CN103694011A - 一种炭吸附秸秆腐熟剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种炭吸附秸秆腐熟剂的制备方法，该炭吸附秸秆腐熟剂的制备方法包括以下步骤：腐熟菌株的分离和鉴定；腐熟菌剂的生产；验证炭吸附秸秆腐熟剂的效果。本发明提供的炭吸附秸秆腐熟剂的制备方法操作工艺简单，设备要求低，可实现低成本、大规模生产，有效的避免了传统秸秆处理方法造成环境污染，物理及化学处理方法对设备要求高、成本高，难以大规模实施的问题，是一种新的秸秆还田的方法，实现了环境资源的循环利用，符合绿色农业的要求，具有良好的发展空间。

Description

一种炭吸附秸秆腐熟剂的制备方法

技术领域

本发明属于作物秸秆处理领域，尤其涉及一种炭吸附秸秆腐熟剂的制备方法。

背景技术

我国每年产出大量的稻、麦、玉米、油类作物等秸秆，高达5亿吨。一般来讲，麦秸、稻草、玉米秸秆含纤维素量分别在80%、75%、50%左右，含植粉量分别在13%、15%、40% 左右，残渣量在10%左右。秸秆除含有大量有机物外，还含有N 0.4%、 P₂O₅ 0.2%、 K₂O₅ 1.5%。因而不难看出秸秆全身是宝，其所含营养成分，不亚于粮食本身。

农作物秸秆是一种数量十分可观的宝贵资源，可以用作肥料、饲料、能源、工业原料等，应用前景十分广阔。

但是我国现在秸秆处理和利用现状并不乐观，在我国特别是农村，大多仍然使用最原始的处理方法——焚烧，这不仅造成了资源的巨大浪费，而且还对环境构成了巨大的威胁。所以我国专家学者研究开发了物理、化学、生物等多种有效处理秸秆的方法，并正在努力的进行推广和实施。虽然现在在国内还未完全普及，但如今秸秆的利用率已不可同日而语了，而且我国农民的环保意识也进一步加强，这更有助于我国秸秆处理技术的普及和推广。

 但由于秸秆数量大、密度小、集散储运费用高、使用不便，相对于化肥和其他能源，其经济价值较低。

目前人们主要将秸秆当作废物丢弃或田间燃烧，这样不仅造成有机资源的极大浪费，也使土壤的肥力逐年下降、理化性质渐渐变差，特别是对社会带来巨大的危害性。

一、秸秆焚烧产生的滚滚浓烟造成空气能见度降低，直接影响民航和交通,造成民航延班或飞机无法降落，高速被迫封闭，公路、铁路等无法正常运营；二、造成大气环境污染，严重破坏了附近城市的环境形象，“三夏”“三秋”期间眼科疾病和呼吸道疾病发病率骤增，危害人民群众的身体健康；三、形成新的安全隐患，收获季节往往天气干燥，田间易燃物增多，随意焚烧秸秆，极易造成附近未收割的农田及林木失火，甚至殃及田间农民的生命安全；四、造成土壤板结，秸秆焚烧使土壤中有机质遭到破坏，致使土壤板结、肥力下降、粮食减产；五、造成资源浪费，破坏农村生态平衡，影响农村经济效益的提高和农业的持续发展。

为何时下以焚烧处理秸秆的方法普遍流行呢，因为农民焚烧秸秆可以追求经济利益的最大化。农民作为理性的经济人总是力求使自己的利益最大化，在对各种处理方法进行比较后，农民认为就地露天焚烧秸秆可以获得自身利益最大化。

调查表明，在经济发达的地区，秸秆作为一种劣质燃料，已被煤和煤气所替代，失去其作为燃料的价值。

随着生产力的不断发展，农村逐步实现了机械化，机械耕作逐步代替了牛耕，化肥代替了堆肥，秸秆作为饲料和肥料的意义已逐渐减少。由此看来，秸秆的传统利用价值已经大大减少，成为廉价产品，焚烧秸秆的现象也就越严重。 

在这些地区现有利用秸秆的方式工序多、成本高、费时费事、影响农时，这些原因是农民对于废弃秸秆做出焚烧选择的又一原因。农民利用秸秆的成本高包括两方面的内容。一方面是利用现有的秸秆处理技术的费用成本较高，另一方面是利用秸秆的机会成本较高，农民投人秸秆利用中的劳动所获得的收益较低，而将同样的劳动投人到其它经营活动中收益会更高。在现有的经济技术条件下，对农民来说，把废弃的秸秆焚烧掉是效率最高、最经济合算的处理办法。由此可见，秸秆的处理和利用已成为一个巨大负担，因此，推广有效地科学的秸秆处理方法，合理处理和利用秸秆，对于发展经济建设、保护生态环境，具有特别重要的现实意义。

