CN103409141B - 一种多样性土壤微生物菌群的制造方法及该菌群 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多样性土壤微生物菌群的制造方法及该菌群，所述方法包括：用含有多种土壤微生物食料喂食反刍动物；收集所述反刍动物粪便；将所述粪便发酵，并在发酵过程中添加含氮成份物质用以维持微生物所需的碳氮比。所述多样性土壤微生物菌群，包括芽孢杆菌，假单胞菌，黄杆菌，产碱菌，红球菌，链霉菌。该方法以含有多种土壤性微生物的食料喂食反刍动物，使土壤性微生物寄居繁殖在反刍动物的胃里，收集及发酵反刍动物的排泄物，最终获得多样性土壤微生物菌群。多样性土壤微生物菌群可用于农业土壤改良，叶面肥，肥料发酵，污水治理，水产养殖，土壤污染治理，及饲料增效领域中。

Description

一种多样性土壤微生物菌群的制造方法及该菌群

技术领域

本发明涉及任何获得微生物菌群的方法，尤其涉及一种多样性土壤微生物菌群的制造方法该菌群。发酵产生的多样性土壤微生物菌群溶液，可用于农业土壤改良，叶面肥，肥料发酵，污水治理，水产养殖，土壤污染治理，及饲料增效领域中。

背景技术

农业土地在过度使用化学肥料的情况下，表土会产生硬块，俗称板结，当再增加化学肥料用量时，农产量反而会降低，因此土壤改良是让农作物增产的一项必要的过程。目前，土壤改良的主要方式是在土壤中添加有机肥及多种土壤微生物，使土壤中有机质含量增加，土壤松散，增加透气性和保水性，且使耕地里恢复土壤微生物的生态平衡，促进农作物的根部发育，并减少土壤植病的传染。如何提供合适的多种土壤微生物使土壤得到改善，恢复生态平衡，达到增产的效果，成为农艺科技的主要目标之一。

土壤性微生物，又称土壤微生物，是指自然环境下耕地里的微生物，耕地里的微生物种类众多。依其对氧气的喜好，可以分类成好氧菌，间气菌，和厌氧菌。好氧菌是生活在表土层的微生物，配合氧气的供应，吸收分解表土层内的物质。厌氧菌通常是生活在土壤深处，在缺氧的情况下，吸收分解土壤深处的物质。间气菌是生活在表土层和土壤深处之间，在有供氧的情况时，以好氧方式作业；在缺氧的情况时，以微生物体内的酶吸收分解物质，用缺氧方式进行作业。基于微生物本身的天性，在土壤进行微生物接种时，微生物会找寻合适自己的土壤深度，做为聚居的场所。而微生物的繁殖数量，依所其存在的环境条件，如土壤内的营养物质，供氧情况及湿度等而繁殖发展。

作为耕地土壤改良的微生物菌群，他们自己相互为生存环境而竞争，但也需要相互共生形成生物链。例如有土壤板结问题的耕地，表土结块外且在作物根部附近的土壤有沉积许多化学盐，这些化学盐是过去长期使用化学肥料的结果。为达到土壤改良的效果，接种使用的土壤性微生物中，其中一部分好氧性微生物需把表土松散，增加透气性，另一些间气性微生物进入作物根部附近的土壤，在间气的环境下形成生物链，共同分解沉积的化学盐。

目前的工艺是捡选不同的土壤性微生物，将不同的微生物在个自的发酵罐内发酵，个自发酵完后，混料合在一起做为液体有机肥喷洒或浇灌在耕地里。然而其结果成效不显，原因是部分土壤性微生物在混料过程中流失或起不到作用。即使从不同发酵罐内取微生物分别喷洒或接种在耕地里，土壤内先接种的微生物会和后接种的微生物会因生存环境而相互竞争，最终常常会令后接种的微生物起不到应有的作用。

此外，其它改进的工艺是采用特殊发酵器具，将多种微生物接种在发酵器具内，提供特定的一系列培养液来激发每种微生物的繁殖。此种发酵器具工艺需专业人员操作，且培育的多种微生物常因相互为生存空间竞争，使弱势的微生物菌种流失。单一微生物菌种对土壤改良起不到效果，且单一微生物菌种对化学盐分解能力薄弱。

可见，目前的土壤改良工艺达不到想要的土壤改良效果，因此如何利用土壤性微生物实现有效的改良土壤效果，成为一个需要解决的课题。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题是：提供一种多样性土壤微生物菌群的制造方法该菌群，通过土壤微生物菌群来实现有效的土壤改良效果。

