CN104177138A - 一种以固体发酵技术制备的生物菌肥及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种肥料，特别涉及一种生物菌肥，本发明的生物菌肥由发酵原料和菌种活化液通过固体发酵技术制备而成；所述菌种活化液的有效活菌数为4-30亿/mL，菌种活化液的加入量与发酵原料的体积质量比为1-5L/100kg；所述发酵原料按质量份，包括以下组分：30-50份的葡萄皮；30-50份的蘑菇渣；10-20份的糠醛渣；3-6份的草木灰；0.2-0.8份的无机盐，其固体发酵过程包括发酵原料的混合，将菌种活化液添加到混合原料中，搅拌均匀后平铺于固体发酵设备中发酵，经烘干得生物菌肥。采用本发明固体发酵方式制得的生物菌肥，有效活菌数高，菌种竞争力强，并且突破传统生物菌肥的菌种存放与使用中的失活问题。

Description

一种以固体发酵技术制备的生物菌肥及其应用

技术领域

本发明涉及一种肥料，特别涉及一种以固体发酵技术制备的生物菌肥及其应用。

背景技术

传统生物菌肥多采用液体菌液或固体菌粉与有机物料简单混合的方式制备而成，其生产多采用液体深层发酵，再经喷雾干燥进行生产，这种生产方式对设备要求高，并且设备昂贵，操作参数复杂，不适合大规模应用，且液体发酵不能利用有机废弃物，生产受到一定的局限。

每年，我国有大量的农业有机废弃物被浪费，造成极大的环境压力，将有机废弃物进行无害化处理和资源化利用成为必然的发展趋势。在我国，利用有机废弃物进行生物肥料的研究尚处于起步阶段，利用现代生物技术进行有机原料与有益菌种结合的技术也不完善，开发、产销生物菌肥的企业生产规模往往不大。

经检索发现，授权公告号为CN101585722B的专利文件公开了利用胶冻样芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌制备复合生物菌肥的方法，先培养生长二级胶冻样芽孢杆菌和二级巨大芽孢杆菌种子，然后将固体培养基搅拌均匀后置于灭菌后的固体发酵池中，将两种二级菌种子接种到固体发酵池中，加水到固体发酵池内使发酵物料的湿度保持在50％，然后密封并控制发酵池内温度，发酵培养48-54小时制得成品。但是利用该方法得到的产品有效活菌数低，菌种存活率低，使用后竞争能力、定殖能力差等，这些均限制了生物肥料的大面积应用与推广。

发明内容

为了克服上述的缺陷，本发明提供了一种以固体发酵技术制备的生物菌肥及其应用。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种以固体发酵技术制备的生物菌肥，由发酵原料和菌种活化液通过固体发酵技术制备而成；所述菌种活化液的有效活菌数为4-30亿/mL，菌种活化液的加入量与发酵原料的体积质量比为1-5L/100 kg；所述发酵原料按质量份，包括以下组分：30-50份的葡萄皮；30-50份的蘑菇渣；10-20份的糠醛渣；3-6份的草木灰；0.2-0.8份的无机盐。

本发明中虽然葡萄皮、蘑菇渣、糠醛渣的有机质含量均较高，但将单一的葡萄皮、蘑菇渣或糠醛渣进行固体发酵时有效活菌数仅能达到20亿/g，本发明的技术方案将葡萄皮、蘑菇渣、糠醛渣三种农业有机废弃物按照一定比较进行混合后，三者产生协同效应，用草木灰将混合物的pH值调节至菌种发酵的适宜范围(pH＝6.0-7.5)，进行固体发酵后其有效活菌数大大增加，能达到大于100亿/g。这种生物菌肥能有效改善土壤微生态环境，提高作物抗逆能力，有效改善作物品质，减少对水、土、气的污染，真正实现生态农业。

为了得到更好的发酵效果，对上述方案进行了优化，一种以固体发酵技术制备的生物菌肥，所述菌种活化液的有效活菌数为5-10亿/mL，菌种活化液的加入量与发酵原料的体积质量比为2-4L/100kg；所述发酵原料按质量份，包括以下组分：40-45份的葡萄皮；40-45份的蘑菇渣；10-15份的糠醛渣；4-5份的草木灰；0.4-0.5份的无机盐。

