CN107298596A

CN107298596A - 一种利用生化技术进行秸秆还田的方法

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Publication number: CN107298596A
Application number: CN201710708499.5A
Authority: CN
Inventors: 张雅琪; 张军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-08-17
Filing date: 2017-08-17
Publication date: 2017-10-27

Abstract

本发明属于生物技术领域，公开了一种利用生化技术进行秸秆还田的方法，其包括如下步骤：步骤1）秸秆粉碎，步骤2）挖窖，步骤3）制备腐熟产物，步骤4）制备有机肥料。本发明方法有效利用了农作物秸秆，通过生化技术，可提高土壤养分，改良土壤结构，提高化肥利用率。

Description

一种利用生化技术进行秸秆还田的方法

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及一种利用生化技术进行秸秆还田的方法。

发明内容

现代农业耕地面积大，农业生产造成秸秆大量过剩，秸秆的露天焚烧造成资源浪费及验证的大气污染，但因无法完全利用，焚烧现象屡禁不止，成分全社会关注的焦点问题。秸秆还田是把不宜直接作饲料的秸秆（麦秸、玉米秸和水稻秸秆等）直接或堆积腐熟后施入土壤中的一种方法。农业生产的过程也是一个能量转换的过程。作物在生长过程中要不断消耗能量，也需要不断补充能量，不断调节土壤中水、肥、气、热的含量。秸秆中含有大量的新鲜有机物料，在归还于农田之后，经过一段时间的腐解作用，就可以转化成有机质和速效养分。既改善土壤理化性状，也可供应一定的钾等养分。秸秆还田可促进农业节水、节成本、增产、增效，在环保和农业可持续发展中也应受到充分重视。秸秆还田是当今世界上普遍重视的一项培肥地力的增产措施，在杜绝了秸秆焚烧所造成的大气污染的同时还有增肥增产作用。秸秆还田能增加土壤有机质，改良土壤结构，使土壤疏松，孔隙度增加，容量减轻，促进微生物活力和作物根系的发育。秸秆还田增肥增产作用显著，一般可增产5%～10%，但若方法不当，也会导致土壤病菌增加，作物病害加重及缺苗（僵苗）等不良现象。因此采取合理的秸秆还田措施，才能起到良好的还田效果。

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。

秸秆还田有多种形式，可分为5大类：秸秆粉碎翻压还田、秸秆覆盖还田、堆沤还田、焚烧还田、过腹还田。秸秆粉碎翻压还田，就是把作物收，获后的秸秆通过机械化粉碎，耕地，直接翻压在土壤里。这样能的优点有四：1、改善土壤理化性质。2、把秸秆的营养物质充分的保留在土壤里。3、提高化肥利用率。4、提高作物抗旱抗盐碱性。

利用微生物的广泛适应性和多功能性来转化秸秆已日益受到国内外科学研究者重视，因为微生物在秸秆转化中有用途多、营养价值高、周期短、可再生等优点。作为利用秸秆资源的新途径，有着广阔的应有前景，将在农业生产中发挥越来越重要的作用。目前，研制开发理想的作物秸秆快速腐熟剂已成为微生物制剂的一个热点。此类产品在我国农业上的应用处于起步阶段，虽然有些品种已应用了好几年，也有效果好的产品，但多数产品仍存在许多要改进的地方，应用效果也还需要多点试验的验证，特别是在产品质量的技术指标、菌种组合和提高农产品质量方面。现有技术已经知晓的能分解纤维素的细菌芽胞杆菌属（Bacillus）、类芽胞杆菌（Paenibacillus）、假单胞菌属(Pseudomones）、弧菌属(Vibrio），微球菌属(Micrococcus）、链球菌属(Streptococcus）、梭菌属(Clostridium）、原粘杆菌属(Promyxobecterium）、纤维粘菌属(Cytophaga），生胞噬纤维菌属(Sporocytophage）、堆囊菌属(Sorangium）、螺旋体属(Spirochaeta）等等。

微生物秸秆生物学转化的关键有三：微生物降解木质素和纤维素；生产微生物单细胞蛋白，提高秸秆的营养价值；优化生产工艺。而如何根据分离到的菌株特性，单独或复合，再检测验其分解能力，选定搭配组合更是重中之重。

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，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，提供了一种利用生化技术进行秸秆还田的方法，该方法可提高土壤养分，改良土壤结构，提高化肥利用率。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种利用生化技术进行秸秆还田的方法，其包括如下步骤：步骤1）秸秆粉碎，步骤2）挖窖，步骤3）制备腐熟产物，步骤4）制备有机肥料。

