CN103304285B - 一种微生物菌剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种微生物菌剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种微生物菌剂及其制备方法和应用,包括功能菌和吸附剂,其特征在于:功能菌为枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、长枝木霉和黑曲霉,它们的发酵菌液在混合物中的质量比为0.5~2∶0.5~2∶0.5~2∶0.5~2。微生物菌剂是按照斜面培养,摇瓶培养,种子罐发酵,发酵罐发酵,发酵菌液混合,吸附剂吸附和低温烘干工序完成;微生物菌剂可以在秸秆堆肥生产中应用。

Description

一种微生物菌剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及微生物菌剂及其制备方法和应用,属于生物技术领域,尤其是一种可促进麦草、稻草以及玉米秸秆等作物秸秆快速堆肥的微生物菌剂及其制备方法。
技术背景
我国是一个农业大国,也是世界上农作物秸秆最为丰富的国家之一,每年的秸秆产量约为7亿吨,且随着农作物单产的提高,秸秆产量还有进一步增加的趋势,由于得不到合理的利用,大量秸秆被弃置或焚烧,这不仅是资源的浪费,同时也带来了巨大的环境污染和生态破坏,严重危害了人们的身体健康。
另一方面,我国人口数量大耕地资源紧缺,农田复种指数高,由此引起的土壤养分耗竭等问题日也益突出,为此必须向耕地中施加大量肥料,但是长期使用化肥极易导致土壤板结、肥力下降以及次生盐渍化等问题。而有机肥具养分全面、有机质含量高等特点,长期使用具有提升土壤有机质含量、培肥地力、改良土壤理化性质、增强作物抵抗病虫害能力等功效,因此有机肥在农业生产中越来越受到重视。
作物秸秆中含有大量的碳元素,主要以纤维素、半纤维素和木质素的形式存在,另外还有丰富的氮、钾、磷、钙、镁、硫等元素,若将其堆肥将会得到营养丰富、品质优良的有机肥料,农作物秸秆的堆肥还田可以实现农田生态系统中物质的良性循环,能够有效的解决因重复耕种导致的土壤养分耗竭、肥力下降等问题,是实现我国农业可持续发展的重要措施。
作物秸秆中的纤维素多形成致密的结晶区,同时又被半纤维素、木质素所包埋,酶解困难,因而秸秆的自然堆肥过程存在堆肥时间长、养分损失大以及纤维降解不彻底堆肥质量差等问题,目前国内外已有很多种用于加速堆肥过程、提高堆肥效果的菌剂问世,但这类菌剂多是用于禽畜粪便、生活垃圾和污泥的堆肥,少数专门用于纤维素类废弃物堆肥的菌剂又具有菌种数量多、发酵物料专一性强以及堆肥设备要求高等特点,致使堆肥成本较高,公开号为CN101486597A的专利提供了一种复合发酵菌剂,该菌剂在堆肥前期和后期分别加入菌剂1#和菌剂2#,既实现了纤维素物料的快速腐熟同时又提高了营养固定率,但菌剂1#和菌剂2#共含有13株功能菌,菌剂生产的工作量大、成本高;公开号为CN1186441C的专利提供了一种分解秸秆为肥的菌剂,该菌剂由10株功能菌组成;公开号为CN1680218A的专利提供了一种由5株菌组成的有机肥发酵菌剂,其主要堆肥原料为竹笋皮和嫩竹;公开号为CN101701192A的专利提供了一种仅有1株高温真菌的堆肥菌剂,其堆肥原料为烟草;公开号为CN102010824A的专利提供了一种用于作物秸秆堆肥的菌剂,但该菌剂用于堆肥时需强制供氧,需用到固体发酵罐,这就增加了堆肥成本。
发明内容
本发明的目的在于:针对上述现有技术中存在的问题与缺陷,提供一种由人们极易获得的常规功能菌合理配伍,并将它们制成新的微生物菌剂,用于多种农作物秸秆快速发酵生产堆肥。
本发明的目的是这样实现的:一种微生物菌剂,包括功能菌和吸附剂,其特征在于:功能菌为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、长枝木霉(Trichoderma longibrachiatum)和黑曲霉(Aspergillus niger),它们的发酵菌液在混合物中的质量比为0.5~2: 0.5~2: 0.5~2: 0.5~2。
在本发明中:菌剂中枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、长枝木霉和黑曲霉的发酵菌液在混合物中最佳质量比为2: 0.5: 0.5: 2。
