CN109437989A - 一种利用山核桃壳为原料制备栽培基质的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用山核桃壳为原料制备栽培基质的方法，属于微生物发酵技术领域。所述的方法包括以下步骤：将山核桃壳、外源营养物质调节初始C/N至25‑35，然后添加微生物混合菌剂混合搅拌均匀，接着加水调整水分含量为50‑65％，然后在保温通气堆肥装置中发酵，当温度升至50℃以上，保温5‑6天，翻堆，待温度降至40℃以下，加入特定功能菌降解难以分解的纤维素和木质素，待其降至室温，得栽培基质。本发明在添加外源营养物质、微生物混合菌剂和特定功能菌的情况下，使山核桃壳成功堆肥，堆肥的种子发芽指数大于100％，并降低了堆肥过程中的重量损失率，大大提高了纤维素、半纤维素和木质素的降解率。

Description

一种利用山核桃壳为原料制备栽培基质的方法
技术领域
本发明涉及一种利用山核桃壳为原料制备栽培基质的方法，属于微生物发酵技术领域。
背景技术
山核桃(Carya cathayensis Sarg.)属胡桃科(Juglandaceae) 山核桃属(CaryaNutt.)，已有4000-2500万年历史，主要分布于我国浙、皖两省交界的天目山地区(29°-30°N，118°-118°E),浙江临安为中心产区。全国山核桃种植面积达43333公顷，年产山核桃10000吨。山核桃果实由蒲壳和干子组成，蒲壳(以下称山核桃壳)包括山核桃果实的外果皮和中果皮，坚硬的内果壳和果仁被成为干子，蒲壳与干子的质量比约为5︰1，年产山核桃壳可达50000 吨。试验证明：山核桃壳无论焚烧还是水体腐化，均会对空气和水体环境造成污染。目前，尚未找到科学合理处理山核桃壳的方法，随意堆放或倒入河流，对土壤和河流周围的生态环境造成污染，已成为山核桃产地经济可持续发展过程中不容忽视的问题。
堆肥是解决大量废弃山核桃壳经济有效的处理方法之一，不仅能解决环境污染问题，还能够将山核桃壳制成肥料或土壤调节剂。山核桃壳的主要成分是纤维素20.63％、半纤维素22.48％和木质素49.78％，是堆肥的良好原料，但由于木质素含量高、纤维素结晶度高，山核桃壳在以尿素调节初始C/N比和外源菌剂的作用下，不能升温和启动堆肥发酵，且尿素很快挥发掉，需要添加外源养分和添加外源菌剂提高微生物数量，加速堆肥进程。研究表明，在不适合自身堆肥的废料中添加禽畜粪便，堆肥高温期温度高、持续时间长，最终的产品稳定性好、肥效高，安全性好。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在的问题提供一种使山核桃壳成功堆肥、并高效降解其中纤维素、半纤维素和木质素的利用山核桃壳为原料制备栽培基质的方法。
为达到上述发明目的，本发明包括以下技术方案：一种利用山核桃壳为原料制备栽培基质的方法，所述的方法包括以下步骤：将山核桃壳、外源营养物质调节初始C/N至25-35，然后添加微生物混合菌剂混合搅拌均匀，接着加水调整水分含量为50-65％，然后堆肥发酵，当温度升至50℃以上，保温5-6天，翻堆，待温度降至40℃以下，加入特定功能菌降解难以分解的纤维素和木质素，待其降至室温，得栽培基质。
堆肥发酵是微生物大量繁殖导致堆肥温度上升，在高温下部分微生物死亡，导致温度下降，在高温过程中，堆肥体系中的纤维素、半纤维素和木质素开始降解，山核桃本身在添加微生物的情况不会启动发酵，只有在调节C/N比，添加外源营养物质的条件下才会升温开始发酵。碳和氮是微生物繁殖和分解活动中所需的重要养分。碳能为微生物提供能量来源和组成微生物细胞50％的物质；氮是构成蛋白质、核酸、氨基酸、酶等微生物细胞生长必需物质的重要元素。本发明所用原材料山核桃果壳的C/N比为 63.23，经试验得出，在添加外源营养物质调节堆体初始C/N比范围到(25-35)/1比较适宜。水分是堆体内微生物繁殖和进行分解活动的必要条件，含水量的多少直接影响好氧堆腐的速率和堆腐产品的质量。根据初步试验研究表明：综合堆腐各种因素得到的初始含水率为50-65％(质量比)，低于50％影响微生物繁殖，超过 70％会存在厌氧发酵。
在上述利用山核桃壳为原料制备栽培基质的方法中，所用的原料山核桃壳为主产于浙、皖交界的天目山区中国山核桃的外果壳，颗粒度≤1cm。
在上述利用山核桃壳为原料制备栽培基质的方法中，所述的外源营养物质为C/N≤10的物质。
作为优选，所述的外源营养物质包括啤酒糟、豆粕、花生粕、菜籽粕、鸡粪等中的一种或多种。其中啤酒糟C/N＝8，豆粕 C/N＝6.76、花生粕C/N＝7.76、菜籽粕C/N＝9.8、鸡粪C/N＝10。
在上述利用山核桃壳为原料制备栽培基质的方法中，所述微生物混合菌剂的加入量为堆制原料干重的1-3％。从生物降解难易而言，纤维素属难分解物质，木质素属抗分解物质，自然界只有少数种类微生物能分解木质素，其彻底分解需几个月，甚至1-2 年时间。根据初步试验研究表明：加入干重1-3％的微生物混合菌剂是，堆体生物速度较快，高温时间长，纤维素和木质素降解率高。