目前，秸秆处理比较科学有效的物理方法包括切短、磨碎及蒸煮法等，较为简单，常作为其他方法的前处理。物理法能提高秸秆的适口性，增加采食量，但是不能提高秸秆的营养价值和消化率。另外还有高压蒸汽处理、膨化等。秸秆中的木质素在温度达到 170 ℃时才可以软化或是部分水解，这种处理需要特定的设备输送热量、控制温度，成本较高。

秸秆的化学处理法有碱化处理、氨化处理等，成本高，难以大规模实施。 

秸秆如何处理更好？将秸秆炭吸附秸秆腐熟，将秸秆的各种成分归于农田，实现资源的循环利用，同时避免因秸秆焚烧造成的环境污染是一个很不错的选择。

发明内容

本发明的目的在于提供一种炭吸附秸秆腐熟剂的制备方法，旨在解决传统秸秆处理方法造成环境污染，物理及化学处理方法对设备要求高，成本高，难以大规模实施的问题。

本发明是这样实现的，一种炭吸附秸秆腐熟剂的制备方法，该炭吸附秸秆腐熟剂的制备方法包括以下步骤：

腐熟菌株的分离和鉴定；

腐熟菌剂的生产；

验证炭吸附秸秆腐熟剂的效果。

进一步，腐熟菌株分离和鉴定的具体方法为：

采取自然秸秆腐熟田块的腐熟秸秆和周围土壤，保存，采用Kelman ′s TTC Agar 选择性培养基分离腐熟菌；

通过盆栽试验和大田试验复筛出高效腐熟菌株YLY6、YLY10，鉴定到属种，菌种于30%甘油中-70℃保存。

进一步，腐熟菌剂的生产方法如下：

1）将腐熟菌YLY6与YLY10分别接种到PDA培养液，分别进行液体发酵生产；

2）将腐熟菌与炭化后的秸秆和菜粕微生物酶解混合物分别进行固体发酵； 

3）将炭化秸秆和菜粕的微生物酶解混合物两类分别将腐熟菌YLY6固体菌剂和YLY10固体菌剂以体积比1:1混合，获得炭化秸秆的固体混合菌剂和菜粕微生物酶解混合物的固体混合菌剂；

4）再降炭化秸秆的固体单一菌剂、混合菌剂按体积比75%分别与菜粕微生物酶解混合物的固体单一菌剂、混合菌剂按体积比25%的比例充分混合，并后熟2-3天，后熟过程中翻堆2次，在温度不超过60℃的条件下将微生物菌剂的含水量蒸发至不高于30%，获得能快速腐熟秸秆的炭吸附秸秆腐熟剂。

进一步，腐熟菌YLY6与YLY10发酵生产的条件为：

PH生产范围自然，培养温度范围30~38℃，搅拌速度为180~300转/分钟，发酵中后期形成芽孢，使发酵液中含菌或芽孢量≥5×10⁹ 个/ml。

进一步，所用PDA培养液配制方法为：

土豆削皮后切成块放到水里煮，沸腾后煮30min，经过滤后滤液中加蔗糖，定容至，pH值调至7.2-7.4，121℃灭菌20min，土豆、蔗糖、定容后液体的重量体积比为10g:1g:50ml。

进一步，腐熟菌与秸秆和菜粕微生物酶解混合物分别进行固体发酵的方法为：

每吨固体有机物料中加入腐熟菌液50L，固体发酵过程中每天翻堆一次，固体发酵温度不超过50℃，发酵5天后结束，接抗菌含量不低于1×10⁸ 个/g，获得两种腐熟菌的炭化秸秆固体菌剂和菜粕微生物酶解混合物固体菌剂。

本发明提供的炭吸附秸秆腐熟剂的制备方法操作工艺简单，设备要求低，可实现低成本、大规模生产，有效的避免了传统秸秆处理方法造成环境污染，物理及化学处理方法对设备要求高、成本高，难以大规模实施的问题，是一种新的秸秆还田的方法，实现了环境资源的循环利用，符合绿色农业的要求，具有良好的发展空间。

附图说明

图1是本发明实施例提供的炭吸附秸秆腐熟剂的制备方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明提供的炭吸附秸秆腐熟剂的制备方法的流程。为了便于说明，仅仅示出了与本发明相关的部分。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

