CN107056409A - 防治根腐病功能性生物炭基营养基质及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种防治根腐病功能性生物炭基营养基质及制备方法，其特征是它包括按重量份计的如下组分：农林废弃物炭化料10‑30份，保藏号为CCTCC No. M 2014001的棘孢木霉CGM‑10孢子粉0.1‑1份，保藏号为CCTCC No. M 2014002的毛栓菌SEM‑6菌液10‑20份、腐殖酸0‑10份，市政干化污泥0‑50份、干化沼渣0‑50份、草木灰0‑20份，将上述组分混合均匀烘干至含水量20‑30%后获得防治根腐病功能性生物炭基营养基质；并有明显促进植物生长、改良土壤性能的功效，可以用作肥料、营养基质、营养土等，在农业作物种植方面有着广泛的应用价值。

Description

防治根腐病功能性生物炭基营养基质及制备方法
技术领域
本发明涉及生物技术领域，尤其涉及一种防治根腐病功能性生物炭基营养基质及其制备方法。
背景技术
据统计，我国农林废弃物（秸秆、糠醛渣、木糖渣、木屑等）年产量已经超过10亿吨，在我国有机废弃物总量中约占90%以上。由于利用难度大，大多随意弃置甚至露天焚烧，对大气、水系和土壤造成污染，已经严重威胁国家生态环境和可持续发展。人们对农林废弃物的资源化利用开展了多方面探索，目前已经出现了利用其制备纤维素乙醇、生物基材料及沼气等技术，但仍存在着过程复杂、生产成本高、处理量少和经济效益差等问题，且大多处于示范阶段，尚未真正形成具有竞争力的产业链。该类生物质原料在大规模制备生物炭等生物吸附剂方面有着广泛的应用潜力，所获得的生物炭作为一种新型的炭基肥料，已经引起了人们的极大关注。因此，利用农林废弃物制备的生物炭经过复配加工后可以获得生物炭基营养基质，在农业、林业等领域有着广泛的应用，同时可以解决其大规模资源化利用问题。
近年来，我国采用秸秆还田技术，对土壤板结问题的改善起到了重要作用。但秸秆直接还田技术对土壤肥力增加有限。随着我国农业产业结构的升级，亟待需要新型的功能性肥料；且我国的土壤修复及改良也需要多种营养土、营养基质等。作为一种优良的功能性土壤改良剂，生物炭基营养基质有着极大的推广潜力。
近年来，已经有多项关于生物炭基肥料专利的申请。中国专利申请201510813888.5公开了一种生物炭基生态肥的生产方法, 由生物炭，腐植酸，尿素，磷铵，硫酸钾，木醋液和微量元素组成。该申请只是将生物体与营养基质、营养盐等进行简单混合，不具备生物防治功能。中国专利申请201610021226.9公开了环保型生物炭基有机肥料及其制备方法，由生物炭、有机肥、木醋液、环保酵素和粘结剂组成。其环保酵素是由水果或/和水果皮或/和蔬菜装入塑料桶中，加入菌剂和糖蜜水发酵30天后用过滤所获得的液体，其所使用的菌种为山东苏柯汉生物科技有限公司生产的垃圾处理专用菌。该环保酵素制备周期长、含水量大且其成分不明确，无法得知其确切效果。由于制备复杂，并不适于大范围推广。中国发明专利申请201310304168 .7公开了环保型生物炭基肥及其施用方法，是将农林废弃物炭化后的生物炭与固定持久性有机污染物降解菌、有机或无机肥料混合造粒得到一种生物炭基肥料。该申请所获得的肥料并不具备生防和促进植物生长功能。
目前我国生物炭基营养基质的生产及应用刚起步，其生产成本高且品种少，不利于其大规模推广应用。
发明内容
本发明的目的是一种防治根腐病功能性生物炭基营养基质的制备方法，利用生防专利菌株棘孢木霉CGM-10（CCTCC No. M2014001）与生物炭吸附剂相结合，不仅可以改良土壤，还可以提高农作物的抗病能力，有着广阔的应用前景。
