革兰氏染色阳性细菌的总称。凡是能从葡萄糖或乳糖的发酵过程中产生乳酸的细菌统称为乳酸菌。乳酸菌可以降低土壤中硝酸离子浓度,解决土壤酸化问题;乳酸菌体内细胞之中水分约有70%,有大量乳酸菌时,可保持土壤水分,同时乳酸菌还可以吸收空气中约20%的水分保持一定的土壤水分;乳酸菌含糖及乳酸,因而促进了那些以微生物及其分解产物为食的土壤微型动物(如蚯蚓类、甲虫类)的数量大量的增加,使整个耕层的微生态系统组成发生根本变化,提高了土壤生物活性和缓冲能力;有效微生物在土壤中的迅速繁殖和不断补充,抑制了土壤中病原微生物的侵袭和发展;抑制有害微生物的生存与繁殖,减轻并逐步消除土传病虫害和连作障碍;不用除草剂,可抑制与消除杂草:乳酸菌能生成乳酸和生理活性物质,乳酸可使杂草的种皮变软,使其容易吸收水分,并受生理活性物质的影响而打破休眠;增强植物的代谢功能,提高光合作用,促进种子发芽,根系发达,早开花,多结实。乳酸菌是我们从生产肥料的有机物中选择的目标菌种之一。
[0029] 放线菌(Actinomycete)是原核生物的一个类群。大多数有发达的分枝菌丝。放线菌与人类的生产和生活关系极为密切,目前广泛应用的抗生素约70%是各种放线菌所产生。典型丝状放线菌主要属于链霉菌属(StrepHomyces)和小单孢菌属(Micromonospora)两类。均属好气性异养型,能够广泛利用纤维素、半纤维素、蛋白质、木质素等含碳和含氮化合物。最适pH值6.8-7.5,最适温度25-30°〇。农田土壤中检出的放线菌主要是链霉菌属。放线菌是我们从生产肥料的有机物中选择的目标菌种之一。
[0030] 菌株的筛选和联合菌群的应用,是许多科学家正在致力的工作。联合菌群的应用是一个比较复杂的问题,不能简单地认为,微生物的复合(或联合)就是好多菌混合发酵,或是简单的发酵后混合、组合。新菌种的选育、改造和重组,单一功能向多功能发展(如肥药合一),与营养元素或有机物的合理复合等。生物技术的发展给菌株的重组、改造提供了基础和可能。发明人经实践生产、摸索发现,从生产肥料的有机物中选择含量最高以上六种细菌,只要相互之间不发生拮抗,就能发挥很好的肥效,达到改善土壤的目的。
[0031] 本活性有机菌肥中的复合微生物菌群发酵液中含有包括芽孢杆菌、溶钾菌(如丝状真菌)等,这些菌群通过产生各种酶类或酸类,从而达到分解无机磷化物和无机钾盐(如磷酸钙、碳酸钾),达到释放磷素的目的。此外,在复合菌群作用于草木灰原料时,钾及微量元素阳离子也被释放出来,以键桥形式恢复团粒结构,达到消除土壤板结的目的。复合微生物菌群发酵液中还有多种以CO2、碳酸盐为唯一或主要碳源的自养菌(如光合细菌),在这些自养菌的自身生物降解以及菌群分泌物的催化作用下,原始灰分中的水溶性无机盐经过一系列生物降解化合反应,形成了 K4[Fe(CN)6]等大分子多酸型络合物、多齿配位体和各种螯合物。这些大分子结构的形成,一举消除了原始灰肥肥效短、易流失、容易造成水污染等诸多弊病。此外,复合微生物菌群发酵液的菌群基液是一种复杂的酸性化合物,这种酸性化合物恰好可以改良原始灰分的强碱性,极大的扩展了草木灰的应用范围。另外,秸杆灰分可以大量吸附复合微生物菌群发酵液中的活菌,给这些有益微生物提供无数的容身之所。灰分中大量的无机盐对微生物菌群的培养作用也尤为重要,主要体现在:构成细胞的组成成分;作为酶的组成成分;维持酶的活性;调节细胞的渗透压、氢离子浓度和氧化还原电位;作为某些自养菌的能源。由此可见,复合菌体通过降解灰分中的养分得以繁殖生长,同时产生大量有益于作物生长的大分子化合物,达到一种双赢的效果。
