CN103087968A - 一种有机肥料的生产技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有机肥料的生产技术，具体提供了菌剂，其包括放线菌、酵母、芽胞杆菌、乳杆菌和光合细菌，能用于生产肥料，尤其是联合蚯蚓生产蚯蚓菌肥。另外，本发明还提供了生产的蚯蚓菌肥等。

Description

一种有机肥料的生产技术

技术领域

本发明属于微生物发酵技术领域，涉及有机肥料的生产技术，具体而言，本发明涉及蚯蚓菌肥及其中所使用的菌剂，该菌剂对牛粪进行发酵的稳定性和适应性俱佳，产生的蚯蚓菌肥能显著改善土壤肥力，疏松土壤。

背景技术

化肥的使用甚至滥用，导致土地板结、土壤肥力退化等一系列严重的问题。因此，目前发展有机肥料，减少或完全替代化肥使用，成为当前肥料领域的热点，有大量的专利和非专利文献报导通过微生物将动物粪便发酵形成肥料。

但是，目前肥料领域中，既使用微生物菌种进行发酵，又使用蚯蚓进行疏松和代谢处理的蚯蚓菌肥，则研究得较少，尤其是菌种对基料的适用性和稳定性等研究得很少。例如，中国专利200510018384公开了茶树栽培中使用了添加了蚯蚓和菌剂的有机茶专用肥，其中基料以菜籽饼、稻草和磷矿粉为主，添加的菌种以固氮菌、根瘤菌为主。

即使算上废弃物处理和养殖等领域的报道，相应研究也不多。如，中国专利200510090096公开了以陈旧生活垃圾为原料生产活性营养肥的方法，其先使用菌剂处理，然后再加入蚯蚓进行疏松和代谢，其中添加的菌种以固氮菌为主；而中国专利201010119931公开了养殖蚯蚓的牛粪基料的制备方法，其是用来源不甚清楚的EM活性菌对牛粪进行处理，然后再加入蚯蚓进行养殖。

然而，在肥料大规模生产中，菌剂对牛粪等基料的适应性和发酵稳定性不足。由于牛粪等发酵的基料的来源不同、批次不同，其碳氮含量、pH值、元素含量等的都存在着一定差异，而且在大规模生产中，也难以直接控制基料的质量。

为此，本发明人经过长期而艰苦的努力，令人惊讶地研究出了配比稳定、菌种数量合理的菌剂，其开创性地去除了现有技术的菌剂需要固氮菌的要求，各菌种之间不会产生拮抗，因此生产过程也简便；结合前期用蚯蚓对新鲜牛粪的处理，该菌剂对于来源不同、批次不同的牛粪基料有良好的适应性，生产的蚯蚓菌肥质量稳定，适合于商品化；另外，制备蚯蚓菌肥的全过程可以把前后期分离，前期适合在农家自行处理，后期适合在工场短期处理，取各方的生产优势，提高生产效率，并且适于推广。

发明内容

本发明的目的在于提供新的用于生产肥料的菌剂，其对牛粪进行发酵的稳定性和适应性俱佳，可以联合蚯蚓产生蚯蚓菌肥。另外，本发明还的目的还在于提供新的蚯蚓菌肥以及相关应用和方法等。

具体而言，在第一方面，本发明提供了用于生产肥料的菌剂，其包括放线菌、酵母、芽胞杆菌、乳杆菌和光合细菌。在本文中，如没有相反的指示，各种菌均指的是可以繁殖代谢的活菌。在本发明的具体实施方式中，菌剂中的基料经过灭菌处理。因此优选本发明的第一方面的菌剂中的活菌由放线菌、酵母、芽胞杆菌、乳杆菌和光合细菌组成。

微生物菌种数量众多，但是共生时能否形成稳定的活菌配比，则难以预料。本发明人经过艰苦的努力，从大量微生物中选择出以上5种，它们不但对各批次的牛粪的适应性好，能够稳定发酵生产蚯蚓菌肥，而且互相没有拮抗，能形成稳定的配比。具体的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的模式种或常见的菌种，如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）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，优选在本发明的第一方面的菌剂中，放线菌是嗜盐放线多孢放线菌（Actinopolyspora halophila），酵母是酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae），芽孢杆菌是枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis），乳杆菌是嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus），和/或光合细菌是类球红细菌（Rhodobacter sphaeroides）。