具体的，所述制备菌种活化液的菌种选自枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌中的一种。

优选的，所述制备菌种活化液的菌种选自枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌中的一种。

虽然本发明选用的菌种在农业上被较为广泛的应用，但在固体发酵技术中并没有应用，一般都是通过液体发酵来实现，液体发酵后会用载体将菌体吸附制备成菌粉，一般菌肥企业都是直接购买菌粉与有机原料简单混合后制备成生物菌肥，这种菌肥制备简单，技术含量低。

其中，本发明中的无机盐的作用是提供细菌生长的无机盐条件。因为硫酸铵和硫酸镁与其他无机盐相比价格便宜，优选的，本发明所述无机盐选取硫酸铵、硫酸镁中的一种或两种。硫酸铵和硫酸镁大约均为500元/吨，其他如磷酸二氢钾为7000元/吨，硫酸锰为4000元/吨，大大超过本发明选用的两种无机盐的价格。

本发明中葡萄皮、蘑菇渣、糠醛渣的有机质含量较高，可以满足细菌生长所需的碳氮等需求。优选的，所述葡萄皮含有有机质70-80％、水分15-25％；蘑菇渣含有有机质45-50％、水分35-45％；糠醛渣含有有机质40-45％、水分40-45％。

本发明的另一技术方案，一种以固体发酵技术制备的生物菌肥的发酵方法，包括以下步骤：

(1)活化菌种，得菌种活化液；

(2)将发酵原料的各组分混合得混合物，在混合物中加水，使混合物的湿度为40-50％，然后进行灭菌处理；

(3)将菌种活化液添加到步骤(2)所得产物中，搅拌均匀后平铺于灭菌后的固体发酵设备中，物料平铺厚度为30-40cm；

(4)在环境温度30±5℃、物料湿度50-70％条件下培养3-4d，并每隔6-12h翻堆一次；

(5)将步骤(4)所得产物进行烘干处理，使生物菌肥的含水率小于15％，即得。

本发明的菌种活化可采用现有技术公开的多种技术方案，优选采用如下技术方案：用接种环挑取少量涂布于培养皿中(培养基为NA培养基)，在恒温培养箱中30±2℃条件下，培养20-28h，然后挑取少量接种于液体培养基中，在恒温震荡培养箱中30±2℃条件下，培养20-28h。

具体的，步骤(2)中的灭菌处理优选采用如下技术方案：于高压灭菌锅中在高于121℃条件下，灭菌30-50min。

具体的，对固体发酵设备进行灭菌处理，用75％(体积比)酒精喷洒即可。本发明的固体发酵设备可采用现有技术公开的多种技术方案，在本发明中具体选择固体发酵槽进行固体发酵，其制作过程如下：(1)、固体发酵槽的制作：地上砖混起槽，水泥平整，尺寸约为3m×2m×0.8m；(2)、固体发酵槽专用槽盖的制作：材料可用塑钢，尺寸约为4m×3m×2.5m；(3)、由步骤(1)和步骤(2)的尺寸可得出固体发酵槽专用槽盖与固体发酵槽四面各预留了50cm的空间，槽盖比槽体高出1.7m的空间；(4)预留空间内两侧对称放置加热装置(可选加热器)，另外两侧对称放置加湿装置(可选加湿器)，加热器与加湿器均市售获得；(5)固体发酵槽专用槽盖较长的两个侧面，各留出两个圆形通风口，并用树脂材料做成可开关样式，便于观察与开关通风。

本发明对步骤(4)所得产物烘干处理可采用现有技术公开的多种技术方案，优选采用如下技术方案：通30-40℃的热风烘干2-5h。本发明步骤(4)所得产物中存在芽孢，芽孢在水分、温度等其他条件适宜时，会重新萌发形成细菌菌体。但在水分含量低时，会持续以芽孢的形式存在，该工序的目的保证芽孢数量，保证产品在贮存及使用中的有效活性。