在本发明中:所述的吸附剂为草炭或蛭石或它们的组合物,功能菌发酵菌液的混合物与吸附剂的质量比为1:4-6,微生物菌剂中的含水量≦15%。
一种上述微生物菌剂的制备方法,其特征在于:各功能菌发酵培养后将各发酵菌液按照所述的质量比混合,然后将它们的混合物吸附于吸附剂,再在低温下烘干,获得所述微生物菌剂;其中:
枯草芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌的发酵培养过程是:
将4℃保存斜面菌种接于装有100mL LB培养基的250 mL摇瓶中,35℃、170 r/min活化培养24 h,然后将活化的菌液按体积比10%的接种量接入装有500mL LB培养基的1000 mL摇瓶中,35℃、170 r/min培养12 h,得到种子液;将种子液按体积比10%的接种量接入种子罐的发酵培养基中,35℃、180 r/min发酵培养24 h,获得发酵种子液,然后将发酵种子液按体积比10%的接种量接入发酵罐的发酵培养基中,35℃、180 r/min发酵培养48 h,得到发酵菌液;
种子罐和发酵罐中涉及的发酵培养基为葡萄糖5 g/L,蛋白胨10 g/L,NaCl 10 g/L,pH 7.0,121℃实罐灭菌25 min;
长枝木霉和黑曲霉的发酵培养过程是:
将斜面保存的菌种接入装有100 mL马铃薯培养基的摇瓶中,30℃、170 r/min活化培养24 h,然后将活化的种子液按体积比10%的接种量接入装有500 mL马铃薯培养基的1000 mL摇瓶中,30℃、170 r/min振荡培养24 h得到种子液;将种子液按体积比10%的接种量接入种子罐的发酵培养基中,30℃、180 r/min发酵培养24 h,得到发酵种子液,将发酵种子液按体积比10%的接种量接入发酵罐的发酵培养基中,30℃、180 r/min发酵培养60 h,得到发酵菌液;
种子罐和发酵罐中涉及的发酵培养基为玉米粉20 g/L,蔗糖5 g/L,pH自然,121℃灭菌25 min。
在微生物菌剂的制备方法中:发酵培养后,枯草芽孢杆菌发酵菌液和巨大芽孢杆菌发酵菌液的含菌量为7~9×109 cfu/mL。长枝木霉发酵菌液和黑曲霉发酵菌液的含菌量为5~6.5×109 cfu/mL。
在微生物菌剂的制备方法中:将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、长枝木霉和黑曲霉的发酵菌液按质量比2: 0.5: 0.5: 2的比例混匀,再将功能菌混合物与吸附剂按质量比1:5的比例吸附,然后于35~40℃低温烘干至含水量≦15%即获得所述微生物菌剂。
一种上述微生物菌剂的应用,是通过微生物菌剂加速富含纤维素的废弃物的发酵缩短堆肥生产周期。
上述的微生物菌剂的应用中,所述的富含纤维素的废弃物是指农作物的秸秆,或食堂废弃的菜梗或中草药废渣。
本发明的优点在于:本发明涉及的功能菌在堆肥过程中都具有很强的增殖能力,容易形成优势菌群,其中,枯草芽孢杆菌和黑曲霉分别为兼性厌氧菌和好氧菌,堆肥时肥堆上层供氧充足黑曲霉为优势菌,下层供氧不足枯草芽孢杆菌占优势,巨大芽孢杆菌具有较强的解磷能力,可改善土壤营养组分;长枝木霉是一株良好的生防菌,拮抗作用广泛,对作物的多种病害如纹枯病、灰霉病等均具有较好的防治效果,堆肥后物料中功能菌总数>2×108 cfu/g。
本发明的优点还在于:微生物菌剂适用范围广,可用于小麦、水稻、玉米及油菜等作物秸秆的快速堆肥,另外所述菌剂对食用菌渣和中药渣的堆肥也具有明显的促进作用。
本发明的优点还在于:菌种组成结构相对简单但功能齐全稳定,发酵速率快、效果好,用于作物秸秆堆肥时,其完全腐熟约需30~35 d,比普通秸秆堆肥菌剂时间缩短5~6 d,比不添加菌剂的传统堆肥方式缩短近一半时间。生产成本低,易于推广,特别适合中小型企业有机肥的生产以及家庭堆肥。
附图说明
    图1是堆肥过程中的温度变化曲线。
具体实施方式
实施例1 菌剂的制备
1) 枯草芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌的发酵培养
LB培养基:酵母粉5 g/L,蛋白胨10 g/L,NaCl 10 g/L,pH 7.0,121℃灭菌25 min。
种子罐和发酵罐中涉及的发酵培养基:葡萄糖5 g/L,蛋白胨10 g/L,NaCl 10 g/L,pH 7.0,121℃实罐灭菌25 min。