也优选在本发明的第一方面的菌剂中，菌种配比是稳定的。在本文中，（配比）“稳定”具有微生物学领域的技术人员所能认可的稳定程度，即数量级程度的稳定。例如，优选其中放线菌、酵母、芽胞杆菌、乳杆菌和光合细菌的活菌数量比为0.5~5：20~120：300~1200：100~500：10~80；更优选其中放线菌、酵母、芽胞杆菌、乳杆菌和光合细菌的活菌数量比为1~2：40~100：400~1000：150~400：20~50。在本发明的具体实施方式，放线菌、酵母、芽胞杆菌、乳杆菌和光合细菌的活菌数量比为1.3~1.4：53~93：510~880：200~340：35~42。

优选在本发明的第一方面的菌剂还包括基料。所述基质可以是灭菌处理过的。在本文中，“基料”具有本领域技术人员所熟知的含义，指的是既具有生物培养的培养基功能，又具有填充料功能的物质。优选所述基料选自植物纤维、动物粪便和蛋白质添加剂中的一种或多种，在本发明的具体实施方式中，产生菌剂的基料包括植物纤维、动物粪便和蛋白质添加剂。其中，植物纤维、动物粪便和蛋白质添加剂的重量比可以是0.5~1.5：2~3：1~2，优选是0.8~1.2：2.3~2.8：1.3~1.8。

进一步优选其中，所述植物纤维选自木屑、稻壳、稻糠和秸秆中的一种或多种，如可以是秸秆。

进一步优选其中，所述动物粪便选自牛粪、猪粪和鸡粪中的一种或多种，在本发明的具体实施方式中，动物粪便是牛粪。本发明的菌剂对牛粪的适应性和稳定性最佳。

也进一步优选其中，所述蛋白质添加剂选自鱼粉、大豆粉和单细胞蛋白中的一种或多种。在生产蚯蚓菌肥的基料中，可以不包括蛋白质添加剂。

微生物在基料中可以增殖代谢。因而，进一步优选本发明的第一方面的菌剂是通过放线菌、酵母、芽胞杆菌、乳杆菌和光合细菌与基料混合发酵而成的。

在第二方面，本发明提供了蚯蚓菌肥，其由如下方法制备而成：

（1）混合植物纤维、动物粪便和蚯蚓，使得蚯蚓在其中繁殖1~10个月，优选为2~6个月；

（2）加水提高步骤（1）得到的蚯蚓处理产物的含水率（优选提高至55~65%（W/W）），然后与本发明的第一方面的菌剂混合；并且

（3）使步骤（2）得到的混合物发酵，待升温后保持温度于45~70℃发酵5~30天，优选保持温度于50~65℃发酵8~20天。

       在本文中，蚯蚓菌肥指的是经过蚯蚓和微生物菌种处理过的肥料。本发明人发现，蚯蚓的繁殖和代谢，尤其是蚯蚓粪的积累，使得不同来源和批次的动物粪便的检测指标有趋同的趋势，因此使得在后的菌剂（特别是本发明的第一方面的菌剂）发酵步骤能够更稳定、高效地进行。所以，本发明人采用与现有技术相反的过程，即，先用蚯蚓处理，再用菌剂处理。蚯蚓和本发明的第一方面的菌剂的组合特别适用于处理牛粪。因而优选在本发明的第二方面的蚯蚓菌肥中，所述动物粪便是牛粪。在本发明的具体实施方式中，所述动物粪便是未经腐熟的牛粪，即可以采用新鲜的牛粪，这更加方便了处理。其中，植物纤维和牛粪的重量比可以是1~3：6~10，优选是1.5~2.5：7~9。

       在本文中，如果没有相反的指示，蚯蚓是能够繁殖和代谢的活蚯蚓。蚯蚓种类很多，在动物粪便中的繁殖和代谢速度有所差异，但是总的来说只要给予足够的时间，都能实施上述步骤（1）。另外控制蚯蚓投料量和植物纤维、动物粪便的比例，繁殖和代谢速度慢的，投入的蚯蚓量可以多一些，速度快的，投入的蚯蚓量可以少一些，也能控制上述步骤（1）的实施速度。一般对于1吨植物纤维和动物粪便的混合物中，蚯蚓的投入量为100~10000条，优选为500~5000条，更优选为1000~3000条。在本发明的具体实施方式中，所述蚯蚓是赤子爱胜蚓（Eisenia foetida）。

