CN111019869B - 一种高效棉花秸秆腐熟剂及其制备方法 - Google Patents

一种高效棉花秸秆腐熟剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高效棉花秸秆腐熟剂，由复合菌剂发酵后所得，复合菌剂包括枯草芽孢杆菌、瓦雷兹芽孢杆菌、黑曲霉菌、少孢哈萨克斯坦酵母、酿酒酵母和纤维素链霉菌。本发明制备的高效棉花秸秆腐熟剂中有效活菌总数量达到35.0‑68.0亿个/克，通过施用高效棉花秸秆腐熟剂，利用菌种，加速了棉花秸秆腐熟，提高了棉花秆的干物质有效降解率。

Description

一种高效棉花秸秆腐熟剂及其制备方法
技术领域
本发明属于微生物技术领域，尤其涉及一种高效棉花秸秆腐熟剂及其制备方法。
背景技术
我国是世界上最大的棉花生产国，棉花产量约占年度全球棉花总产量的30％，棉秆资源非常丰富，2018年中国棉秆资源量为3149.5万吨。棉花秸秆富含纤维素、木质素和多缩戊糖、棉酚等物质，是重要的农业可再生资源，具有很高的开发利用价值，目前已被广泛开发应用于饲料、燃料、造纸原料、复合材料、再生纤维素人造丝、活性炭、羧甲基纤维素、木糖等多种用途。
棉花秆的干物质有效降解率较低，约为33.3％,远远低于玉米秸秆、稻草和小麦秸秆干物质等的有效降解率。棉花秸秆难于腐熟，所以怎样合理高效开发利用棉花秸秆资源，对于促进我国经济发展、改善生态环境具有积极意义。
发明内容
为克服现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种高效棉花秸秆腐熟剂及制备方法。
本发明所采取的技术方案为：
一种高效棉花秸秆腐熟剂，其特征在于，由复合菌剂发酵后所得，所述复合菌剂包括枯草芽孢杆菌、瓦雷兹芽孢杆菌、黑曲霉菌、少孢哈萨克斯坦酵母、酿酒酵母和纤维素链霉菌。
优选的，上述复合菌剂包括以下重量份的组分：枯草芽孢杆菌10-40份、瓦雷兹芽孢杆菌10-35份、黑曲霉菌5-25份、少孢哈萨克斯坦酵母30-50份、酿酒酵母10-20份和纤维素链霉菌30-60份。
优选的，上述复合菌剂包括以下重量份的组分：枯草芽孢杆菌20份、瓦雷兹芽孢杆菌25份、黑曲霉菌20份、少孢哈萨克斯坦酵母40份、酿酒酵母15份和纤维素链霉菌38份。
优选的，上述复合菌剂中的有效活菌数：枯草芽孢杆菌5-10亿个/g、瓦雷兹芽孢杆菌5-10亿个/g、黑曲霉菌5-10亿个/g、少孢哈萨克斯坦酵母5-10亿个/g、酿酒酵母5-10亿个/g和纤维素链霉菌5-10亿个/g。
本发明还提供一种高效棉花秸秆腐熟剂的制备方法，包括以下步骤：
S1发酵初期：将有机物发酵基质、复合菌剂和水混合并充分搅拌后，放入密闭容器内，开始厌氧发酵，得有机混合物料；
S2发酵中期：S1中有机混合物料含水量在25-50％时，接种复合菌剂，常温厌氧发酵3-20天后，得厌氧发酵产物；
S3发酵后期：S2中厌氧发酵产物含水量控制在15-40％时，接种复合菌剂，耗氧发酵，使产物的含水量降至10-20％，即得高效棉花秸秆腐熟剂；
所述复合菌剂为上述任一项复合菌剂。
优选的，上述所述有机物发酵基质包括鱼蛋白、稻糠和玉米粉，所述鱼蛋白、稻糠和玉米粉的质量比为2-5：1-2：2-3。
优选的，S1中所述复合菌剂中孢哈萨克斯坦酵母占有机混合物料重量的0.2％-0.8％，酿酒酵母占有机混合物料重量的0.1％-0.4％。
