CN103787698B - 一种用于粪便堆肥的新型em菌剂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于粪便堆肥的新型EM菌剂，由有益微生物群、有机质生物降解增速因子和重金属束缚材料按照质量比为1～2：3～5：4～6的比例配混得到；所述有益微生物群由光合细菌、乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌、白腐菌、放线菌、固氮菌、木霉和硝化细菌按照等质量比配混得到；所述有机质生物降解增速因子由无机盐、纤维素酶增效蛋白、水溶性糖类、有机酸组成，所述重金属束缚材料为膨润土分子筛或者粉煤灰分子筛。本发明的新型EM菌剂可以同时解决粪便堆肥过程的臭气污染、重金属污染和辅料短缺问题。
Description
技术领域
本发明涉及堆肥生物技术领域，尤其涉及一种用于粪便堆肥的EM菌剂。
背景技术
人畜粪便中含有丰富的有机质、氮、磷、钾、钙、镁等元素，通过堆肥化处理可以使人畜粪便中的有机物通过发酵而形成性质稳定、对农业种植有利的有机肥料，但是在堆肥化的过程中会产生一系列的问题：其一，堆肥化过程中会产生含有硫化物、胺类和低级脂肪酸类等化学物质的臭气，臭气的挥发会给人们带来不快感、导致人和禽畜呼吸道疾病、当硫化氢、氨气和硫醇等气体排放到大气中后会引起酸雨问题；其二，现代规模化的养殖过程中多使用饲料喂养，所以禽畜粪便中还含有Pb、As、Cd、Cu、Zn等重金属元素，含有重金属元素的粪便和有机肥长期用于农业种植时，会在土壤中积累，从而对环境和人类健康产生危害；其三，现有的堆肥技术多采用粪便和纤维类辅料（如秸秆、锯末、蘑菇渣、米糠等）进行堆肥化处理，辅料虽然售价便宜但是收集过程成本较高，辅料一定程度上增加了粪便堆肥化处理成本，同时辅料短缺问题也大大制约了粪便堆肥化的发展。
目前，针对上述问题已有相应的研究。如中国专利申请号为200910044699.0，发明名称为“一种降低禽畜粪便堆肥中重金属生物有效性的钝化剂及使用方法”，公开了通过在堆肥过程中加入重金属钝化剂来降低禽畜粪便堆肥中重金属生物有效性，达到了农作物对堆肥中重金属的吸收量降低的效果，但是在堆肥的过程中不可避免的使用到了辅料；中国专利申请号为201010148953.4，发明名称为“一种粪便除臭微生物组合菌”，公开了以粪便和秸秆为原料，通过微生物组合菌发酵生产有机肥，可以减少对堆肥过程中臭味的产生，其生产过程中也不可避免的使用秸秆为原料，增加了有机肥的生产成本。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种用于粪便堆肥的EM菌剂，同时解决堆肥过程中臭气污染、重金属污染和辅料短缺问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种用于粪便堆肥的EM菌剂，其特征在于，由有益微生物群、有机质生物降解增速因子和重金属束缚材料按照质量比为1～2：3～5：4～6的比例配混得到；
所述有益微生物群由光合细菌、乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌、白腐菌、放线菌、固氮菌、木霉和硝化细菌按照等质量比配混得到；
所述有机质生物降解增速因子由无机盐、纤维素酶增效蛋白、水溶性糖类和有机酸组成，其中各组分的含量为：无机盐为5～15wt％，纤维素酶增效蛋白为0.1～0.6wt％，有机酸为1～6wt％，余量为水溶性糖类。
所述重金属束缚材料为膨润土分子筛或者粉煤灰分子筛。
作为优化，所述无机盐由铵盐、钾盐和硫酸亚铁配混得到，其中铵盐、钾盐和硫酸亚铁的质量比为2～5:1～3：0.1～0.3；所述铵盐为氯化铵、硫酸铵和碳酸铵中的一种；钾盐为磷酸二氢钾、磷酸氢二钾和氯化钾中的一种。
作为优化，所述纤维素酶增效蛋白由expansin、swollenin、BsEXLX1中的一种或者几种按等质量比配混得到。
作为优化，所述水溶性糖由低聚果糖、麦芽糖、山梨糖、海藻糖、棉籽糖中的一种或者几种按等质量比配混得到。
作为优化，所述有机酸的浓度为0.01mol/L，其由乙酸、磺酸、亚磺酸、草酸、酒石酸、苹果酸、抗坏血酸、苯甲酸、水杨酸中的一种或者几种按等质量比配混得到。