将4℃保存斜面菌种接于装有100 mL  LB培养基的250 mL摇瓶中,35℃、170 r/min活化培养24 h,然后将活化的菌液按10%(v/v)的接种量接入装有500 mL LB培养基的1000 mL摇瓶中,35℃、170 r/min培养12 h,得到种子液。
将上述种子液按10%(v/v)的接种量接入种子罐内的发酵培养基中,35℃、180 r/min发酵培养24 h,发酵种子液,然后将发酵种子液按10%(v/v)的接种量接入发酵罐的发酵培养基中,35℃、180 r/min发酵培养48 h,得到发酵液。
发酵培养结束后,枯草芽孢杆菌发酵菌液和巨大芽孢杆菌发酵菌液的含菌量均达7~9×109 cfu/mL。
2)长枝木霉和黑曲霉的发酵培养
马铃薯培养基:去皮土豆200 g,1000 mL水,于锅中煮沸30 min,用双层纱布过滤,取其滤液,加蔗糖20 g,补水至1000 mL,琼脂20 g/L,pH自然,121℃灭菌25 min。
种子罐和发酵罐涉及的发酵培养基:玉米粉20 g/L,蔗糖5 g/L,pH自然,121℃灭菌25 min。
将斜面保存的菌种接入装有100 mL马铃薯培养基的摇瓶中,30℃、170 r/min活化培养24 h,然后将活化的种子液按10%(v/v)的接种量接入装有500 mL马铃薯培养基的1000 mL摇瓶中,30℃、170 r/min振荡培养24 h得到种子液。
将上述种子液按10%(v/v)的接种量接入种子罐内发酵培养基中,30℃、180 r/min发酵培养24 h,得到发酵种子液,然后将发酵种子液按10%(v/v)的接种量接入发酵罐内发酵培养基中,30℃、180 r/min发酵培养60 h,得到发酵液。
发酵培养结束后,长枝木霉发酵菌液和黑曲霉发酵菌液的含菌量均达5~6.5×109 cfu/mL。
3) 制备菌剂
将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、长枝木霉和黑曲霉功能菌的发酵液按质量比2: 0.5: 0.5: 2的比例混匀,再按质量比1:5的比例吸附于草炭,然后于35~40℃低温烘干至含水量低于15%,按农用微生物菌剂(GB 20287-2006)标准检测合格后即获得所述菌剂。
实施例2 菌剂的制备
细菌和真菌发酵菌液的制备与实施例1中的1和2相同,将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、长枝木霉和黑曲霉的发酵菌液按质量比1: 1: 1: 1的比例混匀,再按质量比1:5的比例吸附于蛭石,然后于35~40℃低温烘干至含水量低于15%,按农用微生物菌剂(GB 20287-2006)标准检测后即获得所述菌剂。
实施例3 微生物菌剂堆肥麦草的试验
将小麦秸秆粉碎成10~15 cm的秸秆段,按质量比2%的比例添加实施例1中制备的微生物菌剂,为了使微生物菌剂和秸秆充分接触,可以将微生物菌剂和适量菜园细土拌合,再将拌合物和秸秆均匀混合,调节堆体含水量为55~65%左右,堆肥按长宽高2 m×1.5 m×1 m堆成条垛,堆肥约2 d后温度上升至60℃,此时翻堆依次进行供氧,每8 d翻堆一次,共翻堆两次,第二次翻堆后10~15 d后堆体含水量降至低于30%,堆体体积缩小至原来的约1/2,即得高效小麦秸秆有机肥。
实施例4对照组堆肥麦草的试验
将小麦秸秆粉碎成10~15 cm的秸秆段,在不使用微生物菌剂的情况下,为了与实施例3统一,也使用了同样的菜园土与秸秆均匀混合,调节堆体含水量为55~65%左右,堆肥按长宽高2 m×1.5 m×1 m堆成条垛,堆肥约4 d后温度上升至60℃,此时翻堆依次进行供氧,每8d翻堆一次,共翻堆两次,第二次翻堆15 d后,向堆中添加适量水,调节含水量继续发酵至55 d,堆体体积缩小至原来的约1/2,停止发酵。
实施例5
从堆肥过程中秸秆的颜色、手感和气味三个方面将实施例3(实验组)和实施例4(对照组)进行对比(表1),从表1可以看出,试验组中堆肥30 d后秸秆变为黑褐色并且很软,而对照组中达到该程度需55 d,从气味变化来看,堆肥过程中会出现腐臭气味,而与对照组相比试验组中在堆肥结束时腐臭味已消除,这说明菌剂中的功能菌具有一定的除臭功能,这有助于降低堆肥过程中的氮素的损耗。从图1可以看出实验组比对照组升温快,且最高温度较高。
表1 不同指标的对比