本发明提供的具体实施例如下：

（一）菌株的分离和鉴定

采取东北黑土地自然秸秆腐熟田块的腐熟秸秆和周围土壤，样品低温保存，采用Kelman ′s TTC Agar 选择性培养基分离腐熟菌，再通过盆栽试验和大田试验最终复筛出高效腐熟菌株YLY6，YLY10，鉴定到属种，菌种于30%甘油中-70℃保存。

腐熟菌YLY6属于枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis），其主要生物学特性为：革兰氏染色阳性（G⁺），细胞为杆状，过氧化氢酶阳性，淀粉水解阳性、V.P.反应阳性，甲基红试验阴性，纤维素分解阴性，明胶水解阳性，硝酸盐还原阳性，吲哚试验阳性，能利用柠檬酸盐，能产氨，发酵葡萄糖产酸产气，发酵木糖、L-阿拉伯糖、甘露糖只产酸。

腐熟菌YLY10属于黑曲霉（Aspergillus niger），其主要生物学特性为：革兰氏染色阳性（G⁺），细胞为杆状，过氧化氢酶阳性，淀粉水解阳性、V.P.反应阳性，甲基红试验阴性，纤维素分解阴性，明胶水解阳性，硝酸盐还原阳性，吲哚试验阳性，能利用柠檬酸盐，能产氨，发酵葡萄糖产酸产气，发酵木糖、L-阿拉伯糖、甘露糖只产酸。

（二）菌剂生产

1）将腐熟菌YLY6与YLY10分别接种到PDA培养液，分别进行液体发酵生产，发酵生产的条件为：PH生产范围自然，培养温度范围30~38℃，搅拌速度为180~300转/分钟，发酵中后期形成芽孢，使发酵液中含菌或芽孢量≥5×10⁹ 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）将腐熟菌与炭化后的秸秆和菜粕微生物酶解混合物分别进行固体发酵，每吨固体有机物料中加入腐熟菌液50L，固体发酵过程中每天翻堆一次，使固体发酵温度不超过50℃，一般发酵5天后结束，使接抗菌含量达到1×10⁸ 个/g以上，获得两种腐熟菌的炭化秸秆固体菌剂和菜粕微生物酶解混合物固体菌剂。

3）将炭化秸秆和菜粕的微生物酶解混合物两类分别将腐熟菌YLY6固体菌剂和YLY10固体菌剂以体积1:1混合，获得炭化秸秆的固体混合菌剂和菜粕微生物酶解混合物的固体混合菌剂。

4）再降炭化秸秆的固体单一菌剂、混合菌剂按体积比75%分别与菜粕微生物酶解混合物的固体单一菌剂、混合菌剂按体积比25%的比例充分混合，并后熟2-3天，后熟过程中翻堆2次，最后在温度不超过60℃的条件下将微生物菌剂的含水量蒸发至30%以下，获得能快速腐熟秸秆的炭吸附秸秆腐熟剂。

用上述腐熟菌所生产的混合微生物炭吸附秸秆腐熟剂，其中含有1×10⁸ 个/g以上的腐熟菌YLY6或YLY10，或腐熟菌YLY6和YLY10，全氮含量为4-5%、总氮磷钾养分为6-10%、有机质含量为40-45%。

（三）验证炭吸附秸秆腐熟剂的效果

在温室内选取一亩地块作物验证田块，种植小麦与玉米，待作物成熟收割后，在整地时加入炭吸附秸秆腐熟剂，每亩施用5kg。

秸秆处理：一是将粉碎后的玉米秸秆全部还田。二是选取粗细与长度接近的完整的玉米秸秆，将其破碎成长度3cm ～5cm的小段（要保证取样时不损失）。称取50g秸秆小段放入已进行编号的尼龙网袋中。取5袋样品置85℃下烘干处理6小时后，准确称重并记录每袋的重量N ₀。剩余网袋分别平铺到三个不同处理大区中（每个处理袋数相同）。

该验证区域处理如下：

处理1：无秸秆还田＋常规施肥(CK)；

处理2：秸秆还田+普通有机肥；

处理3：水稻秸秆还田+炭吸附秸秆腐熟剂；

秸秆腐熟程度记载：秸秆还田使用腐熟剂后在第5天、第10天、第30天、第70天观察记载秸秆定性腐解度。一般条件下，秸秆腐解程度为定性比较，统计时把秸秆颜色中黄、微黄、褐黄、黑黄分别定为1、2、3、4级，秸秆气味中的霉味、氨味、酒味、腐烂味分别定为1、2、3、4级，手感软化程度中的硬、微软、软、腐烂分别定为1、2、3、4级，统计时各处理中的腐解程度数值为三大指标数值之和，数值越大表示该处理的秸秆腐烂越快，腐熟作用越明显；