[0032] 上述活性有机菌肥的制备方法,包括如下步骤:
[0033] A)在上述原料的混合物中加入菌种液,充分搅拌,混合均匀;
[0034] B)对混合物进行堆放,保持温度为65_75°C,含水量为67-70%,pH值为8.0-9.0,每2-4天翻垛一次,视腐熟程度确定翻垛次数,当垛内含水量稳定在10%-20%,温度稳定在45-500C、pH值降到6.5-6.9时,有益活菌数为0.20-0.65亿株/克时,腐熟过程完成;
[0035] C)将上述混合物进行干燥即获得成品。
[0036] 进一步,所述的干燥为烘干,所述烘干为多次烘干,烘干的温度控制在40_60°C ;优选两次烘干,第一次烘干的温度控制在55-60°C,第二次烘干温度控制在45-55°C。
[0037] 进一步,所述的干燥为喷雾干燥或喷浆造粒;优选喷浆造粒,所述料浆优选采用味精或氨基酸生产过程中产生的造粒用粘合剂,其有机质含量为28%_32%、氮磷钾含量约13%-16%、固形物 45%-55%。
[0038]进一步,所述的造粒为滚筒造粒,在滚筒造粒机中喷射经过加热具有一定粘度的料浆,使活性有机菌肥加热至40-50°C,通过滚筒不停转动和料浆的粘合作用使活性有机菌肥呈球状。所述浆料优选采用味精或氨基酸生产过程中产生的废弃物,实际上是一种造粒用粘合剂,其有机质含量为28%-32%、氮磷钾含量约13%-16%、固形物45%_55%。
[0039] 进一步,步骤B)中所述翻垛的同时,进行温度、含水量、pH值、微生物量等指标的测定,根据含水量的情况补充原料或水。[0040] 进一步,所述的菌种液的制备过程为:
[0041] A)菌种选择:从制造有机肥的原料中选取若干样品,从上述样品中分离出芽孢杆菌、酵母菌、丝状真菌、光合细菌、乳酸菌株、放线菌菌株若干株;
[0042] 通过统计分析,筛选上述菌株,在每个菌种中确定出效能最高的菌株作为核心菌种;在室内培养条件下,将不同菌种两两在同一培养皿中培养,观察之间有无拮抗现象,若发现拮抗现象,则从其同一类中另外选择菌株培养;通过比较观察试验,在芽孢杆菌、酵母菌和丝状真菌各选一种与其它菌种不拮抗生物菌种作为必选菌种;在光合细菌菌株、乳酸菌菌株、放线菌菌株各选一种与其它菌种不拮抗生物菌种作为可选菌种;
[0043] B)确定菌种最佳接种量和原料配比:按照牛肉膏1.1 % -2.0 %、蛋白胨
1.1%-2.0%,氯化钠0.55 % -0.65 %、琼脂2 % -3 %,其余为水的基本量,制作基本培养基,基本培养基的pH值控制在6-8.5 ;在基本培养基中接入上述三种必选菌种和可选菌种的一种或多种,放入摇床,装液量为培养容器体积的20% -50%,摇床转速为160-190转/分钟;按照菌种接种量、培养基中的每一种物质设置基本量增加10%、增加20%、减少10%和减少20%共4个级别,改变培养基各成分的组成;观察各菌株生长情况,确定培养基中各组分适合的比例,制作出选择性培养基;
[0044] C)斜面菌种制备:在选择性培养基中分别接入上述菌种,置于28°C恒温箱培养72h,之后直于冰箱内保存,备用;
[0045] D)克氏瓶菌种制备:取克氏瓶若干个,分别装入选择性培养基,灭菌后每个克氏瓶中接入一种斜面菌种,置于36-45°C恒温箱内培养72h,备用;
[0046] E)菌种悬浮液制备:将上述克氏瓶中的菌种在无菌条件下加入250mL无菌水,制成悬浮液;将克氏瓶中悬浮液倒入无菌的减压瓶内,包扎后即为菌种悬浮液;