以上各实施例不是对本发明的具体限制,将本发明的微生物菌剂应用于其他富含纤维素的废弃物中,例如农作物的秸秆,或食堂废弃的菜梗或中草药废渣,同样可以缩短堆肥生产周期,获得与实施例3相同或相似的技术效果。因此,这些应用同样落入本发明的保护范畴。

Claims (7)

1. 一种微生物菌剂,包括功能菌和吸附剂,其特征在于:所述的功能菌为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis )、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium )、长枝木霉(Trichoderma longibrachiatum ) 和黑曲霉(Aspergillus niger ),它们的发酵菌液在混合物中的质量比为0.5~2: 0.5~2: 0.5~2: 0.5~2;所述的吸附剂为草炭或蛭石或它们的组合物,功能菌发酵菌液的混合物与吸附剂的质量比为1:4-6,微生物菌剂中的含水量≦ 15%。
2. 根据权利要求1 所述的微生物菌剂,其特征在于:菌剂中枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、长枝木霉和黑曲霉的发酵菌液在混 合物中最佳质量比为2: 0.5: 0.5: 2。
3. 一种如权利要求1 所述微生物菌剂的制备方法,其特征在于:各功能菌发酵培养后将各发酵菌液按照所述的质量比混合,然后将它们的混合物吸附于吸附剂,再在低温下烘干,获得所述微生物菌剂;其中:
    枯草芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌的发酵培养过程是:
    将4℃保存斜面菌种接于装有100 mL LB培养基的250 mL摇瓶中,35℃、170 r/min活化培养24 h,然后将活化的菌液按体积比10%的接种量接入装有500 mL LB培养基的1000mL 摇瓶中,35℃、170 r/min 培养12 h,得到种子液;将种子液按体积比10% 的接种量接入种子罐的发酵培养基中,35℃、180 r/min发酵培养24 h,获得发酵种子液,然后将发酵种子液按体积比10% 的接种量接入发酵罐的发酵培养基中,35℃、180 r/min 发酵培养48 h,得到发酵菌液;
    种子罐和发酵罐中涉及的发酵培养基为葡萄糖5 g/L,蛋白胨10 g/L,NaCl 10 g/L,pH7.0,121℃实罐灭菌25 min ;
    长枝木霉和黑曲霉的发酵培养过程是:
    将斜面保存的菌种接入装有100 mL马铃薯培养基的摇瓶中,30℃、170 r/min活化培养24 h,然后将活化的种子液按体积比10% 的接种量接入装有500 mL 马铃薯培养基的1000mL 摇瓶中,30℃、170 r/min 振荡培养24 h 得到种子液;将种子液按体积比10% 的接种量接入种子罐的发酵培养基中,30℃、180 r/min发酵培养24 h,得到发酵种子液,将发酵种子液按体积比10% 的接种量接入发酵罐的发酵培养基中,30℃、180 r/min 发酵培养60 h,得到发酵菌液;
    种子罐和发酵罐中涉及的发酵培养基为玉米粉20 g/L,蔗糖5 g/L,pH 自然,121℃灭菌25 min。
4. 根据权利要求3 所述微生物菌剂的制备方法,其特征在于:发酵培养后,枯草芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌发酵菌液的含菌量为7~9×109 cfu/mL,长枝木霉和黑曲霉发酵菌液的含菌量为5~6.5×109 cfu/mL。
5. 根据权利要求3 或4 所述微生物菌剂的制备方法,其特征在于:将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、长枝木霉和黑曲霉的发酵菌液按质量比2: 0.5: 0.5: 2 的比例混匀,再将功能菌混合物与吸附剂按质量比1:5 的比例吸附,然后于35~40℃低温烘干至含水量≦ 15% 获得所述微生物菌剂。
6. 一种如权利要求1-2 之一所述微生物菌剂的应用,其特征在于,微生物菌剂加速富含纤维素的废弃物的发酵缩短堆肥生产周期。
7. 根据权利要求6 所述的微生物菌剂的应用,其特征在于,所述的富含纤维素的废弃物是指农作物的秸秆,或食堂废弃的菜梗或中草药废渣。
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