CN108315014A - 食用菌菌丝体材料在土壤、沙漠化及石漠化地的保水和肥料缓释中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以食用菌菌丝发酵秸秆制得的可生物降解的秸秆菌丝体材料的应用，所述秸秆食用菌菌丝体材料是将富含纤维的秸秆作为食用菌菌丝的生长基质，利用食用菌菌丝体将秸秆粘结成型。上述新型可降解材料可作为土壤、沙漠化及石漠化地的保湿材料、抗盐材料，也可以固定无机肥、有机肥，从而制成缓释肥材料，用于植物栽培。本发明原材料简单易得，生产成本低，还可以处理大量的农业废料，制备得到的材料能够在农林业上广泛应用，全程绿色生产，不产生二次污染，而且该材料施于土壤后即改善土壤的保水性能，随着生物质缓慢降解，固定的肥料释放出来又可肥沃土壤，起到长期抗旱、保水和促进植物生长及抗盐碱的作用，并可以替代市面上一些化学合成的保水及缓释肥料，进一步地减少给土壤带来的污染。

Description

食用菌菌丝体材料在土壤、沙漠化及石漠化地的保水和肥料 缓释中的应用

技术领域

本发明涉及一种秸秆资源化利用与大量吸水保水的纤维材料，具体地，涉及一种秸秆食用菌菌丝体材料在土壤、沙漠化地及石漠化地的保水和肥料缓释中的应用，属于新型可降解材料在土壤保水、沙漠化和石漠化治理方面的应用。

背景技术

我国干旱、半干旱地区总面积455万km²，占国土面积的47%，水资源缺乏成为制约我国农林业可持续性发展的重要因素。在干旱半干旱地区的沙地，造林成活率低是个亟待解决的问题。影响苗木成活及生长的因素很多，其中，土壤湿度是影响林木生长的环境因子中最重要的因素之一，树木生长的状况主要是由土壤水分供应条件所决定的。西北地区地处干旱荒漠草原带，干旱少水，蒸发强烈，经常会出现严重的大气干旱和土壤干旱，给农林牧业生产造成灾害，此地曾经有“一年两头旱, 十种九不收”之说，严重制约着造林成活率，如果再遇到干旱年份，造林则会出现失败的可能性。此外，我国农林业肥料当季利用率低，且肥效逐年下降。干旱缺水和肥料利用率低已成为干旱半干旱地区农业林发展的制约性因素，抗旱节水和提高服料利用率的研究对推进我们农林业的可持续发展具有重要的意义。因此研发保水或固水材料，是针对我国水资源短缺、干旱地区植树造林以及沙化地区的植被种植等问题，同时，也是我国急待解决的研究课题。

目前的保水材料综合有两大类：一类是现代天然高分子聚合物保水剂，主要是将水固体化，然后水可以在微生物作用下使高分子发生降解而被释放出来，这种材料工作或使用时需要自然环境的支持，对温度等自然外界环境要求高，而且只能一次性使用，成本较高，而且使用后对土壤有酸化作用，不利于后期的耕种；另一类是传统的秸秆，利用秸秆自身的吸水性和保水能力，主要应用于一些地面和植物幼苗保湿，这类材料虽然相对经济实用，但它的保水能力不高，未经过微生物发酵的秸秆会产生大量的生物热，导致烧苗的现象，而且在暂时干旱缺水状态下会抢先吸收植物根部周围土壤的水而使植物更早死亡。

另一方面，我国每年产生近6亿吨农作物秸秆，由于无法有效处置常造成严重的环境污染。利用本发明技术就可以将秸秆制成新型的可生物降解材料，可作为土壤保水、保湿，沙漠及石漠地治理的新材料，可谓一举多得。

发明内容

本发明针对现有保水材料保水性能不足或成本价更高而发明的一种全新的以食用菌菌丝发酵秸秆制成的菌丝体材料，属于新型材料。

本发明将农副产品——秸秆中的纤维作为培养基料，接入食用菌菌种进行培养，利用新生的食用菌菌丝体长满整个培养基料，将松散的纤维材料粘结在一起，待表面长满大量的菌丝蛋白膜，这种菌丝蛋白膜与未剩余的纤维材料结合在一起，形成一种新型的可生物降解材料，此材料具备良好的吸水、保水及肥料缓释性能。

