CN104710202A - 芽孢杆菌属细菌向循环型农业循环的使用 - Google Patents

芽孢杆菌属细菌向循环型农业循环的使用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于蔬菜生产的优质的堆肥。一种堆肥的制造方法、堆肥、以及蔬菜的生产方法，包括：使用枯草芽胞芽孢杆菌C-3102株(FERM BP-1096)或其变异株的微生物对来自植物的有机性废弃物，通过进行发酵处理，具体而言，通过包括间歇搅拌发酵的一次发酵和进行通风发酵的二次发酵的发酵处理，将该有机性废弃物以95％以上的重量减少率进行堆肥化。

Description

芽孢杆菌属细菌向循环型农业循环的使用
技术领域
本发明涉及利用了特定的芽孢杆菌(Bacillus)属细菌的堆肥的制造方法。
本发明还涉及使用了所述堆肥的蔬菜的生产方法。
背景技术
近年来，栽培的农作物作为堆肥再还给农用地的“循环型农业循环”备受关注，在各地进行了各种各样的努力。关注“循环型农业循环”的理由是因为，作为有效方法期待通过有效利用废弃物的肥料自给率的提高、通过堆肥提高化学肥料的大量使用所导致的降低的地力等。
在日本，一直将使用对土壤赋予所需营养的化学肥料的农业，作为用于增加农作物收获量的非常高效的有效方法来实施。因此，近年来，过剩供给的农药导致的盐害、为供给氮元素而施撒的硫酸铵的问题等被陆续指出。
另一方面，对于代替化学肥料的使用的方法，即“循环型农业循环”需要通过微生物将动植物性废弃物进行堆肥化。作为这种废弃物的堆肥化方法，已知有例如以下的技术。
在专利文献1中，记载有利用木屑、麦秸、稻壳、枝木、木皮、木材木屑、树皮、烟灰等碳质基材和具有有机物的发酵分解作用的活性混合微生物，能够将有机废弃物生成有用的有机肥料的有机废弃物处理方法。在微生物中除了枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillusstearothermophilus)等细菌之外，也记载有真菌及酵母等。
在专利文献2中，记载有在含有20重量％以上的阿拉伯糖基木聚糖的有机物中添加链球菌(Streptomyces)属放线菌、假单胞菌(Pseudomonas)属细菌及/或芽孢杆菌属细菌进行发酵制造有机肥料的方法。
在专利文献3中，记载有在阔叶树及针叶树等树皮中添加鸡粪及尿素等氮源，再添加芽孢杆菌属细菌等好气性超高温菌使之发酵、成熟的树皮样堆肥的制造方法。
在专利文献4中，记载有在有机性废弃物中添加枯草芽孢杆菌塔可米(Bacillus subtilis Takemi)株进行发酵处理的方法、将微生物用于减低苦味的方法等。
在专利文献5中，记载了有机废弃物或凋落物(敷料)的堆肥化方法。该方法包括：将选自芽孢杆菌(Bacillus)属、地芽孢杆菌(Geobacillus)属及Aeribacillus属的群中的至少一种微生物与有机废弃物或凋落物混合，并杀除有害菌，同时实施有机废弃物的堆肥化。
在专利文献6中，记载了有机废弃物处理方法，其特征在于，在有机废弃物中使在15～50℃保持活性的中温菌(枯草芽孢杆菌)及在50～70℃保持活性的高温菌(苍白芽孢杆菌(Bacillus Paridasu))存在。
作为使用了化学肥料的技术课题，具体公开有以下内容。
在扩大数量上的收获量方面有效的化学肥料的使用中，土壤污染、土壤细菌类的死灭等多种弊害显著化(专利文献7)。
通过大量使用农药、化学肥料，产生根的根毛烧死且不能吸收磷及矿物质的一系列障害，另外，土壤有效微生物死灭，阻碍有效微生物和植物的食物链(专利文献8)。
