CN111320510A - 一种定向发酵的微生物肥料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定向发酵的微生物肥料的制备方法,是通过分阶段投加微生物菌群,达到定向调控发酵过程,分级释放植物所需营养物质以及使用前固定肥料中的营养物质的功效。本发明从发酵生产开始利用工艺与微生物调节与尽量保留生物肥料的营养,形成逐步释放营养物质的功能,同时,在使用前添加一系列小球藻生物功能成分,提供植物增强抗逆、抗病害的能力。从而实现氮磷资源利用有效、改善土壤根系微环境。以小球藻为代表的微藻含有丰富的抗氧化与抗逆的成分,其中富含的蛋白质、多糖等,具有调节免疫、抗氧化活性。通过添加小球藻的培养物配合生物肥料的使用,可以被植物的根系所吸收,改善植物的抗病害与生理状况,提高生长速率。
Description
技术领域
本发明属于新型生物肥料制备与应用领域,具体涉及一种可提高植物生长与抗逆能力的定向发酵的微生物肥料及其制备方法。
背景技术
大量使用化肥,片面追求产量的粗放农业发展模式,导致大量氮、磷资源浪费、水体富营养化、土壤板结等问题。为达到增产、保护环境、提高植物抗逆能力的综合目的,推行新的精准控制与环境友好的种植模式与生物肥料的应用势在必行。
新型生物肥料本身是资源环境综合利用,提高氮磷利用率的产品,通过施用,还可以提供丰富的植物营养、改善根际环境、提高植物抗病害、抗逆能力。
增产与提高氮磷资源的利用:生物有机肥是其中的代表。从市场而言,在原来高效肥料的基础上,符合环保、高附加值与专用肥料也是受农民欢迎的肥料种类。新型生物肥料不仅满足传统植物各个阶段生长的需要,还要满足提高植物抗逆性,抗病害能力,改善土壤结构与持续种植能力等一系列功能。目前,有机肥需要克服以下问题,以进一步提高其应用潜力:首先,有机肥中的营养需要多级平衡转化实现肥料的有效利用。有机肥是一种营养丰富且环境友好的肥料,它对于植物的生长具有极好的促进作用。但有机物中大量结构复杂、长链的有机物并不能直接被植物吸收,通过有效的发酵手段与添加特定微生物群,达到将大量转化复杂结构的有机物变为可被植物利用的有效有机物与营养的目的;另一方面,由于有机肥中的营养物质十分丰富,假如有机肥中的营养物质可以逐步释放与缓释,将更有利于植物生长过程,减少营养元素的流失。这一点可以通过改善肥料组成的材料达到目的。
提高植物抗逆与病害低抗:提高植物抗逆能力可以通过提高植物体内相应酶的活性、减少应激性,提高营养储备而达到。
发明内容
有鉴于此,本发明提出了一种定向发酵的微生物肥料及其制备方法,本发明的定向发酵的微生物肥料提高了生物有机肥营养并实现定向发酵,此外通过添加不同培养条件下的小球藻体,达到生物有机肥提高作物的抗逆性、改善作物的品质。
本发明的一种定向发酵的微生物肥料的制备方法,其是通过分阶段投加微生物菌群,达到定向调控发酵过程,分级释放植物所需营养物质以及使用前固定肥料中的营养物质的功效,该方法包括以下步骤:
S1、一级中温定向厌氧发酵
将高蛋白有机物、谷物混合料、以沸石为基质的低温纤维分解菌群加入反应釜中,搅拌混合均匀后,将反应釜中的温度升温至35℃-40℃,分解10-15天;
S2、二级高温好氧发酵与中温发酵
向反应釜中加入发酵菌群,并将温度升至60℃-80℃,发酵2-3天后,将温度升至100℃-110℃进行高温杀菌消毒处理;然后逐步降温,将温度降至40℃-55℃,发酵15-20天;
S3、低温厌氧发酵
添加发酵所需的微量元素以及蛋白核小球藻光照培养物,搅拌混合,发酵8-13天;最后加入蛋白核小球藻发酵培养物,搅拌混合,1天后待用。
进一步地,所述步骤S1中,加入的高蛋白培养基料包括动物蛋白粉20-30份、黄豆粉60-70份、碳酸钙10-15份。
进一步地,所述步骤S1中,加入的以沸石为基质的低温纤维分解菌群的加入量是20-30份,所述以沸石为基质的低温纤维分解菌群是每1000g沸石添加低温纤维素分解菌群20g,其中,所述低温纤维素分解菌群包括纤维素分解菌20-30份、酿酒酵母菌30-60份、醋酸杆菌20-35份。
进一步地,所述步骤S2中,发酵菌群包括枯草芽孢杆菌9-12份,地衣芽孢杆菌5-10份,热球菌4-6份、热袍菌0.5-0.7份。
进一步地,所述步骤S3中,微量元素的加入量为每1000g釜内物质重量加30-70g的微量元素。
