CN105176881A - 一种生产活性生物有机肥的高效工程菌剂及其生产活性生物有机肥的方法 - Google Patents
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Abstract
一种生产活性生物有机肥的高效工程菌剂及其生产活性生物有机肥的方法，属于生物技术领域。该菌剂由以下重量份的菌种构成：产酶菌50-60份、苏云金芽孢杆菌6-10份和枯草芽孢杆菌10-15份，所述的产酶菌由以下重量份的菌种构成：伞状毛霉菌1-3份、米根霉1-3份、地衣芽孢杆菌3-5份和毕赤酵母3-5份。本发明提供的高效工程菌可对无害化处置后的餐厨垃圾进行高效转化，获得高效活性生物有机肥。该有机肥经测定符合有机肥料农业标准NY？525-2012中有机肥的相关指标，可以有效增加土壤有机质和有益菌群的数量，活化土壤，促进植物根系对养分的吸收，提高农作物的产量和品质，是生产绿色和有机农产品的高档肥料。
Description
技术领域
本发明属于生物技术领域，具体涉及一种生产活性生物有机肥的高效工程菌剂及其生产活性生物有机肥的方法。
背景技术
土壤在种植过程中使用化肥能在一定程度上增产增收，但长期使用化肥会引起很多问题，如缺乏有机质、出现土壤板结，降低持水保水能力，降低土质等弊端。且大量的化肥施用农田，实际利用率约为30%，大部分随雨水或农田排水流入江河湖泊，也是引起水质富营养化污染的主要因素之一。有机肥能有效改善土壤理化状况和生物特性，增强土壤的保水、保肥、供肥能力，在有机质含量高的土壤上，可以提高作物品质与产量，目前常用的有机肥有畜禽粪便、草木灰等，经微生物发酵腐熟的生物有机肥，包含了化肥、有机肥、有益微生物等的多重功效，是改善土质，提高作物品质与产量的最佳选择。
餐厨垃圾主要由剩饭剩菜、餐厨下脚料以及瓜果皮屑等食物残渣组成，富含淀粉、蛋白质、油脂、可食纤维等有机营养成分，极易腐败发臭。目前对于大部分家庭餐厨垃圾的处理主要是填埋、焚烧、堆肥、饲料化等处理方式，在我国餐厨垃圾的利用率仅为5%，造成极大的资源浪费。对餐厨垃圾的资源化、减量化、无公害化处理世界各国均高度重视，纷纷研究各种新型高效处理技术。美国采用了新型堆肥技术，G.Tripathi等人在BruceREastman关于蚯蚓堆肥能够抑制致病菌研究的基础上，利用蚯蚓处理餐厨垃圾和牛粪的混合物，取得较好的成果。韩国有采用浆状好氧法处理的报道，如Yeoung-SangYun等人研究了浆状好氧法的机理，其重点在于微生物驯化和进料频率，并得知DO和pH可以很好地检测浆状好氧处理法具有较高的餐厨垃圾处理效率。日本多家企业投资于统一回收餐厨垃圾并发酵生产生物气进行供电发热的技术，日本已拥有在食堂、饭店甚至家庭等推广使用的高效微生物菌剂及相关技术专利。国内有许多关于餐厨垃圾综合治理方面的报道和专利技术，如关于餐厨垃圾的处理方法在专利CN10192809A、CN101955382A和CN102943094B均有报道，餐厨垃圾经分选、粉碎、分离、发酵等过程生产饲料、乳酸、生物有机肥等。专利CN102921704A中公布了餐厨垃圾的无害化处理方案，经此方案处理可得到土壤调理剂、生物柴油、沼气和沼渣肥料等，方案中介绍了餐厨垃圾的生物处理的好氧发酵和厌氧发酵。