本发明提供一种防治根腐病功能性生物炭基营养基质，其特征是它包括按重量份计的如下组分：农林废弃物炭化料10-30份，棘孢木霉CGM-10（保藏号为CCTCC No. M2014001）孢子粉0.1-1份，毛栓菌SEM-6（保藏号为CCTCC No. M 2014002）菌液10-20份、腐殖酸0-10份，市政干化污泥0-50份、干化沼渣0-50份、草木灰0-20份，将上述组分混合均匀烘干至含水量20-30%后获得防治根腐病功能性生物炭基营养基质；
炭化料经过以下步骤获得：农林废弃物原料经过粉碎后过10目筛，然后放入气氛炉，将气氛炉抽真空后通入氮气开始进行低温烘焙；设置气氛炉经以15℃/分钟的速率升温至480℃，升温至最高温度后，高温保持800分钟；停止加热，自然降温至室温获得农林废弃物炭化料。
本发明还提供一种防治根腐病功能性生物炭基营养基质的制备方法，其特征是防治根腐病功能性生物炭基营养基质包括按重量份计的如下组分：农林废弃物炭化料10-30份，棘孢木霉CGM-10（保藏号为CCTCC No. M 2014001）孢子粉0.1-1份，毛栓菌SEM-6（保藏号为CCTCC No. M 2014002）菌液10-20份、腐殖酸0-10份，市政干化污泥0-50份、干化沼渣0-50份、草木灰0-20份，将上述组分混合均匀烘干至含水量20-30%后获得防治根腐病功能性生物炭基营养基质；炭化料经过以下步骤获得：农林废弃物原料经过粉碎后过10目筛，然后放入气氛炉，将气氛炉抽真空后通入氮气开始进行低温烘焙；设置气氛炉经以15℃/分钟的速率升温至480℃，升温至最高温度后，高温保持800分钟；停止加热，自然降温至室温获得农林废弃物炭化料。
本发明所述棘孢木霉CGM-10（CCTCC No. M 2014001）孢子粉的制备方法如下：
（1）活化培养基：土豆提取液200克，葡萄糖20克，自来水1000毫升，琼脂20克，pH 5.0。其中土豆提取液是指，土豆200克，切块煮沸30分钟后用细纱布（100目）过滤后所得澄清提取液。
（2）棘孢木霉孢子接种物的制备：棘孢木霉CGM-10接种于活化培养基上，30℃条件下培养10天，待平板上布满绿色孢子后收集孢子并稍微研磨获得松散棘孢木霉孢子接种物。
（3）棘孢木霉CGM-10孢子粉的制备：麸皮1千克，加入水800ml，121℃灭菌30分钟后冷却至室温，接入棘孢木霉孢子接种物0.1克，搅拌均匀后于30℃培养10天，晾干粉碎后过150目筛获得棘孢木霉CGM-10孢子粉。
本发明所述毛栓菌SEM-6（CCTCC No. M 2014002）菌液的制备方法如下：
（1）液体种子发酵种子：葡萄糖20克/升，豆粕5克/升，酵母粉1克/升， 磷酸二氢钾1克/升，七水硫酸镁0.5克/升，初始pH 4-7，摇床转速为200转/分钟，接种菌株CCTCC No．M2014002毛栓菌SEM-6后，培养时间为60小时，获得液体发酵种子；
（2）液体发酵培养基，以干物质含量计：果葡糖浆为20克/升，同时加入3克/升的磷酸二氢钾、1.5克/升的七水硫酸镁、10克/升的麸皮，调整初始pH值为5，121℃灭菌30分钟，获得液体发酵培养基；
（3）菌液生产：采用步骤（2）所述液体发酵培养基，以液体发酵培养基重量的10%接入液体发酵种子，控制溶氧相对百分含量大于等于20%，以30℃条件下培养基中饱和氧浓度为100%，搅拌电机转速为150转/分，发酵时间为3-5天，获得含有毛栓菌SEM-6菌液，其生物量为20-30克/升。
本发明所用菌株棘孢木霉CGM-10，拉丁文学名Trichoderma asperellum CGM-10，该菌株已于2014年1月6日保藏于中国典型培养物保藏中心（CCTCC），地址为中国武汉，武汉大学，保藏编号 CCTCC No. M 2014001（Trichoderma asperellum CGM-10）。棘孢木霉CGM-10记载于2014年7月16日公开的中国发明专利申请2014101129931中。
