CN105732132A - 一种利用复合微生物制剂有效分解农业废弃物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用复合微生物制剂有效分解农业废弃物的方法，首先整理农作物秸秆，调整水分和C/N比为，每5立方米作物秸秆加入1公斤复合微生物制剂，翻捣均匀；然后将农作物秸秆堆成长梯形，发酵开始后，当20～30厘米深处秸秆温度升至55℃时保持2天，然后翻捣一次，当20～30厘米深处秸秆堆温再次升至55℃后，保持2天，然后翻捣一次；之后根据堆温情况进行翻捣，本发明方法主要应用于农业种植中作物秸秆腐熟还田，增产庄稼显著，同时大大避免了焚烧秸秆导致的环境污染。

Description

一种利用复合微生物制剂有效分解农业废弃物的方法

技术领域

本发明属于农业微生物在处理农作物秸秆上的应用领域，具体涉及一种利用复合微生物制剂有效分解农业废弃物的方法。

发明内容

秸秆是我国农业生产中产量巨大的农业废弃物，秸秆中含有可供动植物利用的大量的营养成分，研究表明，秸秆中含碳量约为40％～60％，水稻秸秆中含氮量约为0.60％、含磷量约为0.09％，小麦秸秆含氮量约为0.50％、含磷量约为0.03％，大豆秸秆含氮量约为1.93％、含磷量约为0.03％，是具有综合利用价值的可再生生物资源。目前尚无广阔和理想的开发利用技术方向。做为生产制造生物质燃料的原料使用，存在经济效益差、回报率低的问题，必须依靠国家财政补贴，因此很难推广应用。另外，由于秸秆富含纤维素、半纤维素和木质素，目前，也只能做为反刍动物的牛作为粗饲料使用。基于纤维素、半纤维素和木质素很难被单胃牲畜消化吸收，目前，秸秆还不能做为加工猪饲料的原料使用，不能替代传统的全价配合饲料，使秸秆的开发利用受到限制。

由于秸秆在短期内不易腐解，导致秸秆资源长期没有得到合理的开发，除少量用于垫圈、喂养牲畜、部分用于堆沤肥外，大部分都作为生活燃料烧掉了，在种植业为主的地区，作物秸秆已经成为生产中的障碍。所以，焚烧秸秆遍及广大乡村，由此引起环境污染与有机资源的严重浪费。据统计，全国用作还田和有机肥料的作物秸秆仅占总量的20％左右，焚烧占17％，秸秆燃烧后主要产物为二氧化碳，一氧化碳，二氧化硫等有害气体，这些气体进入大气后造成严重的环境污染。每到收获季节农村出现“村村点火，处处冒烟”的景象,秸秆焚烧有四大坏处：一是浪费资源，导致大量有机物不能回田；二是严重污染环境；三经常引发火灾和交通事故；四破坏农田生态系统物质循环，造成土壤肥力下降。

目前，对秸秆的降解主要采用以下三种方式：物理方式，包括粉碎、蒸煮、热喷等；2)化学方式，包括酸性水解、碱性水解、氨化和氧化降解；3)微生物降解。

物理或化学方法处理秸秆，只能略为提高半纤维素的消化率，对纤维素和木质素的作用不大，不能提高秸秆的营养价值和消化率。化学方法能破坏木质素与多糖之间的酯键结合，使纤维素、半纤维素与木质素分离，将不溶的木质素变成较易溶解的羟基木质素，使秸秆结构变得疏松，结晶纤维素变成无定型纤维素，进而使得秸秆易于分解。但化学方法的缺点在于：纤维素含量太高，蛋白质含量低；矿物质含量不平衡，缺乏维生素A、维生素D和维生素E等；微生物对纤维素的降解是通过分泌到胞外的游离纤维素酶，以水解酶机制和氧化酶机制降解纤维素。利用微生物可将纤维素最终分解成为二氧化碳和水，而通过微生物自身的生长又可产生大量的菌体蛋白，因此运用微生物法处理秸秆，可以大幅度提高其营养价值，与物理化学方法相比，具有许多无可比拟的优点。选育和利用作物秸秆高效降解微生物菌株，研发高效降解菌剂，建立作物秸秆田间原位生物转化还田技术，是目前国内外重要发展趋势之一。