近几年关于生物有机肥的公开专利较多，如CN102992867A公开的主要由花生油渣、猪粪、磷酸二铵、氯化钾、烂橘子、烂梨子、蚕沙、过期奶粉等组成的提高作物抗病抗旱的生物有机肥；CN104692866A以秸秆为堆肥原料，枯草芽孢杆菌、米曲霉、里氏木霉、白腐菌和嗜热脂肪地芽孢杆菌为菌剂发酵制备的有机肥；CN103936529A以鸡粪、腐殖酸、膨润土、锯末为原料的有机肥；CN103992184A以玉米秸秆粉、腐植酸、草炭经哈茨木霉和枯草芽孢杆菌发酵的有机肥；CN104045400A由秸秆、畜禽粪便发酵的肥料；CN104276887A用有机肥和无机养分经酵母、放线菌、植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌、固氮螺菌、根瘤菌和灰色链霉菌组合发酵的生物有机肥。在生物有机肥的生产大多以秸秆和畜禽粪便为原料，以餐厨垃圾作为原料生产有机肥的报道较少，专利CN102206105A以餐厨垃圾添加木屑和动物排泄物为原料的堆肥发酵，但未提及微生物种类，CN104529575A将餐厨垃圾沥水加谷壳为原料，以芽孢杆菌发酵制成生物有机肥，菌种较为单一。CN104341180A以解淀粉芽孢杆菌、酵母菌、蜡样芽胞杆菌为菌剂将餐厨垃圾发酵制备生物有机肥。CN104261959A公开了使用餐厨垃圾制作有机肥的材料组合物及制备方法，其材料为餐厨垃圾粉、秸秆粉、腐殖酸粉经发酵制成，菌种为单一的乳酸菌粉。从以公开的专利分析，以餐厨垃圾发酵生产生物有机肥是一种理想的餐厨垃圾无害化、资源化处理方式，但因目前发酵菌种较为单一，发酵的产品尚不能满足目前国内对餐厨垃圾处理、转化以及生物有机肥的市场需求，因此本发明致力于开发一种适合国内饮食习惯的餐厨垃圾快速发酵、转化的高效工程菌剂组合。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于设计提供一种生产活性生物有机肥的高效工程菌剂及其生产活性生物有机肥的方法的技术方案。
所述的一种生产活性生物有机肥的高效工程菌剂，其特征在于由以下重量份的菌种构成：产酶菌50-60份、苏云金芽孢杆菌6-10份和枯草芽孢杆菌10-15份，所述的产酶菌由以下重量份的菌种构成：伞状毛霉菌1-3份、米根霉1-3份、地衣芽孢杆菌3-5份和毕赤酵母3-5份。
所述的一种生产活性生物有机肥的高效工程菌剂，其特征在于所述的苏云金芽孢杆菌菌落数为4.5×109～5×109CFU/g，所述的枯草芽孢杆菌菌落数为1×1010～1.1×1010CFU/g，所述的伞状毛霉菌菌落数为1.1×1010～1.2×1010CFU/g，所述的米根霉菌落数为1×1010～1.1×1010CFU/g，所述的地衣芽孢杆菌菌落数为7×109～7.2×109CFU/g，所述的毕赤酵母菌落数为1.4×109～1.5×109CFU/g。
所述的利用高效工程菌剂生产活性生物有机肥的方法，其特征在于将该高效工程菌剂按1%的比例接种于餐厨垃圾与秸秆构成的堆肥原料中，经2周的好氧发酵，即得活性生物有机肥。
所述的方法，其特征在于所述的餐厨垃圾与秸秆按餐厨垃圾50-60重量份、秸秆40-50重量份混合而成。
所述的方法，其特征在于所述的秸秆长度为3-5mm。
本发明提供的高效工程菌可对无害化处置后的餐厨垃圾进行高效转化，获得高效活性生物有机肥。该有机肥经测定符合有机肥料农业标准NY525-2012中有机肥的相关指标，可以有效增加土壤有机质和有益菌群的数量，活化土壤，促进植物根系对养分的吸收，提高农作物的产量和品质，是生产绿色和有机农产品的高档肥料。
具体实施方式
以下结合实施例来进一步说明本发明。本发明中涉及的份数均为重量份。
实施例1
1实验说明
1.1菌的培养与制备
将毕赤酵母、苏云金芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、伞状毛霉菌、米根霉菌种分别接种于不同培养基中，培养基配方如下所列，均121℃下灭菌20min。