在上述利用山核桃壳为原料制备栽培基质的方法中，所述的微生物混合菌剂为从自然腐烂的山核桃壳中筛选的土著微生物。本发明选用的土著微生物是以腐烂山核桃壳为自己的栖息地，是千百年来生长在腐烂山核桃壳里的微生物群体，坚守着自己生活领域的微生物。利用土著微生物将山核桃壳制作成发酵肥，以改善土壤质地，减少病虫害，提高作物吸收肥料的效果，生产出无污染的有机农产品。作为优选，所述的土著微生物包括泡盛曲霉 (Aspergillus awamori)、Meyerozyma guilliermondii S302、解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)S301中的多种。
其中，泡盛曲霉(Aspergillus awamori)，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏日期：2018年05月 31日，保藏编号：CGMCC No.15862，保藏单位地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号。
解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)S301，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏日期：2018 年5月31日，保藏编号：CGMCC No.15834，保藏单位地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号。
Meyerozyma guilliermondii S302，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏日期：2018年5月31日，保藏编号：CGMCC No.15835，保藏单位地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号。
在上述利用山核桃壳为原料制备栽培基质的方法中，所述特定功能菌的加入量为堆制原料干重的1-3％。根据初步试验研究表明：加入干重1-3％的特定功能菌，堆体生物速度较快，高温时间长，纤维素和木质素降解率高。在上述利用山核桃壳为原料制备栽培基质的方法中，所述的特定功能菌为黄孢原毛平革菌 Phanerochaete chrysosporium和粗毛革孔菌Coriolopsis gallica的混合菌剂，二者的质量比为(1-3)︰(3-1)。其中，黄孢原毛平革菌为从中国工业微生物菌种保藏管理中心购买得到的黄孢原毛平革菌Phanerochaetechrysosporium(CICC 40299)。粗毛革孔菌从中国工业微生物菌种保藏管理中心购买得到的粗毛革孔菌 Coriolopsis gallica(CICC 2689)。
作为优选，所述的特定功能菌为黄孢原毛平革菌和粗毛革孔菌按质量比2：1混合而成的混合菌剂。
在上述利用山核桃壳为原料制备栽培基质的方法中，获得的栽培基质的C/N比在15-19之间，纤维素降解率大于64.59％，半纤维素降解率大于82.39％，木质素降解率大于64.26％，有机质含量大于45％，含水率小于30％。
与目前山核桃壳应用现状相比，本发明解决了山核桃壳因木质素含量高、纤维素结晶度高，山核桃壳在以尿素调节初始C/N 比和外源菌剂的作用下，不能升温和启动堆肥发酵的现状，在添加外源营养物质、微生物混合菌剂和特定功能菌的情况下，使山核桃壳成功堆肥，堆肥的种子发芽指数大于100％。添加的外源营养物质、微生物混合菌剂和特定功能菌降低了堆肥过程中的重量损失率，提高了纤维素、半纤维素和木质素的降解率，纤维素降解率大于64.59％，半纤维素降解率大于82.39％，木质素降解率大于64.26％，提高了堆肥的腐熟度。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例说明，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
取主产于浙、皖交界的天目山区中国山核桃的外果壳，颗粒度≤1cm的山核桃壳加入鸡粪调C/N比至30，加1.5％如表1实施例1中所述的微生物混合菌剂，搅拌均匀，接着加水调整水分含量为60％，然后放入保温通气堆肥装置中发酵放入保温通气堆肥装置中发酵，温度上升至50℃以上维持5天，翻堆，如此重复，待温度降至40℃以下，加入2％如表1实施例1中所述的特定功能菌，待温度降至室温，得到含水率为30％的山核桃壳堆肥产品，即栽培基质。
实施例2
