CN110229039A - 一种生物活化木质泥炭中腐殖酸的方法及制备的生物有机肥 - Google Patents

一种生物活化木质泥炭中腐殖酸的方法及制备的生物有机肥 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物活化木质泥炭中腐殖酸的方法及制备的生物有机肥。该工艺包括下述的步骤:将木质泥炭碾碎过筛,调整含水量后接种解淀粉芽孢杆菌和贵州木霉真菌,其中细菌接种量为终浓度108次方;好氧发酵二十五天后腐殖酸活化率在60%以上,远高于传统酸碱活化法以及其他微生物的活化的效率,且具有明显的成本优势。利用活化后的木质泥炭生产的生物有机肥能促进植物根系生长,增产增收。

Description

一种生物活化木质泥炭中腐殖酸的方法及制备的生物有机肥
技术领域
本发明属于生物有机肥生产技术领域,涉及一种提高木质泥炭中腐殖酸含量的方法及制备的生物有机肥。
背景技术
木本泥炭由木本植物残体形成,大多是在富营养化沼泽条件下形成,残体主要是桦、云杉等木本植物,颜色呈棕色或褐色、暗褐色,块状结构。其含碳量高达60%-65%,水溶物、半纤维素和纤维素的含量低,腐殖酸和泥炭蜡的含量高。木本泥炭作为肥料施用后,能有效调节土壤固、液、气三相分布和含水量,提高土壤有效水分,改善土壤保水性。同时增强土壤微生物活性,增加土壤养分的有效性,加快植物根系发育,促进植物生长,已在多种经济作物上取得良好的应用效果。
腐殖酸(Humic Acid)是由芳香族及多种官能团构成的高分子有机酸,具有良好的生理活性和吸收、络合、交换等功能。腐殖酸作为微生物肥料辅料的一种,不仅可以提供微生物所需营养物质,还能改善土壤,改良土壤pH值,螯合金属阳离子便于植物根系吸收,提高养分利用率。
对腐殖酸的活化不仅是区分腐殖酸类产品质量差异的“基础指标”,也是保护我国腐殖酸资源的“良心工程”。我国含腐殖酸的风化煤、褐煤和泥炭的储量仅有2千亿吨,且因来源不同,质量差异很大。如果不进行评价,进行活化处理,不仅不能发挥其应有的作用与功效,也是对资源的浪费。目前木质泥炭腐殖酸活化通常使用化学活化的方法,主要包括苛性碱干法、碳铵活化法、强酸氧化水解法和硫酸丙酮抽提工艺等。但这些方法的共性缺点是耗能巨大、污染严重、效率低,导致其生产受环保、成本等因素难以产业化推广。微生物可通过分泌多种胞外次级代谢活性物质对木质泥炭中的腐殖酸进行转化和降解,达到活化的目的,其主要作用机理主要有碱性次级代谢物质溶解,胞外酶的分解作用以及表面活性剂促溶加速转化的作用等。基于此我们开发了一种利用复合微生物生物活化木质泥炭中腐殖酸的工艺。
发明内容
为了充分利用木质泥炭中的营养成分,本发明提供了一种高效生物活化腐殖酸的方法,提高木本泥炭中腐殖酸的含量。
本发明的另一目的是利用以木本泥炭为原料对植物有益功能微生物(芽孢杆菌和贵州木霉)进行固体发酵,生产微生物菌剂。
本发明的又一目的是利用活化的木质泥炭及其菌剂产品生产高质量生物有机肥料,不仅有高活力菌种,还含有活性腐殖酸。
一种生物活化木质泥炭中腐殖酸的方法,包括下述的步骤:
(1)将木质泥炭碾碎过筛,用缓冲液调样品水分至35-40%,室温放置2-5天;
(2)将复合微生物菌液接种至步骤(1)的木质泥炭和生长添加剂的混合物中,搅拌混匀,28~30℃好氧发酵20-25天,期间每两天充分翻堆搅拌一次,发酵温度不超过60℃;
其中,所述的复合微生物菌液由菌种保藏号为CGMCC No.12338的解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)SQR9和贵州木霉(Trichoderma guizhouense)NJAU4742经液体分别发酵后用缓冲液稀释到等OD值后1:1混合所得;