于是，本发明提供了一种获得多样性土壤微生物菌群的方法，该方法包括：

用含有多种土壤微生物食料喂食反刍动物；

收集所述反刍动物粪便；

将所述粪便发酵，并在发酵过程中添加含氮成份物质用以维持微生物所需的碳氮比。

上述方法还包括：将发酵后得到的多样性土壤微生物菌群脱水，获得粉末状多样性土壤微生物菌群。

上述方法还包括：在发酵过程中添加可以提供矿物质及微量元素的物质。

其中，所述可以提供矿物质及微量元素的物质为腐植酸。

上述方法还包括：在所述食料中添加食盐氯化钠。

所述氯化钠的添加量小于食料重量的5%。

其中，将所述粪便发酵依次包括：初次发酵过程、再次发酵过程和休眠发酵过程。

所述初次发酵过程获得的最终发酵液体比重在1.1至1.3之间。

所述休眠发酵过程获得的最终发酵液体比重小于1.1。

所述休眠发酵的液体比重为1.05至1.08之间。

所述发酵方式包括：好氧式发酵、间气式发酵和厌氧式发酵。

所述含氮成分物质包括秸秆、玉米秆和麦秆。

所述多种土壤微生物菌群包括：芽孢杆菌，假单胞菌，黄杆菌，产碱菌，红球菌，链霉菌。

所述多种土壤微生物食料的制造方法为：用多种土壤微生物发酵反刍动物食用的草料。

本发明还提供了一种多样性土壤微生物菌群，包括芽孢杆菌，假单胞菌，黄杆菌，产碱菌，红球菌，链霉菌，其以孢子休眠状态共同存活在发酵液体比重小于1.1的发酵液中。

本发明还提供了一种多样性土壤微生物菌群，包括芽孢杆菌，假单胞菌，黄杆菌，产碱菌，红球菌，链霉菌，其以孢子休眠状态共同存活在经过脱水处理后的粉末状菌群中。

本发明提供了一种获得多样性土壤微生物菌群的方法，该方法以含有多种土壤性微生物的食料喂食反刍动物，使土壤性微生物寄居繁殖在反刍动物的胃里，收集及发酵反刍动物的排泄物，最终获得多样性土壤微生物菌群。通过土壤微生物菌群来实现有效的土壤改良效果。

多样性土壤微生物发酵，其优势之一是，使多种的土壤性微生物在发酵的过程中，不容易因彼此之间的生存环境竞争而流失。反而在生存竞争环境里能共生互存。

进一步，多样性土壤微生物发酵，在发酵完成后以比重的方式，使多种土壤性微生物进入休眠状态。休眠状态的土壤性微生物在应用前先加水稀释，喷洒或浇灌在耕地里，微生物因体内和体外的压力差或浓度差，即活化后繁殖发展，使土壤松散，分解沉积的化学盐，使土壤恢复微生物生态平衡。

