CN107099490A - 一种用于处理农作物秸秆的生物制剂 - Google Patents

一种用于处理农作物秸秆的生物制剂 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于处理农作物秸秆的生物制剂，所述生物制剂为：按照复合菌剂和辅料按照1‑2：3‑5比例制备，所述复合菌剂为发酵噬纤维菌、粪产碱杆菌、脱氮副球菌、短小芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌、放线菌按照体积比5:4:2:6:1:3的体积比混合。本发明有效解决了两季作物之间，因秸秆全量就地还田而造成的茬口紧，下茬作物扦插播种困难，幼苗与秸秆腐熟抢氮发黄苗弱等问题，使得秸秆就地还田，可广泛应用于水稻、小麦、玉米等作物秸秆还田。

Description

一种用于处理农作物秸秆的生物制剂
技术领域
本发明属于土壤改良技术领域，涉及一种用于处理农作物秸秆的生物制剂，该菌剂适用于作物秸秆的腐熟还田，腐熟秸秆速度快，方法易行，操作简便。
背景技术
中国农民对作物秸秆的利用有悠久的历史，只是由于从前农业生产水平低、产量低，秸秆数量少，秸秆除少量用于垫圈、喂养牲畜，部分用于堆沤肥外，大部分都作燃料烧掉了。随着农业生产的发展，中国自20世纪80年代以来，粮食产量大幅提高，秸秆数量也多，加之省柴节煤技术的推广，烧煤和使用液化气的普及，使农村中有大量富余秸秆。同时科学技术的进步，农业机械化水平的提高，使秸秆的利用由原来的堆沤肥转变为秸秆直接还田，在经济发达的地区，秸秆低效不清洁的直接燃烧利用方式已不适应农民生活水平提高的需要。
秸秆中含有珍贵而平衡的细胞内含物，包括有机质，C，N，P，K以及各种微量元素，它更提供土壤保水性、排水性及空隙度等物理性条件，这些营养及环境条件更形成利于土壤微生物繁衍滋生的“有机温床”，因而改善了土壤的生物性。如果任其烂在地里自然发展而不加合理调控的话，会产生很强的负面效应，微生物的大量繁殖将造成対作物的“抢氮现象”而显现黃化缓长现象，更严重的是秸秆在非好氧菌优势的情况下，作物幼根将受到硫化氢、氨气或甲硫醇等有害物质的侵害而萎黃。秸秆作为肥料利用，主要是秸秆直接粉碎还田，秸秆还田后可使作物吸收的大部分营养元素归还给土壤，增加土壤有机质，对维持土壤养分平衡起到积极作用，同时还可以改善土壤团粒结构和理化性状，增加土壤肥力，增加作物产量，节约化肥用量，促进农业可持续发展。
随着我国农业生产的发展，自20世纪80年代以来，粮食产量大幅提高，秸秆数量也迅速增多，加之农村中省柴节煤技术的推广，以及烧煤和液化气的普及，使农村中有大量剩余的秸秆。面对逐年增加的秸秆，目前还没有特别有效的利用方法。所以，突破北方地区不良气候的条件下，秸秆大规模、快速腐熟还田技术瓶颈是实现我国北方地区秸秆利用亟待解决的问题。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，通过腐解使之转化为植物所需营养，从而改善土壤结构，成为目前生物肥料的研究热点。
本领域有关秸秆腐熟还田的微生物菌剂的产品非很少，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。
如何才能有效解决了两季作物之间，因秸秆全量就地还田而造成的茬口紧，下茬作物扦插播种困难，幼苗与秸秆腐熟抢氮发黄苗弱等问题，使得秸秆连年连茬，全量就地还田为本领域迫切需要解决的技术问题。
发明内容
本发明为了解决现有技术在秸秆降解过程中，因为秸秆C/N高，在自然状态下难以被微生物分解，以及北方地区气温较低，秸秆分解困难，从而导致秸秆还田后在土壤中被分解转化的周期长，难以作为当季作物肥源的问题。提供一种秸秆连年连茬，全量就地还田的方法以及用于秸秆还田的生物制剂。
