CN106754541A - 一种烟草废弃物发酵菌剂及其使用方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于农业废弃物发酵处理工艺，尤其涉及一种烟草废弃物发酵菌剂及其使用方法和应用。所述菌剂主要由枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、酵母菌、侧孢芽孢杆菌、纤维素酶、木聚糖酶和蛋白酶配制而成。本发明提供的发酵菌剂可以加快烟草废弃物的发酵效率，同时对烟草废弃物中的重金属进行转化并高效灭杀病菌。

Description

一种烟草废弃物发酵菌剂及其使用方法和应用
技术领域
本发明属于农业废弃物发酵处理工艺，尤其涉及一种烟草废弃物发酵菌剂及其使用方法和应用。
背景技术
烟草废弃物包括叶片采收的烟株株杆、烟株根系以及其他没有经济价值的部位。目前本领域内多将烟草废弃物进行发酵处理并制成绿肥或者作为生物质燃料的原料进行加工处理。烟草在常年连作生产方式下，会受到一些常见病毒的侵染，待烟叶采收后，这些病毒还是会寄生在烟株上，当其接触到烟草、番茄等茄科植株后会再次爆发疾病。如烟草花叶病毒，烟草花叶病毒呈粒体杆状，其在无菌条件下致病力达数年，并可在干燥病组织内存活30年以上，烟草花叶病在烟草苗期和大田生长初期最易感病，主要发生在苗床期至大田现蕾期。温度和光照很大程度上影响病情扩散和流行速度，高温和强光可缩短潜育期。现有技术中多采用普通的发酵菌和发酵工艺对烟草废弃物进行发酵处理，该方式缺陷如下：首先烟草废弃物中含有烟碱成分，很多发酵菌很难适应烟碱并导致死亡，导致发酵效率大大下降；其次该方式多通过发酵生成的高温来杀死烟草废弃物中的虫卵和病菌，很难保证完全杀死病毒，而施用这种夹带病毒的发酵后肥料，会造成病毒在新种植株之间进行病毒传染。而且最近学者发现烟民抽吸卷烟会额外摄入重金属，其中烟叶从肥料中汲取重金属离子是原因之一，因此如何降低烟叶肥料的具有毒害的重金属离子是本领域技术人员亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种烟草废弃物发酵菌剂及其使用方法和应用。本发明提供的发酵菌剂可以加快烟草废弃物的发酵效率，同时对烟草废弃物中的重金属进行转化并高效灭杀病菌。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种烟草废弃物发酵菌剂，所述菌剂主要由枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、酵母菌、侧孢芽孢杆菌、纤维素酶、木聚糖酶和蛋白酶配制而成。
优选的，所述菌剂由如下质量份原料制成：
枯草芽孢杆菌1-3份、地衣芽孢杆菌0.5-1.5份、酵母菌1-3份、侧孢芽孢杆菌1-3份、纤维素酶0.5-1份、木聚糖酶0.2-1份和蛋白酶0.2-1份。
优选的，所述菌剂由如下质量份原料制成：枯草芽孢杆菌2份、地衣芽孢杆菌1份、酵母菌2份、侧孢芽孢杆菌2份、纤维素酶1份、木聚糖酶0.5份和蛋白酶0.5份。
优选的，采用不断增加烟碱溶液浓度的方法，对所述菌剂进行定向驯化。不断提高烟碱溶液的浓度，使得菌剂中的菌种对烟碱具有较高的耐受能力，最终驯化出完全可以承受烟碱的相应菌种。
上述烟草废弃物发酵菌剂处理烟草废弃物的方法，步骤如下，将烟草废弃物粉碎，按照300-500g/t的质量比向烟草废弃物中接种所述菌剂，然后加入烟草废弃物50wt%的水混合均匀发酵10-16天即可。
优选的，将烟草废弃物粉碎后于130-160℃下加热2-3h后，按照300-500g/t的质量比向烟草废弃物中接种所述菌剂，然后加入烟草废弃物50wt%的水混合均匀发酵22-24h即可。
上述烟草废弃物发酵菌剂制备烟草有机肥方向的应用。