上述菌丝体材料性能价比高、具有高吸水、高保水率以及肥料缓释的效果，克服已有的高吸水性树脂抗旱保水性差，功能单一、性能价比低、以及不能在农林业上广泛应用的缺点。

本发明的食用菌菌丝体材料同时能够解决现有的秸秆焚烧造成的环境污染问题，为大量农业副产物——各种秸秆开发新的利用途经和方法，达到环保节能的目的。

本发明目前是通过以下技术方案予以实现的：

一种以食用菌菌丝发酵秸秆制得的食用菌菌丝体材料在土壤、沙漠化地及石漠化地的保水和肥料缓释中的应用。所述食用菌菌丝体材料采用如下方法获得：将富含纤维的秸秆作为食用菌的生长基质，通过食用菌菌丝生长，将秸秆纤维与食用菌菌丝体粘结形成可生物降解的食用菌菌丝体材料。

本发明提供的秸秆菌丝体材料，其由纤维素材料与菌丝交织网状生成，加强了土壤润土与水之间的吸附力，使水分子更有力的被束缚于复合后形成的网状结构中，但又不影响植物克服束缚力吸收利用水份，则能做到使水分子慢蒸发、低渗透，又能供给植物所用。因而能够实现较好的保水、保湿作用。

此外，由于食用菌菌丝和未利用完全的秸秆纤维粘结体，一段时间后会被分解成堆肥，提供腐植质等促进植物生长。同时食用菌材料中也含有大量的无机盐N、P、K等离子，也是促进植物生物因子之一，因而同时具备提供营养物质。

另外，通过发酵后，将秸秆和食用菌发酵产生的营养物质等包含在该材料中，将其中的营养物质进行缓释，同时利用该材料的大的比表面积，增强了吸附能力和缓释效果。

使用时，该材料从外界吸取水份，通过吸水作用将包覆在秸秆食用菌菌丝体材料中的无机肥料保蓄其中，在植物吸收水份的同时又能获得营养物质。

优选地，所述食用菌包括但不限于平菇、香菇、蘑菇、草菇、茶树菇、金针菇、灵芝、木耳、银耳以及竹荪菌中的一种或多种。

优选地，所述的富含纤维的秸秆包括但不限于稻杆、小麦秸秆、玉米秸秆、玉米芯、棉秆、棉籽壳、落叶、木屑、豆秆、甘蔗渣、花生壳、药渣、食用菌菌渣、木材加工或家具制造的产生的木质废料中的一种或多种。

优选地，所述食用菌菌丝体材料采用如下方法制成：将食用菌进行常规发酵培养得到食用菌菌丝，加入富含纤维的秸秆、无机盐和辅料，待食用菌菌丝生长并与秸秆粘结成所述食用菌菌丝体材料。

优选地，农业废料纤维、无机盐和辅料的混合质量百分比为（60~85%）：（1~4%）：（12~38%）；辅料为草木灰、米糠、石灰粉、聚磷酸钾、麸皮、豆粕或玉米粉。

优选地，将所述食用菌菌丝体材料平铺于土壤、沙漠化地以及石漠化地的表面；或者平铺后再覆盖一层土壤。

本发明同时提供一种保水及肥料缓释材料，包含食用菌菌丝体材料、吸水树脂和/或促进植物抗盐碱类物质；所述食用菌菌丝体材料采用如下方法获得：将富含纤维的秸秆作为食用菌的生长基质，通过食用菌菌丝生长，将秸秆纤维与食用菌菌丝体粘结形成可生物降解的食用菌菌丝体材料。

吸水树脂和促进植物抗盐碱类物质可以采用市面上常见的材料，少量加入以提升真菌菌丝材料的性能，例如，吸水树脂为聚丙烯酰胺、交联聚丙烯酸盐、丙烯酸脂与乙酸乙烯酯共聚水解产物、丙烯酸与丙烯酸胺共聚物、丙烯酸钠-乙烯醇共聚物、聚丙烯腈消息解产物、聚甲基丙烯酸羟乙酯中的一种或者多种。

优选地，包固在秸秆食用菌菌丝体材料中的无机肥料，特别地包覆着氮肥、磷肥、钾肥、氮磷钾三元复合肥、腐植质、草木灰、聚磷酸钾以及微生物肥料。

优先地，将菌丝地材料在土壤、沙漠地或石漠化地上平铺一层后，在其上施入一层肥料，包括有机肥、无机肥或复合肥；之后在其再铺上一层食用菌菌丝体材料。就些肥料就被有效保护起来，不会被雨水冲走。在这双层菌丝体材料表面或里面栽培植物，同随着菌丝体材料的分解，这些肥料就会缓慢释放出来，促进植物生长。