具体地，所述方法包括如下步骤：

步骤1）秸秆粉碎：农作物收获后收集秸秆，趁青粉碎成10-20cm的段状；

步骤2）挖窖：在收获后的地挖窖，所述窖的长3m、宽2m、深1.5-2m，挖出的土备用；

步骤3）制备腐熟产物：将步骤1）处理的秸秆码放入窖中，微生物制剂提前一天加10倍重量水稀释获得稀释制剂，按照秸秆重量的25-35%添加稀释制剂，混合均匀后，常温下发酵，当含水率≤25％时结束发酵，得到腐熟产物；

步骤4）制备有机肥料：按照腐熟产物：堆肥发酵制剂为3:2的重量比添加堆肥发酵制剂，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，可以直接用于还田。

具体地，所述微生物制剂由复合菌液与载体1:3的重量比混合制备而得。

进一步地，所述复合菌液由解淀粉芽孢杆菌、李氏木霉、拟康氏木霉、黄孢原毛平革菌、脱氮副球菌、粪产碱杆菌按照5-7:3-5:6-9:6-9:7-10:2-3的体积比混合。

进一步地，所述复合菌液的制备方法如下：将解淀粉芽孢杆菌、李氏木霉、拟康氏木霉、黄孢原毛平革菌、脱氮副球菌、粪产碱杆菌分别培养至浓度为5×10⁹个/ml的菌液，然后按照体积比混合，即得。

具体地，所述载体由锯末和草炭土按照1:2的重量比混合而得。

具体地，所述堆肥发酵制剂由尿素：麦麸：畜禽粪便按照3-5:4-7:10-15的重量比制备而得。

优选地，所述畜禽粪便选自鸡粪、鸭粪、猪粪、牛粪或任意二者的混合物。

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。

本发明取得的有益效果主要包括但是并不限于以下几个方面：

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；

本发明提供的微生物制剂能够在低温条件下10-18℃加快秸秆快速还田，各微生物间具有良好的协同效应；对难以降解的玉米、小麦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，而且产生60℃以上的高温来加快秸秆降解的速度，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，尿素能加快形成腐殖质，促进作物肥料的形成，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

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请具体实施例，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

一种利用生化技术进行秸秆还田的方法，其包括如下步骤：

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1.5-2m，挖出的土备用；

3）将步骤1）处理的秸秆码放入窖中，微生物制剂提前一天加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）获得稀释制剂，按照秸秆重量的25-35%添加稀释制剂，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，得到腐熟产物；

4）按照腐熟产物：堆肥发酵制剂为3:2的重量比添加堆肥发酵制剂，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，可以直接用于还田。

施用方法：将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。

所述堆肥发酵制剂由尿素：麦麸：畜禽粪便按照3:4:10的重量比制备。所述畜禽粪便选自鸡粪。

所述微生物制剂由复合菌液与载体1:3的重量比混合制备而得；

所述复合菌液由解淀粉芽孢杆菌、李氏木霉、拟康氏木霉、黄孢原毛平革菌、脱氮副球菌、粪产碱杆菌按照5:3:6:6:7:2的体积比混合。

所述解淀粉芽孢杆菌为（Bacillus amyloliquefaciens）ATCC 23843；

所述李氏木霉为李氏木霉（Trichodermareesei）ATCC 24449;

所述拟康氏木霉为拟康氏木霉（Trichoderma pseudokiningii）CGMCC NO.3221(参见CN101781565)

所述黄孢原毛平革菌为（Phanerochaete chrysosporium）ATCC 34541；

所述脱氮副球菌为 (Paracoccus denitrificans) ATCC 13543；

所述粪产碱杆菌为粪产碱杆菌（Alcaligenes faecalis）ATCC 31555；

所述复合菌液的制备方法如下：将解淀粉芽孢杆菌、李氏木霉、拟康氏木霉、黄孢原毛平革菌、脱氮副球菌、粪产碱杆菌分别培养至浓度为5×10⁹个/ml的菌液，然后按照比例混合，即得；此菌数浓度范围内的复合菌液，会快速腐熟秸秆，如果菌数较小，则秸秆复苏的时间会延长，这样会影响下一茬作物的播种，而菌数过多又会增加培养成本。

所述载体由锯末和草炭土按照1:2重量比混合而得；

实施例2：

一种利用生化技术进行秸秆还田的方法，其包括如下步骤：

1）小麦收获后收集秸秆，趁青粉碎成10cm的段状；

2）在收获后的小麦地挖窖，所述窖的长3m、宽2m、深1.5-2m，挖出的土备用；

施用方法：将小麦秸秆有机肥从窖中挖出还田，按照300kg/亩的施用量将小麦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。