[0047] F) 一级种子液制备:在减压瓶中将上述悬浮液接入灭菌的一级种子液中,在36-45°C下发酵20h,通气量与液体体积比值为0.5-1.0,搅拌速度为150-250转/分;所述一级种子液中选择性培养基的重量比为50% -60%,其余为上述各种菌种悬浮液;
[0048] G)有机菌液制备:在发酵罐中注入选择性培养基,将上述种子液按照占选择性培养基重量10% -12%的比例接入发酵罐,在36-45°C下培养72h,通气量与液体体积比值为0.5-1.0,搅拌速度为150-250转/分;当含菌量达到活菌数50亿株/mL以上,即为有机菌液。
[0049] 进一步,在步骤F与步骤G之间还包括二级种子液制备的步骤,所述二级种子液制备的步骤为,在选择性培养基中选择性地加入0.3-0.5%的淀粉、0.5% -0.7%的蔗糖、0.3%的磷酸氢二钾、0.16% -0.20%的磷酸二氢钾、4.0% -5.0 %的豆柏、10%的锯末后注入发酵罐;接种选择性培养基重量比为2% -5%的一级种子液;温度控制在36-45°C,搅拌转速150-180转/分,通气量与液体体积比值为0.5-1.0,发酵24小时后制成二级种子液。
[0050] 进一步,所述步骤F中,在减压瓶芽孢杆菌、酵母菌和丝状真菌的菌种悬浮液接入量分别占总菌种悬浮液接入量的30% -50%U5% -25%U5% -25%。这样有利于必选菌种优势发育。
[0051] 进一步,所述步骤F中,在减压瓶中接入悬浮液时,先接入必选菌种的悬浮液,培养一段时间后再接入可选菌种的悬浮液。这样有利于必选菌种优先发育。
[0052] 应用本发明方法,不仅可以消耗大量废弃的含有有机质的工农业废弃物,减少了环境污染,还可以在农作物栽培和城市绿化过程中,解决由于连年使用化肥,造成土壤板结、肥效日减,污染环境的问题,为农业生产提供新的肥源。对于中国这样的农业大国,肥料有着巨大的市场,其应用可以逐步改变农业用地有机质含量低、土壤肥力差的不良状况。本发明工艺路线成熟,一次性投资少,符合国家变废为宝的产业政策。
具体实施方式
[0053] 实施例1。
[0054] 从要生产肥料的糠醛渣、草木灰采集含有特定微生物的有机物质样品100个,分离出芽孢杆菌56株、酵母菌132株、光合菌27株、放线菌18株、乳酸菌23株、丝状真菌18株。通过统计分析,从各类菌种中确定16株优良的菌株。对16种备选菌株按照芽孢杆菌、酵母菌、放线菌和丝状真菌、光合菌和乳酸菌进行归类,首先在每一类中选择出效能最高的菌株作为核心菌种。在室内培养条件下,将不同菌种两两在同一培养皿中培养,观察之间有无拮抗现象,若发现拮抗现象,则从其同一类中另外选择菌株培养。通过比较观察试验,确定芽孢杆菌、酵母菌和丝状真菌为生物发酵剂的基本组成菌种,另外I株光合菌菌株、I株乳酸菌菌株和I株放线菌菌株为产品的组成菌种,产品共含6个菌种。
[0055] 在实验室模 拟工厂生产发酵过程,对影响发酵的各因素逐一进行试验,确定适合每种有益微生物的最适培养条件。按照牛肉膏1.1% -2.0%、蛋白胨1.1% -2.0%、氯化钠0.55 % -0.65 %、琼脂2 % -3 %,其余为水的基本量,制作基本培养基,基本培养基的pH值控制在6-8.5 ;在基本培养基中接入上述三种必选菌种和可选菌种的一种或多种,放入摇床,装液量为培养容器体积的20% -50%,摇床转速为160-190转/分钟;按照菌种接种量、培养基中的每一种物质设置基本量增加10%、增加20%、减少10%和减少20%共4个级别,改变培养基各成分的组成;观察各菌株生长情况,确定培养基中各组分适合的比例,制作出选择性培养基。正常情况下,芽孢杆菌在20-50°C范围内均能正常生长,酵母菌的生长温度范围在10-50°C,放线菌和丝状真菌的生长温度在20-70°C。也可以在各生长温度范围内缩小温度梯度试验,确定其最佳培育温度。