优选的，S2中发酵温度为25℃-40℃，发酵时间为10-20天。
优选的，S3中发酵温度为25℃-60℃，发酵时间为5-8天。
本发明的有益效果为：
1.本发明的高效棉花秸秆腐熟剂中有效活菌总数量达到35.0-68.0亿个/克，通过施用高效棉花秸秆腐熟剂，利用菌种，加速了棉花秸秆腐熟，提高了棉花秆的干物质有效降解率。
2.本发明本适合寒地的棉花秸秆腐熟的应用，缩短了寒地棉花秸秆腐熟时间，保证腐熟效果，更适应当地的翻种。
3.本发明中鱼蛋白与瓦雷兹芽孢杆菌配伍，鱼蛋白粉富含氨基酸、呈味核苷酸、小分子活性肽的物质，与瓦雷兹芽孢杆菌产生的有益物质，共同作用，能有效提高土壤肥力和提高所生长作物的抗病能力。
4.本发明棉花秸秆腐熟剂作为堆肥引子，采用特定比例多种菌发酵得到的高效棉花秸秆腐熟剂，加速了堆肥中有机物质的分解转化，促进堆肥原料降解，缩短了堆肥时间、提高了堆肥效率；在堆肥过程中能杀灭堆肥原材料中的病原菌，大肠杆菌数低于侦测极限，有益菌明显高于传统堆肥，提高了堆肥中有益菌含量，有利于提高堆肥品质；棉花秸秆腐熟剂菌种组合优化，菌种间协同降解效果好，能快速降解分子量大、结构紧密，且难于降解的棉花秸秆。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更地理解本发明的技术方案，下面对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
本发明所使用菌种，购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，枯草芽孢杆菌编号为CGMCC1.15792、贝莱斯芽孢杆菌编号为CGMCC1.923、黑曲霉编号为CGMCC3.11598、少孢哈萨克斯坦酵母编号为CGMCC2.1879、酿酒酵母编号为CGMCC2.1544、纤维素链霉菌编号为CGMCC4.6495，均为通用的菌种。
鱼蛋白等其他原料或仪器设备等均可通过市售途径获得。
实施例1：一种高效棉花秸秆腐熟剂，由复合菌剂发酵后得到，复合菌剂包括以下重量份的组分：枯草芽孢杆菌10份、瓦雷兹芽孢杆菌10份、黑曲霉菌5份、少孢哈萨克斯坦酵母30份、酿酒酵母10份和纤维素链霉菌30份。
一种高效棉花秸秆腐熟剂配方的制备方法，包括以下步骤：
S1发酵初期：密闭容器消毒后，将有机物发酵基质(鱼蛋白、稻糠、和玉米粉的质量比为2：1：2)、上述复合菌剂和水混合并充分搅拌后，放入密闭容器内，得有机混合物料；
S2发酵中期：S1中有机混合物料含水量控制在25％时，接种一半上述复合菌剂，25℃下厌氧发酵10天，得厌氧发酵产物；
S3发酵后期：S2中厌氧发酵产物含水量控制在15％时，接种另一半上述复合菌剂，25℃开始厌氧发酵，最高温度到50℃，耗氧发酵5天，使产物含水量降至10％即得高效棉花秸秆腐熟剂，经测定，该高效棉花秸秆腐熟剂的有效活菌数量为35.0亿个/克。
实施例2：一种高效棉花秸秆腐熟剂，由复合菌剂发酵后得到，复合菌剂包括以下重量份的组分：枯草芽孢杆菌40份、瓦雷兹芽孢杆菌35份、黑曲霉菌25份、少孢哈萨克斯坦酵母50份、酿酒酵母20份和纤维素链霉菌60份。
一种高效棉花秸秆腐熟剂配方的制备方法，包括以下步骤：
S1发酵初期：密闭容器消毒后，将有机物发酵基质(鱼蛋白、稻糠、和玉米粉的质量比为5：2：3)、上述复合菌剂和水混合并充分搅拌后，放入密闭容器内，得有机混合物料；
