CN105746028A - 一种有效降低环境污染的秸秆腐熟还田方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种有效降低环境污染的秸秆腐熟还田方法，首先将农作物秸秆粉碎为10?15cm，粉碎后的秸秆均匀撒在田间，秸秆厚度20－30cm，然后施用腐熟菌剂：耕地前施用腐熟菌剂，每亩施用1.5kg，同时施每亩加施农家粪肥100?200公斤每亩，耕翻灭茬后进行定植田间管理。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，具有广阔的应用前景。

Description

一种有效降低环境污染的秸秆腐熟还田方法
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，具体涉及一种有效降低环境污染的秸秆腐熟还田方法。
发明内容
农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸秆中，秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机物等，是一种战略性后备可再生资源，我国作物秸秆资源丰富，数量巨大，种类多样，据数据统计，每年的作物秸秆产出量7亿吨以上，其中稻草2.3亿吨，玉米秸秆2.2亿吨，豆类薯类等3亿吨，占世界总秸秆量的30％左右。
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。
据资料统计，2009年，我国直接用作生活燃料的秸秆约占总量的20％，肥料直接还田约占15％，饲料约占15％，工业原料约占2％，废弃或露天焚烧的部分高达33％。大量的秸秆被随便堆砌或直接焚烧，不仅占用土地，污染环境，并造成生物质能源的严重浪费。另外，由于化学肥料的成本较高，且易引起水体污染、土壤板结，进一步吸引人们对生物质肥料的研究。秸秆含有大量可利用元素，是最大的固体废弃物养分资源。因此，通过微生物接种技术强化秸秆腐熟，对农作物秸秆的资源化利用显得极为重要。
本领域有关秸秆腐熟还田的微生物菌剂的产品，尚未形成体系，更没有稳定高效秸秆快速降解菌群的生产使用。目前分离的具有纤维素降解能力的细菌较多，其中属于革兰氏阳性菌属(G+)的有噬纤维菌(Cytophaga)，热杆菌属(Caldibacillus)，芽孢杆菌属(Bacillus)，生孢嗜纤维菌(Sporacytophga)等；属于革兰氏阴性菌属(G-)的有假单孢菌属(Pseudomonas)，欧文氏菌属(Erwinia)，纤维单孢菌属(Cellulomonas)，镰状纤维菌属(Cellfacicula)等。发酵菌剂中，以嗜热的纤维素分解菌为数较多，而常温(低温)发酵的分解纤维素、木质素、蜡质的微生物菌株或菌群的研究远远落后于生产需要。秸秆快速腐解微生物技术尚未得到有效地解决，限制了秸秆资源的高效利用。
发明内容
本发明的目的是提供了一种有效降低环境污染的秸秆腐熟还田方法，其利用腐熟菌剂对秸秆进行腐熟还田，所述腐熟菌剂由可分解木质素、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：
一种有效降低环境污染的秸秆腐熟还田方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)秸秆平铺：将农作物秸秆粉碎为10-15cm，粉碎后的秸秆均匀撒在田间，秸秆厚度20－30cm；
(2)施用腐熟菌剂：耕地前施用腐熟菌剂，每亩施用1.5kg，同时施每亩加施农家粪肥100-200公斤或尿素3-5公斤调节碳氮比。
(3)耕翻灭茬；用灭茬旋耕机进行灭茬，将农作物秸秆翻埋入耕层土壤内，然后灌水，等待定植；
(4)定植田间管理：农作物秸秆经过腐熟菌剂腐解10天以后定植作物，其它施肥及病虫害防治参照高产要求正常进行。
所述腐熟菌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1:4:6混合而成；
所述微生物菌剂和辅料按照1：3的重量比混合制备腐熟菌剂；
所述微生物菌剂的制备方法如下：将黄绿木酶、赭绿青霉、扩张青霉、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2:2:3:5:1:3:2:1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（参见CN102174411）；
所述扩张青霉W4（Peniclliumexpansum）CGMCCNO.4077（参见CN101974436）
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)；
本发明的腐熟菌剂，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、扩张青霉、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2:2:3:5:1:3:2:1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。
上述腐熟菌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。
本发明的腐熟菌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。
本发明腐熟菌剂适用于水稻、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。
腐熟菌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1亩方农作物秸秆加入1公斤腐熟菌剂产品，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：
一种有效降低环境污染的秸秆腐熟还田方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)秸秆平铺：将农作物秸秆粉碎为10-15cm，粉碎后的秸秆均匀撒在田间，秸秆厚度20－30cm；
(2)施用腐熟菌剂：耕地前施用腐熟菌剂，每亩施用1.5kg，同时施每亩加施农家粪肥100-200公斤或尿素3-5公斤调节碳氮比。
(3)耕翻灭茬；用灭茬旋耕机进行灭茬，将农作物秸秆翻埋入耕层土壤内，然后灌水，等待定植；
(4)定植田间管理：农作物秸秆经过腐熟菌剂腐解10天以后定植作物，其它施肥及病虫害防治参照高产要求正常进行。
所述腐熟菌剂由微生物菌剂和辅料组成；
所述辅料由下述原料组成：凹凸棒土、硅藻土、草炭土。
具体地，所述辅料由凹凸棒土、硅藻土、草炭土按照重量比1:4:6混合而成；
所述微生物菌剂和辅料按照1：3的重量比混合制备腐熟菌剂产品；
所述微生物菌剂的制备方法如下：将黄绿木酶、赭绿青霉、扩张青霉、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2:2:3:5:1:3:2:1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；
所述扩张青霉W4（Peniclliumexpansum）CGMCCNO.4077（参见CN101974436）
鞘氨醇单胞菌为（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制得的腐熟菌剂，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%，每5立方米农作物秸秆加入1公斤腐熟菌剂，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。
对照组，与实验组相比，不添加腐熟菌剂，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
水稻秸秆腐熟还田试验
水稻产量实验：试验共设10个小区，每个小区的面积为(6×8)m2；，随机区组排列。随机分为两个小组。试验设如下2个处理：
实验组：腐熟菌剂秸秆还田(常规施肥+秸秆+秸秆腐熟菌剂)；
对照组：空白处理，常规施肥；
试验发现，实验组产量为547kg/亩，空白组亩产量为447kg/亩；
施用秸秆腐熟菌剂后，不仅避免秸秆焚烧，且直接导致作物增产22.3％，使用本发明腐熟菌剂后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。
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)

1.一种有效降低环境污染的秸秆腐熟还田方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)秸秆平铺：将农作物秸秆粉碎为长度为10-15cm，粉碎后的秸秆均匀撒在田间，秸秆厚度20－30cm；
(2)施用腐熟菌剂：耕地前施用腐熟菌剂，每亩施用1.5kg，同时每亩加施农家粪肥100-200公斤；
(3)耕翻灭茬；用灭茬旋耕机进行灭茬，将步骤（1）的农作物秸秆翻埋入耕层土壤内，然后灌水，等待定植；
(4)定植田间管理：农作物秸秆经过腐熟菌剂腐解10天以后定植作物，常规施肥及病虫害防治。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述腐熟菌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1:4:6混合而成。
5.根据权利要求1-4所述的方法，其特征在于，所述腐熟菌剂由微生物菌剂和辅料按照1：3的重量比混合制备而得。
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、扩张青霉、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2:2:3:5:1:3:2:1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；
所述扩张青霉为扩张青霉（Peniclliumexpansum）CGMCCNO.4077；
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腐熟还田的用途。
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。
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