[0056] 斜面菌种制备。在选择性培养基中分别接入上述菌种,置于28°C恒温箱培养72h,之后置于冰箱内保存,备用;
[0057] 克氏瓶菌种制备:取克氏瓶若干个,分别装入选择性培养基,灭菌后每个克氏瓶中接入一种斜面菌种,置于36-45°C恒温箱内培养72h,备用。
[0058] 菌种悬浮液制备:将上述克氏瓶中的菌种在无菌条件下加入250mL无菌水,制成悬浮液;将克氏瓶中悬浮液倒入无菌的减压瓶内,包扎后即为菌种悬浮液。
[0059] 一级种子液制备:在减压瓶中将上述悬浮液接入灭菌的一级种子液中,在36-45°C下发酵20h,通气量与液体体积比值为0.5-1.0,搅拌速度为150-250转/分;所述一级种子液中选择性培养基的重量比为50% _60%,其余为上述各种菌种悬浮液。
[0060] 有机菌液制备:在发酵罐中注入选择性培养基,将上述种子液按照占选择性培养基重量10 % -12 %的比例接入发酵罐,在36-45°C下培养72h,通气量与液体体积比值为
0.5-1.0,搅拌速度为150-250转/分;当含菌量达到活菌数50亿株/mL以上,即为菌种液。
[0061] 测量生产原料例如草木灰、糠醛渣中有机质的含量,估算混合物中含重量比为20%的有机质时所需要的原料数量,估算全氮、全磷、全钾的按照混合物干重比例16%时所需要的无机肥料的数量后将其加入混合物,按照体积比1/35的量向混合物中加入菌种液(也可根据菌种液每毫升活菌数、肥料量来估算加入量,以有益菌的含量为15亿株/kg为宜),充分搅拌,混合均匀后。对混合物进行堆放,堆放要求宽4m,高2m。保持温度为65-75 °C,含水量为67% -70%,pH值为8.0-9.0。每3天翻垛一次,检测微生物含量、pH值、温度、含水量、有机质含量等指标,视实际情况向混合物中加入水、菌种液、糠醛渣、草木灰,视腐熟程度或垛内温度确定翻垛次数。当垛内含水量稳定在10-20%,温度稳定在45-50°C、PH降到
6.5-6.9时,活性菌含量达到0.60-0.65亿株/克时,腐熟过程完成,得到活性有机菌肥。此时,混合物伴有泥土气温,臭味消除。对所述混合物进行喷浆造粒,所述料浆采用味精或氨基酸生产过程中产生的废弃物,该废弃物是一种造粒用粘合剂,其有机质含量为28-32%、氮磷钾含量约13-16%、固形物45-55%。筛分后,得到的活性有机菌肥粒度为3_5mm。
[0062] 得到的活性有机菌肥制的产品,经检测,产品指标达到相关标准的要求,有些指标远远优于标准。产品指标检测情况见下表:
[0063]
Figure CN102992827BD00111
[0064] 实施例2。
[0065] 从生产肥料的活性污泥、畜禽粪便、草木灰、农作物秸杆中采集含有特定微生物的有机物质样品100个,分离出芽孢杆菌52株、酵母菌112株、光合菌26株、放线菌20株、乳酸菌25株、丝状真菌20株。通过统计分析,从各类菌种中确定24株优良的菌株。对24种备选菌株按照芽孢杆菌、酵母菌、放线菌和丝状真菌、光合菌和乳酸菌进行归类,首先在每一类中选择出效能最高的菌株作为核心菌种。在室内培养条件下,将不同菌种两两在同一培养皿中培养,观察之间有无拮抗现象,若发现拮抗现象,则从其同一类中另外选择菌株培养。通过比较观察试验,确定芽孢杆菌、酵母菌和丝状真菌为生物发酵剂的基本组成菌种,另外I株光合菌菌株、I株乳酸菌菌株,产品共含5个菌种。