取主产于浙、皖交界的天目山区中国山核桃的外果壳，颗粒度≤1cm的山核桃壳加入啤酒槽和豆粕调C/N比至30，加2％如表1实施例2中所述的微生物混合菌剂，搅拌均匀，接着加水调整水分含量为58％，然后放入保温通气堆肥装置中发酵放入保温通气堆肥装置中发酵，温度上升至50℃以上维持6天，翻堆，如此重复，待温度降至40℃以下，加入2％如表1实施例2中所述的特定功能菌，待温度降至室温，得到含水率为30％的山核桃壳堆肥产品，即栽培基质。
实施例3
取主产于浙、皖交界的天目山区中国山核桃的外果壳，颗粒度≤1cm的山核桃壳加入花生粕和菜籽粕调C/N比至30，加2％如表1实施例3中所述的微生物混合菌剂，搅拌均匀，接着加水调整水分含量为50％，然后放入保温通气堆肥装置中发酵放入保温通气堆肥装置中发酵，温度上升至50℃以上维持6天，翻堆，如此重复，待温度降至40℃以下，加入2％如表1实施例3中所述的特定功能菌，待温度降至室温，得到含水率为30％的山核桃壳堆肥产品，即栽培基质。
实施例4
取主产于浙、皖交界的天目山区中国山核桃的外果壳，颗粒度≤1cm的山核桃壳加入鸡粪和菜籽粕调C/N比至30，加2％如表1实施例4中所述的微生物混合菌剂，搅拌均匀，接着加水调整水分含量为65％，然后放入保温通气堆肥装置中发酵放入保温通气堆肥装置中发酵，温度上升至50℃以上维持5天，翻堆，如此重复，待温度降至40℃以下，加入2％如表1实施例4中所述的特定功能菌，待温度降至室温，得到含水率为30％的山核桃壳堆肥产品，即栽培基质。
实施例5-41
按实施例1所述的方法分别加入表1实施例5-41中的物质，制得栽培基质。
将实施例1-41中制得的栽培基质进行检测，其中栽培基质的含水量，纤维素、半纤维素和木质素的含量、有机质的含量及C/N 的比分别如表2所示。
表2：实施例1-41中栽培基质的检测结果
综上所述，本发明在添加外源营养物质、微生物混合菌剂和特定功能菌的情况下，使山核桃壳成功堆肥，堆肥的种子发芽指数大于100％，并降低了堆肥过程中的重量损失率，大大提高了纤维素、半纤维素和木质素的降解率。
另外，本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所型成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (10)

1.一种利用山核桃壳为原料制备栽培基质的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
将山核桃壳、外源营养物质调节初始C/N至25-35，然后添加微生物混合菌剂混合搅拌均匀，接着加水调整水分含量为50-65％，然后堆肥发酵，当温度升至50℃以上，保温5-6天，翻堆，待温度降至40℃以下，加入特定功能菌，待其降至室温，得栽培基质。
2.根据权利要求1所述的利用山核桃壳为原料制备栽培基质的方法，其特征在于，所用的原料山核桃壳为主产于浙、皖交界的天目山区中国山核桃的外果壳，颗粒度≤1cm。
3.根据权利要求1所述的利用山核桃壳为原料制备栽培基质的方法，其特征在于，所述的外源营养物质为C/N≤10的物质。
4.根据权利要求3所述的利用山核桃壳为原料制备栽培基质的方法，其特征在于，所述的外源营养物质包括啤酒糟、豆粕、花生粕、菜籽粕、鸡粪中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的利用山核桃壳为原料制备栽培基质的方法，其特征在于，所述微生物混合菌剂的加入量为堆制原料干重的1-3％。
6.根据权利要求1或5所述的利用山核桃壳为原料制备栽培基质的方法，其特征在于，所述的微生物混合菌剂为从自然腐烂的山核桃壳中筛选的土著微生物。
7.根据权利要求6所述的利用山核桃壳为原料制备栽培基质的方法，其特征在于，所述的土著微生物包括泡盛曲霉(Aspergillus awamori)、Meyerozyma guilliermondii S302、解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)S301中的多种。
8.根据权利要求1所述的利用山核桃壳为原料制备栽培基质的方法，其特征在于，所述特定功能菌的加入量为堆制原料干重的1-3％。
9.根据权利要求8所述的利用山核桃壳为原料制备栽培基质的方法，其特征在于，所述的特定功能菌为黄孢原毛平革菌和粗毛革孔菌的混合菌剂，二者的质量比为(1-3)︰(3-1)。
10.根据权利要求1所述的利用山核桃壳为原料制备栽培基质的方法，其特征在于，获得的栽培基质的C/N比在15-19之间，纤维素降解率大于64.59％，半纤维素降解率大于82.39％，木质素降解率大于64.26％，有机质含量大于45％，含水率小于30％。
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