所述堆肥发酵制剂由尿素：麦麸：畜禽粪便按照5:7:15的重量比制备。所述畜禽粪便选自猪粪。

所述复合菌液由解淀粉芽孢杆菌、李氏木霉、拟康氏木霉、黄孢原毛平革菌、脱氮副球菌、粪产碱杆菌按照7:5:9:9:10:3的体积比混合。

所述解淀粉芽孢杆菌为（Bacillus amyloliquefaciens）ATCC 23843；

所述李氏木霉为李氏木霉（Trichodermareesei）ATCC 24449;

所述黄孢原毛平革菌为（Phanerochaete chrysosporium）ATCC 34541；

所述脱氮副球菌为 (Paracoccus denitrificans) ATCC 13543；

所述粪产碱杆菌为粪产碱杆菌（Alcaligenes faecalis）ATCC 31555；

所述复合菌液的制备方法如下：将解淀粉芽孢杆菌、李氏木霉、拟康氏木霉、黄孢原毛平革菌、脱氮副球菌、粪产碱杆菌分别培养至浓度为5×10⁹个/ml的菌液，然后按照体积比混合，即得；此菌数浓度范围内的复合菌液，会快速腐熟秸秆，如果菌数较小，则秸秆复苏的时间会延长，这样会影响下一茬作物的播种，而菌数过多又会增加培养成本。

所述载体由锯末和草炭土按照1:2重量比混合而得；

实施例3

农作物秸秆还田对耕层土壤的影响

以实施例1为例，采用实施例1的秸秆还田方法提高土壤肥力，其中，秸秆机械还田时玉米秸秆的施用量为350kg/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

指标参数	有机质（g/kg）	全氮（g/kg）	磷（g/kg）	钾（g/kg）	总孔隙度（%）
						土壤基底值	16.13	1.37	16.9	207.5	41.07
玉米秸秆机械还田	20.87	1.64	21.9	248.8	41.86
						实施例1	29.65	2.79	32.5	312.0	43.91

从表1可以看出，采用实施例1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，而且还增加了土壤孔隙度。而采用玉米秸秆机械还田的方式，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

本申请微生物制剂成分之间协同作用：

将实施例2制得的复合菌液作为实验组；

对照一组：不添加解淀粉芽孢杆菌，其余同实施例2；

对照二组：不添加李氏木霉，其余同实施例2；

对照三组：不添加拟康氏木霉，其余同实施例2；

对照四组：不添加黄孢原毛平革菌，其余同实施例2；

对照五组：不添加脱氮副球菌，其余同实施例2；

对照六组：不添加粪产碱杆菌，其余同实施例2。

空白对照组：不添加复合菌液，仅添加水的空白对照组，

总共8个实验组，2次重复实验。取鲜秸秆进行截取，保证每组实验用的小麦秸秆相当，保持施水量、温度、湿度、阳光日照条件一致，其它条件也基本相同。

分别将八个实验组复合菌液（空白组仅水）提前一天加10倍水稀释获得稀释活化液，按照小麦秸秆重量的20%添加稀释活化液，

将所有实验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：

腐熟率(份)＝(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小麦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2

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

铁锈色

暗灰色

灰色

暗青色

无明显变化

手感

很软

稍软

软

稍软

较硬

气味

很臭

微腐

稍臭

微臭

很臭

微腐

无明显变化

腐熟率

71%

36%

38%

43%

39%

24%

28%

11%

结论：本发明复合菌液配伍合理，较对照组相比，可以大大提高秸秆腐熟率。

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

1.一种利用生化技术进行秸秆还田的方法，其包括如下步骤：步骤1）秸秆粉碎，步骤2）挖窖，步骤3）制备腐熟产物，步骤4）制备有机肥料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述微生物制剂由复合菌液与载体1:3的重量比混合制备而得。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述复合菌液由解淀粉芽孢杆菌、李氏木霉、拟康氏木霉、黄孢原毛平革菌、脱氮副球菌、粪产碱杆菌按照5-7:3-5:6-9:6-9:7-10:2-3的体积比混合。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述复合菌液的制备方法如下：将解淀粉芽孢杆菌、李氏木霉、拟康氏木霉、黄孢原毛平革菌、脱氮副球菌、粪产碱杆菌分别培养至浓度为5×10⁹个/ml的菌液，然后按照体积比混合，即得。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述载体由锯末和草炭土按照1:2的重量比混合而得。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述堆肥发酵制剂由尿素：麦麸：畜禽粪便按照3-5:4-7:10-15的重量比制备而得。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述畜禽粪便选自鸡粪、鸭粪、猪粪、牛粪或任意二者的混合物。