[0066] 在实验室模拟工厂生产发酵过程,对影响发酵的各因素逐一进行试验,确定适合每种有益微生物的最适培养条件。可以利用高代谢通量分析技术筛选高效微生物菌剂,采用正交试验和响应面法确定菌种最佳接种量和原料配比,具体做法是:按照牛肉膏
1.1% -2.0%、蛋白胨1.1% -2.0%、氯化钠% 0.55-0.65%、琼脂2% _3%,其余为水的基本量,制作基本培养基,基本培养基的PH值控制在6-8.5 ;在基本培养基中接入上述三种必选菌种和可选菌种的一种或多种,放入摇床,装液量为培养容器体积的20-50%,摇床转速为160-190转/分钟;按照菌种接种量、培养基中的每一种物质设置基本量增加10%、增加20%、减少10%和减少20%共4个级别,改变培养基各成分的组成;观察各菌株生长情况,确定培养基中各组分适合的比例,制作出选择性培养基。正常情况下,芽孢杆菌在20-50°C范围内均能正常生长,酵母菌的生长温度范围在10-50°C,放线菌和丝状真菌的生长温度在20-70°C。也可以在各生长温度范围内缩小温度梯度试验,确定其最佳培育温度。高代谢通量分析技术是指是用计量矩阵模型表示拟稳态假设下胞内反应的一种定量分析方法。它假定一定时间内,胞内中间代谢产物的浓度不变,根据代谢途径中各反应的计量关系以及实验中测得的底物消耗速率或者产物生成速率,基于质量平衡以及可能的能量平衡来确定未知的反应速率,进而确定代谢网络的通量分配图。代谢通量分析不仅精确的定量描述代谢特性,还可以提供一些菌体生理方面更深入的一些信息。通过比较代谢通量的变化,我们就可以对遗传和环境扰动的影响给予充分的评价,并能对特定途径和反应的重要性进行准确的描述。正交试验又叫正交试验设计(Orthogonal experimental design)是研究多因素多水平的又一种设计方法,它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验,这些有代表性的点具备了“均匀分散,齐整可比”的特点,正交试验设计是分式析因设计的主要方法。是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。日本著名的统计学家田口玄一将正交试验选择的水平组合列成表格,称为正交表。响应面是指通过一系列确定性实验,用多项式函数来近似隐式极限状态函数。通过合理地选取试验点和迭代策略,来保证多项式函数能够在失效概率上收敛于真实的隐式极限状态函数的失效概率。
[0067] 斜面菌种制备。在选择性培养基中分别接入上述菌种,置于28°C恒温箱培养72h,之后置于冰箱内保存,备用;
[0068] 克氏瓶菌种制备:取克氏瓶若干个,分别装入选择性培养基,灭菌后每个克氏瓶中接入一种斜面菌种,置于36_45°C恒温箱内培养72h。
[0069] 菌种悬浮液制备:将上述克氏瓶中的菌种在无菌条件下加入250mL无菌水,制成悬浮液;将克氏瓶中悬浮液倒入无菌的减压瓶内,包扎后即为菌种悬浮液。在减压瓶芽孢杆菌、酵母菌和丝状真菌的菌种悬浮液接入量分别占总菌种悬浮液接入量的30% -50%,15% -25%、15% -25%。接入菌种是先接入芽孢杆菌、酵母菌和丝状真菌的菌种悬浮液,培养8小时以后再接入其他菌种的悬浮液。[0070] —级种子液制备:在减压瓶中将上述悬浮液接入灭囷的一级种子液中,在36-45°C下发酵20h,通气量与液体体积比值为0.5-1.0,搅拌速度为150-250转/分;所述一级种子液中选择性培养基的重量比为50% _60%,其余为上述各种菌种悬浮液。