优选地，保水及肥料缓释材料按如下重量百分比计进行配比：

（a）80%~95%食用菌菌丝体材料：

（b）4.9%~19.9%吸水树脂；

（c）0.0001%~0.002% 抗盐碱类物质。

（d）5%-10%的肥料，固定在菌丝体材料内，或者夹在上下两块食用菌丝体材料之间。

本发明同时保护所述的保水及肥料缓释材料在改善土壤板结、干旱和贫瘠中的应用。

本发明所述的食用菌菌丝体材料，为一种秸秆纤维素与食用菌菌丝体组成的可生物降解材料，具有保水、保湿、缓释肥料的性能。与传统保水材料稻草纤维相比，该材料经历了二次微生物发酵作用，所以再遇水与外界微生物并不会发酵产生大量的热，从而避免了植物幼苗被灼烧的危害；农副产物秸秆纤维本身就是一个种吸水保水材的天然材料，在制备过程，秸秆等纤维材料被大量菌丝体蛋白粘结在一起，菌丝蛋白自身也是一种吸潮保水的物质，后期再添加一些聚丙烯酸类的保水剂，可以进一步制备得到土壤保水材料，使得该材料的效果更为显著。与现有的天然高分子聚合物树脂等保水材料，它具有原料来源广、成本低、操作简单等特点。

同时，可以将普通的无机肥或有机肥加入到材料中，起到固定无机肥、有机肥并能发挥缓释的效果。

使用时将它与用于植物生成的土壤或是泥土混合，然后把植物置入其中或是撒种子于其中，再在表面覆盖一层土壤或是沙土即可；也可直接将该材料覆盖于土壤表面。经多次和不同环境条件的实验，使用上述材料，植物有足够的时间生根、存活和生长，其可大大提高植树种草的成活率，减少沙漠化的进程和减少沙尘暴的发生，可大量节约利用水资源，上述的保水材料还可以将降雨过程的水吸收，保持在植物根部，即减少水向深层土壤的渗透，亦减少表面的蒸发，反复吸收和反复向植物供水。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的材料可作为土壤保湿材料、抗盐材料，也可以固定无机肥、有机肥以及复合肥，从而制成缓释肥材料，用于植物栽培。原材料简单易得，生产成本低，还可以处理大量的农业废料，制备得到的材料能够在农林业上广泛应用，全程绿色生产，不产生二次污染，可以替代市面上一些化学合成的保水材料，从而进一步地减少给土壤带来的土质污染。

附图说明

图1为本发明实施例1制备得到的真菌菌丝材料的吸水性效果图。

图2为本发明实施例1制备得到的真菌菌丝材料的保水性效果图。

实施例1

一种真菌菌丝材料，按如下制备方法制成：（1）往计量好纤维材料（约80%的纤维材料（农业废料纤维），18%的辅料（麸皮、豆粕、玉米粉），2%的无机盐）中加入无机盐和水，混合均匀，保持含水量在60%，121℃灭菌2h，冷却备用；（2）向步骤（1）中原料加入制备好的平菇原种，28℃温度下恒温培养一周，待平菇菌丝长满纤维材料表面即可得到真菌菌丝材料。

实施例2

一种利用真菌菌丝纤维板作为土壤保水材料，是由以下重量百分比各组分原材料制备得到：

（a）90%真菌菌丝材料：

（b）9.999%聚丙烯酸类；

（c）0.001% 1，3-二氧五环类化合物。

按上述成份的土壤保水材料制备方法如下：（1）往计量好纤维材料（约70%的纤维材料（农业废料纤维），28%的辅料（草木灰、米糠、石灰粉、聚磷酸钾、麸皮、豆粕或玉米粉），2%的无机盐）中加入无机盐和水，混合均匀，保持含水量在60%，121℃灭菌2h，冷却备用；（2）向步骤（1）中原料加入制备好的平菇原种，28℃温度下恒温培养一周，待平菇菌丝长满纤维材料表面即可得到真菌菌丝材料；（3）将步骤（2）初步所得的真菌菌丝材料粉碎，加入聚丙烯酸类和1，3-二氧五环类化合物，混匀，装入特制的模具中，28℃温度下恒温培养一周；（4）将步骤（3）中所得材料脱模后，置于70℃温度下烘干5h即得土壤保水及肥料缓释材料。