本发明的另一个目的是提供一种有效处理农作物秸秆的生物制剂，其使用本发明的秸秆发酵制剂发酵秸秆，得到有机肥料，腐熟还田。
本发明的秸秆发酵菌剂，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，提高化肥利用率，其操作简便，利于生产。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种秸秆还田的方法，步骤如下：
（1）玉米收获后收集秸秆，趁青粉碎成10-20cm的段状；
（2）在收获后的玉米地挖窖，所述窖的长2-3m、宽2-3m、深1-2m，挖出的土备用。
（3）将步骤（1）处理的秸秆放入窖中，生物制剂提前24小时加10倍重量水稀释（有利于恢复和增强菌种的活力与活性，提高腐熟剂腐化秸秆的效率）获得稀释活化液，按照秸秆重量的20-30%添加稀释活化液，混合均匀后，常温下发酵，发酵过程中检测发酵物温度，当温度升至60℃以上时，将混合物料翻堆，此后每隔一天翻堆一次，并检测物料的含水率，当含水率≤25％时结束发酵，得到好氧发酵产物；
（4）按照好氧发酵产物：畜禽粪便重量比3-4:1-2的比例添加畜禽粪便，混合均匀后覆盖备用土，发酵10 d，获得秸秆发酵的有机肥料，直接用于还田。
所述玉米秸秆有机肥从窖中挖出还田，按照300kg/亩的施用量将玉米秸秆有机肥均匀撒施在田间作为基肥使用，撒施完毕后对田块进行翻耕即可。
所述生物制剂为：按照复合菌剂和辅料按照1-2：3-5比例制备；
所述复合菌剂为发酵噬纤维菌、粪产碱杆菌、脱氮副球菌、短小芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌、放线菌按照体积比5:4:2:6:1:3的体积比混合。
所述发酵噬纤维菌为发酵噬纤维菌（Cytophaga fermentans）ATCC 19072；
所述粪产碱杆菌为粪产碱杆菌（Alcaligenes faecalis）ATCC 31555；
所述脱氮副球菌为 (Paracoccus denitrificans) ATCC 13543；
所述短小芽孢杆菌为 (Bacillus pumilus)ATCC 27142；
所述黄孢原毛平革菌为（Phanerochaete chrysosporium）ATCC 34541；
所述放线菌为（Actinomyces bovis）ATCC13684。
所述复合菌剂的制备方法如下：将发酵噬纤维菌、粪产碱杆菌、脱氮副球菌、短小芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌、放线菌分别培养至浓度为1×108个/ml的菌液，然后按照5:4:2:6:1:3的体积比混合，即得；
所述辅料为：凹凸棒土、草炭土按照重量比1:3重量比制备；
所述畜禽粪便选自鸡粪、鸭粪、猪粪、牛粪等。
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)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。
本发明在对秸秆进行粉碎时，趁青粉碎，可以减少秸秆内糖分损失，对加快秸秆腐解，增加土壤养分有重要作用；秸秆中富含多种养分，还含有各种微量元素，经过发酵后能够给土壤中微生物提供足够的养分，还能蓄积用于植物生长所需的养分；
本发明提供的生物制剂能够在低温条件下15℃加快秸秆快速还田，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。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。