枯草芽孢杆菌，是芽胞杆菌属的一种，可利用蛋白质、多种糖及淀粉进行分解色氨酸形成吲哚，主要针对烟草废弃物中的糖类物质包括纤维素、木质素等纤维结构进行分解处理；且枯草芽孢杆菌的发酵产物的表面存在生物膜，这种生物膜形成了隔离层，烟草废弃物中的污染物想要渗透入空气或土壤中，就必须先到需要到达并且穿过该隔离层，所以该隔离层的存在可以有效地对烟草废弃物中的污染如中重金属离子和其他有机污染物进行吸附，防止其进入土壤和空气之中。
地衣芽孢杆菌，其细胞形态和排列呈杆状、单生，具有较强的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶的活性，可以有效促进烟草废弃物中纤维素类、脂类物质降解。同时地衣芽孢杆菌可以防治烟叶烟草黑胫病，降解拟除虫菊酯类农药残留，吸附重金属等。
酵母菌为单细胞真菌，可在有氧环境下将糖类物质分解为CO2和H2O。
侧孢芽孢杆菌属于常规的肥料发酵菌种，属于芽孢杆菌属，革兰氏染色阳性，可变为阴性，芽孢为椭圆形，侧生、中生或近中生，孢囊膨大，游离芽孢一边比另一边厚（独木舟形）。其分泌大量蚀几丁质酶，破坏真菌的细胞壁和线虫卵壁，使得原生质体外流失活造成死亡；对弧菌、大肠杆菌和杆状病毒等有害细菌具有很强的抑制作用。
纤维素酶为复合酶，针对烟草废弃物中的纤维素类物质处理，并将其转化成葡萄糖。
木聚糖酶针对烟草废弃物中的半纤维素类物质进行讲解和处理，并将其转化为单糖。
蛋白酶针对烟草废弃物中的蛋白质类物质处理，并将其转化为氨基酸。
本发明所述烟草废弃物发酵菌剂在对烟草废弃物进行发酵分解处理时，包括有机质的转化、烟草废弃物原带微生物灭杀和重金属转化，具体的如下：
1）有机质的转化
烟草废弃物中的有机质在菌剂的作用下进行复杂的转化，这种转化包括两个过程即：①有机质的矿质化过程，即把复杂的有机质分解成为简单的物质，最后生成二氧化碳、水和矿质养分等；②有机质的腐殖化过程，即有机质经分解再合成，生成更复杂的腐殖质。上述两个过程是同时进行的，但方向相反，且在不同条件下，各自进行的强度有明显的差别。
①有机质的矿化作用
不含氮有机物如多糖化合物（淀粉、纤维素、半纤维素）等首先在蛋白酶、纤维素酶和淀粉酶的作用下水解成单糖。葡萄糖在通气良
好的条件下被地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌、侧孢芽孢杆菌等迅速分解，且不易积累酒精、醋酸和草酸等中间产物，最终形成CO2和H2O，同时放出大量热能；
含氮有机物如蛋白质、氨基酸、生物碱、腐殖质等。除腐殖质外，大部分都会被上述菌剂容易被分解。例如蛋白质，在蛋白酶作用下，
逐级降解并产生各种氨基酸，再经氨化作用、硝化作用而分别形成铵盐、硝酸盐等可以被植物吸收利用的氮化合物；
含磷有机物可以在地衣芽孢杆菌的作用下，形成磷酸，成为植物能够吸收利用的磷化合物；
含硫有机物经菌剂的作用生成硫化氢，硫化氢在通气良好的条件下被地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母蔺、侧孢芽孢杆菌氧化成硫酸，并和生成的盐基作用形成硫酸盐，不仅消除了硫化氢的毒害，还成为植物能够吸收的硫素养料。
脂类及芳香类有机物如单宁、树腊等结构复杂，分解较慢，其最终产物也是CO2和水：木质素是含植物性原料（如树皮、木屑等），其结构复杂且稳定，含芳香核，并以多聚形式存在于植物组织中，但在通气良好的条件下，通过酵母菌、木聚糖酶、纤维素酶的作用下可以进行分解，其芳香核可变为醌型化合物，属于再合成腐殖质的原料之一。
②有机质的腐殖化过程
本发明所述菌剂对烟草废弃物中的有机质进行两个阶段的作用：第一阶段，将有机残体分解形成组成腐殖质分子的原始材料，如多元酚、含氮有机物（氢基酸、肽）等；第二阶段，先由菌剂分泌的多酚氧化酶将多酚氧化成醌，然后醌与氨基酸或肽缩合而成腐殖质单体。腐殖质单体再进一步相互缩合成为大小不等的分子。
2）烟草废弃物原带微生物灭杀