苏云金芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌等芽孢杆菌培养基：麸皮20份，黄豆饼粉2份，米糠5份，加25份营养液混合均匀，灭菌所得。营养液配方为：(NH4)2SO40.2%，MgSO40.05%，KH2PO40.3%，NaNO30.4%，CaCl20.05%，用水配制。
伞状毛霉菌、米根霉等霉菌培养基：玉米粉15份，麸皮8份，米糠5份，葡萄糖0.5份，加25份营养液混合均匀，灭菌所得。营养液配方为MgSO40.2%，K2HPO40.3%，KH2PO40.4%，酵母粉0.05%，用水配制。
毕赤酵母培养基：麸皮57份，玉米粉43份，尿素0.8份，酵母粉1份，K2HPO40.8份，料水比为1:0.8。
将接种后的芽孢杆菌类固体培养基于37℃培养72-80h，此时苏云金芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌菌落数分别达到4.78×109CFU/g，7.15×109CFU/g和1.01×1010CFU/g。
毕赤酵母、米根霉和伞状毛霉菌等其他菌株于30℃下培养6-7d，此时毕赤酵母菌落数为1.41×109CFU/g、米根霉和伞状毛霉菌孢子数分别达到1.04×1010CFU/g和1.18×1010CFU/g。
1.2产酶菌的组合配比
地衣芽孢杆菌、毕赤酵母、伞状毛霉菌和米根霉按照一定比例混合，构成产淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶和脂肪酶含量均较高的产酶复合菌株，餐厨垃圾发酵腐熟的速度和菌株的配比及其产酶特性显著相关。其特点为伞状毛霉菌培养过程中随着培养时间淀粉酶活力出现先增高后降低的现象，在60h时达到最高，为151U/g，米根霉发酵过程中蛋白酶随着发酵时间的延长蛋白酶含量增加，在发酵156h时其蛋白酶活力达1260U/g，以及毕赤酵母发酵48h可产脂肪酶活力为8.4U/g。地衣芽孢杆菌在培养过程中能产生淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶和脂肪酶等四种酶，淀粉酶活力在发酵48-72h时含量为110-130U/g，蛋白酶在发酵108h时达到最高为411U/g，此时纤维素酶活为31U/g，脂肪活力较弱，为4.84U/g。四种产酶菌株的配比设计L9(3 4)的正交试验，以种子发芽指数和C/N比为指标分析确定腐熟速度。因素水平表见表1所示。
表1菌剂配比试验L9(34)的因素水平表
1.3餐厨垃圾发酵及相关指标分析
将餐厨垃圾50-60份与玉米秸秆（粉碎成3-5mm）40-50份混合，使混合物水分含量在60±5%，按照正交试验L9(34)因素水平配比菌株，以1%接种量接种于餐厨垃圾与玉米秸秆的混合物，混合均匀，堆肥定时通氧进行好氧发酵，2周后测定餐厨垃圾腐熟指标。
1.3.1餐厨垃圾腐熟指标测定
（1）种子发芽指数（GI）测定：取餐厨垃圾发酵样品5g，加去离子水50mL，常温震荡提取2h，将浸提液离心后取上清液5mL，加于培养皿中的滤纸上，放入白菜种子20粒，20±1℃培养箱中黑暗培养48h，取出测定种子发芽率和根长。空白对照为直接在培养皿上加5mL去离子水。以以下公式测定种子发芽指数。
（2）C/N比测定
参照土壤农化分析方法，总有机碳TOC采用磷酸浴外加热重铬酸钾氧化法。总氮采用凯氏定氮法，测定结果进行比值计算。结果见表2