另一方面，作为关于“循环型农业循环”的课题之一，可列举劳动力的问题及堆肥品质的稳定化等课题。例如，植物性废弃物及家庭垃圾与家畜粪便等动物性废弃物等的堆肥化不同，寻求通过植物性废弃物利用而特别化的技术。具体而言，目前公知的有小麦麦糠及脱脂米糠等谷类废弃物作为有机质肥料用的原料是有效的，但是，由于它们大量含有难以分解的纤维素及半纤维素，因此堆肥化需要较长时间(通常约40日～2个月)(专利文献2)。
为解决上述课题，通过对循环型农业循环的实现而言是必要的、由生物质资源，即有机性废弃物向农业生产者供给优质的完熟堆肥，可以高收获量地生产品质良好的农产品，由该废弃物制造堆肥，用于农产品的生产，实现所谓的循环型农业循环。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：专利第3378858号公报
专利文献2：专利第3406100号公报
专利文献3：特开2002-293681号公报
专利文献4：专利第3789303号公报
专利文献5：特开2013-060378号公报
专利文献6：再表2004-067197号公报
专利文献7：特开2007-210857号公报
专利文献8：专利第3789303号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的目的在于提供用于实现循环型农业循环的生物质资源，即由有机性废弃物制造优质的堆肥的方法及该堆肥。
本发明的目的还在于提供使用所述堆肥改善了味道的蔬菜的生产方法。
用于解决课题的技术方案
本发明包括以下特征。
(1)一种堆肥的制造方法，包括：使用枯草芽孢杆菌C-3102株(FERMBP-1096)或其变异株的微生物对来自植物的有机性废弃物进行发酵处理，由此，将该有机性废弃物以95％以上的重量减少率进行堆肥化。
(2)一种堆肥的制造方法，包括：使用枯草芽孢杆菌C-3102株(FERMBP-1096)或其变异株的微生物对来自植物的有机性废弃物进行发酵处理，由此，使该有机性废弃物以95％以上的重量减少率进行堆肥化，其中，所述发酵处理包括进行间歇搅拌发酵的一次发酵，和进行通风发酵的二次发酵。
(3)如上述(1)或(2)所述的方法，其中，所述有机性废弃物为蔬菜废弃物。
(4)如上述(1)～(3)中任一项所述的方法，包括：在所述二次发酵中，再添加含有谷类壳及/或谷类糠的有机性废弃物。
(5)如上述(1)～(4)中任一项所述的方法，其中，所述堆肥为用于蔬菜生产的材料。
(6)一种堆肥，其特征在于，通过上述(1)～(5)中任一项所述的方法制造，且用于蔬菜生产。
(7)如上述(6)所述的堆肥，其中，所述蔬菜为与对照物相比较改善了味道的蔬菜。
(8)一种蔬菜的生产方法，包括：使用通过枯草芽孢杆菌C-3102株(FERM BP-1096)或其变异株的微生物对来自植物的有机性废弃物进行发酵处理所得的堆肥来栽培蔬菜，生产与对照物相比较改善了味道的蔬菜。
(9)一种蔬菜产量的增加方法，包括：使用通过枯草芽孢杆菌C-3102株(FERM BP-1096)或其变异株的微生物对来自植物的有机性废弃物进行发酵处理所得的堆肥来栽培蔬菜，由此与对照物相比较使蔬菜产量增加。
(10)如上述(8)或(9)所述的方法，其中，所述堆肥通过堆肥化方法制造，所述堆肥化方法包括：将所述有机性废弃物通过所述微生物进行间歇搅拌发酵的一次发酵，和进行通风发酵的二次发酵。