S2发酵中期：S1中有机混合物料含水量控制在50％时，接种一半上述复合菌剂，40℃下厌氧发酵20天，得厌氧发酵产物；
S3发酵后期：S2中厌氧发酵产物含水量控制在40％时，接种另一半上述复合菌剂，40℃开始厌氧发酵，最高温度到60℃，耗氧发酵8天，使产物含水量降至20％即得高效棉花秸秆腐熟剂，经测定，该高效棉花秸秆腐熟剂的有效活菌数量为68.0亿个/克。
实施例3：一种高效棉花秸秆腐熟剂，由复合菌剂发酵后得到，复合菌剂包括以下重量份的组分：枯草芽孢杆菌20份、瓦雷兹芽孢杆菌25份、黑曲霉菌20份、少孢哈萨克斯坦酵母40份、酿酒酵母15份和纤维素链霉菌38份。
一种高效棉花秸秆腐熟剂配方的制备方法，包括以下步骤：
S1发酵初期：密闭容器消毒后，将有机物发酵基质(鱼蛋白、稻糠、和玉米粉的质量比为6：3：5)、上述复合菌剂和水混合并充分搅拌后，放入密闭容器内，得有机混合物料；
S2发酵中期：S1中有机混合物料含水量控制在35％时，接种一半上述复合菌剂，30℃下厌氧发酵3天，得厌氧发酵产物；
S3发酵后期：S2中厌氧发酵产物含水量控制在30％时，接种另一半上述复合菌剂，30℃开始厌氧发酵，最高温度到55℃，耗氧发酵7天，使产物含水量降至15％即得高效棉花秸秆腐熟剂，经测定，该高效棉花秸秆腐熟剂的有效活菌数量为48.0亿个/克。
对比例1：一种高效棉花秸秆腐熟剂，由复合菌剂发酵后得到，复合菌剂包括以下重量份的组分：枯草芽孢杆菌20份、黑曲霉菌20份、少孢哈萨克斯坦酵母40份、酿酒酵母15份和纤维素链霉菌38份。
除复合菌剂组分不同外，上述高效棉花秸秆腐熟剂的制备方法与实施例3相同。
对比例2：一种高效棉花秸秆腐熟剂，由复合菌剂发酵后得到，复合菌剂包括以下重量份的组分：枯草芽孢杆菌20份、瓦雷兹芽孢杆菌25份、黑曲霉菌20份、少孢哈萨克斯坦酵母40份、酿酒酵母15份和纤维素链霉菌38份。
上述高效棉花秸秆腐熟剂的制备，除有机发酵基质不包含鱼蛋白外，其他成分与制备方法与实施例3相同。
对比例3：一种高效棉花秸秆腐熟剂，由复合菌剂发酵后得到，复合菌剂包括以下重量份的组分：枯草芽孢杆菌20份、瓦雷兹芽孢杆菌25份、黑曲霉菌20份、酿酒酵母15份和纤维素链霉菌38份。
上述高效棉花秸秆腐熟剂的制备方法与实施例3相同。
对比例4：一种高效棉花秸秆腐熟剂，由复合菌剂发酵后得到，复合菌剂包括以下重量份的组分：枯草芽孢杆菌8份、瓦雷兹芽孢杆菌8份、黑曲霉菌26份、少孢哈萨克斯坦酵母25份、酿酒酵母10份和纤维素链霉菌20份。
上述高效棉花秸秆腐熟剂的制备方法与实施例3相同。
1.棉花秸秆腐熟剂腐熟效果测试：
实验方法：将棉花秸秆以长度约3厘米切碎，等份分成8组，每组以秸秆：土壤：秸秆腐熟剂的重量比约为100:10:1对应加入土壤和实施例1-3、对比例1-4制备得到的秸秆腐熟剂以及市售某秸秆腐熟剂，均匀混合后在底部安装有充气加氧泵的容器内进行耗氧发酵。3天后，可自动产生60～80℃的高温，耗氧发酵约7天完成。
经观察，棉花秸秆发酵物上布满灰白色菌丝。继续进行后熟15天，取样测定秸秆腐熟程度，以每200克秸秆腐熟物为一样本，将样本装入约1mm网眼的塑料网袋中，将网袋放入洗衣机洗涤后烘干，测得棉花秸秆腐熟后相对于未发酵前原秸秆的重量；继续进行后熟30天，取样测定秸秆腐熟程度，以每200克秸秆腐熟物为一样本，将样本装入约1mm网眼的塑料网袋中，将网袋放入洗衣机洗涤后烘干，测得棉花秸秆腐熟后相对于未发酵前原秸秆的重量，并测定堆肥中大肠杆菌数量，结果如表1所示。