秸秆还田使用腐熟剂后在第5天、第10天、第30天、第70天观察记载秸秆腐熟变化程度。

 4.2.1不同处理的水稻秸秆颜色变化定性比较

秸秆颜色中黄、微黄、褐黄、黑黄分别定为1、2、3、4级。

不同处理的水稻秸秆颜色变化定性比较

4.2.2不同处理的水稻秸秆气味变化定性比较

秸秆气味中的霉味、氨味、酒味、腐烂味分别定为1、2、3、4级。

不同处理的水稻秸秆气味变化定性比较

4.2.3不同处理的水稻秸秆手感软化程度变化定性比较

手感软化程度中的硬、微软、软、腐烂分别定为1、2、3、4级。

不同处理的水稻秸秆手感软化程度变化定性比较

4.2.4不同处理的水稻秸秆腐熟程度变化综合定性比较

各处理中的腐解程度数值为三大指标数值之和，数值越大表示该处理的秸秆腐烂越快，腐熟作用越明显。

不同处理的水稻秸秆腐熟程度变化综合定性比较

 

动态调查表可知：施用炭吸附秸秆腐熟剂的秸秆腐熟效果较明显和完全，秸秆得到了充分的利用，添加腐熟剂各点显示秸秆都是在5天后发生发生变化，腐熟程序为先无戳痛、颜色加深、变软后有臭味再易折断后腐熟；而未添加腐熟剂的秆秸腐熟时间较长些，要在7天后才开始。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种炭吸附秸秆腐熟剂的制备方法，其特征在于，该炭吸附秸秆腐熟剂的制备方法包括以下步骤：

腐熟菌株的分离和鉴定；

腐熟菌剂的生产；

验证炭吸附秸秆腐熟剂的效果。

2.如权利要求1所述的炭吸附秸秆腐熟剂的制备方法，其特征在于，腐熟菌株分离和鉴定的具体方法为：

采取自然秸秆腐熟田块的腐熟秸秆和周围土壤，保存，采用Kelman ′s TTC Agar 选择性培养基分离腐熟菌；

通过盆栽试验和大田试验复筛出高效腐熟菌株YLY6、YLY10，鉴定到属种，菌种于30%甘油中-70℃保存。

3.如权利要求1所述的炭吸附秸秆腐熟剂的制备方法，其特征在于，腐熟菌剂的生产方法如下：

1）将腐熟菌YLY6与YLY10分别接种到PDA培养液，分别进行液体发酵生产；

2）将腐熟菌与炭化后的秸秆和菜粕微生物酶解混合物分别进行固体发酵； 

3）将炭化秸秆和菜粕的微生物酶解混合物两类分别将腐熟菌YLY6固体菌剂和YLY10固体菌剂以体积比1:1混合，获得炭化秸秆的固体混合菌剂和菜粕微生物酶解混合物的固体混合菌剂；

4）再降炭化秸秆的固体单一菌剂、混合菌剂按体积比75%分别与菜粕微生物酶解混合物的固体单一菌剂、混合菌剂按体积比25%的比例充分混合，并后熟2-3天，后熟过程中翻堆2次，在温度不超过60℃的条件下将微生物菌剂的含水量蒸发至不高于30%，获得能快速腐熟秸秆的炭吸附秸秆腐熟剂。

4.如权利要求1所述的炭吸附秸秆腐熟剂的制备方法，其特征在于，腐熟菌YLY6与YLY10发酵生产的条件为：

PH生产范围自然，培养温度范围30~38℃，搅拌速度为180~300转/分钟，发酵中后期形成芽孢，使发酵液中含菌或芽孢量≥5×10⁹ 个/ml。

5.如权利要求1所述的炭吸附秸秆腐熟剂的制备方法，其特征在于，所用PDA培养液配制方法为：

土豆削皮后切成块放到水里煮，沸腾后煮30min，经过滤后滤液中加蔗糖，定容至，pH值调至7.2-7.4，121℃灭菌20min，土豆、蔗糖、定容后液体的重量体积比为10g:1g:50ml。

6.如权利要求1所述的炭吸附秸秆腐熟剂的制备方法，其特征在于，腐熟菌与秸秆和菜粕微生物酶解混合物分别进行固体发酵的方法为：

每吨固体有机物料中加入腐熟菌液50L，固体发酵过程中每天翻堆一次，固体发酵温度不超过50℃，发酵5天后结束，接抗菌含量不低于1×10⁸ 个/g，获得两种腐熟菌的炭化秸秆固体菌剂和菜粕微生物酶解混合物固体菌剂。

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