进一步地,所述步骤S3中,蛋白核小球藻光照培养物的加入量为每1000g釜内物质重量加30-70g的蛋白核小球藻光照培养物。
所述蛋白核小球藻光照培养物为市购的蛋白核小球藻菌体与M1发酵培养液培养基按体积比1:100的比例加入反应器中,保持温度在20-30℃下无光照培养24小时,获得的蛋白核小球藻培养物,再经10000rpm速度离心或者0.22μm孔径抽滤后得到的产物。
进一步地,所述步骤S3中,蛋白核小球藻发酵培养物的加入量为每1000g釜内物质重量加80-120g的蛋白核小球藻发酵培养物。
所述蛋白核小球藻发酵培养物为市购的蛋白核小球藻与M1发酵培养液培养基按体积比1:100的比例加入避光有机玻璃反应器中,保持温度在20-30℃下无光照培养24小时,获得的蛋白核小球藻发酵培养物,再经10000rpm速度离心或者0.22μm孔径抽滤后得到的产物。
进一步地,所述M1发酵培养液培养基为每升修改的M0液体培养基中添加200-300g粉碎后过50目筛的谷物混合料和修改的M0液体培养基总重量5%的微量元素组成,其中,所述M0液体培养基包括CH3COONa 4.20g/L、Na2HPO4 28.73mg/L、NH4Cl 60.00mg/L、CaCl2·2H2O 18.20mg/L,并用1mM NaOH调整pH至7.0;所述修改的M0液体培养基包括CH3COONa5.00g/L、Na2HPO4 28.73mg/L、NH4Cl 60.00mg/L、CaCl2·2H2O 18.20mg/L,并用1mM NaOH调整pH至7.0。
本发明中,所述微量元素包括如下重量份的组分:碳酸钙10-15份,磷酸钾7-9份,钼酸铵9-10份,氯化锌1-3份,硫酸亚铁7-8份,分子筛10-15份,腐殖酸1-6份;所述谷物混合料包括小米20-30份、糙米30-40份、藜麦10-20份、大豆30-40份、玉米5-65份。
本发明从发酵生产开始利用工艺与微生物调节与尽量保留生物肥料的营养,形成逐步释放营养物质的功能,同时,在使用前添加一系列小球藻生物功能成分,提供植物增强抗逆、抗病害的能力。从而实现氮磷资源利用有效、改善土壤根系微环境。
以小球藻为代表的微藻含有丰富的抗氧化与抗逆的成分,其中富含的蛋白质、多糖等,具有调节免疫、抗氧化活性。通过添加小球藻的培养物配合生物肥料的使用,可以被植物的根系所吸收,改善植物的抗病害与生理状况,提高生长速率。
附图说明
图1为本发明实施例1中各组番茄植物株高对比图;
图2为本发明实施例1中各组番茄植物茎粗对比图;
图3为本发明实施例1中各组番茄植物冠重对比图;
图4为本发明实施例1中各组番茄植物根重对比图;
图5为本发明实施例1中各组番茄叶片中DHA的含量对比图;
图6为本发明实施例1中各组番茄叶片中AsA的含量对比图;
图7为本发明实施例2中各组柑橘叶片中氮含量的对比图;
图8为本发明实施例2中各组柑橘叶片中磷含量的对比图;
图9为本发明实施例2中各组柑橘叶片中钾含量的对比图;
图10为本发明实施例2中各组柑橘叶片中叶绿素a的含量的对比图。
具体实施方式
为让本领域的技术人员更加清晰直观的了解本发明,下面结合附图,对本发明的具体步骤进行详细说明。
实施例1
一、蛋白核小球藻培养,具体步骤如下:
(1)小球藻获取:通过购买获得蛋白核小球藻藻种(Chlorella pyrenoidosa)将经过灭菌的接种环从菌种中挑选,放入1000ml M0液体培养基中,在25℃、4000~5000Lux全天光照条件下培养3天,每日摇动2~3次,每天测定氨氮、总氮与总磷的去除率,当去除率分别达到60%、50%和50%以上,离心/过滤藻体,更换新的等体积的M0液体培养基,重复此步骤2-3次,直至硝酸盐、总氮与总磷的去除效果分别达到80%、70%和70%,同时此时细胞密度1.2*108个/ml,通过离心或者过滤收集藻体,获得蛋白核小球藻。
(2)小球藻培养:将所培养的藻体转至发酵M1发酵培养液培养基内。按藻体与培养液体积比1:100的比例加入10L避光有机玻璃反应器中,保持温度在20-30℃下无光照培养24小时,获得蛋白核小球藻发酵培养物,再经10000rpm速度离心或者0.22μm孔径抽滤后获得蛋白核小球避光藻培养物。