本发明所述的微生物种类搭配合理，通过几种不同菌种的协同作用，互补性强，在使用后复合菌剂能够迅速的繁殖，形成优势种群，并能够迅速升温，促进秸秆的分解，且堆腐后有机质等养分含量高；能够利用优势菌破坏秸秆的细胞结构，有效促进淀粉、蛋白质、纤维素、木质素等有效成分的溶出，从而使大部分难降解的蛋白质、纤维素、木质素等氧化分解，以减轻后续降解的压力，且，产生60℃以上的高温来加快玉米秸秆降解的速度，克服了北方气温较低导致的秸秆分解转化周期长的问题；
本申请在发酵过程中加入畜禽粪便作为秸秆降解促进剂，加速了玉米秸秆的腐烂，有利于降解周期的缩短，且能使制备出的秸秆有机肥中氮、磷、钾元素含量高，有利于进一步提高土壤肥力。
具体实施方式
实施例1：
一种玉米秸秆还田的方法， 步骤如下：
（1）玉米收获后收集秸秆，趁青粉碎成10cm的段状；
（2）在收获后的玉米地挖窖，所述窖的长2m、宽2m、深1m，挖出的土备用。
（3）将步骤（1）处理的秸秆码放入窖中，生物制剂提前24小时加10倍水稀释（有利于恢复和增强菌种的活力与活性，提高腐熟剂腐化秸秆的效率）获得稀释活化液，按照秸秆重量的20%添加稀释活化液，混合均匀后，常温下发酵，发酵过程中检测发酵物温度，当温度升至60℃以上时，将混合物料翻堆，此后每隔一天翻堆一次，并检测物料的含水率，当含水率≤25％时结束发酵，得到好氧发酵产物；
（4）按照好氧发酵产物：畜禽粪便重量比3:1的比例添加畜禽粪便，混合均匀后覆盖备用土，发酵10 d，获得秸秆发酵的有机肥料，直接用于还田。
所述生物制剂为：按照复合菌剂和辅料按照1：3比例制备；
所述复合菌剂为发酵噬纤维菌、粪产碱杆菌、脱氮副球菌、短小芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌、放线菌按照体积比5:4:2:6:1:3的体积比混合。
所述发酵噬纤维菌具体可以为发酵噬纤维菌（Cytophaga fermentans）菌株保藏编号为ATCC 19072；
所述粪产碱杆菌为粪产碱杆菌（Alcaligenes faecalis）ATCC 31555；
所述脱氮副球菌为 (Paracoccus denitrificans) ATCC 13543；
所述短小芽孢杆菌为 (Bacillus pumilus)ATCC 27142；
所述黄孢原毛平革菌为（Phanerochaete chrysosporium）ATCC 34541；
所述放线菌为（Actinomyces bovis）ATCC13684。
所述复合菌剂的制备方法如下：将发酵噬纤维菌、粪产碱杆菌、脱氮副球菌、短小芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌、放线菌分别培养至浓度为1×108个/ml的菌液，然后按照5:4:2:6:1:3的体积比混合，即得；
所述辅料为：凹凸棒土、草炭土按照重量比1:3重量比制备；
所述畜禽粪便为鸡粪。
将所述玉米秸秆有机肥从窖中挖出还田，按照300kg/亩的施用量将玉米秸秆有机肥均匀撒施在田间作为基肥使用，撒施完毕后对田块进行翻耕即可。
实施例2：
一种秸秆还田的方法， 步骤如下：
（1）玉米收获后收集秸秆，趁青粉碎成20cm的段状；
（2）在收获后的玉米地挖窖，所述窖的长3m、宽2m、深2m，挖出的土备用。
（3）将步骤（1）处理的秸秆码放入窖中，生物制剂提前24小时加10倍水稀释（有利于恢复和增强菌种的活力与活性，提高腐熟剂腐化秸秆的效率）获得稀释活化液，按照秸秆重量的30%添加稀释活化液，混合均匀后，常温下发酵，发酵过程中检测发酵物温度，当温度升至60℃以上时，将混合物料翻堆，此后每隔一天翻堆一次，并检测物料的含水率，当含水率≤25％时结束发酵，得到好氧发酵产物；