[0071] 二级种子液制备:在选择性培养基中选择性地加入0.3% -0.5%的淀粉、0.5% -0.7%的蔗糖、0.3%的磷酸氢二钾、0.16% -0.20 %的磷酸二氢钾、4.0 % -5.0%的豆柏、10%的锯末后注入发酵罐;接种选择性培养基重量比为2% -5%的一级种子液;温度控制在36-45°C,搅拌转速150-180转/分,通气量与液体体积比值为0.5-1.0,发酵24小时后制成二级种子液。增加二级种子液步骤是为了更好地扩繁菌种。
[0072] 有机菌液制备:在发酵罐中注入选择性培养基,将上述种子液按照占选择性培养基重量10% -12%的比例接入发酵罐,在36-45°C下培养72h,通气量与液体体积比值为
0.5-1.0,搅拌速度为150-250转/分;当含菌量达到活菌数50亿株/mL以上,即为菌种液。
[0073] 测量生产原料例如草木灰、糠醛渣中有机质的含量,估算混合物中含重量比为20%的有机质时需要的原料数量,估算全氮、全磷、全钾的按照混合物干重比例30%时所需要的无机肥料的数量后将其加入混合物,按照体积比1/30的量向混合物中加入菌种液,充分搅拌,混合均匀后。对混合物进行堆放,堆放要求宽4m,高2m。保持温度为65_75°C,含水量为67-70%,pH值为8.0-9.0。每2天翻垛一次,检测微生物含量、pH值、温度、含水量、有机质含量等指标,视是实际情况向混合物中加入水、菌种液、糠醛渣、草木灰,视腐熟程度或垛内温度确定翻垛次数。当垛内含水量稳定在10%-20%,温度稳定在45-50°C、PH降到6.5-6.9时,活性菌含量达到0.60-0.65亿株/克时,腐熟过程完成,得到活性有机菌肥。此时,混合物伴有泥土气温,臭味消除。 [0074] 对混合物进行滚筒造粒,在滚筒造粒机中经过加热的料将使活性有机菌肥加热至40-50度,通过滚筒不停转动使活性有机菌肥呈球状,得到的活性有机菌肥粒度2-4.5mm,即实际产品中为2-4.5mm的质量分数≥80%,硬度为6-30N。
[0075] 实施例3。发酵工艺与实施例2相同。腐熟过程完成后,对混合物进行烘干,所述烘干为多次烘干,烘干的温度控制在40-60°C ;优选两次烘干,第一次烘干的温度控制在55-60°C,第二次烘干为度控制在45-55°C。烘干完成后,过60目筛。最终得到粉末状的活性有机菌肥。

Claims (4)

1.一种活性有机菌肥的制备方法,该活性有机菌肥以草木灰、富含有机质的工农业废弃物、无机肥料为原料,通过接种从上述原料中选育的菌种后经过一次性连续发酵、造粒、干燥、筛分制得,具体包括如下步骤: A)在上述原料的混合物中加入菌种液,充分搅拌,混合均匀; B)对混合物进行堆放,保持温度为65-75 °C,含水量为67-70%,pH值为8.0-9.0,每2-4天翻垛一次,视腐熟程度确定翻垛次数,当垛内含水量稳定在10%-20%,温度稳定在45-500C、pH值降到6.5-6.9时,有益活菌数为0.20-0.65亿株/克时,腐熟过程完成; C)将上述混合物进行干燥即获得成品, 其特征在于:所述的菌种液的制备过程为: