CN104649762A - 一种发酵花生秸秆制备得到的土壤高碳基添加物 - Google Patents

Abstract

本发明属于土壤改良剂技术领域，具体公开了一种发酵花生秸秆制备得到的土壤高碳基添加物。本发明添加物是以花生秸秆为降解原料，并添加复合菌制备得到，所述复合菌包括如下比例的各菌种组成：胶冻样芽孢杆菌：脱氮副球菌：瑞氏木霉：琥珀酸丝状杆菌=1~5:1~4:3~6:3~6。本发明根据花生秸秆的营养成分，采用四种复合菌发酵降解花生秸秆，利用菌种之间多重的互补性及协同作用，不仅可以在短时间内使花生秸秆得到充分的降解，而且制备得到的土壤高碳基添加物还能改良土壤的理化性质，促进作物生长发育，诱导作物增强抗性，增强抗寒、抗旱、抗病和抗逆能力，增加产量，改善产品品质。

Description

一种发酵花生秸秆制备得到的土壤高碳基添加物

技术领域

本发明涉及土壤改良剂技术领域，具体地，涉及一种发酵花生秸秆制备得到的土壤高碳基添加物。

背景技术

秸秆是农作物的副产品，是籽实收获后剩下的作物残留物，包括禾谷类、豆类、薯类、油料类、麻类，以及棉花、甘蔗、烟草、瓜果等多种作物。秸秆纤维素作为自然界中储存量最大的可再生资源，全球每年的产量高达1000亿t，我国是一个农业大国，农作物秸秆资源十分丰富，目前仅重要的作物秸秆就有近20种，年产量达7～10亿t。随着农村产业结构的调整，经济作物秸秆的比例也有所增加。作物秸秆除含大量的碳素外，还含有氮、磷、钾、钙、镁、硫、硅和各种微量元素，以及富含纤维素、半纤维素、蛋白质等有机物质。如果能充分有效地利用秸秆纤维素，将成为缓解当今人类面临的“粮食、能源、环境”三大危机，实现农业可持续发展的有效途径。

然而，随着农民生活水平的提高和化肥的普遍使用，大量农作物秸秆被焚烧或随地抛弃，这不仅浪费了宝贵的资源，而且还带来了各种危害，如：环境污染、火灾、土壤沙化等。土壤肥力下降后对于那些营养要求比较精细的作物的影响特别大，比如烟草，烟草对土壤的适应性很强，从轻沙土到重粘土，从酸性土到碱性土，从浅灰色到黄色、红色、黑色土等各种土壤，都能满足烟草生长发育的需要。但是，不同土壤生产出的烟叶风味却各不相同，有的苦辣呛人，有的芳香醇和，有的灰白火亮，有的却黑灰熄火。所以，从烟叶质量的角度考虑，烟草生产对土壤条件的要求比较严格。为了提高烟草种植土壤的肥力，烟农试着将花生、大豆、油菜等秸秆粉碎后添加到土壤中，然而由于秸秆纤维素的结构致密且复杂，在自然条件下分解缓慢，使得这些资源无法快速地被农田土壤利用，所以秸秆的加入不仅不能及时增加土壤的肥力，反而会影响烟草的耕种管理。

因此，在秸秆纤维素还田之前，需对其进行处理，而利用生物技术快速处理秸秆是当前应用较多的解决方法。微生物和酶等生物处理秸秆法，能将其粗纤维有效降解，以增加土壤肥效、改善土壤团粒结构，达到保墒、透气、保温、后茬作物产量明显提高的效果，既减少了秸秆焚烧的不利影响，也为后茬作物的生长创造了良好的土壤环境。但是，目前的生物处理秸秆法存在启动慢、分解效率低、发酵时间长、针对性差的缺点，难以广泛推广利用。因此，针对不同的作物秸秆，选育和利用作物秸秆高效降解微生物菌株，研发高效降解复合菌剂，是作物秸秆资源综合利用的方向之一。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种发酵花生秸秆制备得到的土壤高碳基添加物。所述添加物利用胶冻样芽孢杆菌、脱氮副球菌、瑞氏木霉、琥珀酸丝状杆菌之间的协同效应，并通过四种菌种的合理复配，在高效降解花生秸秆的同时可有效改良土壤的理化性质，能为土壤及农作物提供多种生长激素及酶，高效降解花生秸秆，同时可有效改良土壤的理化性质，增加烟叶产量和品质。