所述的生长添加剂为米糠与麸皮或菜粕按照(7-8):(2-3)质量比的混合物,生长添加剂的加入量为木质泥炭与缓冲液混合物质量的5-10wt%。
作为本发明所述方法的优选,所述的液体发酵包括将菌株SQR9和NJAU 4742接种到PDA培养液中进行液体发酵生长,其发酵生产条件为:初始pH范围为7.0-7.2,培养温度30度,170转/分钟,发酵中后期形成细菌芽孢和真菌菌丝体,其中芽孢杆菌菌体密度≥1×1010CFU/mL;所用PDA培养液配置方法为,以配制1L培养基为例:用200g土豆削皮后切成小块放到水里煮,沸腾后煮30min,经过滤后滤液中加20g普通蔗糖,定容至1000mL,pH值调至7.2-7.4。
作为本发明所述方法的优选,好氧发酵过程中每隔一周取一次样品进行分析,根据复合微生物数量以及腐殖酸含量变化指标,添加微生物生长添加剂以保证腐殖酸活化效率,微生物数量低于5×107cfu·g-1时,添加5%生长添加剂。
作为本发明所述方法的优选,所述的缓冲液为磷酸氢二钾-磷酸二氢钾缓冲液,其浓度为0.01-1mol/L。
作为本发明所述方法的优选,复合微生物菌液中芽孢杆菌菌体密度≥2×109CFU/mL,木霉菌丝为肉眼可见浑浊。
作为本发明所述方法的优选,复合微生物菌液在木质泥炭液中的接种量为1-5wt%。
一种生物活化木质泥炭有机肥,其通过以下方法制备得到:
(1)将木质泥炭碾碎过筛,用缓冲液调样品水分至35-40%,室温放置2-5天;
(2)将复合微生物菌液接种至(1)的木质泥炭液中,搅拌混匀,28~30℃好氧发酵20-25天,期间每两天充分翻堆搅拌一次,发酵温度不超过60℃;
其中,所述的复合微生物菌液由菌种保藏号为CGMCC No.12338的解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)SQR9和贵州木霉(Trichoderma guizhouense)NJAU4742经液体分别发酵后用缓冲液稀释1∶1混合所得。其中,解淀粉芽孢杆菌(Bacillusamyloliquefaciens)SQR9公开于CN103539535A中,贵州木霉(Trichoderma guizhouense)NJAU4742公开于CN108675895A中。
所述的生物活化木质泥炭有机肥发芽指数均为98%以上,有机质质粒比含量≥45%,总养分N-P2O5-K2O含量≥5%,水分≤30%,酸碱度(pH)为7-8.5。
本发明所述的生物活化木质泥炭有机肥在制备微生物肥料中的应用。
一种生产生物有机肥料产品的方法,将普通有机肥和本发明所述的生物活化木质泥炭有机肥按体积比8-9∶2-1的比例充分混合后后熟2-3天,将后熟物低温干燥至30%的含水量即得含有腐殖酸的生物有机肥料产品。
按照本发明所述的方法生产的生物有机肥料产品。
所述的生物有机肥料产品中芽孢杆菌数量≥1×108CFU/g,有机质含量≥40%,其中腐殖酸≥5%,水分含量≤30%。
本发明所述活化的木质泥炭腐殖酸在促进植物生长与增产中的应用。
本发明的有益效果在于:
本发明用于活化木质泥炭中的腐殖酸的菌株都为农用益生菌,其在活化腐殖酸时同时分泌大量植物益生次级代谢物质,显著提升肥料生物活性,都高于传统化学活化工艺;按照本发明方法好氧发酵二十五天后腐殖酸活化率在60%以上,其活化腐殖酸的效率和效果远高于传统酸碱活化法以及其他微生物的活化的效率,且具有明显的成本优势。
本发明采用的微生物活化木质泥炭腐殖酸的方法,其温度,pH均低于传统化学工艺,且基本不产废水废物,对周围环境零污染,不仅符合国家环保政策,且具有明显的成本优势,能显著提高企业的经济效益。
本发明活化木质泥炭后的终产品中含有超过40-50亿/克的活性益生微生物,可直接用于生产生物有机肥或复合微生物肥料,由于腐殖酸含量高,其效果远高于普通生物有机肥产品。