进一步，多样性土壤微生物培育发酵，通过在喂食反刍动物的食料中添加食盐氯化钠，使多种的土壤性微生物经氯训化过程处理后，增加对化学盐的适应性及处理能力。

进一步，多样性土壤微生物喷洒在饲料上使其发酵，禽畜在喂食发酵过的饲料，容易消化，有较高的吸收比例；或是直接把多样性土壤微生物溶液添加在禽畜饮用水内。

附图说明

图1为本发明实施例所述多样性土壤微生物菌群制造过程示意图。

具体实施方式

下面，结合附图对本发明进行详细描述。

图1是多样性土壤微生物发酵系统的示意图。在此图中可看出，多样性土壤微生物发酵系统10内，分为三个功能系统，包括：进料系统12，发酵系统13，及休眠系统14。

在进料系统12内，有一头反刍动物20，图1内是以牛为例，反刍动物20亦可包括羊、鹿、羚羊、骆驼等。反刍动物20在进食休息时，将半消化的食浆重新咀嚼后，再送回胃里分解。经由胃里微生物的帮助，反刍动物20能够将其它动物无法消化和吸收的许多糖类，如纤维素分解，分解得到的营养成分可以通过其胃壁吸收，或者为微生物吸收。在进料系统12内，反刍动物20以食料22喂食。食料22是经土壤微生物发酵过的草料。发酵过的草料在喂食后，其所附载的土壤微生物会寄居在反刍动物20的胃里。土壤微生物包括：芽孢杆菌(Bacillus)，假单胞菌(Pseudomonas)，黄杆菌(Flavobacterium)，产碱菌(Alcaligenes)，红球菌(Rhodoccus)，链霉菌(Streptomyces)，和其它辅助菌种。在初期食料22发酵时，可以采用芽孢杆菌和假单胞菌为主要发酵微生物，然后再陆续添加其它微生物于食料22。这些微生物在反刍动物20的胃里，各自找寻合适的寄居空间，分解食浆。各种微生物在胃里有限的空间内为生存而竞争。但在此苛刻的环境下，各微生物在繁殖的过程中，逐渐形成复杂的微生物链，相互支持，共生互存，来分解食浆以取得养分。微生物随着反刍动物20的消化系统，以排泄物方式排出体外，另收集于粪池24及便池26内。

在发酵系统13内，有发酵槽30，将粪池24内的排泄物及发酵材料32添加于发酵槽30并添加足量的水，各种微生物依其好氧、间气及厌氧的习性，分布在发酵槽30内各部位，并分解其周围的有机物质，发酵槽30的底部为厌氧微生物群居的场所，发酵槽30的上部为好氧微生物群居的场所，在此二者之间是间气微生物群居的场所。

发酵材料32包括结秆材料，如稻秆、玉米秆、和麦秆等。结秆在使用前，宜晒干或压裂，以破损结秆表面的角质纤维，这样微生物才能迅速分解结秆材料。添加结秆于发酵槽30能提供氮的营养来源，并改进碳氮比。微生物在合适范围的碳氮比下将会大量繁殖。碳氮比过高，也就是碳含量过多，微生物繁殖速度缓慢；碳氮比过低，也就是氮含量过多，发酵槽30将产生大量的臭气。

在发酵系统13内，有水管33，将发酵槽30上部的发酵液体，经由水泵34及水管35输送到发酵槽30的底部。每日定时的循环作业，使沉积在底部的固体物有机会被搅拌。亦使发酵槽30底部常保持在间气状况，即在有供氧时，微生物以好氧方式分解周遭的有机物质并快速繁殖，而在缺氧时，微生物需用其自身的生物酶在其体内或体外吸收分解物质。因微生物是单细胞生物，它的生物酶只有简单的数种功能，在缺氧环境作业时，自行单独分解大分子有机物质，不如形成微生物链来达到共生互存，例如芽孢杆菌将大分子的结秆有机物质分解成较小的分子结构，假单胞菌依附着在芽孢杆菌的周围直接分解吸收较小的分子结构。发酵槽30内的温度随着发酵反应的强度而生温，通常会略高于周遭气温。结秆材料被微生物分解后，剩余的纤维材料随着浮力上浮，然后移除，再添加新的发酵材料32。

结秆材料除提供氮以外，亦提供矿物质及微量元素。若结秆材料内的微量元素供应不足，提供的发酵材料32内可包括腐植酸。天然腐植酸是长链的结构，含多种微量元素，能提供给微生物吸收和利用。腐植酸的长链接构亦是微生物聚居的场所，多种微生物依附在腐植酸结构上，容易形成适合共生互存的微生物链。

发酵槽30内的微生物群呈现波状的生长周期。当生长周期达到顶峰时，即会消耗大量的发酵材料32，移除剩余的纤维材料并补充新的发酵材料32和粪便，使微生物菌群进入下一个生长周期，经过数个生长周期，通常是5-8周，初次发酵时可能需较长的发酵期，发酵槽30的整个发酵周期基本上完成。发酵槽30内的发酵液体成为褐色，含大量的微生物菌群及细小的有机物。此时多样性土壤微生物菌群已成形，微生物的菌数，或菌落数(CFU)，每毫升超过一亿。而发酵液体的比重在1.1至1.3。

随后发酵槽30内的发酵液体经由水泵37及水管38输送到辅助发酵槽40进行再次发酵，此再次发酵亦称之为腐熟或老化。腐熟过程中定期的补水以补充发酵液体的蒸发流失，经由水泵44及水管45将辅助发酵槽40上层的发酵液体输送到辅助发酵槽40的底部。此搅动能减少有机物及纤维质在槽底的沉积。微生物菌群在分解细小的有机物过程时，并随着搅动过程的流动，经历有氧及缺氧环境。在有氧环境下，微生物捕食细小的有机物吸收消化，繁殖速度快。在缺氧环境下，微生物需形成生物链，用个自的生物酶来共同分解细小的有机物。有能力的或有机会捕食细小有机物的微生物，消化吸收繁殖。无能力的或没有机会捕食细小有机物的微生物，就没有繁殖的机会，整体繁殖速度慢。微生物菌群在快速繁殖及慢速繁殖的生长周期过程中，巩固原先生物链的形成，而微生物的菌数每毫升约在七千万左右。