       本发明的第二方面的蚯蚓菌肥可以单独施用，也可与化肥或农家肥混合使用或间隔施用。施用的方式可以作为底肥，也可以作为追肥施用。施用量根据作物、农田的具体情况确定，通常水稻等大田作物和露地蔬菜等每亩100~150k；而大棚瓜果等可以根据品种的不同，每亩150~300kg。

在第三方面，本发明提供了本发明第二方面的蚯蚓菌肥的制备方法，其包括本发明第二方面中记载的方法步骤，即本发明的第三方面的方法包括：

（1）混合植物纤维、动物粪便和蚯蚓，使得蚯蚓在其中繁殖1~10个月，优选为2~6个月；

（2）加水提高步骤（1）得到的蚯蚓处理产物的含水率（优选提高至55~65%（W/W）），然后与本发明的第一方面的菌剂混合；并且

（3）使步骤（2）得到的混合物发酵，待升温后保持温度于45~70℃发酵5~30天，优选保持温度于50~65℃发酵8~20天。

       本发明的第三方面的方法的步骤（1）适合在农家进行，尽管蚯蚓直接处理未经腐熟的牛粪的过程有时会比较长，但是对于农家来说，只需围出多余的空地，随时把收集到的牛粪和植物纤维加入进去即可，所以时间长并不是特别的缺点。而且期间，农民可以收集蚯蚓，作为各类蚯蚓制品的原料，增加收入。

       本发明的第三方面的方法的步骤（2）和（3）可以在专门的工场进行，将收集来的步骤（1）得到的蚯蚓处理产物进行大量处理。

       在第四方面，本发明提供了本发明的第一方面的菌剂在制备肥料中的应用。其中，优选所述肥料是蚯蚓菌肥，更优选所述肥料是本发明的第二方面的蚯蚓菌肥。

       在第五方面，本发明提供了蚯蚓和本发明的第一方面的菌剂联合在制备蚯蚓菌肥中的应用。其中，优选所述蚯蚓菌肥是本发明的第二方面的蚯蚓菌肥。

 

       本发明取得的有益效果在于，对牛粪进行发酵的稳定性和适应性俱佳，产生的蚯蚓菌肥能显著改善土壤肥力，疏松土壤，而且生产过程简单、方便、成本低，并能为农民带来蚯蚓等副产品。

 

       为了便于理解，以下将通过具体的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。

 

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 Determinative Bacteriology》等微生物书籍或实验手册。

 

实施例1 菌剂的生产

使用可购自中国普通微生物菌种保藏管理中心（CGMCC）的如下菌种来配制菌剂：（1）放线菌采用嗜盐放线多孢放线菌（Actinopolyspora halophila），CGMCC编号4.1219；（2）酵母采用酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae），CGMCC编号2.2077；（3）芽孢杆菌采用枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis），CGMCC编号1.1398；（4）乳杆菌采用嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus），CGMCC编号1.1878；和，（5）光合细菌采用类球红细菌（Rhodobacter sphaeroides），CGMCC编号1.2183。以上菌种各自根据CGMCC的菌种培养条件培养增殖，然后等比例接种于经过高温灭菌处理的1kg秸秆粉、1.5kg鱼粉和2.5kg牛粪的混合基料中，混合均匀后，于31℃下放置发酵12天，期间每天充分搅动基料一次，至第六天，基料中已经没有明显异味，待发酵结束，低温干燥使之含水量不大于22.5%，并粉碎成颗粒，即得菌剂。

取不同生产批次的菌剂，培养鉴定其中各菌种的存活性及其数量。结果如表1所示，表明上述各种菌种均能在菌剂中存活，存活数量高且不同批次间菌数基本稳定，都处于同一个数量级，没有拮抗现象产生，因此各种菌都能在肥料生产中发挥相应作用。

表1 不同批次菌剂中菌种的存活数量（个/g菌剂）

实施例2 有机肥料的生产

取8吨新鲜牛粪（不必粉碎）和2吨经粉碎后的秸秆（长度不大于1.5cm）混合形成基料，不经过腐熟过程而直接加入蚯蚓（采用赤子爱胜蚓（Eisenia foetida）），加入量为2000条/吨基料粉碎，然后翻动基料使得基料与蚯蚓混合。然后于室温、避雨、有围墙的开放环境中放置，从放置的第二天起，每隔一天对基料翻动一次，共翻动3次，如此放置2~6个月，至基料中蚯蚓数量超过50000条/吨时，蚯蚓处理完毕。