本发明利用活化后的腐殖酸产品结合固体发酵菌剂制成生物有机肥料,施用到土壤中后显著促进植物根系生长,提高盆栽植物的生物量。所述生物有机肥料产品在两季黄瓜盆栽试验中表现出了稳定的促生功能。本发明生物有机类肥料产品应用后促生与增产效果明显,适合大田作物大面积使用。
附图说明
图1:木质泥炭腐殖酸生物活化前后含量比较。
图2:以木质泥炭为原料进行固体发酵(25天)后功能微生物的含量变化。
图3:黄瓜苗期盆栽试验效果图。
图4:黄瓜全生育期盆栽试验效果图。
具体实施方式
实施例1腐殖酸活化以及菌剂生产:
原料准备:木质泥炭碾碎过20目筛,用缓冲液调样品水分至35-40%,室温放置2-5天。
功能菌SQR9和NJAU4742分别接种到PDA加富培养基(PDA培养基基础成分为:土豆200g/L,葡萄糖20g/L;加富成分有淀粉20g/L、麸皮20g/L、蔗糖10g/L。),进行液体发酵生产,其发酵条件为:pH为7.0-7.4,培养温度为37度,溶氧前期100%-80%、中期80%-40%、后期60%-40%、最后100%,搅拌速度为180-300转/分钟,发酵中后期形成芽孢,放罐条件:发酵液中的含菌或芽孢量≥1×1010CFU/mL、芽孢含量≥95%。
将功能菌SQR9和NJAU4742发酵液用缓冲液稀释到等OD值后等体积混合,然后与木本泥炭和生长添加剂(米糠:麸皮质量比为7:3)的混合物(生长添加剂添加量为8wt%)进行固体发酵,同时生物活化木质泥炭中的腐殖酸。每吨固体有机物料中加入功能菌液40L混合,固体发酵中每两天翻堆一次,使固体发酵温度不超过60℃,发酵(活化)25天后结束,使功能菌含量达到2×109/g以上。发酵过程中每隔一周取一次样品进行分析,根据复合微生物数量以及腐殖酸含量变化指标,添加微生物生长添加剂以保证腐殖酸活化效率(微生物数量低于5×107cfu·g-1时,添加5%生长添加剂)。
表1生物活化木质泥炭中的产品特性
表1表明通过本发明技术及生产工艺生产的产品中有机质含量为60%以上,且含有很高比例(51%)的腐殖酸,有较强的植物促生潜力。产品中植物益生芽孢杆菌活菌数达到2×108/g以上,且95%以上为芽孢状态,产品保存时间较长。以上特性充分说明了本发明技术及生产工艺制造的腐殖酸微生物有机肥料的可行性。
表1中涉及的传统化学方法具体为酸催化氧解法:活化剂为硝酸(30%v/v),活化剂与木质泥炭比4:1(mL/g),反应温度为80℃,反应时间为80min。
将普通有机肥和生物活化木质泥炭有机肥按体积比90∶10的比例充分混合后后熟2天,后熟过程中翻堆1次,将后熟物低温干燥至30%的含水量,包装出厂即为含有腐殖酸的生物有机肥料产品。所用的普通有机肥发芽指数为99%,有机质质粒比含量50%,有机氮质量比含量为2%,含水量30%。
上述的腐殖酸的生物有机肥料产品中含有2×109/g的功能芽孢杆菌,有机质质粒比含量45%,腐殖酸含量8%。
实施例2盆栽试验
盆栽试验在国家有机类肥料工程技术研究中心温网室进行,黄瓜品种为津春四号,将黄瓜种子浸泡在常温水中4小时,放置在湿润的纱布上于30度培养箱中催芽1-2天,待75%以上种子萌发后,选取露白的种子移至育苗盘中育苗。试验设置四个处理:1)CK,只施用蒸馏水;2)未活化木质泥炭处理:施用2%未活化木质泥炭原料;3)1%活化木质泥炭生物有机肥处理:施用1%活化木质泥炭生物有机肥(w/w);4)2%活化木质泥炭生物有机肥处理:施用2%活化木质泥炭生物有机肥(w/w)。每个处理3组重复,每组重复7颗黄瓜苗。培养时保持各处理土壤中湿度、温度一致,三十和九十天两个时间点测定植物生长的各项指标。