本发明所用菌株毛栓菌SEM-6，拉丁文学名Trametes trogii SEM-6，该菌株已于2014年1月6日保藏于中国典型培养物保藏中心（CCTCC），地址为中国武汉.武汉大学，保藏编号为CCTCC No．M 2014002（Trametes trogii SEM-6）。毛栓菌SEM-6记载于2014年7月16日公开的中国发明专利申请201410113038X中。
本发明所用市政干化污泥是指市政给排水处理系统给水、雨水、生活污水等收集并由水质净化厂经活性污泥法处理后经絮凝和脱水后所产生的含水量为60-80%的污泥经过干化（热干化、生物干化）处理后含水量低于35%的污泥。
本发明所述农林废弃物是指农作物秸秆、糠醛渣、木糖渣、蘑菇渣、木屑、树皮、树根等，其含水量为30%以下。
本发明中如无特殊说明，原料用量均为重量份。
本发明有益的效果是通过一种防治根腐病功能性生物炭基营养基质及其制备方法，可以提供一种农林废弃物资源化高值化利用的途径，所获得的功能性生物炭基营养基质可以作为肥料、营养土、土壤改良土、土壤修复土等多方面。具体分析如下：
（1）本发明所述的功能性生物炭基营养基质加入了专利生防菌种棘孢木霉CGM-10孢子粉。该菌株经过物理化学诱变，具有生长速度快、产几丁质酶、漆酶量高的特点，对病原真菌有着很强的拮抗性能；其所产生的漆酶底物广泛，可降解多种酚类有害物质。此外，本发明所用棘孢木霉CGM-10孢子粉和毛栓菌SEM-6菌株抗逆性能优良，生长pH范围 3-10，温度15℃-45℃，可以在多种生境下进行应用。
（2）本发明所述的功能性生物炭基营养基质加入了毛栓菌SEM-6，具有降解多种农药残留物的效果，在与棘孢木霉CGM-10一起使用时可以产生促进植物生长的因子。二者有着良好的协同效应。加入毛栓菌SEM-6菌液可以有效促进棘孢木霉CGM-10孢子粉对根腐病的防效提高80%以上。
（3）本发明所用生物炭可以吸附棘孢木霉CGM-10孢子粉，并为其生长提供了优良的微环境。这有利于孢子粉快速萌发和菌丝生长，可以加快生防菌株棘孢木霉CGM-10孢子粉的起效时间，其作用时间可以缩短为2-3天，有效解决了生防菌株起效慢的缺点。
（4）生物炭有着良好的生物吸附性能，可以明显提高功能性生物炭基营养基质对重金属、有机污染物的吸附性能（经测定，对重金属Cu、Cd、Zn、Pb、As、Cr、Mn、Ni的吸附性能比常规有机肥提高60%以上），这对土壤治理及修复有着重要作用。
（5）本发明所开发的生物炭基营养基质缓释效果明显（60天养分释放率为对照的62%左右），可以减少肥料施用量30%以上。
具体实施方式
以下结合实施例对发明进行进一步说明。
实施例1：一种防治根腐病功能性生物炭基营养基质的制备方法，
（1）炭化料的制备：农林废弃物经过粉碎后过10目筛，然后放入气氛炉，将气氛炉抽真空后通入氮气开始进行低温烘焙；设置气氛炉经以15℃/分钟的速率升温至480℃，升温至最高温度后，高温保持800分钟；停止加热，自然降温至室温获得农林废弃物炭化料。（2）防治根腐病功能性生物炭基营养基质的制备：将步骤（1）获得的农林废弃物炭化料10重量份加入具有生防功能的棘孢木霉CGM-10孢子粉（保藏号为CCTCC No.M 2014001）0.1重量份，毛栓菌SEM-6（保藏号为CCTCC No. M 2014002）菌液10重量份，市政干化污泥50重量份混合均匀后自然干燥至含水量30%以下获得防治根腐病功能性生物炭基营养基质，将其作为用于绿化的生物炭基营养土，其对大叶黄杨根腐病的防效达50-65%。