所述的用于粪便堆肥的EM菌剂可用于粪便堆肥处理，使用前用水稀释8～10倍；然后按重量比8～10%添加到含水率为50%～60%的粪便（人粪、猪粪、鸡粪、牛粪...)中搅拌均匀即可。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明采用有益微生物群、有机质生物降解增速因子和重金属束缚材料组成一种EM菌剂；其中有机质生物降解增速因子是一类能促进微生物快速繁殖，提高酶活性的物质，可以为无机物或者有机物或有机物与无机物的混合物；重金属束缚材料是一类能够吸附、固化重金属离子的多孔状材料，如膨润土分子筛、粉煤灰分子筛等。通过各个组分之间的协同增效作用，可同时解决堆肥过程中的臭气污染、重金属污染和辅料短缺三个问题。
2、本发明中的EM菌剂中含有有益微生物群，可在24小时内产生极高活性的蛋白酶类、脂肪酶类、淀粉酶、纤维素酶、木聚糖酶、硫化氢氧化酶等，进而能快速降解粪便中的蛋白质、脂肪、淀粉、纤维素、木质素、核酸等高分子有机物，使其变成易被植物吸收利用的氨基酸、腐殖酸、磷酸盐、硝酸盐、钾盐类小分子物质，从源头上截断臭气产生的途径，实现了无臭气污染的粪便堆肥化处理。
3、本发明中的EM菌剂中含有有机质生物降解增速因子，可以替代纤维素类辅料，将粪便中的可溶性碳氮比调节到8～15：1，这个碳氮比对堆肥发酵是最适宜的，用传统工艺堆肥，腐熟时间在10～15天，并且堆肥过程无需添加任何纤维素类辅料如秸秆、锯末、蘑菇渣、米糠等。
4、本发明中的重金属束缚材料可以锁定粪便中的重金属离子不转移，具有均匀的微孔，其孔径与一般分子大小相当。重金属束缚材料可以采用膨润土分子筛或者粉煤灰分子筛，通常为结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐物质，是由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成0.3～2nm分子尺寸的孔道和空腔体系，可以吸附大小和形状不同的分子；在pH5～8，同时这个pH值也是绝大多数农作物最适宜生长的pH值，重金属束缚材料对砷、汞、铅、铬、镉等重金属离子具有较强的吸附能力，可以解决堆肥中重金属污染问题。而在堆肥后期，一般会因为氨的挥发造成氮元素损失，由于分子筛的加入，可以吸附大量的氨，起到保肥的作用。另外，分子筛不溶于水，不溶于弱酸弱碱，不会引起土质盐碱化。
5、本发明中的EM菌剂用于堆肥时，对氨气和硫化氢的去除率均可达到98%以上；堆肥后所得到的成品肥用于农作物种植后，农作物中重金属的残留量符合GB18406.1-2001中的要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明的用于粪便堆肥的EM菌剂做进一步详细说明。值得说明的是，本发明所用的纤维素酶增效蛋白中的expansin、swollenin和BsEXLX1均为现在技术，为市售产品。具体技术内容可参考论文1～3中所述：
1、CosgroveDJ,LiZC.Roleofexpansinincellenlargementofoatcoleoptiles[J].PlantPhysiology,1993,103(4):1321-1328；
2、MarkkuS,MarjaP,SatuH,etal.Swollenin,aTrichodermareeseiproteinwithsequencesimilaritytotheplantexpansins,exhibitsdisruptionactivityoncellulosicmaterials[J].EurJBiochem,2002,269(17):4202-4211；
3、EunSK,LeeHJ,BangWG,etal.FunctionalcharacterizationofabacterialexpansinfromBacillussubtilisforenhancedenzymatichydrolysisofcellulose[J].BiotechnologyandBioengineering,2009,102(5):1342-1352。
