CN108558486A - 一种利用马铃薯淀粉废水制备的微生物肥料及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生态农业和环境保护领域，具体公开了一种利用马铃薯淀粉废水制备微生物肥料及其方法。本发明利用马铃薯淀粉废水作为主要培养基，在不灭菌的情况下，大规模快速培养解淀粉芽孢杆菌，制备出具有促进植物生长、提高养分利用率、减少作物病害的微生物肥料，并将微生物肥料就地利用于农田或果园中，调节土壤微生物生态系统，提升土壤环境质量，提高农产品产量和品质，该方法生产成本低廉，操作简单，可以使高浓度马铃薯淀粉废水得到资源化利用，消除污染物排放，同时提高农产品的质量和农业生产效率。

Description

一种利用马铃薯淀粉废水制备的微生物肥料及其方法
技术领域
本发明涉及生态农业和环境保护技术领域，具体涉及利用马铃薯淀粉废水制备的微生物肥料及其方法。
背景技术
我国马铃薯淀粉加工企业2000多家，每年加工马铃薯总量800多万吨，生产淀粉120多万吨。但是，目前的加工工艺，每生产1吨淀粉就有6-10吨高浓度有机废水产生，这些废水的COD浓度高达10g/L以上，主要含有可溶性淀粉、蛋白质、氨基酸等，容易腐败发酵，如果处理不当，污染严重。而采用一般污水处理工艺将其处理达标排放，能源消耗大，处理成本高，生产企业很难承受，也造成资源浪费。另外，马铃薯淀粉加工季节性很强，一般每年只在收获季节加工1-2个月，一般污水处理工艺启动时间较长，不能适应较短的生产周期。而这些马铃薯淀粉废水营养丰富，是微生物生长的良好培养基，用于培养有益微生物，生产微生物制剂，是极具潜力的资源化利用途径。
解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)以其具备产淀粉酶的潜力而得名。解淀粉芽孢杆菌在自然界中分布广泛，是一种重要的生防菌，它通过产生抗生素、抗菌蛋白或多肽等活性物质来抑制植物病原细菌、真菌、病毒、线虫，从而起到生物防治的作用；同时它也是一类重要的植物根际促生细菌，表现出对多种植物促进生长的作用。解淀粉芽孢杆菌的培养方式有多种，但是现有技术中采用的培养方法，都需要对培养基进行灭菌处理，能耗较大，成本较高，是制约微生物肥料推广应用的重要因素之一。
发明内容
本发明的目的在于，一种利用马铃薯淀粉废水快速制备微生物肥料的方法；拟采用马铃薯淀粉废水为培养基，不进行灭菌处理，直接大规模连续培养；不仅生产成本低廉，而且可以快速消纳废水；并就近用于农田，改善土壤微生物群落结构，提高土壤肥力。
所述方法包括以下步骤：
1)马铃薯淀粉废水预处理：将COD浓度为10～60克/升的高浓度马铃薯淀粉废水收集到调节池，用生物质热电厂的富含碳酸钾的草木灰或石灰调节马铃薯淀粉废水的pH到7.0～8.5；
2)液体种子培养基的制备：将第1步骤预处理好的废水于110～121℃灭菌10～30分钟，静置沉降，至40℃以下；上清液即为解淀粉芽孢杆菌的液体种子培养基；沉淀物用于配制固态培养基；
3)液体种子制备：向装有第2步骤得到的液体种子培养基的三角瓶中接种斜面保藏的解淀粉芽孢杆菌CGMCC No.6676菌株，于30～40℃，120～200转/分振荡培养20～30小时，再按照3％～10％的接种量，转接到装有液体种子培养基的发酵罐中，于30～40℃，通空气培养16～24小时，得到液体种子；
4)液态微生物肥料制备：向装有第1步骤预处理好的马铃薯淀粉废水的第一级曝气生物转化池中接种体积比为2％～8％的液体种子，于常温下通无菌空气培养6～18小时；达到解淀粉芽孢杆菌的对数生长期，开始连续流加第1步骤预处理好的马铃薯淀粉废水，水力停留时间为3～6小时；第一级曝气生物转化池中的培养液连续流入第二级曝气生物转化池，水力停留时间为3～6小时；第二级曝气生物转化池中的培养液再连续流入第三级曝气生物转化池，水力停留时间为3～6小时；第三级曝气生物转化池的出水中解淀粉芽孢杆菌的活菌数达到2×109CFU/毫升以上，即为液体微生物肥料；
5)固态微生物肥料制备：将第2步骤得到的马铃薯淀粉废水的沉淀物与生物质废弃物按照碳氮比15～25:1混合均匀，制成固态培养基，调节水分含量60％～70％，按照重量比为2％～5％的接种量，接种步骤3培养好的液体种子或步骤4培养好的液体微生物肥料，好氧发酵10～20天，充分腐熟，通风干燥至含水量30％以下，有效活菌数达到2×109CFU/克以上，即得到固体微生物肥料；包装，存放在阴凉干燥处。
本发明所使用的菌株是由发明人从土壤中分离筛选出来的一株具有促进植物生长、拮抗植物病害、提高作物品质的解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)，该菌株于2012年10月15日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为：CGMCC No.6676，保藏单位地址：北京市朝阳区大屯路，中国科学院微生物研究所，邮编：100101。