细小的有机物，在经过微生物多次的分食分解以及吸引，有些碳元素和氧结合，形成二氧化碳而排出；有些碳元素聚合一起形成碳粒，因此整体的发酵液体颜色较为深暗，成为深褐色。辅助发酵槽40的液体发酵完后，经由水泵47输送到休眠系统14的休眠槽50。

对休眠槽50内深褐色的发酵液体再进行补水，以补充水的蒸发消耗，并且不定期的缓慢搅拌或用水泵54搅动。微生物菌群在剩餘有限的有机营养物环境里，它们可以扩大或巩固原先形成的生物链来捕食细小有机物；或是单独在液体里游动找寻有机营养物。自然以形成生物链形式能增加捕食有机营养物的机会，因较大的微生物菌群有较多的静电来吸附有机营养物。

随着休眠槽50内有机营养物的减少，微生物菌群在无新加入的有机营养源下，用它自身剩余的生物能，转换成休眠状态的孢子。当菌群里一部分微生物进入休眠状态，菌群其它微生物收到此信息后也逐渐进入孢子休眠状态。一些单独在液体里游动的微生物，它们可以用自身剩余的生物能转换成孢子休眠状态。或继续游动直到其生物能耗尽为止。这种逐步消耗有机营养物的方式能使微生物菌群进入休眠状态，休眠状态的的孢子，即孢子状态的微生物菌群能长期保存。而测量有机营养物的减少是在补水时测量发酵液体的比重。纯水在常温常压下的比重为1，补水可以逐步调整发酵液体的比重，补水也代表着有机营养物的消耗。逐步发酵及补水，调整发酵液体的比重，使其最终低于1.1，优选的比重范围是1.05至1.08，这里所述的微生物菌群为液体状。将该液体状的微生物菌群脱水后即可得到粉末状微生物菌群，该菌群中的微生物菌也是孢子休眠状态。可见，通过本发明实施例所述方法制造得到的多样性土壤微生物菌群，可以是液体状，也可以是粉末状。粉末状的多样性土壤微生物菌群使用时加水稀释即可。至此，微生物菌群在休眠槽50内形成稳定的孢子。此阶段，休眠槽50内的微生物菌数，依季节性的不同，每毫升约在四千万至七千万。原发酵液体成为多种土壤性微生物溶液，或称之为多样性土壤微生物溶液，在农业上可当菌肥使用。若要增加多样性土壤微生物溶液的菌数，可让溶液的水份自然蒸发而达到浓缩的效果。

根据本发明实施例所述的多样性土壤微生物发酵方法及系统，所发酵生产的多样性土壤微生物溶液，可适用于各种产业，例如，农业土壤改良，叶面肥及固体肥料发酵，污水治理，水产养殖，土壤污染治理，及饲料增效。多样性土壤微生物发酵方法及系统有许多优势，特别是在同时培育多种微生物方面。在图1的进料系统12内，将多种土壤微生物以喂食方式，接种在反刍动物20的胃里，在接种完成后，土壤微生物不容易流失。反刍动物20的胃里，温度变化稳定，定时的喂食，反刍动物20会每日产生混合土壤微生物的排泄物，所产生的混合土壤微生物质量稳定。这比用发酵器具来同步发酵或是分别发酵再混合的方式，有生产上的优势。

多样性土壤微生物溶液的其中一项应用和化学盐有关，例如在化肥过度使用的耕地里，分解沉积在土壤内化肥残余物形成的化学盐。因此多样性土壤微生物发酵方法的另一项优势是在生产培育过程中，让微生物经过氯训化洗礼以增加微生物对含化学盐环境及分解化学盐的适应能力。氯训化洗礼的方式是在食料22内添加食盐，添加食盐的比例可达到食料22重量的5%。食盐氯化钠在进入反刍动物20的胃里，使胃里的生存环境更加苛刻。各种土壤性微生物为生存而形成复杂的微生物链，并需适应含盐的生存环境。反刍动物20的本能反应是喂食后喝大量的水，食盐的钠离子水溶性高，容易被胃壁吸收后，一部分由体内吸收，其余经由尿液排出，另收集在便池26内。食盐的氯离子，一部分被胃壁吸收，其余混合在粪里排出，另收集在粪池24内。