（4）按照好氧发酵产物：畜禽粪便重量比2:1的比例添加畜禽粪便，混合均匀后覆盖备用土，发酵10 d，获得秸秆发酵的有机肥料，直接用于还田。
所述生物制剂为：按照复合菌剂和辅料按照2：5比例制备；
所述复合菌剂为发酵噬纤维菌、粪产碱杆菌、脱氮副球菌、短小芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌、放线菌按照体积比5:4:2:6:1:3的体积比混合。
所述发酵噬纤维菌具体可以为发酵噬纤维菌（Cytophaga fermentans）菌株保藏编号为ATCC 19072；
所述粪产碱杆菌为粪产碱杆菌（Alcaligenes faecalis）ATCC 31555；
所述脱氮副球菌为 (Paracoccus denitrificans) ATCC 13543；
所述短小芽孢杆菌为 (Bacillus pumilus)ATCC 27142；
所述黄孢原毛平革菌为（Phanerochaete chrysosporium）ATCC 34541；
所述放线菌为（Actinomyces bovis）ATCC13684。
所述复合菌剂的制备方法如下：将发酵噬纤维菌、粪产碱杆菌、脱氮副球菌、短小芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌、放线菌分别培养至浓度为1×108个/ml的菌液，然后按照5:4:2:6:1:3的体积比混合，即得；
所述辅料为：凹凸棒土、草炭土按照重量比1:3重量比制备；
所述畜禽粪便为鸡粪。
将所述玉米秸秆有机肥从窖中挖出还田，按照300kg/亩的施用量将玉米秸秆有机肥均匀撒施在田间作为基肥使用，撒施完毕后对田块进行翻耕即可。
实施例3：农作物秸秆还田对耕层土壤的影响
采用实施例1-2的玉米秸秆还田方法提高土壤肥力，其中，玉米秸秆机械还田时玉米秸秆的施用量为300kg/亩，分别采集试验前以及试验1年后的耕层土壤，分析其基本的理化数值，具体结果见表1：
表1 秸秆还田方式对土壤的影响
有机质（g/kg） 全氮（g/kg） 磷（g/kg） 钾（g/kg） 容重（g/cm3） 总孔隙度（%）
土壤基底值 17.31 1.35 18.1 221.35 1.42 40.25
玉米秸秆机械还田 18.27 1.47 18.3 234.23 1.37 41.38
实施例1 26.57 2.68 30.04 298.64 1.12 43.85
实施例2 27.34 2.75 29.98 290.75 1.13 43.93
从表1可以看出，采用实施例1-2的玉米秸秆还田方法后，土壤的理化性质得到了很大的改变，不仅土壤中营养元素的含量大量增加，肥力大大提高，而且还降低了土壤容重，增加了土壤孔隙度。而采用玉米秸秆采用机械还田的方式，秸秆腐烂后土壤中氮元素、磷元素增量相对于实施例1和实施例2来说均较小，这是因为玉米秸秆中含有的氮磷元素较低，而且氮磷元素还要受土壤环境(空气、温度、水分、微生物活动)以及作物活力与呼吸强度的影响，含量会进一步降低，为了维持作物生长，一般需要另外施加复合肥，而实施例1和实施例2在发酵的时候就补充了氮、磷、钾元素，维持微生物正常生长，并且剩余的大量氮、磷、钾元素还会遗留在发酵得到的秸秆有机肥中，还田后能够满足土壤微生物和作物生长的需要。
实施例4
本申请生物制剂成分之间协同作用：
将实施例1制得的生物制剂作为实验组；
对照一组：不添加发酵噬纤维菌，其余同实施例1；
对照二组：不添加粪产碱杆菌，其余同实施例1；
对照三组：不添加脱氮副球菌，其余同实施例1；
对照四组：不添加短小芽孢杆菌，其余同实施例1；
对照五组：不添加黄孢原毛平革菌，其余同实施例1；
对照六组：不添加放线菌，其余同实施例1.