本发明的另一目的是提供上述添加物的制备方法。

本发明的另一目的是提供上述添加物的使用方法。

本发明的另一目的是提供上述添加物在制备生物肥中的应用。

本发明的上述目的是通过以下技术方案予以实现的。

一种发酵花生秸秆制备得到的土壤高碳基添加物，所述添加物是以花生秸秆为降解原料，并添加复合菌制备得到，所述复合菌包括如下比例的各菌种：胶冻样芽孢杆菌：脱氮副球菌：瑞氏木霉：琥珀酸丝状杆菌＝1～5:1～4:3～6:3～6。

经研究分析，花生秸秆中主要含有粗纤维和粗蛋白，以及少量粗脂肪；粗纤维中含有的纤维素最多，半纤维素、木质素次之。根据花生秸秆的营养结构，发明人经过大量的筛选实验，选择上述四种菌进行合理复配：所述脱氮副球菌分泌蛋白酶，将花生秸秆中的粗蛋白水解，从而将粗纤维暴露出来；所述瑞氏木霉也分泌蛋白酶，本发明将脱氮副球菌和瑞氏木霉组合起来对花生秸秆中的粗蛋白进行快速降解，同时，瑞氏木霉还能大量合成半纤维素酶、外切葡聚糖酶、内切葡聚糖酶，但所产的外切葡聚糖酶活力低，而琥珀酸丝状杆菌产的纤维二糖酶及木质素酶的活力高，因此，将瑞氏木霉和琥珀酸丝状杆菌配合起来能够对暴露出来的纤维素、半纤维素、木质素进行高效降解；同时，所述胶冻样芽孢杆菌能在生长繁殖过程中产生有机酸、氨基酸、多糖、激素等有利于其他菌种吸收和利用的物质，并分解释放出可溶的磷钾元素及钙、硫、镁、铁、锌、钼、锰等中微量元素，同时产生赤霉素、吲哚乙酸、细胞激动素、微生物酶、细菌多糖等生理活性物质，为其他菌种提供生长所必须的营养元素，有效抑制其他有害和致病微生物的繁殖，同时辅助其他菌种对花生秸秆的降解。本发明利用上述四种菌种之间的协同效应，得到的复合菌能够更加高效地降解花生秸秆，同时还能有效改良土壤的理化性质，促进作物生长发育，诱导作物增强抗性，增强抗寒、抗旱、抗病和抗逆能力，增加产量，改善产品品质。

优选地，所述复合菌的添加量为花生秸秆重量的0.5～3.5％。

优选地，所述复合菌由如下比例的各菌种组成：胶冻样芽孢杆菌：脱氮副球菌：瑞氏木霉：琥珀酸丝状杆菌＝2～5:3～4:3～6:5～6。

优选地，所述复合菌的添加量为花生秸秆重量的0.5～2％。

上述添加物的制备方法：将花生秸秆切割成得到降解原料，向其中添加秸秆重量0.5～3.5％的复合菌，加入适量的水，发酵处理2～3天后，进行翻推一次；再每隔8～15天翻推一次，一共翻推两次，得到所述添加物；其中，所述复合菌的制备包括如下步骤：