实施例2：本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：防治根腐病功能性生物炭基营养基质的制备：将步骤（1）获得的炭化料15重量份加入具有生防功能的专利菌株棘孢木霉CGM-10（保藏号为CCTCC No. M 2014001）孢子粉0.5重量份，毛栓菌SEM-6（保藏号为CCTCC No. M 2014002）菌液15重量份，以及腐殖酸5重量份，市政干化污泥20重量份、干化沼渣25重量份混合均匀并低温（50℃以下）干燥至含水量30%以下后获得防治根腐病功能性生物炭基营养基质，将其作为用于市政绿化的生物炭基营养土，其对大叶黄杨根腐病的防效达95-98%。
实施例3：本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：防治根腐病功能性生物炭基营养基质的制备：将步骤（1）获得的炭化料30重量份加入具有生防功能的专利菌株棘孢木霉CGM-10（保藏号为CCTCC No.M 2014001）孢子粉1重量份，毛栓菌SEM-6（保藏号为CCTCC No. M 2014002）菌液20重量份，以及腐殖酸10重量份，市政干化污泥50重量份、干化沼渣50重量份、草木灰10重量份混合均匀并低温（50℃以下）干燥至含水量30%以下后获得防治根腐病功能性生物炭基营养基质，将其作为草坪种植的生物炭基营养土，其对禾草根腐病的防效达70-75%。
实施例4：本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：防治根腐病功能性生物炭基营养基质的制备：将步骤（1）获得的炭化料10重量份加入具有生防功能的专利菌株棘孢木霉CGM-10（保藏号为CCTCC No.M 2014001）孢子粉0.7重量份，毛栓菌SEM-6（保藏号为CCTCC No. M 2014002）菌液18重量份，以及腐殖酸8重量份、干化沼渣40重量份、草木灰20重量份混合均匀并低温（50℃）干燥至含水量30%以下后获得防治根腐病功能性生物炭基营养基质，将其作为农用炭基有机肥，该肥料对大豆、茄子、黄瓜、小麦、玉米根腐病的防效为89-93%。
表1 本发明所述生物炭基肥料（制备方法见实施例4）对小麦（鲁原502）和玉米（登海618）的增产效果
表2 本发明所述生物炭基肥料（制备方法见实施例4）的缓释效果
实施例5：本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：防治根腐病功能性生物炭基营养基质的制备：将步骤（1）获得的炭化料20重量份加入具有生防功能的专利菌株棘孢木霉CGM-10（保藏号为CCTCC No. M 2014001）孢子粉0.3重量份，毛栓菌SEM-6（保藏号为CCTCC No. M 2014002）菌液12重量份，以及腐殖酸10重量份混合均匀并低温（50℃）干燥至含水量30%以下后获得防治根腐病功能性生物炭基营养基质，将其作为功能性生物炭基营养基质用于观赏植物培养，该营养基质对观赏百合、菊花、观赏凤梨等的根腐病防治效果为86-92%。
实施例6（对比例）：一种农用炭基有机肥的制备，它包括如下步骤：（1）炭化料的制备：见实施例1步骤（1）。（2）将步骤（1）获得的炭化料10重量份加入毛栓菌SEM-6（保藏号为CCTCC No. M 2014002）菌液18重量份，以及腐殖酸8重量份、干化沼渣40重量份、草木灰20重量份混合均匀并低温（50℃）干燥至含水量30%以下后获得农用炭基有机肥。该肥料对大豆、茄子、黄瓜、小麦、玉米根腐病的防效不明显。
实施例7（对比例）：一种农用炭基有机肥的制备，它包括如下步骤：（1）炭化料的制备：见实施例1步骤（1）。（2）功能性生物炭基营养基质的制备：将步骤（1）获得的炭化料10重量份加入具有生防功能的专利菌株棘孢木霉CGM-10（保藏号为CCTCC No.M 2014001）孢子粉0.7重量份，以及腐殖酸8重量份、干化沼渣40重量份、草木灰20重量份混合均匀并低温（50℃）干燥至含水量30%以下后获得农用炭基有机肥。该肥料对大豆、茄子、黄瓜、小麦、玉米根腐病的防效为50-62%。