表1不同秸秆腐熟剂对秸秆的降解效果
Figure BDA0002348307770000051
如表1所示，实施例组堆体最高温达69.2℃，比对比例组高约10℃；适于寒地使用本发明进行棉花腐熟堆肥。
实施例组15天堆肥降解率达40％以上，明显高于对比例组的15％以上；30天堆肥降解率达50％以上，明显高于对比例组的20％以上；实施例组的达到同等的降解率时，腐熟时间小于传统秸秆腐熟剂。
相较于对比例组，实施例组的堆肥样品中，堆肥中大肠杆菌测定结果显示，经两个月堆肥后，实施例组已测不出大肠杆菌；对比例组仍可侦测到的大肠杆菌数，显示实施例组在堆肥过程中鱼蛋白和瓦雷兹芽孢杆菌能杀灭堆肥原材料中的病原菌，大肠杆菌数，提升堆肥品质。
2.土壤肥力和抗病性能试验
试验分7组，每组做3个平行试验，每个试验种植面积30㎡，各处理随机排列，小区之间留50cm隔离带。
试验组A：每组分别施用实施例1中制备的棉花秸秆腐熟剂同等条件下堆腐发酵制得的棉花秸秆有机肥2.7kg做基肥，其中翻地前撒施1.8kg，然后翻地，剩余0.9kg面施。其它常规施肥按生产指导进行。
试验组B：每组分别施用实施例2中制备的棉花秸秆腐熟剂同等条件下堆腐发酵制得的棉花秸秆有机肥2.7kg做基肥，其中翻地前撒施1.8kg，然后翻地，剩余0.9kg面施。其它常规施肥按生产指导进行。
试验组C：每组分别施用实施例3中制备的棉花秸秆腐熟剂同等条件下堆腐发酵制得的棉花秸秆有机肥2.7kg做基肥，其中翻地前撒施1.8kg，然后翻地，剩余0.9kg面施。其它常规施肥按生产指导进行。
试验组D：每组分别施用对比例1中制备棉花秸秆腐熟剂同等条件下堆腐发酵制得的棉花秸秆有机肥2.7kg做基肥，其中翻地前撒施1.8kg，然后翻地，剩余0.9kg面施。其它常规施肥按生产指导进行。
试验组E：每组分别施用对比例2中制备棉花秸秆腐熟剂同等条件下堆腐发酵制得的棉花秸秆有机肥2.7kg做基肥，其中翻地前撒施1.8kg，然后翻地，剩余0.9kg面施。其它常规施肥按生产指导进行。
试验组F：每组分别施用2.7kg市售有机肥肥做基肥，其中翻地前撒施1.8kg，然后翻地，剩余0.9kg面施。其它常规施肥按生产指导进行。
试验组G：不施加任何肥料。
追肥使用市售的三元复合肥，施肥用量及时间见表2。
试验实施，并做好管理、记录、分析、和计产工作。各组各项处理的管理措施一致，并进行相应的记录；
肥料：棉花秸秆有机肥(有机质大于≥45％，氮、磷、钾总养分≥5％))，市售有机肥(有机质≥45％、氮磷钾总养分≥5％)，市售三元复合肥(氮磷钾含量15-15-15)
试验地点：新疆玛纳斯新湖农场
供试土壤主要农化特性见表2。
表2供试土壤的主要农化性状
Figure BDA0002348307770000061
a)供试小白菜的品种：揭农4号小白菜(市售)
b)注明试验地点、试验时间、方法设计、小区面积、小区排列、重复次数(采用图表的形式)；
c)试验地地形、土壤类型、前茬作物种类：前茬作物为玉米；
d)施肥时间、方法、数量及次数等；
e)试验期间的降水量及灌水量；
f)病虫害防治情况及其它农事活动等；
g)作物的生长状况调查，包括移苗成活率、长势、及病虫发生情况等。