本发明的固体发酵方式可完成菌种的扩大培养，实现菌种高活性存放和使用，确保有机原料与菌种的协同增效功能，突破传统生物菌肥简单混合造成的菌种存放与使用中的失活问题。

本发明的生物菌肥有机质含量高，有效活菌数高，可广泛应用于有机质含量低，土传病害较为严重的土壤，作为基肥或追肥用，基肥效果更佳。

采用本发明固体发酵方式制得的生物菌肥，有效活菌数高，远远高于市面产品和国家标准，菌种竞争力强，并且能实现菌种高活性存放和使用，确保有机原料与菌种的协同增效功能，突破传统生物菌肥简单混合造成的菌种存放与使用中的失活问题。一般的生物菌肥施用土壤后，由于生存条件的转变，其繁殖速率受限，而本发明生物菌肥中的微生物可迅速在作物根部定殖，形成优势菌群。

附图说明

图1为本发明以固体发酵技术制备生物菌肥发酵方法的工艺流程图；

图2为应用例1实验组与对照组有效活菌数变化图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。实施例中涉及到的百分号“％”，若未特别说明，是指质量百分比。

实施例1

本实施例的发酵原料以100kg混合物料为基准，各物料添加量为：葡萄皮40kg、蘑菇渣40kg、糠醛渣14.5kg、草木灰5kg、硫酸铵0.4kg、硫酸镁0.1kg。

其中，葡萄皮的有机质80％、水分15％、pH值5.2，采购自烟台张裕集团；蘑菇渣的有机质45％、水分40％、pH值7.1，采购自苍山格润肥业有限公司；糠醛渣的有机质45％、水分45％、pH值3.2，采购自嘉祥众卓肥业有限公司；草木灰的pH值为13，采购自诸城佳农肥料有限公司。

本实施例中使用的菌种为枯草芽孢杆菌，经活化后，其有效活菌数为10亿/mL。本实施例中活化菌种的方法如下：将保存的枯草芽孢杆菌用接种环挑取少量涂布于培养皿中(培养基为NA培养基)，在恒温培养箱中30℃条件下，培养24h，然后挑取少量接种于液体培养基中，在恒温震荡培养箱中30℃条件下，培养24h。

菌种活化液的加入量与发酵原料的质量体积比为2L/100kg。

本实施例生物菌肥的制备方法包括以下步骤：

(1)活化菌种，得菌种活化液；

(2)以100kg混合物料为基准，各物料添加量为：葡萄皮40kg、蘑菇渣40kg、糠醛渣14.5kg、草木灰5kg、硫酸铵0.4kg、硫酸镁0.1kg，得混合物，在混合物中添加70kg自来水，搅拌均匀后置于高压灭菌锅中，121℃下灭菌30min，经检测，混合物料pH值为7.3；

(3)将步骤(2)的产物取出，置于固体发酵设备内，添加2L菌种活化液，用灭菌处理(酒精消毒)的铁锹搅拌均匀，将其均匀平铺于灭菌后的固体发酵设备内，厚度为37cm，则固体发酵前的有效活菌数为0.12亿/g；

(4)维持固体发酵设备内恒温恒湿状态(温度30℃，湿度60％)，每隔12h翻堆一次，发酵3d；

(5)用35℃的热风烘干3h，经检测，枯草芽孢杆菌的有效活菌数为121亿/g。

实施例2

本实施例的发酵原料以100kg混合物料为基准，各物料添加量为：葡萄皮45kg、蘑菇渣40kg、糠醛渣10kg、草木灰4.5kg、硫酸铵0.3kg、硫酸镁0.2kg。

其中，葡萄皮的有机质70％、水分20％、pH值5.5，采购自平度德诚饲料原料经营部；蘑菇渣的有机质45％、水分38％、pH值7.2，采购自山东田大壮有机肥原料有限公司；糠醛渣的有机质40％、水分40％、pH值3.7，采购自山东天冠糠醛有限公司；草木灰的pH值为14，采购自诸城佳农肥料有限公司。

本实施例中使用的菌种为地衣芽孢杆菌，经活化后，其有效活菌数为6亿/mL。本实施例中活化菌种的方法如下：将保存的地衣芽孢杆菌用接种环挑取少量涂布于培养皿中(培养基为NA培养基)，在恒温培养箱中30℃条件下，培养24h，挑取少量接种于液体培养基中，在恒温震荡培养箱中30℃条件下，培养24h。