发明内容

本发明的目的是提供了一种利用复合微生物制剂有效分解农业废弃物的方法，所述复合微生物制剂由可分解木质素、纤维素、蛋白质、抗病和菌肥多种功能的多种菌株复合而成，解决现有技术在秸秆发酵降解过程中所利用的微生物菌剂种类单一、分解能力弱、纤维素总降解率低以及发酵周期长等问题。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种利用复合微生物制剂有效分解农业废弃物的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）整理农作物秸秆，控制水分55～60%，C/N比为26:1，每5立方米农作物秸秆加入1公斤复合微生物制剂，翻捣均匀；

（2）将农作物秸秆堆成长梯形，堆顶宽1米，堆底宽2米，堆高夏秋季1.2～1.5米、冬春季1.5～2.0米，每堆体积不少于5立方米；

（3）发酵开始后，当20～30厘米深处秸秆温度升至55℃时保持2天，然后翻捣一次，当20～30厘米深处秸秆堆温再次升至55℃后，保持2天，然后翻捣一次；之后根据堆温情况进行翻捣，温度上升时期不翻捣，温度停止上升则翻捣，直到堆温与室外温度相同、水分降至30%以下时，完成分解过程；

所述复合微生物制剂由微生物菌剂和辅料组成；

所述辅料可为固体辅料和/或液体辅料。所述固体辅料为矿物材料、生物材料和/或高分子化合物；所述矿物材料可为粘土、滑石、高岭土、蒙脱石、白碳、沸石、硅石、草炭土和硅藻土中的至少一种；所述生物材料为各类作物的秸秆、松壳、稻草、花生壳、玉米粉、豆粉、淀粉、草炭和动物的粪便中的至少一种；所述高分子化合物为聚乙烯醇和/或聚二醇。所述液体辅料可为有机溶剂、植物油、矿物油或水；所述有机溶剂为癸烷和/或十二烷。所述粘土具体可为凹凸棒粘土。所述凹凸棒粘土是一种以凹凸棒石为主要成分的粘土矿物，主要化学成分是水合镁铝硅酸盐，含有K、Na、Ca、Fe、Al、Mg、Mn、Ti等元素，具有独特的分散能力和吸附能力。

经过试验验证，最终选择所述辅料由下述原料组成：凹凸棒土、硅藻土、草炭土。

优选地，所述辅料由凹凸棒土、硅藻土、草炭土按照重量比1:4:7混合而成；

所述微生物菌剂和辅料按照2：7的重量比混合制备环保制剂产品；

所述微生物菌剂的制备方法如下：将黄绿木酶、赭绿青霉、胶冻样芽孢杆菌、鞘氨醇单胞菌、地衣芽孢杆菌、粪产碱杆菌、康宁木酶、酿酒酵母分别培养至浓度为1×10⁸个/ml的菌液，然后按照3:2:1:6:1:2:2:1的体积比混合，即得；

所述黄绿木酶为黄绿木酶（Trichodermaaureoviride）ACCC32248；

所述赭绿青霉为（penicilliumochrochlorron）Ｙ５，其保藏号为ＣＧＭＣＣＮＯ．４３９０（CN102174411）；

所述胶冻样芽孢杆菌具体可为胶冻样芽孢杆菌（Bacillusmucilaginosus）CGMCCNO.3769（CN102070364）；

鞘氨醇单胞菌优选为（Sphingomonassp．）CGMCCNO.4589（参见CN102168054A）

所述地衣芽孢杆菌具体为地衣芽孢杆菌（Bacilluslicheniformis）CGMCCNO.2276；(参见CN101215537A);