按照表1试验因素水平的组合进行实验，实验结果如下表2，
表2L9（34）正交设计结果
从实验结果看，当毕赤酵母3份，伞状毛霉菌1份，米根霉3份，地衣芽孢杆菌5份的组合进行混合按照1%的比例接种，经2周的好氧发酵，种子发芽指数GI达到96.96%，C/N比为17.1。未腐熟餐厨垃圾中富含低分子量的有机酸、多酚等植物生长抑制物质，这些物质随着堆肥发酵逐渐转化消失，餐厨垃圾中存在大量的有机质，大多数组分不稳定极易腐败分解，堆肥发酵过程中是将其稳定化的生物转化过程，C/N比会降低。堆肥发酵过程中随着微生物生长，急剧分解产生NH4 +和低分子有机酸，这些物质对种子发芽有抑制作用，发酵后期这些成分又被转化，根据秦莉等人的报道，种子发芽指数GI>50%，可认为堆肥基本无毒性，当GI达到80-85%，可认为对植物无毒性。种子餐厨垃圾中含有盐、味精、辣椒粉等对发芽有抑制作用，因此种子发芽指数偏低，但经微生物发酵腐熟后比未发酵餐厨垃圾发芽指数提高了40%。
1.4高效工程菌剂的构建与活性生物有机肥的测定
本发明开发的活性生物有机肥的高效工程菌剂由地衣芽孢杆菌、毕赤酵母、伞状毛霉菌和米根霉等四种产酶菌根据正交试验得出最佳配比后，按照产酶菌50-60份，苏云金芽孢杆菌6-10份，枯草芽孢杆菌10-15份组合而成。苏云金芽孢杆菌是土壤中天然存在的一种对可防治棉铃虫、菜青虫、毒蛾、松毛虫等鳞翅目昆虫的细菌，生成的伴孢晶体（蛋白质毒素）可导致易感昆虫幼虫肠道细胞麻痹，干预正常的消化，促使昆虫停止取食而死，在人和家畜、家禽的胃肠中不起作用，不污染环境，不影响土壤微生物的活动，使用安全。枯草芽孢杆菌的培养上清液对G+细菌（金黄色葡萄球菌和猪链球菌）和G-细菌（大肠杆菌、奇异变形杆菌、沙门氏菌和志贺氏菌）等常见致病菌有不同程度的抑制作用，将大肠杆菌、金黄色葡萄球菌分别与枯草芽孢杆菌共同培养，结果发现大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均受到枯草芽孢杆菌的拮抗抑制作用。苏云金芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的加入不影响地衣芽孢杆菌、毕赤酵母、伞状毛霉菌和米根霉等四种产酶菌的生长，并能更好的促进餐厨垃圾腐熟、抑制粪大肠菌群等致病菌株生长，使制备的生物有机肥更加安全，且具有抗虫活性。
有机肥料来源于植物和（或）动物，经过发酵腐熟的含碳有机物料，可改善土壤肥力、提供之物营养、提高作物品质。参照有机肥料农业标准NY525-2012中有机肥的相关指标，采用本发明提供的高效菌剂发酵餐厨垃圾生产活性生物有机肥，在堆肥好氧发酵两周后取样测定得到结果如下：微生物发酵后经平板计数法测定有效活菌数为1.05×108cfu/g（即1.05亿/g），远高于有机肥中≥0.2亿/g的标准；有机质含量的测定采用重铬酸钾容量法，测定结果有机质（以干基计）含量为53.7%，比有机肥标准45%高出8.7个百分点，pH为6.9，在5.5-8.5之间，粪大肠菌群的测定参照GB/T19524.1，粪大肠菌群≤100个/g(mL)和蛔虫卵死亡率的测定参照GB/T19524.2，蛔虫卵死亡率≥95%，各项指标均达到了有机肥的营养要求。
实施例2