菌种活化液的加入量与发酵原料的质量体积比为4L/100kg。

本实施例生物菌肥的制备方法包括以下步骤：

(1)活化菌种，得菌种活化液；

(2)以100kg混合物料为基准，各物料添加量为：葡萄皮45kg、蘑菇渣40kg、糠醛渣10kg、草木灰4.5kg、硫酸铵0.3kg、硫酸镁0.2kg，得混合物，在混合物中添加70kg自来水，搅拌均匀后置于高压灭菌锅中，121℃下灭菌30min，经检测，混合物料pH值为6.8；

(3)将步骤(2)的产物取出，置于固体发酵设备内，添加4L菌种活化液，用灭菌处理(酒精消毒)的铁锹搅拌均匀，将其均匀平铺于灭菌后的固体发酵设备内，厚度为30cm，则固体发酵前的有效活菌数为0.14亿/g；

(4)维持固体发酵设备内恒温恒湿状态(温度30℃，湿度60％)，每隔12h翻堆一次，发酵3d；

(5)用45℃的热风烘干2h，经检测，地衣芽孢杆菌的有效活菌数为135亿/g。

实施例3

本实施例的发酵原料以100kg混合物料为基准，各物料添加量为：葡萄皮35kg、蘑菇渣50kg、糠醛渣10kg、草木灰4.5kg、硫酸铵0.4kg、硫酸镁0.1kg

其中，葡萄皮的有机质70％、水分15％、pH值5.2，采购自烟台张裕集团；蘑菇渣的有机质48％、水分40％、pH值7.1，采购自山东力苗农业科技股份有限公司；糠醛渣的有机质40％、水分45％、pH值3.5，采购自山东肥禾生物科技有限公司；草木灰的pH值为14，采购自山东肥禾生物科技有限公司。

本实施例中使用的菌种为枯草芽孢杆菌，经活化后，其有效活菌数为5亿/mL。本实施例中活化菌种的方法如下：将保存的枯草芽孢杆菌用接种环挑取少量涂布于培养皿中(培养基为NA培养基)，在恒温培养箱中30℃条件下，培养22h，挑取少量接种于液体培养基中，在恒温震荡培养箱中30℃条件下，培养20h。

菌种活化液的加入量与发酵原料的质量体积比为4L/100kg。

本实施例生物菌肥的制备方法包括以下步骤：

(1)活化菌种，得菌种活化液；

(2)以100kg混合物料为基准，各物料添加量为：葡萄皮35kg、蘑菇渣50kg、糠醛渣10kg、草木灰4.5kg、硫酸铵0.4kg、硫酸镁0.1kg，得混合物，在混合物中添加70kg自来水，搅拌均匀后置于高压灭菌锅中，121℃下灭菌35min，经检测，混合物料pH值为6.5；

(3)将步骤(2)的产物取出，置于固体发酵设备内，添加4L菌种活化液，用灭菌处理(酒精消毒)的铁锹搅拌均匀，将其均匀平铺于灭菌后的固体发酵设备内，厚度为35cm，则固体发酵前的有效活菌数为0.14亿/g；

(4)维持固体发酵设备内恒温恒湿状态(温度30℃，湿度60％)，每隔12h翻堆一次，发酵2d；

(5)用30℃的热风烘干5h，经检测，枯草芽孢杆菌的有效活菌数为106亿/g。

应用例1

将实施例1获得的生物菌肥，按照1:200的比例(重量比)添加葡萄皮，搅拌均匀，目的是将菌肥有效活菌数设定在与市面产品相同的水平。经检验，实施例1菌肥处理后的有效活菌数为0.6亿/g。

将市售的生物菌肥(称为对照组1)与实施例1处理后获得的生物菌肥(称为实验组1)在常温下放置6个月，每隔一个月检测有效活菌数，其数据如图2。本应用例中对照组的生物菌肥采购自烟台宝田肥业有限公司，生物菌肥有效活菌数为0.6亿/g。

从图2可以看出，随着放置时间的增长，对照组1有效活菌数一直呈下降趋势，6个月时仅剩0.2亿/g；而实验组1有效活菌数一直呈上升趋势，4个月后趋于稳定状态，维持在5.5亿/g以上。