本发明所述菌剂处理烟草废弃物时，除了利用发酵生成的高温对烟草废弃物原带微生物进行灭杀之外，菌剂中的地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌、侧孢芽孢杆菌还可对烟草废弃物原带微生物起到竞争、抗生和溶菌三方面的灭杀作用。
①竞争灭杀，主要包括营养竞争和位点竞争。营养和空间位点的竞争是指存在于同一微小生物环境中的两个或两个以上微生物之间争夺这一环境内的空间、营养、氧气等的现象。地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌、侧孢芽孢杆菌等具有较强的竞争和定殖能力，从而抢占病原菌的侵染位点，消耗其周围养分，同时地衣芽孢杆菌具有独特的生物夺氧作用机制，能抑制致病菌的生长繁殖，从而阻止和干扰病原菌的扩大繁殖，起到灭杀作用；
②抗生灭杀，经过发明人的研究发现，地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌、侧孢芽孢杆菌的菌株代谢产物中存在多种有效的抗菌物质。这些抗菌物质可以在低浓度下就能溶解病原菌孢子的细胞壁或细胞膜，致使细胞壁穿孔、畸形等现象从而抑制孢子萌发，对病原微生物的生长和代谢产生抑制作用，从而来影响病原微生物的生存和活动，进而起到灭杀效果。
③溶菌灭杀，经过发明人的研究发现，地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌、侧孢芽孢杆菌可以吸附在病原菌的菌丝上，并随着菌丝生长而生长，而后产生溶菌物质造成病原菌的原生质泄露使得其菌丝体断裂，进而实现灭杀效果。
（三）重金属的的转化
烟草废弃物中往往含有重金属，主要包括汞、铬、镉、铅、砷等。本发明菌剂中的地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌、侧孢芽孢杆菌可以在重金属的生物转化中起到重要作用，通过直接和间接的作用去除重金属。如重金属一汞，菌剂通过无机汞(Hg2+)的甲基化、无机汞(Hg2+)还原成HgO、甲基汞和其他有机汞化合物的裂解并还原成HgO三个步骤，能够将无机汞和有机汞转化为单质汞。本发明所述菌剂虽然无法直接降解重金属，但通过对重金属的转化，可以有效减轻烟草废弃物处理后产物的毒性。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1）针对烟草废弃物的组成进行菌剂复配，采用枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、酵母菌、侧孢芽孢杆菌、木聚糖酶、纤维素酶和蛋白酶组成的菌剂，可以有效提高烟草废弃物的分解效率和质量；
2）本发明所述菌剂，在对烟草废弃物中的有机物进行分解的同时对烟草废弃物中的原带微生物进行竞争、抗生和溶菌作用，配合发酵的高温对原带微生物如烟草花叶病毒和根结线虫卵进行高效灭杀，提高烟草废弃物处理后生成的腐殖质品质；
3）本发明所述菌剂，可以对烟草废弃物中的有机物进行分解的同时将呈毒副状态的重金属转化为低毒和无毒状态，如将二价汞离子转化为汞单质、将六价铬离子转化为三价铬离子等，提高烟草废弃物处理后生成的腐殖质安全性。
附图说明
图1为效果例中处理组和对照组的发酵温度变化曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
按质量配比取枯草芽孢杆菌1份、地衣芽孢杆菌0.5份、酵母菌1份、侧孢芽孢杆菌1份、纤维素酶0.5份、木聚糖酶0.2份和蛋白酶0.2份。
将烟草废弃物粉碎，按照300g/t的质量比向烟草废弃物中加入所述菌剂，然后加入烟草废弃物50wt%的水混合均匀即可，其中每克菌剂中活菌数不低于200亿。
实施例2
按质量配比取枯草芽孢杆菌3份、地衣芽孢杆菌1.5份、酵母菌3份、侧孢芽孢杆菌3份、纤维素酶1份、木聚糖酶1份和蛋白酶1份。