实施例3

一种利用真菌菌丝纤维板作为土壤保水材料，是由以下重量百分比各组分原材料制备得到：

（a）80%真菌菌丝材料：

（b）19.998%聚丙烯酸类；

（c）0.002% 1，3-二氧五环类化合物。

按上述成份的土壤保水材料制备方法如下：（1）往计量好纤维材料中（约75%的纤维材料（农业废料纤维），23%的辅料（草木灰、石灰粉、麸皮、豆粕或玉米粉），2%的无机盐）加入无机盐和水，混合均匀，保持含水量在60%，121℃灭菌2h，冷却备用；（2）向步骤（1）中原料加入制备好的灵芝原种，25℃温度下恒温培养一周，待灵芝菌丝长满纤维材料表面即可得到真菌菌丝材料；（3）将步骤（2）初步所得的真菌菌丝材料粉碎，加入聚丙烯酸类和1，3-二氧五环类化合物，混匀，装入特制的模具中，25℃温度下恒温培养一周；（4）将步骤（3）中所得材料脱模后，置于60℃温度下烘干6h即得土壤保水及肥料缓释材料。

实施例4

一种利用真菌菌丝纤维板作为土壤保水材料，是由以下重量百分比各组分原材料制备得到：

（a）95%真菌菌丝材料：

（b）4.9985%聚丙烯酸类；

（c）0.0015% 1，3-二氧五环类化合物。

按上述成份的土壤保水材料制备方法如下：（1）往计量好纤维材料（约80%的纤维材料（农业废料纤维），18%的辅料（聚磷酸钾、麸皮、豆粕或玉米粉），2%的无机盐）中加入无机盐和水，混合均匀，保持含水量在65%，121℃灭菌2h，冷却备用；（2）向步骤（1）中原料加入制备好的蘑菇原种，27℃温度下恒温培养一周，待蘑菇菌丝长满纤维材料表面即可得到真菌菌丝材料；（3）将步骤（2）初步所得的真菌菌丝材料粉碎，加入聚丙烯酸类和1，3-二氧五环类化合物，混匀，装入特制的模具中，27℃温度下恒温培养一周；（4）将步骤（3）中所得材料脱模后，置于95℃温度下烘干4h即得土壤保水及肥料缓释材料。

实施例5

一种利用真菌菌丝纤维板作为土壤保水材料，是由以下重量百分比各组分原材料制备得到：

（a）85%真菌菌丝材料：

（b）14.9995%聚丙烯酸类；

（c）0.0005% 1，3-二氧五环类化合物。

按上述成份的土壤保水材料制备方法如下：（1）往计量好纤维材料（约80%的纤维材料（农业废料纤维），18%的辅料（草木灰、米糠、石灰粉、聚磷酸钾、麸皮或玉米粉），2%的无机盐）中加入无机盐和水，混合均匀，保持含水量在65%，121℃灭菌2h，冷却备用；（2）向步骤（1）中原料加入制备好的木耳原种，24℃温度下恒温培养一周，待木耳菌丝长满纤维材料表面即可得到真菌菌丝材料；（3）将步骤（2）初步所得的真菌菌丝材料粉碎，加入聚丙烯酸类和1，3-二氧五环类化合物，混匀，装入特制的模具中，24℃温度下恒温培养一周；（4）将步骤（3）中所得材料脱模后，置于50℃温度下烘干9h即得土壤保水及肥料缓释材料。

实施例6

一种利用真菌菌丝纤维板作为土壤保水材料，是由以下重量百分比各组分原材料制备得到：

（a）88%真菌菌丝材料：

（b）11.999%聚丙烯酸类；

（c）0.001% 1，3-二氧五环类化合物。

按上述成份的土壤保水材料制备方法如下：（1）往计量好纤维材料（约86%的纤维材料（农业废料纤维），12%的辅料（草木灰、米糠、石灰粉、聚磷酸钾、麸皮、豆粕或玉米粉），2%的无机盐）中加入无机盐和水，混合均匀，保持含水量在65%，121℃灭菌2h，冷却备用；（2）向步骤（1）中原料加入制备好的金针菇原种，20℃温度下恒温培养一周，待金针菇菌丝长满纤维材料表面即可得到真菌菌丝材料；（3）将步骤（2）初步所得的真菌菌丝材料粉碎，加入聚丙烯酸类和1，3-二氧五环类化合物，混匀，装入特制的模具中，20℃温度下恒温培养一周；（4）将步骤（3）中所得材料脱模后，置于80℃温度下烘干5h即得土壤保水及肥料缓释材料。