本发明的有益微生物群中的光合细菌为沼泽红假单胞菌或者深红红螺菌；乳酸菌为植物乳杆菌、双歧杆菌、干酪乳杆菌或者发酵乳杆菌；芽孢杆菌为枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌或者地衣芽胞杆菌；酵母菌为酿酒酵母或者啤酒酵母；白腐菌为黄孢原毛平革菌；放线菌为粉红链孢囊菌、绛红小单孢菌或者棘孢小单孢菌；固氮菌为圆褐固氮菌；木霉为绿色木霉、里氏木霉或者康氏木霉；脱硫细菌为氧化硫杆菌。
实施例1：
一种用于粪便堆肥的EM菌剂，由有益微生物群、有机质生物降解增速因子和膨润土分子筛按照质量比为1：5：4的比例配混而成。其中有益微生物群由沼泽红假单胞、植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌、酿酒酵母、黄孢原毛平革菌、粉红链孢囊菌、圆褐固氮菌、绿色木霉和氧化硫杆菌按照等质量比配混得到。有机质生物降解增速因子中各个组分的含量为：无机盐为6wt％，纤维素酶增效蛋白为0.2wt％，水溶性糖类为88.8wt％，有机酸为5wt％。无机盐为氯化铵、磷酸氢二钾、硫酸亚铁按质量比2:1:0.1的比例配混得到。纤维素酶增效蛋白为expansin和swollenin按质量比为1：1的比例配混得到。水溶性糖类为低聚果糖和海藻糖按质量比为1：1的比例配混得到。有机酸采用浓度为0.01mol/L的乙酸和草酸按质量比为1：1的比例配混而成。
将上述实施例1得到的EM菌剂用于人粪（也可用于猪粪、鸡粪、牛粪...)堆肥，使用前用水稀释10倍，然后按重量比10%添加到含水率为50%～60%的人粪中搅拌均匀即可。测试结果表明氨气的去除率为98.5%以上，硫化氢的去除率为98.1%，整个发酵过程中无臭气释放；发酵腐熟时间为11～12天；EM菌剂对粪便中重金属的束缚效果如表1所示。
实施例2：
一种用于粪便堆肥的EM菌剂，由有益微生物群、有机质生物降解增速因子和膨润土分子筛按照质量比为1：4：5的比例配混而成。其中有益微生物群由深红红螺菌、双歧杆菌、巨大芽孢杆菌、啤酒酵母、黄孢原毛平革菌、绛红小单孢菌、圆褐固氮菌、里氏木霉和氧化硫杆菌按照等质量比配混得到。有机质生物降解增速因子中各个组分的含量为：无机盐为8wt％，纤维素酶增效蛋白为0.3wt％，水溶性糖类为88.7wt％，有机酸为3wt％。无机盐为硫酸铵、磷酸氢二钾和硫酸亚铁按质量比3:2:0.2的比例配混得到。纤维素酶增效蛋白为expansin和swollenin按质量比为1：1的比例配混得到。水溶性糖类为低聚果糖和海藻糖按质量比为1：1的比例配混得到。有机酸采用浓度为0.01mol/L的乙酸和草酸按质量比1：1的比例配混得到。
将上述实施例2得到的EM菌剂用于人粪（也可用于猪粪、鸡粪、牛粪...)堆肥，使用前用水稀释8倍；然后按重量比9%添加到含水率为50%～60%的人粪中搅拌均匀即可。测试结果表明氨气的去除率为99.1%，硫化氢的去除率为98.8%，另外发酵过程中无臭气释放；发酵腐熟时间为12～13天；EM菌剂对粪便中重金属的束缚效果如表1所示。
实施例3：
一种用于粪便堆肥的EM菌剂，由有益微生物群、有机质生物降解增速因子和粉煤灰分子筛按照质量比为1：3：6的比例配混而成。其中有益微生物群由沼泽红假单胞、干酪乳杆菌、地衣芽胞杆菌、酿酒酵母、黄孢原毛平革菌、棘孢小单孢菌、圆褐固氮菌、康氏木霉和氧化硫杆菌按照等质量比配混得到。有机质生物降解增速因子中各个组分的含量为：无机盐为10wt％，纤维素酶增效蛋白为0.4wt％，水溶性糖类为85.6wt％，有机酸为4wt％。无机盐为碳酸铵、氯化钾和硫酸亚铁按质量比5:2:0.2的比例配混得到。纤维素酶增效蛋白为expansin、swollenin和BsEXLX1按质量比为1：1：1的比例配混得到。水溶性糖类为麦芽糖、低聚果糖和海藻糖按质量比为1：1：1的比例配混得到。有机酸采用浓度为0.01mol/L的乙酸和酒石酸按质量比1：1的比例配混得到。
将上述实施例3得到的EM菌剂用于人粪（也可用于猪粪、鸡粪、牛粪...)堆肥，使用前用水稀释9倍；然后按重量比9%添加到含水率为50%～60%的人粪中搅拌均匀即可。测试结果表明氨气的去除率为98.3%，硫化氢的去除率为98.2%，而且整个发酵过程中无臭气释放；发酵腐熟时间为13～14天；EM菌剂对粪便中重金属的束缚效果如表1所示。