S1.将胶冻样芽孢杆菌、脱氮副球菌、瑞氏木霉、琥珀酸丝状杆菌分别活化，培养至菌液中活菌数浓度为0.8～2×10⁹个/克；

S2.按比例取上述四种菌的菌液混合均匀得到复合菌液。

为控制降解系统的含水量，更利于发酵降解，优选地，所述水的添加量为秸秆质量的35～50％。

优选地，上述添加物的制备方法，所述复合菌的各菌种组成为胶冻样芽孢杆菌：脱氮副球菌：瑞氏木霉：琥珀酸丝状杆菌＝2～5:3～4:3～6:5～6时，发酵处理时间为2天，进行翻推一次；再每隔8～10天翻推一次，一共翻推两次，得到所述添加物。优化菌种之间的配伍时可缩短翻推时间，提高降解效率。

上述添加物的使用方法，直接施于田间。

上述添加物在制备生物肥中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明根据花生秸秆的营养成分，采用复合菌发酵降解花生秸秆。发明人发现将胶冻样芽孢杆菌、脱氮副球菌、瑞氏木霉、琥珀酸丝状杆菌应用于花生秸秆的降解时，上述四种菌之间具有多重的互补性及协同作用，不仅可以在短时间内使花生秸秆得到充分的降解，而且制备得到的土壤高碳基添加物还能改良土壤的理化性质，促进作物生长发育，诱导作物增强抗性，增强抗寒、抗旱、抗病和抗逆能力，增加产量，改善产品品质。

(2)本发明所述的土壤高碳基添加物能够有效增加土壤有机质和生物活性物质的含量，对磷钾也有一定的利用和分解能力，并且，还具有固氮的作用，改善了耕地土壤的磷钾比例，增加土壤团粒结构，有利作物的生长发育，因此能提高烟草的种植产量。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的简单修改或替换，均属于本发明的范围；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。

所述胶冻样芽孢杆菌、脱氮副球菌、瑞氏木霉、琥珀酸丝状杆菌均为普通市售。

实施例1

一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将100kg的花生秸秆切割成10～30cm的段状作为降解原料，向其中添加秸秆重量0.5％的复合菌，加入35kg水，发酵处理2天，进行翻推一次；再每隔10天翻推一次，一共翻推两次，得到所述土壤高碳基添加物。

其中，所述复合菌的制备方法为：

S1.将胶冻样芽孢杆菌、脱氮副球菌、瑞氏木霉、琥珀酸丝状杆菌分别活化，培养至菌液中活菌数浓度为2×10⁹个/克；

S2.分别取67g胶冻样芽孢杆菌菌液、100g脱氮副球菌菌液、133g瑞氏木霉菌液、200g琥珀酸丝状杆菌菌液(即按照比例2:3:4:6)混合均匀得到复合菌液。

实施例2

一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将100kg的花生秸秆切割成10～30cm的段状作为降解原料，向其中添加秸秆重量1.5％的复合菌，加入35kg水，发酵处理3天，进行翻推一次；再每隔9天翻推一次，一共翻推两次，得到所述土壤高碳基添加物。

其中，所述复合菌的制备方法为：

S1.将胶冻样芽孢杆菌、脱氮副球菌、瑞氏木霉、琥珀酸丝状杆菌分别活化，培养至菌液中活菌数浓度为2×10⁹个/克；

S2.分别取395g胶冻样芽孢杆菌菌液、237g脱氮副球菌菌液、474g瑞氏木霉菌液、395g琥珀酸丝状杆菌菌液(即按照比例5:3:6:5)混合均匀得到复合菌液。

实施例3

一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将100kg的花生秸秆切割成10～30cm的段状作为降解原料，向其中添加秸秆重量2％的复合菌，加入50kg水，发酵处理3天，进行翻推一次；再每隔10天翻推一次，一共翻推两次，得到所述土壤高碳基添加物。

其中，所述复合菌的制备方法为：

S1.将胶冻样芽孢杆菌、脱氮副球菌、瑞氏木霉、琥珀酸丝状杆菌分别活化，培养至菌液中活菌数浓度为10⁹个/克；

S2.分别取500g胶冻样芽孢杆菌菌液、400g脱氮副球菌菌液、500g瑞氏木霉菌液、600g琥珀酸丝状杆菌菌液(即按照比例5:4:5:6)混合均匀得到复合菌液。