实施例7

一种利用真菌菌丝纤维板作为土壤保水材料，是由以下重量百分比各组分原材料制备得到：

（a）92%真菌菌丝材料：

（b）7.9999%聚丙烯酸类；

（c）0.0001% 1，3-二氧五环类化合物。

按上述成份的土壤保水材料制备方法如下：（1）往计量好纤维材料（约80%的纤维材料（农业废料纤维），18%的辅料（麸皮、豆粕、玉米粉），2%的无机盐）中加入无机盐和水，混合均匀，保持含水量在65%，121℃灭菌2h，冷却备用；（2）向步骤（1）中原料加入制备好的草菇原种，30℃温度下恒温培养一周，待草菇菌丝长满纤维材料表面即可得到真菌菌丝材料；（3）将步骤（2）初步所得的真菌菌丝材料粉碎，加入聚丙烯酸类和1，3-二氧五环类化合物，混匀，装入特制的模具中，30℃温度下恒温培养一周；（4）将步骤（3）中所得材料脱模后，置于85℃温度下烘干5h即得土壤保水及肥料缓释材料。

效果验证：

吸水实验：在室温23℃，空气湿度约85%进行测定，以国标GBT 8810-2005 硬质泡沫塑料吸水率的测定为标准测定实施例1的真菌菌丝材料的含水率，试验通过测量在蒸馏水中浸泡一定时间的浮力来测定材料的吸水率。

保水实验：

在室温23℃，空气湿度约85%进行测定，

称取充分烘干的土壤样品500g，分别加入相当土壤样品质量0.5%，1%，5%的实施例1制备得到的真菌菌丝材料，并以相同质量土壤作对照，再加入30ml蒸馏水，放置室内自然蒸发，每24h称重一次，记录土壤蒸发量。

经过实验后，由图1和图2可知，本发明的真菌菌丝材料在失去水分补充后，仍然在很久一段时间内保含着大量水份，若再次加入水分仍可吸收大量的水份，即可持久使用。而且一段时间后，真菌菌丝材料生物降解，还可以肥沃土壤，起到促进植物生长作用，材料的吸水性和保水性能效果良好，同时提供土壤养分。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。

Claims (9)

1.一种以食用菌菌丝发酵秸秆制得的食用菌菌丝体材料在土壤、沙漠化地及石漠化地的保水和肥料缓释中的应用，其特征在于，所述食用菌菌丝体材料采用如下方法获得：将富含纤维的秸秆作为食用菌的生长基质，通过食用菌菌丝生长，将秸秆纤维与食用菌菌丝体粘结形成可生物降解的食用菌菌丝体材料。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述食用菌包括但不限于平菇、香菇、蘑菇、草菇、茶树菇、金针菇、灵芝、木耳、银耳以及竹荪菌中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的富含纤维的秸秆包括但不限于稻杆、小麦秸秆、玉米秸秆、玉米芯、棉秆、棉籽壳、落叶、木屑、豆秆、甘蔗渣、花生壳、药渣、食用菌菌渣、木材加工或家具制造的产生的木质废料中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，将所述食用菌菌丝体材料平铺于土壤、沙漠化地以及石漠化地的表面，或者平铺后再覆盖一层土壤。

5.一种保水及肥料缓释材料，其特征在于，包含食用菌菌丝体材料、吸水树脂和/或促进植物抗盐碱类物质；所述食用菌菌丝体材料采用如下方法获得：将富含纤维的秸秆作为食用菌的生长基质，通过食用菌菌丝生长，将秸秆纤维与食用菌菌丝体粘结形成可生物降解的食用菌菌丝体材料。

6.根据权利要求5所述的保水及肥料缓释材料，其特征在于，所述吸水树脂为聚丙烯酰胺、交联聚丙烯酸盐、丙烯酸脂与乙酸乙烯酯共聚水解产物、丙烯酸与丙烯酸胺共聚物、丙烯酸钠-乙烯醇共聚物、聚丙烯腈消息解产物、聚甲基丙烯酸羟乙酯中的一种或者多种。

7.根据权利要求5所述的保水及肥料缓释材料，其特征在于，包覆在食用菌菌丝体材料中，或者夹在上下两块食用菌丝体材料之间的无机肥料包括氮肥、磷肥、钾肥、氮磷钾三元复合肥、腐植质、草木灰、聚磷酸钾或微生物肥料的一种或多种。

8.根据权利要求5所述的保水及肥料缓释材料，其特征在于，保水及肥料缓释材料按如下重量百分比计进行配比：

（a）80%~95%食用菌菌丝体材料：

（b）4.9%~19.9%吸水树脂；

（c）0.0001%~0.002% 抗盐碱类物质；

（d）5%-10%的肥料，固定在菌丝体材料内，或者夹在上下两块食用菌丝体材料之间。

9.权利要求5至8任一所述的保水及肥料缓释材料在改善土壤板结、干旱和贫瘠中的应用。