将蚯蚓处理过的基料（可以不必回收蚯蚓）添加水分至含水率为60%（W/W），加入10kg实施例1获得的菌剂，混合均匀，进行肥堆发酵。肥堆放置期间随着发酵过程，肥堆会升温，当肥堆内部的温度上升到60℃时，翻动肥堆以散热，使肥堆的温度保持在50~60℃12天（期间可以收集逃逸的蚯蚓以便重复利用），肥堆呈现疏松的团粒结构，没有令人讨厌的气味，将肥堆产物在75℃下干燥并造粒（其中完全杀死成活的蚯蚓，使得菌肥颗粒稳定），即得到蚯蚓菌肥颗粒。不同批次的蚯蚓菌肥的有机质含量（干基）>55%，总氮(以N计，干基)>4.5%，总磷(以P₂O₅计，干基)>5.5 %，总钾(以K₂O计，干基)>3.5%，并符合标准NY884-2002的各项生物肥料的检验指标。

 

实施例3 蚯蚓菌施的效果

用实施例2得到的蚯蚓菌肥作为底肥和追肥施用，自2010年起施用于成都郊区的水稻产区，其中每亩施用100-150kg，以施用等氮量的复合化肥的作为对照，相对于对照的增产率在2010年为1.2%，2011年为1.8%，2012年为2.7%，期间没有土地板结现象出现，而到2012年采用复合化肥的土质明显有所退化，加之逐年增产率的提高，表明本发明的蚯蚓菌肥对土质改造也有效果。

Claims (10)

1.用于生产肥料的菌剂，其包括放线菌、酵母、芽胞杆菌、乳杆菌和光合细菌，

优选其中放线菌是嗜盐放线多孢放线菌（Actinopolyspora halophila），酵母是酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae），芽孢杆菌是枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis），乳杆菌是嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus），和/或光合细菌是类球红细菌（Rhodobacter sphaeroides）。

2.权利要求1所述的菌剂，其中菌种配比是稳定的，

优选其中放线菌、酵母、芽胞杆菌、乳杆菌和光合细菌的活菌数量比为0.5~5：20~120：300~1200：100~500：10~80，

更优选其中放线菌、酵母、芽胞杆菌、乳杆菌和光合细菌的活菌数量比为1~2：40~100：400~1000：150~400：20~50，

例如其中放线菌、酵母、芽胞杆菌、乳杆菌和光合细菌的活菌数量比为1.3~1.4：53~93：510~880：200~340：35~42。

3.权利要求1或2所述的菌剂，其还包括基料，

优选所述基料选自植物纤维、动物粪便和蛋白质添加剂中的一种或多种，

更优选其中，所述植物纤维选自木屑、稻壳、稻糠和秸秆中的一种或多种，

所述动物粪便选自牛粪、猪粪和鸡粪中的一种或多种（最优选是牛粪），和/或，

所述蛋白质添加剂选自鱼粉、大豆粉和单细胞蛋白中的一种或多种。

4.权利要求3所述的菌剂，其通过放线菌、酵母、芽胞杆菌、乳杆菌和光合细菌与基料混合发酵而成。

5.蚯蚓菌肥，其由如下方法制备而成：

（1）混合植物纤维、动物粪便和蚯蚓，使得蚯蚓在其中繁殖1~10个月，优选为2~6个月；

（2）加水提高步骤（1）得到的蚯蚓处理产物的含水率（优选提高至55~65%（W/W）），然后与权利要求1~4之任一所述的菌剂混合；并且

（3）使步骤（2）得到的混合物发酵，待升温后保持温度于45~70℃发酵5~30天，优选保持温度于50~65℃发酵8~20天。

6.权利要求5所述的蚯蚓菌肥，其中所述动物粪便是牛粪，优选是未经腐熟的牛粪。

7.权利要求5所述的蚯蚓菌肥，其中所述蚯蚓是赤子爱胜蚓（Eisenia foetida）。

8.权利要求5~7之任一所述的蚯蚓菌肥的制备方法，其包括权利要求5~7之任一中记载的方法步骤。

9.权利要求1~4之任一所述的菌剂在制备肥料（优选是蚯蚓菌肥）中的应用。

10.蚯蚓和权利要求1~4之任一所述的菌剂联合在制备蚯蚓菌肥中的应用。