实施例4

一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将100kg的花生秸秆切割成10～30cm的段状作为降解原料，向其中添加秸秆重量3％的复合菌，加入50kg水，发酵处理3天，进行翻推一次；再每隔12天翻推一次，一共翻推两次，得到所述土壤高碳基添加物。

其中，所述复合菌的制备方法为：

S1.将胶冻样芽孢杆菌、脱氮副球菌、瑞氏木霉、琥珀酸丝状杆菌分别活化，培养至菌液中活菌数浓度为10⁹个/克；

S2.分别取529g胶冻样芽孢杆菌菌液、353g脱氮副球菌菌液、1059g瑞氏木霉菌液、1059g琥珀酸丝状杆菌菌液(即按照比例3:2:6:6)混合均匀得到复合菌液。

实施例5

一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将100kg的花生秸秆切割成10～30cm的段状作为降解原料，向其中添加秸秆重量3.5％的复合菌，加入40kg水，堆积处理15天，每天翻推一次，第15天翻推后得到所述土壤高碳基添加物。

其中，所述复合菌的制备方法为：

S1.将胶冻样芽孢杆菌、脱氮副球菌、瑞氏木霉、琥珀酸丝状杆菌分别活化，培养至菌液中活菌数浓度为1.5×10⁹个/克；

S2.分别取250g胶冻样芽孢杆菌菌液、1000g脱氮副球菌菌液、750g瑞氏木霉菌液、1500g琥珀酸丝状杆菌菌液(即按照比例1:4:3:6)混合均匀得到复合菌液。

对比例1

一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将100kg的花生秸秆切割成10～30cm的段状作为降解原料，向其中添加秸秆重量4％的复合菌，加入60kg水，发酵处理3天，进行翻推一次；再每隔7天翻推一次，一共翻推两次，得到所述土壤高碳基添加物。

其中，所述复合菌的制备方法为：

S1.将胶冻样芽孢杆菌、脱氮副球菌、瑞氏木霉、琥珀酸丝状杆菌分别活化，培养至菌液中活菌数浓度为2×10⁹个/克；

S2.分别取216g胶冻样芽孢杆菌菌液、811g脱氮副球菌菌液、2162g瑞氏木霉菌液、811g琥珀酸丝状杆菌菌液(即按照比例0.8:3:8:3)混合均匀得到复合菌液。

对比例2(与实施例2的比较无瑞氏木霉)

一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将100kg的花生秸秆切割成10～30cm的段状作为降解原料，向其中添加秸秆重量1.5％的复合菌，加入35kg水，发酵处理3天，进行翻推一次；再每隔9天翻推一次，一共翻推两次，得到所述土壤高碳基添加物。

其中，所述复合菌的制备方法为：

S1.将胶冻样芽孢杆菌、脱氮副球菌、琥珀酸丝状杆菌分别活化，培养至菌液中活菌数浓度为2×10⁹个/克；

S2.分别取577g胶冻样芽孢杆菌菌液、346g脱氮副球菌菌液、577g琥珀酸丝状杆菌菌液(即按照比例5:3:5)混合均匀得到复合菌液。

对比例3(与实施例2的比较无琥珀酸丝状杆菌)

一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将100kg的花生秸秆切割成10～30cm的段状作为降解原料，向其中添加秸秆重量1.5％的复合菌，加入35kg水，发酵处理3天，进行翻推一次；再每隔9天翻推一次，一共翻推两次，得到所述土壤高碳基添加物。

其中，所述复合菌的制备方法为：

S1.将胶冻样芽孢杆菌、脱氮副球菌、瑞氏木霉分别活化，培养至菌液中活菌数浓度为2×10⁹个/克；

S2.分别取536g胶冻样芽孢杆菌菌液、321g脱氮副球菌菌液、643g瑞氏木霉菌液(即按照比例5:3:6)混合均匀得到复合菌液。

对比例4(与实施例2的比较无胶冻样芽孢杆菌、脱氮副球菌)