步骤1)中，采用生物质发电厂的草木灰调节pH值，不仅调节pH值，还可增加产品中钾的含量。
优选的，所述生物质废弃物材料选自秸秆、畜禽粪便、蘑菇渣中一种或多种。
优选的，所述马铃薯淀粉废水中至少含有蛋白质、淀粉、果胶质、维生素、矿物质。
本发明的又一目的在于，提供上述方法所述制得的液体微生物肥料和固态微生物肥料。
本发明的另一目的在于，提供所述方法所制得的微生物肥料的应用方法。
所述液体微生物肥料的应用具体为：在作物种植前，将新生产的液体微生物肥料用管道或罐车输送到就近的农田，按照每亩0.5～6吨的用量，用洒水装置均匀喷洒到土壤表面，再用犁或旋耕机深翻土壤，有利于发挥微生物肥料的作用。
所述固体微生物肥料按照每亩0.2～2吨的用量作为基肥施入土壤中，或在作物生长期内，追肥施用；同时减少常规施用化肥0～60％，可提高化肥利用率20％～50％。
本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种资源化利用马铃薯淀粉废水快速生产微生物肥料及其在绿色农业生产中的应用方法。本发明利用马铃薯淀粉废水作为发酵培养基，大规模快速培养解淀粉芽孢杆菌，制备促进植物生长、防治植物病害的微生物肥料，该工艺生产成本低廉，操作简单，还可以使高浓度马铃薯淀粉废水得到资源化利用，解决了高浓度废水处理成本高的难题。本发明生产的微生物肥料用于农作物的生产，不仅可以提高产量和品质，而且可以改善土壤环境质量，为绿色农业的发展提高技术支持，显示出广阔的应用前景。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
本发明采用的菌株是从土壤中分离筛选出来的一株高效植物促生菌——解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)，该菌株保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为：CGMCC No.6676。
由本发明提供的解淀粉芽孢杆菌能有效防治多种土传植物病害，并能够促进作物对养分的吸收和利用，减少化肥和农药的用量，从而改善农田环境质量，提高农作物品质；而且生产成本很低，使高浓度废水得到资源化利用，减少污染物排放。具体实施方式如下：
实施例1马铃薯淀粉废水快速生产解淀粉芽孢杆菌液体微生物肥料
马铃薯淀粉废水预处理：将COD浓度为20克/升的高浓度马铃薯淀粉废水收集到调节池，用生物质热电厂的富含碳酸钾的草木灰或石灰调节马铃薯淀粉废水的pH到7.5。
液体种子培养基的制备：将预处理好的废水于115℃灭菌15分钟，静置沉降，至40℃以下；上清液即为解淀粉芽孢杆菌的液体种子培养基；沉淀物用于配制固态培养基。
液体种子制备：向装有液体种子培养基的三角瓶中接种斜面保藏的解淀粉芽孢杆菌CGMCC No.6676菌株，于35℃，150转/分振荡培养24小时，再按照5％的接种量，转接到装有液体种子培养基的发酵罐中，于35℃，通空气培养18小时，得到液体种子。
液态微生物肥料制备：向装有处理好的马铃薯淀粉废水的第一级曝气生物转化池中接种体积比为5％的液体种子，于常温下通无菌空气培养12小时；达到解淀粉芽孢杆菌的对数生长期，开始连续流加预处理好的马铃薯淀粉废水，水力停留时间为5小时；第一级曝气生物转化池中的培养液连续流入第二级曝气生物转化池，水力停留时间为5小时；第二级曝气生物转化池中的培养液再连续流入第三级曝气生物转化池，水力停留时间为5小时；第三级曝气生物转化池的出水中解淀粉芽孢杆菌的活菌数达到2×109CFU/毫升以上，即为液体微生物肥料。
实施例2马铃薯淀粉废水生产枯草芽孢杆菌固体微生物肥料
马铃薯淀粉废水预处理：将COD浓度为25克/升的高浓度马铃薯淀粉废水收集到调节池，用生物质热电厂的富含碳酸钾的草木灰或石灰调节马铃薯淀粉废水的pH到7.8。
液体种子培养基的制备：将预处理好的废水于115℃灭菌20分钟，静置沉降，至40℃以下；上清液即为解淀粉芽孢杆菌的液体种子培养基；沉淀物用于配制固态培养基。
液体种子制备：向装有液体种子培养基的三角瓶中接种斜面保藏的解淀粉芽孢杆菌CGMCC No.6676菌株，于35℃，150转/分振荡培养24小时，再按照5％的接种量，转接到装有液体种子培养基的发酵罐中，于35℃，通空气培养18小时，得到液体种子。