(11)如上述(10)所述的方法，包括：在所述二次发酵中，还添加含有谷类壳及/或谷类糠的有机性废弃物。
(12)如上述(8)～(11)中任一项所述的方法，其中，所述有机性废弃物为蔬菜废弃物。
(13)如上述(8)所述的方法，其中，所述改善了味道的蔬菜为改善了苦味、涩味及/或咸味的蔬菜。
(14)如上述(8)～(13)中任一项所述的方法，其中，所述蔬菜为根菜类蔬菜。
(15)如上述(8)、(13)或(14)所述的方法，其中，所述改善了味道的蔬菜为胡萝卜。
(16)如上述(9)或(14)所述的方法，其中，所述蔬菜为萝卜或胡萝卜。
具体实施方式
下面进一步详细地对本发明进行说明。
1.堆肥的制造方法
在第一方式中，本发明提供一种堆肥的制造方法，包括：使用枯草芽孢杆菌C-3102株(FERM BP-1096)或其变异株的微生物对来自植物的有机性废弃物进行发酵处理，由此，将该有机性废弃物以95％以上的重量减少率进行堆肥化。
在第二方式中，本发明提供一种堆肥的制造方法，包括：使用枯草芽孢杆菌C-3102株(FERM BP-1096)或其变异株的微生物对来自植物的有机性废弃物进行发酵处理，由此，使该有机性废弃物以95％以上的重量减少率进行堆肥化。其中，所述发酵处理包括进行间歇搅拌发酵的一次发酵，和进行通风发酵的二次发酵。
用于堆肥制造的微生物为枯草芽孢杆菌C-3102株(FERM BP-1096)或其变异株。作为这种微生物，例如本申请人提供的“サーベリックス(Cervarix)(注册商标)”·BS为含有枯草芽孢杆菌C-3102株5×109cfu/g的微生物材料，在本发明的方法中能够使用。
枯草芽孢杆菌C-3102株为用枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)c-3102株的微生物表示，在1985年12月25日作为日本国茨城县筑波市东1丁目1番地1(保藏时：日本国茨城县筑波郡谷田部町东1丁目1番地3)的独立行政法人产业技术综合研究所专利生物保藏中心(保藏时：通商产业省工业技术院微生物工业技术研究所)保藏编号微工研寄第8584号为原保藏，在1986年6月28日经由同机关作为保藏编号FERM BP-1096(移交时：微工研条寄第1096号)向国际保藏移交，目前，该保藏微生物经由独立行政法人制品评价技术基础机构(NITE)的专利生物保藏中心(千叶县木更津市上总镰足2-5-8120号室)保管。需要说明的是，枯草芽孢杆菌C-3102(FERMBP-1096)的细菌学性质在特开昭63-209580号公报及特开昭62-232343号公报中有记载。
枯草芽孢杆菌C-3102株的培养，例如作为培养基可以使用：在芽孢杆菌属微生物的培养中通常使用的、含有碳源、氮源、无机物等的液体培养基或固体培养基等。作为碳源，只要是可同化的碳源即可，例如可列举葡萄糖、蔗糖、淀粉、糖蜜等。另外，作为氮源，可以列举例如：胨、肉精、酵母提取物、酪素酸水解物、硫酸铵等。根据需要还可以添加：磷酸、镁、钠、钾、钙、铁、锰等盐类、维生素类、氨基酸类、消泡剂、表面活性剂等。另外，培养条件优选在好气条件下进行；培养基的初始pH优选为5～9，6～8尤佳；培养温度优选为20～50℃，35～40℃尤佳；培养时间优选为12小时～7日间。C-3102株由于能够形成芽孢，耐受约70℃的高温。