将毕赤酵母、苏云金芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、伞状毛霉菌、米根霉菌种分别接种于不同培养基中，培养基配方按照实施例1的培养与制备上的要求所配。好氧培养获得不同的菌种。芽孢杆菌类固体培养基于37℃培养72-80h，此时苏云金芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌菌落数分别达到4.78×109CFU/g，7.15×109CFU/g和1.01×1010CFU/g。毕赤酵母、米根霉和伞状毛霉菌等其他菌株于30℃下培养6-7d，此时毕赤酵母菌落数为1.41×109CFU/g、米根霉和伞状毛霉菌孢子数分别达到1.04×1010CFU/g和1.38×1010CFU/g。
将毕赤酵母3份，伞状毛霉菌1份，米根霉3份，地衣芽孢杆菌5份的组合进行混合构成产酶菌，再按照产酶菌55份，苏云金芽孢杆菌8份，枯草芽孢杆菌12份组合而成。各菌种配比后形成活性生物有机肥高效工程菌剂，将菌剂按照1%的比例接种于餐厨垃圾与秸秆构成的堆肥原料中，经2周的好氧发酵，活性生物有机肥种子发芽指数GI达到97%，C/N比为17.1，有效活菌数达到1.05亿/g，且其他指标均符合有机肥有机质、pH、粪大肠菌群、蛔虫卵等的各项指标。
实施例3
菌的培养制备同实施例1，不同在于菌分别培养后，产酶菌的混合配比，其中毕赤酵母5份，伞状毛霉菌3份，米根霉1份，地衣芽孢杆菌5份的组合进行混合，再按照产酶菌50份，苏云金芽孢杆菌6份，枯草芽孢杆菌10份组合而成高效工程菌剂。菌剂按照1%的比例接种于餐厨垃圾与秸秆构成的堆肥原料中，经2周的好氧发酵，活性生物有机肥种子发芽指数GI达到92.5%，C/N比为16.5，有效活菌数达到1.05亿/g，且其他指标均符合有机肥有机质、pH、粪大肠菌群、蛔虫卵等的各项指标。
实施例4
菌的培养制备同实施例2，不同在于菌分别培养后，按照产酶菌60份，苏云金芽孢杆菌10份，枯草芽孢杆菌15份组合而成高效工程菌剂。菌剂按照1%的比例接种于餐厨垃圾与秸秆构成的堆肥原料中，经2周的好氧发酵，活性生物有机肥种子发芽指数GI达到95.1%，C/N比为18.5，有效活菌数达到1.13亿/g，且其他指标均符合有机肥有机质、pH、粪大肠菌群、蛔虫卵等的各项指标。
Claims (5)
1.一种生产活性生物有机肥的高效工程菌剂，其特征在于由以下重量份的菌种构成：产酶菌50-60份、苏云金芽孢杆菌6-10份和枯草芽孢杆菌10-15份，所述的产酶菌由以下重量份的菌种构成：伞状毛霉菌1-3份、米根霉1-3份、地衣芽孢杆菌3-5份和毕赤酵母3-5份。
2.如权利要求1所述的一种生产活性生物有机肥的高效工程菌剂，其特征在于所述的苏云金芽孢杆菌菌落数为4.5×109～5×109CFU/g，所述的枯草芽孢杆菌菌落数为1×1010～1.1×1010CFU/g，所述的伞状毛霉菌菌落数为1.1×1010～1.2×1010CFU/g，所述的米根霉菌落数为1×1010～1.1×1010CFU/g，所述的地衣芽孢杆菌菌落数为7×109～7.2×109CFU/g，所述的毕赤酵母菌落数为1.4×109～1.5×109CFU/g。
3.利用权利要求1所述的高效工程菌剂生产活性生物有机肥的方法，其特征在于将该高效工程菌剂按1%的比例接种于餐厨垃圾与秸秆构成的堆肥原料中，经2周的好氧发酵，即得活性生物有机肥。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述的餐厨垃圾与秸秆按餐厨垃圾50-60重量份、秸秆40-50重量份混合而成。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述的秸秆长度为3-5mm。
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