所述粪产碱杆菌为粪产碱杆菌（Alcaligenesfaecalis）ATCC31555；

所述康宁木霉为康宁木霉（Trichodermakonigii）ACCC30167（参见CN103242851）；

所述酿酒酵母优选为酿酒酵母（Saccharomycescerevisiae）CCTCCNo：M208110(CN101434911公开使用)；

本发明的复合微生物制剂，各菌种之间合理配伍，共生协调，互不拮抗，其制备方法简便，方法易行，由于在处理的过程中物料得到彻底腐熟，产生大量功能微生物以及多种代谢产物如植物激素、抗生素等，从而刺激作物生长发育，提高土壤养分，改良土壤结构，其操作简便，利于生产。

本申请发明人经过多年创造性劳动，经过大量筛选试验，对菌株进行合理配伍，获得的菌剂配方合理，使用方便，腐熟秸秆速度快，采用现代微生物发酵工程技术，将筛选培养的多种能够高效产生纤维素酶、半纤维素酶和木质素酶的功能菌株组合培养而成为一种复合微生物菌剂，将黄绿木酶、赭绿青霉、胶冻样芽孢杆菌、鞘氨醇单胞菌、地衣芽孢杆菌、粪产碱杆菌、康宁木酶、酿酒酵母分别培养至浓度为1×10⁸个/ml的菌液，然后按照3:2:1:6:1:2:2:1的体积比混合，多功能菌株构成，具有菌株组合新、结构稳、酶活强、菌数高等特点。本发明提供的复合微生物菌剂加快秸秆发酵，该菌剂微生物间具有良好的协同效应；对难以降解的玉米、水稻等秸秆具有高效的降解性能，尤其是在低温条件下；适应外界环境能力强；该菌剂主要应用于农业种植中作物秸秆腐熟还田，将其转化为高效、安全、环保的生物有机肥。

上述复合微生物制剂在制备提高农作物秸秆分解率和/或提高农作物秸秆中纤维素分解率和/或提高农作物秸秆中半纤维素分解率和/或提高农作物秸秆中木质素分解率的产品中的应用也属于本发明的保护范围。

本发明的复合微生物制剂能快速腐熟农作物秸秆，可在一周左右将田间秸秆迅速腐熟，相对于现有技术的菌剂大大减少了腐熟时间，解决了农作物秸秆还田中存在腐熟慢、还田难的问题，提高了土壤有机质含量，起到了“用地养地”的作用，破解了长期以来在秸秆还田问题上政府鼓励、农民懈怠的困局。

本发明所述菌种均可以从中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC),中国微生物菌种网（ACCC）,以及美国模式培养物集存库（ATCC）购买得到。

本发明所述的菌种均可通过常规的培养方法得到所需浓度的菌液，限于篇幅，并不一一赘述。

本发明复合微生物制剂适用于水稻、小麦、玉米等秸秆的还田，可采用直接粉碎平铺或堆腐还田，每亩推荐用量为1.5-2kg。

复合微生物制剂在秸秆堆沤中的应用：

整理农作物秸秆，控制水分55～60%，C/N比为26:1，每5立方米农作物秸秆加入1公斤环保制剂产品，翻捣均匀；

将农作物秸秆堆成长梯形，堆顶宽1米，堆底宽2米，堆高夏秋季1.2～1.5米、冬春季1.5～2.0米，堆长根据场地而定，每堆体积不少于5方；

发酵开始后，当20～30厘米深处物料温度升至55℃时保持2天，然后翻捣一次，当堆温再次升至55℃后，保持2天，然后翻捣一次；之后根据堆温情况进行翻捣，温度上升时期不翻捣，温度停止上升则翻捣，并重复这一步骤，直到堆温与室外温度相同、水分降至30%以下时，即完成了发酵过程。

具体实施方式

实施例1：

一种利用复合微生物制剂有效分解农业废弃物的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）整理农作物秸秆，控制水分55～60%，C/N比为26:1，每5立方米农作物秸秆加入1公斤复合微生物制剂，翻捣均匀；