本发明中可使用的微生物也可以是枯草芽孢杆菌C-3102株的变异株。这种变异株可以通过将母株在亚硝基胍、亚硝基脲、乙磺酸甲酯、它们的衍生物等化学诱变剂的存在下进行培养，或对培养母株照射紫外线、γ射线、X射线、重离子束等高能射线等方法获得。在来自植物的有机性废弃物中添加候补变异株，以在一次发酵的自发酵开始时直到结束时期间该候补变异株以1×106cfu/g以上的比例存在，及在二次发酵中发酵温度上升到保持约50～70℃的能力为指标，可选拔在本发明中可使用的变异株。
本发明的方法中的微生物浓度可列举一次发酵中的初期浓度下例如1×103cfu/g～1×109cfu/g或其以上的浓度，但并不限于该范围。
来自植物的有机性废弃物为蔬菜废弃物、水草、杂草、谷类壳、谷类糠等植物性废弃物。作为优选的主材料的有机性废弃物为从食品公司、超市等排出的蔬菜碎块、由农家废弃的蔬菜等蔬菜废弃物。除了蔬菜废弃物之外，作为副材料也可以使用谷类壳及/或谷类糠。在谷类中可以列举例如米、小麦、大麦等，稻壳、糠(米糠)等可作为副材料使用。在糠中包括例如米糠、小麦麸子、麦糠等。蔬菜废弃物含有约80％的水分。副材料可在发酵的阶段添加。例如，副材料也可以在一次发酵的阶段向主材料内添加，也可以不添加，但是，在二次发酵的阶段，为了进一步促进发酵，优选为添加。副材料对于一次发酵物的重量比为例如约1/20～1/80，但并不限于该范围。
具体而言，本发明方法的发酵处理包括一次发酵和二次发酵。
一次发酵主要为以来自植物的有机性废弃物的减量为目的的间歇搅拌发酵的工序，能够实现90～95％的重量减少率。例如，每1g将食品加工厂废弃的蔬菜碎块切碎的蔬菜废弃物(水分含量约80％)可以添加上述微生物1×103cfu/g～1×109cfu/g，优选为添加1×105cfu/g～1×107cfu/g，但并不限于该范围。在一次发酵期间，发酵温度为比微生物非添加时上升约5℃以上，例如成为约40℃以上。因此，推定为能够提高有机性废弃物的重量减少率。
二次发酵为添加含有糠的副材料，且在通风下进行发酵的工序。发酵温度进一步上升，为50℃以上，最高约60～70℃或其以上。发酵温度比微生物非添加的情况高约10℃，到达最高温度后的40～60℃的时间带也变长约10日。因此，有机废弃物的重量减少率最终为95％以上，例如为97～98％。
在一次发酵工序中，需要约1个月，在二次发酵工序中，需要约3个月的时间，但是通过增加通风量、增加微生物含量、提高搅拌效率等，能够缩短各工序的时间。
堆肥化装置具备：有机性废弃物及微生物的投入口、搅拌机、温度传感器、排水管，除此之外，也可以具备用于切碎该废弃物的切碎机、温度监控装置等。堆肥化装置的容量适合为50L～1500L，但是，也可以是该容量以上。也可以是批量式及连续式的任一种方式，但是，在连续式的情况下，存在装置的容量也可以变小的优点。在连续式中，在例如使用500L容量的装置时，每1日添加200～300kg的有机性废弃物，每1g该废弃物添加1×105cfu/g～1×107cfu/g或其以上的微生物，直到规定量的有机性废弃物的处理结束，可以一边间歇搅拌一边进行一次发酵，之后，一边通风一边进行二次发酵。
在有机性废弃物的重量减少率达到95％以上，优选为97％以上的时刻，回收完熟的堆肥。
根据本发明的方法，例如，由蔬菜碎块5450kg(水分含量约80％)能够制造约160kg的堆肥(重量减少率97％)。
通过上述的方法所制造的堆肥可用于蔬菜生产、花卉生产、家庭菜园等。优选用于蔬菜生产。
本发明还提供通过上述方法制造的优质的堆肥。