A)菌种选择:从制造有机肥的原料中选取若干样品,从上述样品中分离出芽孢杆菌、酵母菌、丝状真菌、光合细菌、乳酸菌株、放线菌菌株若干株; 通过统计分析,筛选上述菌株,在每个菌种中确定出效能最高的菌株作为核心菌种;在室内培养条件下,将不同菌种两两在同一培养皿中培养,观察之间有无拮抗现象,若发现拮抗现象,则从其同一类中另外选择菌株培养;通过比较观察试验,在芽孢杆菌、酵母菌和丝状真菌各选一种与其它菌种不拮抗生物菌种作为必选菌种;在光合细菌菌株、乳酸菌菌株、放线菌菌株各选一种与其它菌种不拮抗生物菌种作为可选菌种; B)确定菌种最佳接种量和原料配比:按照牛肉膏1.1% -2.0%、蛋白胨1.1% -2.0%,氯化钠0.55% -0.65%、琼脂2% _3%,其余为水的基本量,制作基本培养基,基本培养基的pH值控制在6-8.5 ;在基本培养基中接入上述三种必选菌种和可选菌种的一种或多种,放入摇床,装液量为培养容器体积的20% -50%,摇床转速为160-190转/分钟;按照菌种接种量、培养基中的每一种物质设置基本量增加10%、增加20%、减少10%和减少20%共4个级别,改变培养基各成分的组成;观察各菌株生长情况,确定培养基中各组分适合的比例,制作出选择性培养基; C)斜面菌种制备:在选择性培养基中分别接入上述菌种,置于28°C恒温箱培养72h,之后置于冰箱内保存,备用; D)克氏瓶菌种制备:取克氏瓶若干个,分别装入选择性培养基,灭菌后每个克氏瓶中接入一种斜面菌种,置于36-45°C恒温箱内培养72h,备用; E)菌种悬浮液制备:将上述克氏瓶中的菌种在无菌条件下加入250mL无菌水,制成悬浮液;将克氏瓶中悬浮液倒入无菌的减压瓶内,包扎后即为菌种悬浮液; F) 一级种子液制备:在减压瓶中将上述悬浮液接入灭菌的一级种子液中,在36-45°C下发酵20h,通气量与液体体积比值为0.5-1.0,搅拌速度为150-250转/分;所述一级种子液中选择性培养基的重量比为50% _60%,其余为上述各种菌种悬浮液; G)有机菌液制备:在发酵罐中注入选择性培养基,将上述种子液按照占选择性培养基重量10 % -12 %的比例接入发酵罐,在36-45°C下培养72h,通气量与液体体积比值为0.5-1.0,搅拌速度为150-250转/分;当含菌量达到活菌数50亿株/mL以上,即为有机菌液。
2.如权利要求1所述的一种活性有机菌肥的制备方法,其特征在于:在步骤F与步骤G之间还包括二级种子液制备的步骤,所述二级种子液制备的步骤为,在选择性培养基中选择性地加入0.3% -0.5%的淀粉、0.5% -0.7%的蔗糖、0.3%的磷酸氢二钾、.0.16% -0.20%的磷酸二氢钾、4.0% -5.0 %的豆柏、10%的锯末后注入发酵罐;接种选择性培养基重量比为2% -5%的一级种子液;温度控制在36-45°C,搅拌转速150-180转/分,通气量与液体体积比值为0.5-1.0,发酵24小时后制成二级种子液。
3.如权利要求1所述的一种活性有机菌肥的制备方法,其特征在于:所述步骤F中,在减压瓶芽孢杆菌、酵母菌和丝状真菌的菌种悬浮液接入量分别占总菌种悬浮液接入量的.30% -50%U5% -25%,15% -25%。
4.如权利要求1所述的一种活性有机菌肥的制备方法,其特征在于:所述步骤F中,在减压瓶中接入悬浮液时,先接入必选菌种的悬浮液,培养一段时间后再接入可选菌种的悬浮 液。
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