（2）将农作物秸秆堆成长梯形，堆顶宽1米，堆底宽2米，堆高夏秋季1.2～1.5米、冬春季1.5～2.0米，每堆体积不少于5立方米；

（3）发酵开始后，当20～30厘米深处秸秆温度升至55℃时保持2天，然后翻捣一次，当20～30厘米深处秸秆堆温再次升至55℃后，保持2天，然后翻捣一次；之后根据堆温情况进行翻捣，温度上升时期不翻捣，温度停止上升则翻捣，直到堆温与室外温度相同、水分降至30%以下时，完成分解过程；

所述复合微生物制剂由微生物菌剂和辅料组成；

辅料由下述原料组成：凹凸棒土、硅藻土、草炭土。

优选地，所述辅料由凹凸棒土、硅藻土、草炭土按照重量比1:4:7混合而成；

所述微生物菌剂和辅料按照2：7的重量比混合制备环保制剂产品；

所述微生物菌剂的制备方法如下：将黄绿木酶、赭绿青霉、胶冻样芽孢杆菌、鞘氨醇单胞菌、地衣芽孢杆菌、粪产碱杆菌、康宁木酶、酿酒酵母分别培养至浓度为1×10⁸个/ml的菌液，然后按照3:2:1:6:1:2:2:1的体积比混合，即得；

所述黄绿木酶为黄绿木酶（Trichodermaaureoviride）ACCC32248；

所述赭绿青霉为（penicilliumochrochlorron）Ｙ５，其保藏号为CGMCCNO.4390；

所述胶冻样芽孢杆菌具体可为胶冻样芽孢杆菌（Bacillusmucilaginosus）CGMCCNO.3769；

鞘氨醇单胞菌优选为（Sphingomonassp．）CGMCCNO.4589（参见CN102168054A）

所述地衣芽孢杆菌具体为地衣芽孢杆菌（Bacilluslicheniformis）CGMCCNO.2276；(参见CN101215537A);

所述粪产碱杆菌为粪产碱杆菌（Alcaligenesfaecalis）ATCC31555；

所述康宁木霉为康宁木霉（Trichodermakonigii）ACCC30167；

所述酿酒酵母优选为酿酒酵母（Saccharomycescerevisiae）CCTCCNo：M208110(CN101434911公开使用)；

本发明所述菌种均可以从中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC),中国微生物菌种网（ACCC）,以及美国模式培养物集存库（ATCC）购买得到。

实施例2

采用实施例1制得的复合微生物制剂，实验地点选在浙江省富阳，实验时间为3月份，供试作物为杂交稻。

实验组：水稻收获后将秸秆铺于实验田中，整理农作物秸秆，控制水分55～60%，C/N比为26:1，每5立方米农作物秸秆加入1公斤复合微生物制剂，翻捣均匀；

将秸秆堆成长梯形，堆顶宽1米，堆底宽2米，堆高1.5～2.0米，堆长根据场地而定，每堆体积不少于5方；

发酵开始后，当20～30厘米深处物料温度升至55℃时保持2天，然后翻捣一次，当堆温再次升至55℃后，保持2天，然后翻捣一次；之后根据堆温情况进行翻捣，温度上升时期不翻捣，温度停止上升则翻捣，并重复这一步骤，直到堆温与室外温度相同、水分降至30%以下时，即完成了发酵过程。

对照组，与实验组相比，不添加复合微生物制剂，观察秸秆腐熟变化情况：

表1不同处理的秸秆腐熟情况

实施例3

玉米秸秆还田实验。

处理1：玉米秸秆＋尿素

处理2：玉米秸秆＋施用实施例1制备的复合微生物制剂2kg/亩＋尿素

实验结果分析：

秸秆颜色变化：施用复合微生物制剂后第3天，秸秆从颜色上看，没有施用的基本没变化，秸秆较硬。而施用复合微生物制剂的表面已有很多黑斑点，明显变黑，秸秆已变得柔软。施用秸秆发酵复合菌剂第7天从颜色上看，没有施用的刚刚变褐色，而施用复合微生物制剂的已经深灰锈色黑，从手感来看，没用施用的稍稍变软，施用本发明复合微生物制剂的秸秆则很软，施用本发明微生物菌剂后，玉米秸秆腐解周期大大缩短。