统一收获计产，最后累加；记录棉花秸秆有机肥对小白菜品质、产量提升的能力。
表3小白菜水肥管理。
Figure BDA0002348307770000071
试验结果
对小白菜的性状、产量、品质进行对比见表4。试验严格按照试验方案进行，移苗后无死苗现象，成活后除C组外长势正常。
表4小白菜肥效试验效果。
Figure BDA0002348307770000072
Figure BDA0002348307770000081
表4中的数据表明：本申请的棉花秸秆腐熟剂制备的有机肥能提升小白菜的产量、品质，增强小白菜的抗病能力，并且效果优于市场上的普通有机肥。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高效棉花秸秆腐熟剂，其特征在于：由复合菌剂发酵有机物发酵基质所得，所述复合菌剂由枯草芽孢杆菌、瓦雷兹芽孢杆菌、黑曲霉菌、少孢哈萨克斯坦酵母、酿酒酵母和纤维素链霉菌组成；所述有机物发酵基质包括鱼蛋白、稻糠和玉米粉；所述复合菌剂包括以下重量份的组分：枯草芽孢杆菌10-40份、瓦雷兹芽孢杆菌10-35份、黑曲霉菌5-25份、少孢哈萨克斯坦酵母30-50份、酿酒酵母10-20份和纤维素链霉菌30-60份；
所述复合菌剂中的有效活菌数：枯草芽孢杆菌5-10亿个/g、瓦雷兹芽孢杆菌5-10亿个/g、黑曲霉菌5-10亿个/g、少孢哈萨克斯坦酵母5-10亿个/g、酿酒酵母5-10亿个/g和纤维素链霉菌5-10亿个/g；
所述鱼蛋白、稻糠和玉米粉的质量比为2-5：1-2：2-3；
所述枯草芽孢杆菌的保藏编号为CGMCC1.15792，所述瓦雷兹芽孢杆菌的保藏编号为CGMCC1.923，所述黑曲霉的保藏编号为CGMCC3.11598，所述少孢哈萨克斯坦酵母的保藏编号为CGMCC2.1879，所述酿酒酵母的保藏编号为CGMCC2.1544，所述纤维素链霉菌的保藏编号为CGMCC4.6495。
2.根据权利要求1所述的棉花秸秆腐熟剂，其特征在于：所述复合菌剂包括以下重量份的组分：枯草芽孢杆菌20份、瓦雷兹芽孢杆菌25份、黑曲霉菌20份、少孢哈萨克斯坦酵母40份、酿酒酵母15份和纤维素链霉菌38份。
3.权利要求1或2所述的高效棉花秸秆腐熟剂的制备方法，包括以下步骤：
S1发酵初期：将有机物发酵基质、复合菌剂和水混合并充分搅拌后，放入密闭容器内，开始厌氧发酵，得有机混合物料；
S2发酵中期：S1中有机混合物料含水量在25-50％时，接种复合菌剂，常温厌氧发酵3-20天后，得厌氧发酵产物；
S3发酵后期：S2中厌氧发酵产物含水量控制在15-40％时，接种复合菌剂，耗氧发酵，使产物的含水量降至10-20％，即得高效棉花秸秆腐熟剂。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：S1中所述复合菌剂中孢哈萨克斯坦酵母占有机混合物料重量的0.2％-0.8%，酿酒酵母占有机混合物料重量的0.1％-0.4%。
5.根据权利要求4中的制备方法，其特征在于：S2中厌氧发酵温度为25℃-40℃，发酵时间为10-20天。
6.根据权利要求4中的制备方法，其特征在于：S3中耗氧发酵温度为25℃-60℃，发酵时间为5-8天。
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