一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将100kg的花生秸秆切割成10～30cm的段状作为降解原料，向其中添加秸秆重量1.5％的复合菌，加入35kg水，发酵处理3天，进行翻推一次；再每隔9天翻推一次，一共翻推两次，得到所述土壤高碳基添加物。

其中，所述复合菌的制备方法为：

S1.将瑞氏木霉、琥珀酸丝状杆菌分别活化，培养至菌液中活菌数浓度为2×10⁹个/克；

S2.分别取818g瑞氏木霉菌液、682g琥珀酸丝状杆菌菌液(即按照比例6:5)混合均匀得到复合菌液。

对比例5菌种比例

本对比例制备土壤高碳基添加物的方法大体与实施例3相同，不同之处在于本对比例中的复合菌采用如下几种配比方式：处理①-胶冻样芽孢杆菌：脱氮副球菌：瑞氏木霉：琥珀酸丝状杆菌＝6:2:7:3；处理②-胶冻样芽孢杆菌：脱氮副球菌：瑞氏木霉：琥珀酸丝状杆菌＝5:4:2:9；处理③-胶冻样芽孢杆菌：脱氮副球菌：瑞氏木霉：琥珀酸丝状杆菌＝3:5:3:2；处理④-胶冻样芽孢杆菌：脱氮副球菌：瑞氏木霉：琥珀酸丝状杆菌＝0.8:5:8:1；处理⑤-胶冻样芽孢杆菌：脱氮副球菌：瑞氏木霉：琥珀酸丝状杆菌＝3:6:1:6。

对比例6复合菌添加量

本对比例制备土壤高碳基添加物的方法大体与实施例3相同，不同之处在于复合菌相较于秸秆的添加量采用如下几种处理：处理①-复合菌为秸秆重量的0.4％；处理②-复合菌为秸秆重量的4％；处理③-复合菌为秸秆重量的6％；处理④-复合菌为秸秆重量的8％。

应用实施例

试验地点：广东省韶关南雄市

试验时间：2012～2013年

烟草品种：K326

供试土壤：牛肝土田

试验方案：实施例与对比例的每个处理组均选用1亩长势相同的烟草幼苗为实验对象，并设置3个平行试验。对照处理为相比正常的烟草栽培管理，减少25％的施肥量；实施例1～5和对比例1～6的每个处理组为相比正常的烟草栽培管理，减少25％的施肥量，并添加25％的制备得到的高碳基添加物，其他栽培条件相同。测定各种土壤高碳基添加物对烟草生长的影响，烟草成熟后收获，测定每个处理组的烟草的总重量，并且，生产得到的烤烟请烟叶评吸专家进行评吸，测定每个处理组得到的烤烟的质量，结果如表1所示。