使用本发明复合微生物制剂还田土壤较未使用的土壤容重降低，孔隙度提高，说明使用本发明腐熟菌剂进行秸秆腐解还田改良了土壤的物理形状。土壤容重下降，孔隙度增加，使得土壤疏松和通透性好，有利于蓄水、保肥，促进作物高，最终使得处理2比处理1增产20％以上。

综上，秸秆还田对作物生长具有很大的促进作用，本申请的复合微生物制剂经申请人多年的创造性劳动，采用现代微生物发酵工程技术，将筛选培养的多种能够高效产生纤维素酶、半纤维素酶和木质素酶的功能菌株组合培养而成为一种复合微生物菌剂，不仅处理了大量剩余秸秆，避免了焚烧秸秆导致的环境污染，同时增产庄稼显著。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方式对本案作了详尽的说明，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作的修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种利用复合微生物制剂有效分解农业废弃物的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）整理农作物秸秆，控制水分55～60%，每5立方米农作物秸秆加入1公斤复合微生物制剂，翻捣均匀；

（2）将农作物秸秆堆成长梯形，堆顶宽1米，堆底宽2米，夏秋季的堆高为1.2～1.5米、冬春季为1.5～2.0米，每堆体积不少于5立方米；

（3）发酵开始后，当20～30厘米深处秸秆温度升至55℃时保持2天，然后翻捣一次，当20～30厘米深处秸秆堆温再次升至55℃后，保持2天，然后翻捣一次；之后根据堆温情况进行翻捣，温度上升时期不翻捣，温度停止上升则翻捣，直到堆温与室外温度相同、水分降至30%以下时，完成分解过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述复合微生物制剂由微生物菌剂和辅料组成。

3.根据权利要求1-2所述的方法，其特征在于，所述辅料由下述原料组成：凹凸棒土、硅藻土、草炭土。

4.根据权利要求1-3所述的方法，其特征在于，所述辅料由凹凸棒土、硅藻土、草炭土按照重量比1:4:7混合而成。

5.根据权利要求1-4所述的方法，其特征在于，所述复合微生物制剂由微生物菌剂和辅料按照2：7的重量比混合制得。

6.根据权利要求1-5所述的方法，其特征在于，所述微生物菌剂的制备方法如下：将黄绿木酶、赭绿青霉、胶冻样芽孢杆菌、鞘氨醇单胞菌、地衣芽孢杆菌、粪产碱杆菌、康宁木酶、酿酒酵母分别培养至浓度为1×10⁸个/ml的菌液，然后按照3:2:1:6:1:2:2:1的体积比混合，即得；

所述黄绿木酶为黄绿木酶（Trichodermaaureoviride）ACCC32248；

所述赭绿青霉为赭绿青霉（penicilliumochrochlorron）CGMCCNO.4390；

所述胶冻样芽孢杆菌为胶冻样芽孢杆菌（Bacillusmucilaginosus）CGMCCNO.3769；

所述鞘氨醇单胞菌为鞘氨醇单胞菌（Sphingomonassp．）CGMCCNO.4589；

所述地衣芽孢杆菌为地衣芽孢杆菌（Bacilluslicheniformis）CGMCCNO.2276；

所述粪产碱杆菌为粪产碱杆菌（Alcaligenesfaecalis）ATCC31555；

所述康宁木霉为康宁木霉（Trichodermakonigii）ACCC30167；

所述酿酒酵母为酿酒酵母（Saccharomycescerevisiae）CCTCCNo：M208110。

7.权利要求1-6所述的方法用于秸秆发酵的用途。

8.权利要求1-6所述方法用于农作物废弃物堆沤中的用途，所述农作物废弃物为农作物秸秆。

9.根据权利要求1-6所述的方法，或权利要求7-8所述的用途，其特征在于，所述农业废弃物优选为玉米秸秆或者水稻秸秆。