将烟草废弃物粉碎，按照500g/t的质量比向烟草废弃物中加入所述菌剂，然后加入烟草废弃物50wt%的水混合均匀即可，其中每克菌剂中活菌数不低于200亿。
实施例3
按质量配比取枯草芽孢杆菌2份、地衣芽孢杆菌1份、酵母菌2份、侧孢芽孢杆菌2份、纤维素酶1份、木聚糖酶0.5份和蛋白酶0.5份。
将烟草废弃物粉碎，按照400g/t的质量比向烟草废弃物中加入所述菌剂，然后加入烟草废弃物50wt%的水混合均匀即可，其中每克菌剂中活菌数不低于200亿。
效果例：
将同一产地的烟草废弃物打碎，均分后作为处理组和对照组的处理物进行发酵发酵处理。对照组为自然发酵处理，处理组在自然发酵第3天接种实施例3所述菌剂4kg并搅拌均匀继续发酵。处理组和对照组在温度环境为31-35℃的室外空地进行发酵，每天翻堆3次进行通风，发酵期间天气良好均为晴天。
1）发酵温度和时间
每天用温度计测量对照组和处理组的发酵物中心温度并作记录如图1所示，处理组在发酵处理的第9天到达最高温度69.5℃，并在后续发酵过程中温度下降，基本在第16天完成发酵。对照组在发酵处理的第7天到达最高温度49℃，但是后续发酵温度不稳定且在第16天时继续保持发酵状态。经过统计，对照组约在发酵1.5个月后温度降至室温且实现完全发酵。所以实施例3所述菌剂可以极大程度提高烟草废弃物的发酵效率并缩短发酵时间。
2）发酵后产物的重金属含量检测
根据有机肥NY525-2012的国标检测标准，分别对处理组发酵16天后产物及对照组发酵3个月后的产物进行重金属检测，结果如表1所示：
表1
由表1可知，经过实施例3所述菌剂处理后的烟草废弃物，其中的砷、汞、铅、镉和铬的含量有大幅度下降，这是由于菌剂对重金属离子进行了转化和固化的结果。
3）发酵后产物的中微生物含量检测
选取最具代表性的烟草花叶病毒和根结线虫卵死亡率两个项目，分别对处理组发酵16天后产物及对照组发酵3个月后的产物进行检测，结果如表2所示：
由表2可得，经过实施例3所述菌剂处理后的烟草废弃物，未检出烟草花叶病毒且根结线虫卵死亡率大幅度提升，这是由于菌剂对烟草废弃物中的原带微生物进行高效灭杀的结果。

Claims (7)

1.一种烟草废弃物发酵菌剂，其特征在于，所述菌剂主要由枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、酵母菌、侧孢芽孢杆菌、纤维素酶、木聚糖酶和蛋白酶配制而成。
2.如权利要求1所述的烟草废弃物发酵菌剂，其特征在于，所述菌剂由如下质量份原料制成：
枯草芽孢杆菌1-3份、地衣芽孢杆菌0.5-1.5份、酵母菌1-3份、侧孢芽孢杆菌1-3份、纤维素酶0.5-1份、木聚糖酶0.2-1份和蛋白酶0.2-1份。
3.如权利要求2所述的烟草废弃物发酵菌剂，其特征在于，所述菌剂由如下质量份原料制成：枯草芽孢杆菌2份、地衣芽孢杆菌1份、酵母菌2份、侧孢芽孢杆菌2份、纤维素酶1份、木聚糖酶0.5份和蛋白酶0.5份。
4.如权利要求1-3任一所述烟草废弃物发酵菌剂，其特征在于，采用不断增加烟碱溶液浓度的方法，对所述菌剂进行定向驯化。
5.权利要求1-3所述的烟草废弃物发酵菌剂处理烟草废弃物的方法，其特征在于，将烟草废弃物粉碎，按照300-500g/t的质量比向烟草废弃物中接种所述菌剂，然后加入烟草废弃物50wt%的水混合均匀发酵10-16天即可。
6.权利要求1-3所述的烟草废弃物发酵菌剂处理烟草废弃物的方法，其特征在于，将烟草废弃物粉碎后于130-160℃下加热2-3h后，按照300-500g/t的质量比向烟草废弃物中接种所述菌剂，然后加入烟草废弃物50wt%的水混合均匀发酵22-24h即可。
7.权利要求1-3所述的烟草废弃物发酵菌剂制备烟草有机肥方向的应用。
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