本发明的堆肥可以提供以下优点：其与化学肥料栽培或微生物非添加堆肥栽培的情况(在本说明书中将该情况称为“对照”。)相比，可显著地提高蔬菜的收获量，另外，改善蔬菜的味道。本说明书中的“改善味道”，意思是例如作为味觉传感器的味觉分析的结果，改善苦味、涩味及/或咸味，即与对照相比，显著地降低苦味、涩味及/或咸味。这种作用效果在蔬菜中，尤其是在根菜类蔬菜中已得到确认。在根菜类蔬菜中包括例如胡萝卜等。本发明的堆肥的特征为用于蔬菜生产。
2.蔬菜的生产方法
本发明还提供一种蔬菜的生产方法，包括：使用通过枯草芽孢杆菌C-3102株(FERM BP-1096)或其变异株的微生物对来自植物的有机性废弃物进行发酵处理所得的堆肥来栽培蔬菜，生产与对照物相比较改善了味道的蔬菜。
上述堆肥为如上所说明的通过包括利用上述微生物对蔬菜废弃物等有机性废弃物进行间歇搅拌发酵的一次发酵，和进行通风发酵的二次发酵的堆肥化方法而制造的堆肥。
蔬菜没有特别限制，但为根菜类蔬菜、叶菜类蔬菜、果菜类蔬菜等任一种。
果菜类蔬菜包括例如：黄瓜、茄子、柿子椒、秋葵、甜瓜、蚕豆等。
叶菜类蔬菜包括例如：日本菘、白菜、甘蓝、野薤(ラッキョウ)、土当归、竹笋等。
根菜类蔬菜包括例如：萝卜、胡萝卜、芜菁、山药、牛蒡、野薤、金百合等。
优选的蔬菜为苦味、涩味及/或咸味等味道成为问题的蔬菜类。
在本发明中，在使用上述堆肥栽培根菜类蔬菜时，已确认在所生产的根菜类蔬菜(尤其是胡萝卜)中降低苦味、涩味及/或咸味，由此，能够提高蔬菜的附加价值。另外，通过将本发明的堆肥用于蔬菜的栽培，能够使蔬菜的收获量增加。
具体而言，通过本发明的方法，使用由上述方法制造的堆肥56kg，在栽培萝卜(94粒)及胡萝卜(420粒)时，分别能够获得约67kg、约30kg。在对照的栽培中，用微生物非添加堆肥分别获得约61kg、约25kg，用化学肥料分别获得约57kg、约22kg，因此，本发明的方法可实现蔬菜的生产率提高。
实施例
下面列举实施例，进一步对本发明进行具体说明，但本发明的技术范围不被该实施例限制。
实施例1
蔬菜碎块的堆肥化
将从蔬菜加工厂排出的蔬菜碎块200kg和稻壳投入堆肥化装置“食品残渣发酵分解装置FOURSTARS MDT-500”((株)MERRY'S JAPAN制)，设置添加了1kg以枯草芽孢杆菌C-3102株(FERM BP-1096)为主成分的“サーベリックス(Cervarix)(注册商标)”·BS(CALPIS(株)制)的添加区和未添加的非添加区2个试验区，开始试验。之后，蔬菜碎块的投入继续22日，每日投入了200～300kg。这时，在添加区以每1g蔬菜碎块中枯草芽孢杆菌C-3102株(FERM BP-1096)的菌数为1×106cfu以上的方式混合了“サーベリックス(Cervarix)(注册商标)”·BS。
而且，在试验开始的第23日从堆肥化装置全量抽取内容物，在转移到柔性袋后添加稻壳、米糠，插入高压通风装置“イージージェットJr”((株)MIRAIE公司制)后开始发酵。后发酵继续80日，获得了蔬菜碎块堆肥。表1表示蔬菜碎块的堆肥化的重量减少率。表中，重量减少率＝(1-蔬菜碎块堆肥量/投入的蔬菜碎块)×100％。
表1
根据表1的结果判断，添加区与非添加区相比较，重量减少率显著提高。
蔬菜碎块堆肥的施肥
在农场，设置3个试验区，分别为：添加堆肥区，将施肥56kg在添加区制造的蔬菜碎块堆肥；非添加堆肥区，将施肥56kg在非添加区制造的蔬菜碎块堆肥；化学肥料区，用化学肥料添加了与在添加区制造的堆肥56kg同等量的有效氮、有效态磷酸(P2O5)、交换性钾(K2O)。化学肥料区的化学肥料分别使用了硫酸铵、过磷酸钙、硫酸钾。
萝卜、胡萝卜的栽培