应用例2

将市售的生物菌肥与实施例2获得的生物菌肥施于苹果园地(栖霞庙后镇苹果园)。市售的生物菌肥采购自深圳市芭田生态工程股份有限公司，有效活菌数为1.0亿/g。

市售菌肥用量为100kg/亩，实施例2的菌肥用量为50kg/亩，2个月后，检测苹果根部地衣芽孢杆菌的根部定殖情况，果实采收时，对比果实品质与增产情况，数据见下表：

由上表可以看出市售菌肥处理组的根部定殖及土壤存活竞争能力较弱，远远不及实验组菌剂的根部定殖及土壤存活竞争能力。实施例2菌肥处理组的果实品质较其他处理组好，增产效果明显。

应用例3

以某地区1000亩甜瓜为种植基地，肥料选择市售生物菌肥(称为对照组3)和本发明实施例3中制备的生物菌肥(称为实验组3)，市售生物菌肥用量为100kg/亩，实施例3的生物菌肥用量为50 kg/亩。本应用例中对照组市售生物菌肥采购自山东沃地丰生物肥料有限公司，有效活菌数为0.2亿/g。

结果表明：实验组3比对照组3亩施肥节支100元，亩增产200kg以上，亩节支增收1200元以上。且实验组枯萎病比对照组明显降低，降低比率为10％。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种以固体发酵技术制备的生物菌肥，其特征在于：由发酵原料和菌种活化液通过固体发酵技术制备而成；

所述菌种活化液的有效活菌数为4-30亿/mL，菌种活化液的加入量与发酵原料的体积质量比为1-5L/100kg；

所述发酵原料按质量份，包括以下组分：30-50份的葡萄皮；30-50份的蘑菇渣；10-20份的糠醛渣；3-6份的草木灰；0.2-0.8份的无机盐。

2.根据权利要求1所述的生物菌肥，其特征在于：所述菌种活化液的有效活菌数为5-10亿/mL，菌种活化液的加入量与发酵原料的体积质量比为2-4L/100kg；

所述发酵原料按质量份，包括以下组分：40-45份的葡萄皮；40-45份的蘑菇渣；10-15份的糠醛渣；4-5份的草木灰；0.4-0.5份的无机盐。

3.根据权利要求1或2所述的生物菌肥，其特征在于：所述制备菌种活化液的菌种选自枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌中的一种。

4.根据权利要求3所述的生物菌肥，其特征在于：所述制备菌种活化液的菌种枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌中的一种。

5.根据权利要求1所述的生物菌肥，其特征在于：所述无机盐选取硫酸铵、硫酸镁中的一种或两种。

6.根据权利要求1或2所述的生物菌肥，其特征在于：所述葡萄皮含有有机质70-80％、水分15-25％；蘑菇渣含有有机质45-50％、水分35-45％；糠醛渣含有有机质40-45％、水分40-45％。

7.权利要求1所述生物菌肥的发酵方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)活化菌种，得菌种活化液；

(2)将发酵原料的各组分混合得混合物，在混合物中加水，使混合物的湿度为40-50％，然后进行灭菌处理；

(3)将菌种活化液添加到步骤(2)所得产物中，搅拌均匀后平铺于灭菌后的固体发酵设备中，物料平铺厚度为30-40cm；

(4)在环境温度30±5℃、物料湿度50-70％条件下培养3-4d，并每隔6-12h翻堆一次；

(5)将步骤(4)所得产物进行烘干处理，使生物菌肥的含水率小于15％，即得。

8.根据权利要求7所述的生物菌肥的固体发酵方法，其特征在于：步骤(5)烘干处理的方法为：通30-40℃的热风烘干2-5h。

9.根据权利要求7所述的生物菌肥的固体发酵方法，其特征在于：步骤(1)活化菌种的方法为将菌种挑取少量涂布于培养皿中，在30±2℃条件下，培养20-28h，然后挑取少量接种于液体培养基中，在30±2℃条件下，培养20-28h。

10.权利要求1-6任一项所述的生物菌肥在基肥或追肥方面的应用。