三十天苗期黄瓜促生效果如图3、生物量情况如表2。培养三十天后施用活化木质泥炭微生物有机肥1%后使得黄瓜植株的株高和生长情况显著高于单施蒸馏水(CK)处理和施用未活化木质泥炭处理。与CK处理相比,施用活化木质泥炭生物有机肥1%后株高增加91.9%;与未活化木质泥炭处理相比株高增加43.9%(p﹤0.05)。同样施用量为2%,活化后的木质泥炭生物有机肥处理的株高增加了46.9%,且施用活化木质泥炭微生物有机肥黄瓜长势显著好于未活化木质泥炭处理(p﹤0.05)。
表2:施用活化木质泥炭微生物有机肥对黄瓜苗期的影响
九十天天苗期黄瓜促生效果如图4、生物量情况如表3。培养九十天后施用活化木质泥炭微生物有机肥1%后使得黄瓜植株生物量显著高于单施蒸馏水(CK)处理和施用未活化木质泥炭处理。与CK相比,施用活化木质泥炭生物有机肥2%处理的株高,植株鲜重和植株干重分别增加了107.4%、91.5%、和103.9%(p﹤0.05)。
表3:施用活化木质泥炭微生物有机肥对黄瓜生物量的影响

Claims (10)

1.一种生物活化木质泥炭中腐殖酸的方法,其特征在于包括下述的步骤:
(1)将木质泥炭碾碎过筛,用缓冲液调样品水分至35-40%,室温放置2-5天;
(2)将复合微生物菌液接种至步骤(1)的木质泥炭和生长添加剂的混合物中,搅拌混匀,28~30℃好氧发酵20-25天,期间每两天充分翻堆搅拌一次,发酵温度不超过60℃;
其中,所述的复合微生物菌液由菌种保藏号为CGMCC No.12338的解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)SQR9和菌种保藏号为CGMCC NO.12166贵州木霉(Trichoderma guizhouense)NJAU4742经液体分别发酵后用缓冲液稀释到等OD值后1:1混合所得;
所述的生长添加剂为米糠与麸皮或菜粕按照(7-8):(2-3)质量比的混合物,生长添加剂的加入量为木质泥炭与缓冲液混合物质量的5-10wt%。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于好氧发酵过程中每隔一周取一次样品进行分析,当微生物数量低于5×107cfu·g-1时,添加5%生长添加剂。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述的缓冲液为磷酸氢二钾-磷酸二氢钾缓冲液,其磷酸根浓度为0.01-1mol/L。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于复合微生物菌液中芽孢杆菌菌体密度≥2×109CFU/mL,木霉菌丝为肉眼可见浑浊。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于复合微生物菌液在木质泥炭中的接种量为1-5wt%。
6.一种生物活化木质泥炭有机肥,其特征在于按照权利要求1-5中任一项所述的方法生物活化木质泥炭中腐殖酸得到。
7.根据权利要求6所述的生物活化木质泥炭有机肥,其特征在于所述的生物活化木质泥炭有机肥发芽指数均为98%以上,有机质质粒比含量≥45%,总养分N-P2O5-K2O含量≥5%,水分≤30%,酸碱度(pH)为7-8.5。
8.权利要求6或7所述的生物活化木质泥炭有机肥在制备复合微生物肥料中的应用。
9.一种生产生物有机肥料产品的方法,其特征在于将普通有机肥和权利要求6或7所述的生物活化木质泥炭有机肥按体积比8-9∶2-1的比例充分混合后后熟2-3天,将后熟物低温干燥至30%的含水量即得含有腐殖酸的生物有机肥料产品。
10.按照权利要求9所述的方法生产的生物有机肥料产品。
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