在农场所设定的3个试验区分别以等间隔播种了萝卜、胡萝卜的种子。表2表示播种的数量。萝卜在距离播种96日后全部收获，胡萝卜在距离播种123日后全部收获。表3表示萝卜、胡萝卜的收获量。
表2
表3
根据表3的结果，判定收获量在萝卜、胡萝卜中均是添加堆肥区最多。
胡萝卜的味道分析
将所收获的胡萝卜(可食部分)磨碎后再用味觉传感器“味辨识装置TS-5000Z”((株)智能传感器技术制)分析过滤的胡萝卜汁，表4表示分析的结果。
表4
根据表4的结果，能够确认添加堆肥区的胡萝卜汁的苦味、涩味、咸味为最低。
工业实用性
用本发明的方法制造的堆肥为由蔬菜废弃物所制造的材料，在将此用于蔬菜的生产时，能够实现收获量的增加和蔬菜味道的改善。因此，本发明在农业上有实用性，尤其是提供具有可实现循环型农业循环的优点。

Claims (16)

1.一种堆肥的制造方法，包括：使用枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)C-3102株(FERM BP-1096)或其变异株的微生物对来自植物的有机性废弃物进行发酵处理，由此，将该有机性废弃物以95％以上的重量减少率进行堆肥化。
2.一种堆肥的制造方法，包括：使用枯草芽孢杆菌C-3102株(FERMBP-1096)或其变异株的微生物对来自植物的有机性废弃物进行发酵处理，由此，使该有机性废弃物以95％以上的重量减少率进行堆肥化，其中，所述发酵处理包括进行间歇搅拌发酵的一次发酵，和进行通风发酵的二次发酵。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述有机性废弃物为蔬菜废弃物。
4.如权利要求1～3中任一项所述的方法，包括：在所述二次发酵中，再添加含有谷类壳及/或谷类糠的有机性废弃物。
5.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其中，所述堆肥为用于蔬菜生产的材料。
6.一种堆肥，其特征在于，通过权利要求1～5中任一项所述的方法制造，且用于蔬菜生产。
7.如权利要求6所述的堆肥，其中，所述蔬菜为与对照物相比较改善了味道的蔬菜。
8.一种蔬菜的生产方法，包括：使用通过枯草芽孢杆菌C-3102株(FERM BP-1096)或其变异株的微生物对来自植物的有机性废弃物进行发酵处理所得的堆肥来栽培蔬菜，生产与对照物相比较改善了味道的蔬菜。
9.一种蔬菜产量的增加方法，包括：使用通过枯草芽孢杆菌C-3102株(FERM BP-1096)或其变异株的微生物对来自植物的有机性废弃物进行发酵处理所得的堆肥来栽培蔬菜，由此与对照物相比较使蔬菜产量增加。
10.如权利要求8或9所述的方法，其中，所述堆肥通过堆肥化方法制造，所述堆肥化方法包括：将所述有机性废弃物通过所述微生物进行间歇搅拌发酵的一次发酵，和进行通风发酵的二次发酵。
11.如权利要求10所述的方法，包括：在所述二次发酵中，还添加含有谷类壳及/或谷类糠的有机性废弃物。
12.如权利要求8～11中任一项所述的方法，其中，所述有机性废弃物为蔬菜废弃物。
13.如权利要求8所述的方法，其中，所述改善了味道的蔬菜为改善了苦味、涩味及/或咸味的蔬菜。
14.如权利要求8～13中任一项所述的方法，其中，所述蔬菜为根菜类蔬菜。
15.如权利要求8、13或14所述的方法，其中，所述改善了味道的蔬菜为胡萝卜。
16.如权利要求9或14所述的方法，其中，所述蔬菜为萝卜或胡萝卜。
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