实施例4：
一种用于粪便堆肥的EM菌剂，由有益微生物群、有机质生物降解增速因子和粉煤灰分子筛按照质量比为2：5：6的比例配混而成。其中有益微生物群由沼泽红假单胞菌、发酵乳杆菌、枯草芽孢杆菌、酿酒酵母、黄孢原毛平革菌、粉红链孢囊菌、圆褐固氮菌、绿色木霉和氧化硫杆菌按照等质量比配混得到。有机质生物降解增速因子中各个组分的含量为：无机盐为12wt％；纤维素酶增效蛋白为0.4wt％，水溶性糖类为82.5wt％，有机酸为5wt％。无机盐为硫酸铵、磷酸二氢钾和硫酸亚铁按质量比4:3:0.3的比例配混得到。纤维素酶增效蛋白为expansin、swollenin和BsEXLX1按质量比1：1：1的比例配混得到。水溶性糖类为棉籽糖和海藻糖按质量比为1：1的比例配混得到。有机酸采用浓度为0.01mol/L的磺酸和草酸按质量比为1：1的比例配混得到。
将上述实施例4得到的EM菌剂用于人粪（也可用于猪粪、鸡粪、牛粪...)堆肥，使用前用水稀释8倍；然后按重量比8%添加到含水率为50%～60%的人粪中搅拌均匀即可。测试结果表明氨气的去除率为98.6%，硫化氢的去除率为98.3%，而且整个发酵过程中无臭气释放；发酵腐熟时间为14～15天；EM菌剂对粪便中重金属的束缚效果如表1所示。
表1
为了验证本发明中EM菌剂用于堆肥所得的成品肥的效果，将上述实施例2中的EM菌剂用于人粪堆肥，然后将其得到的成品肥和普通土壤用于农作物盆栽试验，供试果蔬为黄瓜、辣椒、生菜和上海青，对照组1、对照组2和实验组均采用相等质量、同一来源的土壤，而且播种数量、浇水量与频率、生长气候环境均相同，所不同的是：
对照组1采用土壤种植；
对照组2采用土壤和成品肥种植，所用成品肥为采用EM菌剂对人粪进行堆肥得到的有机肥；其中EM菌剂中不含重金属束缚材料，由实施例2中有益微生物群和有机质生物降解增速因子组成；
实验组采用土壤和成品肥种植，其中成品肥为实施例2中的EM菌剂用于人粪堆肥得到的有机肥。
对照组1、对照组2和实验组收获后检测重金属含量如表2所示，由表中可以看出本发明的中的EM菌剂用于人粪堆肥得到的有机肥，用于农作物种植后，农作物中重金属元素的残留量均符合GB18406.1-2001中的规定。
表2
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种用于粪便堆肥的EM菌剂，其特征在于，由有益微生物群、有机质生物降解增速因子和重金属束缚材料按照质量比为1～2：3～5：4～6的比例配混得到；
所述有益微生物群由光合细菌、乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌、白腐菌、放线菌、固氮菌、木霉和硝化细菌按照等质量比配混得到；
所述有机质生物降解增速因子由无机盐、纤维素酶增效蛋白、水溶性糖类和有机酸组成，其中各组分的含量为：无机盐为5～15wt％，纤维素酶增效蛋白为0.1～0.6wt％，有机酸为1～6wt％，余量为水溶性糖类；
所述重金属束缚材料为膨润土分子筛或者粉煤灰分子筛；
所述无机盐由铵盐、钾盐和硫酸亚铁配混得到，其中铵盐、钾盐和硫酸亚铁的质量比为2～5:1～3：0.1～0.3；所述铵盐为氯化铵、硫酸铵和碳酸铵中的一种；钾盐为磷酸二氢钾、磷酸氢二钾和氯化钾中的一种；
所述纤维素酶增效蛋白由expansin、swollenin、BsEXLX1中的一种或者几种按等质量比配混得到。
2.如权利要求1所述的用于粪便堆肥的EM菌剂，其特征在于，所述水溶性糖由低聚果糖、麦芽糖、山梨糖、海藻糖、棉籽糖中的一种或者几种按等质量比配混得到。
3.如权利要求1所述的用于粪便堆肥的EM菌剂，其特征在于，所述有机酸的浓度为0.01mol/L，其由乙酸、磺酸、亚磺酸、草酸、酒石酸、苹果酸、抗坏血酸、苯甲酸、水杨酸中的一种或者几种按等质量比配混得到。
4.如权利要求1～2中任意一项所述的用于粪便堆肥的EM菌剂用于粪便堆肥处理，使用前用水稀释8～10倍；然后按重量比8～10%添加到含水率为50%～60%的粪便中搅拌均匀即可。
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