固态微生物肥料制备：将马铃薯淀粉废水的沉淀物与秸秆或畜禽粪便按照碳氮比15～25:1混合均匀，制成固态培养基，调节水分含量60％，按照重量比为3％的接种量，接种液体种子，好氧发酵15天，充分腐熟，通风干燥至含水量30％以下，有效活菌数达到2×109CFU/克以上，即得到固体微生物肥料；包装，存放在阴凉干燥处。
实施例3解淀粉芽孢杆菌微生物肥料用作基肥
采用田间小区实验，设置15个条件完全相同的实验小区，每个小区60m2，3个小区为1组平行试验，共分成5组，种植马铃薯。第1组3个小区不施肥作对照；第2组3个小区均匀喷洒液体微生物肥料100公斤作为基肥，深耕土壤；第3组3个小区按照30公斤/亩施用复合肥，方式与第2组相同；第4组3个小区按照30公斤/亩施用复合肥，并按照第2组方式施用液体微生物肥料，第5组3个小区按照20公斤/亩施用复合肥，并按照第2组方式施用液体微生物肥料；各小区相同种植和管理方式。马铃薯成熟后调查产量和品质。
结果显示，单独施用微生物肥料(第2组实验)和单独施用复合肥(第3组实验)的马铃薯产量基本一致，都比不施肥的对照小区(第1组实验)增产60％左右；两种肥料都施用(第4组实验和第5组实验)比对照小区增产90％左右，4和5组之间的差距不显著。第2组和第5组马铃薯中维生素含量和蛋白质含量最高，之后，依次为第4组、对照组和第3组。可见，微生物肥料的施用不仅增产效果明显，而且对马铃薯的品质提升也有帮助。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，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做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种利用马铃薯淀粉废水制备微生物肥料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)马铃薯淀粉废水预处理：将COD浓度为10～60克/升的高浓度马铃薯淀粉废水收集到调节池，用生物质热电厂的富含碳酸钾的草木灰或石灰调节马铃薯淀粉废水的pH到7.0～8.5；
2)液体种子培养基的制备：将第1步骤预处理好的废水于110～121℃灭菌10～30分钟，静置沉降，至40℃以下；上清液即为解淀粉芽孢杆菌的液体种子培养基；沉淀物用于配制固态培养基；
3)液体种子制备：向装有第2步骤得到的液体种子培养基的三角瓶中接种斜面保藏的解淀粉芽孢杆菌CGMCC No.6676菌株，于30～40℃，120～200转/分振荡培养20～30小时，再按照3％～10％的接种量，转接到装有液体种子培养基的发酵罐中，于30～40℃，通空气培养16～24小时，得到液体种子；
4)液态微生物肥料制备：向装有第1步骤预处理好的马铃薯淀粉废水的第一级曝气生物转化池中接种体积比为2％～8％的液体种子，于常温下通无菌空气培养6～18小时；达到解淀粉芽孢杆菌的对数生长期，开始连续流加第1步骤预处理好的马铃薯淀粉废水，水力停留时间为3～6小时；第一级曝气生物转化池中的培养液连续流入第二级曝气生物转化池，水力停留时间为3～6小时；第二级曝气生物转化池中的培养液再连续流入第三级曝气生物转化池，水力停留时间为3～6小时；第三级曝气生物转化池的出水中解淀粉芽孢杆菌的活菌数达到2×109CFU/毫升以上，即为液体微生物肥料；
5)固态微生物肥料制备：将第2步骤得到的马铃薯淀粉废水的沉淀物与生物质废弃物按照碳氮比15～25:1混合均匀，制成固态培养基，调节水分含量60％～70％，按照重量比为2％～5％的接种量，接种步骤3培养好的液体种子或步骤4培养好的液体微生物肥料，好氧发酵10～20天，充分腐熟，通风干燥至含水量30％以下，有效活菌数达到2×109CFU/克以上，即得到固体微生物肥料；包装，存放在阴凉干燥处。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述马铃薯淀粉废水中至少含有蛋白质、淀粉、果胶质、维生素、矿物质。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述生物质废弃物材料选自秸秆、畜禽粪便、蘑菇渣中一种或多种。
4.一种权利要求1～3任一项所述方法制得的液体微生物肥料。
5.一种权利要求1～3任一项所述方法制得的固体微生物肥料。
6.权利要求4所述的液体微生物肥料的应用，其特征在于，将所述液体微生物肥料用管道或罐车输送至农田，按照每亩0.5～6吨的用量，用洒水装置均匀喷洒到土壤表面，再用犁或旋耕机深翻土壤。
7.根据权利要求5所述固体微生物肥料的应用，其特征在于，将所述固体微生物肥料按每亩0.2～2吨的用量作为基肥施入土壤中；或在作物生长期内，追肥施用，同时减少常规施用化肥0～60％的用量。
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