发酵系统13的发酵槽30，收集粪池24内的粪排泄物，添加发酵材料32及水，使多种土壤微生物聚居共生繁殖。经过数个生长周期，微生物菌群将发酵槽30内的粪排泄物及发酵材料32，分解成细小的有机物。在此过程中，若尝试在发酵槽30内投入新的微生物菌种，理论上可行，但实际上执行困难。若新投入微生物菌种的添加量太少，显现不出结果，若添加量太多，新微生物菌种变成强势微生物菌种，压制其它微生物的繁殖。

发酵槽30的发酵液体在完成发酵周期后，输送到辅助发酵槽40进行腐熟发酵，分解存留在发酵液体的细小的有机物，液体颜色逐渐成为深褐色，微生物菌群的菌数稳定。再将腐熟发酵后的发酵液体输送到休眠系统14的休眠槽50进行休眠作业。完成休眠作业的多样性土壤微生物溶液，微生物菌群呈孢子状态，质量稳定，保存期长。

在农业应用时，多样性土壤微生物溶液可预先和氮磷钾化肥混合，以增加农业应用的方便性。将固体形状的氮磷钾化肥加入多样性土壤微生物溶液，然后搅拌直到溶解完成。准备使用于耕地时，多样性土壤微生物溶液加水稀释后，喷施在耕地里，溶液里孢子状态的微生物，因孢子壁内外的压力差而破裂，微生物开始活化，在自己适合的土壤深度环境里形成微生物链，松散土壤，并分解沉积在土壤里的化学盐。因微生物有自身繁殖的能力，多样性土壤微生物形成微生物链比单一种类的土壤微生物，在土壤改良及治理上有明显的优势。

在水产养殖应用方面，多样性土壤微生物溶液先加水稀释，以方便大喷洒面积，然后直接喷洒养殖池面，孢子状态的微生物，在休眠系统14的休眠槽50内执行休眠作业时，发酵液体的比重不低于1.05，这使它的孢子壁内液体比重不低于1.05，而池面水体的比重趋进于1，此比重差，或可解释为浓度差，促使孢子壁破裂而使微生物开始活化。活化的微生物菌群部分在池里游动，部分沉入池底，分解养殖池底的污泥。

多样性土壤微生物喷洒在饲料上使其发酵，禽畜在喂食发酵过的饲料，容易消化，有较高的吸收比例；或是直接把多样性土壤微生物溶液添加在禽畜饮用水内。

本发明实施例所述的多样性土壤微生物溶液，除农业土壤改良及水产养殖外还有许多用途，例如：做为叶面肥使用，固体肥料发酵，污水治理，土壤污染治理，垃圾除臭及饲料增效。它预计将吸引各产业的潜在用户。因此，根据本发明的多样性土壤微生物发酵方法产生的溶液制剂预计将有许多农业和商业应用，广为流传和持久。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种多样性土壤微生物菌群的制造方法，其特征在于，包括：

用含有多种土壤微生物食料喂食反刍动物；

收集所述反刍动物粪便；

将所述粪便发酵，并在发酵过程中添加含氮成份物质用以维持微生物所需的碳氮比；

其中，所述多种土壤微生物包括：芽孢杆菌，假单胞菌，黄杆菌，产碱菌，红球菌，链霉菌。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：将发酵后得到的多样性土壤微生物菌群脱水，获得粉末状多样性土壤微生物菌群。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在发酵过程中添加可以提供矿物质及微量元素的物质。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述可以提供矿物质及微量元素的物质为腐植酸。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在所述食料中添加食盐氯化钠。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述氯化钠的添加量小于食料重量的5%。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述粪便发酵依次包括：初次发酵过程、再次发酵过程和休眠发酵过程。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述初次发酵过程获得的最终发酵液体比重在1.1至1.3之间。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述休眠发酵过程获得的最终发酵液体比重小于1.1。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述休眠发酵的液体比重为1.05至1.08之间。

11.根据权利要求1、7至10任意一项所述的方法，其特征在于，所述发酵方式包括：好氧式发酵、间气式发酵和厌氧式发酵。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含氮成分物质包括秸秆。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多种土壤微生物食料的制造方法为：用多种土壤微生物发酵反刍动物食用的草料。