空白对照组：不添加生物制剂，仅添加水的空白对照组，
总共8个组别，2次重复实验。取鲜秸秆进行截取，保证每组实验用的秸秆相当，保持施水量、温度、湿度、阳光日照条件一致，其他条件也基本相同。
分别将八个组的生物制剂（空白组仅水）提前24小时加10倍水稀释获得稀释活化液，按照秸秆重量的20%添加稀释活化液，
将所有组置于相同环境并每天定时测量温度、湿度变化，以及秸秆的腐熟程度。
分解率的计算公式为：
腐蚀率(份)＝(腐熟后秸秆的重量/进行腐熟前秸秆的重量)×100％
在同时发酵腐熟7天后，从颜色、手感及抗拉力方面比较八个试验组中的秸秆的分解变化情况参见表2；
表2 秸秆腐熟对比试验
实施例1 对照一 对照二 对照三 对照四 对照五 对照六 空白对照
颜色 深灰锈色 褐锈色 褐锈色 灰色 灰色 暗青 暗青 无明显变化
手感 很软 稍软 软 稍软 稍软 稍软 稍软 硬
气味 很臭 微腐 臭 微腐 微腐 微腐 微腐 无明显变化
腐蚀率 61% 32% 39% 29% 31% 25% 27% 10%
实施例5 直接腐熟还田对作物产量的影响。
选取前茬为玉米的地块，将地块平均分成三等份，在其他耕种条件相同的情况下，做以下三种处理：
试验1组：将前茬玉米腐熟还田，采用实施例1的方法，将玉米秸秆全量就地还田，然后种植小麦，在小麦生长的过程中不再施加其它肥料；
试验2组：将前茬玉米腐熟还田，采用实施例2的方法，将玉米秸秆全量就地还田，然后种植小麦，在小麦生长的过程中不再施加其它肥料；
对照组：前茬玉米然后种植小麦，小麦生长过程中按照常规用量施用15-15-15氮磷钾三元复合肥；
三种处理情况下，各地块的水稻亩产情况如表3所示。
表3各地块小麦亩产情况
面积（亩） 产量（Kg/亩）
试验1组 3.7 611.4
试验2组 2.9 602.5
对照组 2 547.7
由上表可以看出，将玉米秸秆直接腐熟还田后，在后茬作物不施加肥料的同时，小麦仍然较之常规对照组分别增产11.6%和10%，由此可见，本发明的玉米秸秆还田方法能够改善土壤理化性质，提高土壤肥力，进而提高作物产量。
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 (7)

1.一种用于处理农作物秸秆的生物制剂，所述生物制剂为：按照复合菌剂和辅料1-2：3-5重量比例制备而得。
2.根据权利要求1所述的生物制剂，其特征在于，所述复合菌剂为发酵噬纤维菌、粪产碱杆菌、脱氮副球菌、短小芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌、放线菌按照体积比5:4:2:6:1:3的体积比混合。
3.根据权利要求1-2所述的生物制剂，其特征在于，
所述发酵噬纤维菌为发酵噬纤维菌（Cytophaga fermentans）ATCC 19072；
所述粪产碱杆菌为粪产碱杆菌（Alcaligenes faecalis）ATCC 31555；
所述脱氮副球菌为 (Paracoccus denitrificans) ATCC 13543；
所述短小芽孢杆菌为 (Bacillus pumilus)ATCC 27142；
所述黄孢原毛平革菌为（Phanerochaete chrysosporium）ATCC 34541；
所述放线菌为（Actinomyces bovis）ATCC 13684；
所述复合菌剂的制备方法如下：将发酵噬纤维菌、粪产碱杆菌、脱氮副球菌、短小芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌、放线菌分别培养至浓度为1×108个/ml的菌液，然后按照5:4:2:6:1:3的体积比混合，即得；
所述辅料为：凹凸棒土、草炭土按照重量比1:3重量比制备。
4.根据权利要求1所述生物制剂对农作物腐熟还田的方法，其特征在于，包括下述步骤：
（1）收集秸秆，粉碎成10-20cm的段状；
（2）在收获后的地挖窖，所述窖长2-3m、宽2-3m、深1-2m，挖出的土备用；
（3）将步骤（1）处理的秸秆放入窖中，生物制剂提前24小时加10倍重量水稀释获得稀释活化液，按照秸秆重量的20-30%添加稀释活化液，混合均匀后，常温下发酵，发酵过程中检测发酵物温度，当温度升至60℃以上时，将混合物料翻堆，此后每隔一天翻堆一次，并检测物料的含水率，当含水率≤25％时结束发酵，得到好氧发酵产物；
（4）按照好氧发酵产物：畜禽粪便重量比3-4:1-2的比例添加畜禽粪便，混合均匀后覆盖备用土，发酵10d，获得秸秆发酵的有机肥料，直接用于还田。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述畜禽粪便选自鸡粪、鸭粪、猪粪、牛粪等。
6.根据权利要求4-5所述方法制备的生物肥。
7.权利要求1所述生物制剂的用途。
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