Claims (4)

1.一种防治根腐病功能性生物炭基营养基质，其特征是它包括按重量份计的如下组分：农林废弃物炭化料10-30份，保藏号为CCTCC No. M 2014001的棘孢木霉CGM-10孢子粉0.1-1份，保藏号为CCTCC No. M 2014002的毛栓菌SEM-6菌液10-20份、腐殖酸0-10份，市政干化污泥0-50份、干化沼渣0-50份、草木灰0-20份，将上述组分混合均匀烘干至含水量20-30%后获得防治根腐病功能性生物炭基营养基质；
炭化料经过以下步骤获得：农林废弃物原料经过粉碎后过10目筛，然后放入气氛炉，将气氛炉抽真空后通入氮气开始进行低温烘焙；设置气氛炉经以15℃/分钟的速率升温至480℃，升温至最高温度后，高温保持800分钟；停止加热，自然降温至室温获得农林废弃物炭化料。
2. 一种防治根腐病功能性生物炭基营养基质的制备方法，其特征是防治根腐病功能性生物炭基营养基质包括按重量份计的如下组分：农林废弃物炭化料10-30份，保藏号为CCTCC No. M 2014001的棘孢木霉CGM-10孢子粉0.1-1份，保藏号为CCTCC No. M 2014002的毛栓菌SEM-6菌液10-20份、腐殖酸0-10份，市政干化污泥0-50份、干化沼渣0-50份、草木灰0-20份，将上述组分混合均匀烘干至含水量20-30%后获得防治根腐病功能性生物炭基营养基质；
炭化料经过以下步骤获得：农林废弃物原料经过粉碎后过10目筛，然后放入气氛炉，将气氛炉抽真空后通入氮气开始进行低温烘焙；设置气氛炉经以15℃/分钟的速率升温至480℃，升温至最高温度后，高温保持800分钟；停止加热，自然降温至室温获得农林废弃物炭化料。
3.根据权利要求2所述的防治根腐病功能性生物炭基营养基质的制备方法，其特征是所述棘孢木霉CGM-10（CCTCC No. M 2014001）孢子粉的制备方法如下：
（1）活化培养基：土豆提取液200克，葡萄糖20克，自来水1000毫升，琼脂20克，pH 5.0;
其中土豆提取液是指，土豆200克，切块煮沸30分钟后用100目细纱布过滤后所得澄清提取液；
（2）棘孢木霉孢子接种物的制备：棘孢木霉CGM-10接种于活化培养基上，30℃条件下培养10天，待平板上布满绿色孢子后收集孢子并稍微研磨获得松散棘孢木霉孢子接种物;
（3）棘孢木霉CGM-10孢子粉的制备：麸皮1千克，加入水800ml，121℃灭菌30分钟后冷却至室温，接入棘孢木霉孢子接种物0.1克，搅拌均匀后于30℃培养10天，晾干粉碎后过150目筛获得棘孢木霉CGM-10孢子粉。
4.根据权利要求2所述的防治根腐病功能性生物炭基营养基质的制备方法，其特征是所述毛栓菌SEM-6（CCTCC No. M 2014002）菌液的制备方法如下：
（1）液体种子发酵种子：葡萄糖20克/升，豆粕5克/升，酵母粉1克/升， 磷酸二氢钾1克/升，七水硫酸镁0.5克/升，初始pH 4-7，摇床转速为200转/分钟，接种菌株CCTCC No．M2014002毛栓菌SEM-6后，培养时间为60小时，获得液体发酵种子；
（2）液体发酵培养基，以干物质含量计：果葡糖浆为20克/升，同时加入3克/升的磷酸二氢钾、1.5克/升的七水硫酸镁、10克/升的麸皮，调整初始pH值为5，121℃灭菌30分钟，获得液体发酵培养基；
（3）菌液生产：采用步骤（2）所述液体发酵培养基，以液体发酵培养基重量的10%接入液体发酵种子，控制溶氧相对百分含量大于等于20%，以30℃条件下培养基中饱和氧浓度为100%，搅拌电机转速为150转/分，发酵时间为3-5天，获得毛栓菌SEM-6菌液，其生物量为20-30克/升。
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