表1各处理对烟草收获总量和品质评价

由表1结果可知，复合菌的添加量、各菌种比例、翻推时间都会影响高碳基添加物的生物及理化性质，施用本发明的高碳基添加物均在一定程度上增加了烟叶的产量、品质和产值等。

比较实施例2及对比例2～4的结果可知，菌种协同作用影响制备得到的高碳基添加物的性质，从而影响烤烟的烤烟产量和质量。本发明的发明点之一在于选择了互不拮抗，且有协同效应的菌种组成复合菌，所述复合菌相比将木质素、纤维素及半纤维素降解菌进行的简单组合对花生秸秆的降解更有效。胶冻样芽孢杆菌、脱氮副球菌、瑞氏木霉、琥珀酸丝状杆菌对烟叶的产量、品质和产值的影响程度各不相同。对比例2无瑞氏木霉时，纤维素、半纤维素和蛋白质的降解效果减弱，复合菌对花生秸秆的降解程度降低，降解速度变慢；对比例3无琥珀酸丝状杆菌，而复合菌中的瑞氏木霉用于降解纤维素时，其外切葡聚糖酶活力很低，而纤维素的降解需要三种纤维素酶的共同作用，因此系统对纤维素的降解效果显著减弱，说明琥珀酸丝状杆菌和瑞氏木霉两菌具有协同作用，单独的瑞氏木霉无法对秸秆中的纤维素进行降解；对比例4无胶冻样芽孢杆菌和脱氮副球菌，花生秸秆中蛋白质的降解效果减弱，并且由于缺少胶冻样芽孢杆菌产生的有机酸、氨基酸、多糖、激素等有利于其他菌种吸收和利用的物质，以及一些可溶的中微量元素和生物酶，系统复合菌的生长速度变慢，杂菌滋生，对土壤理化性质的改良效果变差，不利于提高烟草的产量和品质。

比较实施例3及对比例5的烟草收获结果可知，本发明的另一发明点在于对各菌种进行合理配伍，在合理限定复合菌的各菌种比例的条件下，才能提高烟草的产量和品质。本发明复合菌的各菌种比例范围是经过大量实验后发现的，改变任意菌种之间的比例，都将影响制备得到的土壤添加物的性质，进而对烟草的产量和品质产生影响。

比较实施例3及对比例6的烟草收获结果可知，复合菌的添加量也将对烟草收获总量和品质评价产生影响。一般情况下，菌种的添加量为底物的1～10％，本发明发现，复合菌的添加量为花生秸秆重量的0.5～3.5％时，可提高烟草的总量和品质，而对比例6各处理烟草的总量和品质均较低。由此可见，控制复合菌的添加量为花生秸秆重量的0.5～3.5％时，可有效提高烟草的总量和品质。

Claims (9)

1.一种发酵花生秸秆制备得到的土壤高碳基添加物，其特征在于，所述添加物是以花生秸秆为降解原料，并添加复合菌制备得到，所述复合菌包括如下比例的各菌种：胶冻样芽孢杆菌：脱氮副球菌：瑞氏木霉：琥珀酸丝状杆菌=1~5:1~4:3~6:3~6。

2.根据权利要求1所述的添加物，其特征在于，所述复合菌的添加量为花生秸秆重量的0.5~3.5%。

3.根据权利要求1所述的添加物，其特征在于，所述复合菌由如下比例的各菌种组成：胶冻样芽孢杆菌：脱氮副球菌：瑞氏木霉：琥珀酸丝状杆菌=2~5:3~4:3~6:5~6。

4.根据权利要求3所述的添加物，其特征在于，所述复合菌的添加量为花生秸秆重量的0.5~2%。

5.一种权利要求1所述添加物的制备方法，其特征在于，将花生秸秆切割成10~30cm的段状作为降解原料，向其中添加秸秆重量0.5~3.5%的复合菌，加入适量的水，发酵处理2~3天后，进行翻推一次；再每隔8~15天翻推一次，一共翻推两次，得到所述添加物；其中，所述复合菌的制备包括如下步骤：

S1.将胶冻样芽孢杆菌、脱氮副球菌、瑞氏木霉、琥珀酸丝状杆菌分别活化，培养至菌液中活菌数浓度为0.8~2×10⁹个/克；

S2. 按比例取上述四种菌的菌液混合均匀得到复合菌液。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述水的添加量为秸秆质量的35~50%。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述复合菌的各菌种组成为胶冻样芽孢杆菌：脱氮副球菌：瑞氏木霉：琥珀酸丝状杆菌=2~5:3~4:3~6:5~6时，发酵处理时间为2天，进行翻推一次；再每隔8~10天翻推一次，一共翻推两次，得到所述添加物。

8.权利要求1所述的添加物的使用方法，其特征在于，直接施于田间。

9.权利要求1所述的添加物在制备生物肥中的应用。