同时,将蛋白核小球藻菌体按藻体与培养液体积比1:100的比例加入1m3光照管道反应器中,保持温度在20-30℃下光照培养24小时,获得蛋白核小球藻培养物,再经10000rpm速度离心或者0.22μm孔径抽滤后获得蛋白核小球藻光照培养物。
其中,所述M0液体培养基包括CH3COONa 4.20g/L、Na2HPO4 28.73mg/L、NH4Cl60.00mg/L、CaCl2·2H2O 18.20mg/L,并用1mM NaOH调整pH至7.0;M1发酵培养液培养基:以修改的M0培养基为基础,按每升修改的M0培养基加入200-300g的谷物混合料和修改的M0液体培养基总重量5%的微量元素组成。
其中,所述修改的M0液体培养基包括CH3COONa 5.00g/L、Na2HPO4 28.73mg/L、NH4Cl 60.00mg/L、CaCl2·2H2O 18.20mg/L,并用1mM NaOH调整pH至7.0;所述微量元素包括如下重量份的组分:碳酸钙10份,磷酸钾9份,钼酸铵10份,氯化锌1份,硫酸亚铁7份,分子筛12份,腐殖酸4份;所述谷物混合料为小米、糙米、藜麦、大豆及玉米,各组分的重量份为:小米20份、糙米30份、藜麦10份、大豆30份、玉米5份。
二、定向发酵的微生物肥料的制作
S1、一级中温定向厌氧发酵
将高蛋白培养基料、谷物混合料、以沸石为基质的低温纤维分解菌群加入反应釜中,搅拌混合均匀后,将反应釜中的温度升温至35℃-40℃,分解10-15天;
S2、二级高温好氧发酵与中温发酵
向反应釜中加入发酵菌群,并将温度升至60℃-80℃,发酵2-3天后,将温度升至100℃-110℃进行高温杀菌消毒处理;然后逐步降温,将温度降至40℃-55℃,发酵15-20天;
S3、低温厌氧发酵
添加发酵所需的微量元素(每1000g,加30-70g)以及蛋白核小球藻光照培养物(每1000g,加30-70%),搅拌混合,发酵8-13天;最后加入蛋白核小球藻发酵培养物(每1000g,加80-120g),搅拌混合,1天后待用。
其中,高蛋白培养基料包括动物蛋白粉20份,黄豆粉60份,碳酸钙10份。谷物混合料包括小米、糙米、藜麦、大豆及玉米,各组分的重量份:小米20份、糙米30份、藜麦10份、大豆30份、玉米5份。以沸石为基质的低温纤维分解菌群20份,低温纤维素分解菌群的组成包括纤维素分解菌20份、酿酒酵母菌30份、醋酸杆菌30份。发酵菌群:枯草芽孢杆菌9份,地衣芽孢杆菌5份,热球菌4份及热袍菌0.5份。微量元素:碳酸钙10份,磷酸钾9份,钼酸铵10份,氯化锌1份,硫酸亚铁7份,分子筛12份,腐殖酸4份。
实施例2
小球藻与定向发酵的步骤参考实施例1,且其中M1发酵培养液培养基的配置中,微量元素的组分和含量如下:碳酸钙12份,磷酸钾8份,钼酸铵9.5份,氯化锌2份,硫酸亚铁7.5份,分子筛10份,腐殖酸1份,腐殖酸4份。谷物混合料包括:小米、糙米、藜麦、大豆及玉米,各组分的重量份小米25份、糙米35份、藜麦12份、大豆35份、玉米60份。
加入的各组分如下:
高蛋白培养基料包括动物蛋白粉25份,黄豆粉65份,碳酸钙15份;小米、糙米、藜麦、大豆及玉米,各组分的重量份小米25份、糙米35份、藜麦12份、大豆35份、玉米60份。低温纤维分解菌群:以沸石为基质,以沸石为基质的低温纤维分解菌群25份,低温纤维素分解菌群的组成包括纤维素分解菌25份、酿酒酵母菌35份、醋酸杆菌35份。发酵菌群:枯草芽孢杆菌10份,地衣芽孢杆菌8份,热球菌5份及热袍菌0.6份。微量元素:碳酸钙12份,磷酸钾8份,钼酸铵9.5份,氯化锌2份,硫酸亚铁7.5份,分子筛10份,腐殖酸1份。
实施例3
小球藻与定向发酵的步骤参考实施例1,且其中M1发酵培养液培养基的配置中,微量元素的组分和含量如下:碳酸钙15份,磷酸钾7份,钼酸铵9份,氯化锌3份,硫酸亚铁8份,分子筛15份,腐殖酸6份。谷物混合料包括:小米30份、糙米40份、藜麦20份、大豆40份、玉米65份。
加入的各组分如下:
高蛋白培养基料包括动物蛋白粉30份,黄豆粉70份,碳酸钙12份;小米、糙米、藜麦、大豆及玉米,各组分的重量份小米30份、糙米40份、藜麦20份、大豆40份、玉米65份。加入的以沸石为基质的低温纤维分解菌群的加入量是30份,低温纤维素分解菌群包括纤维素分解菌30份、酿酒酵母菌60份、醋酸杆菌20份。发酵菌群:枯草芽孢杆菌12份,地衣芽孢杆菌10份,热球菌6份及热袍菌0.7份。微量元素:碳酸钙15份,磷酸钾7份,钼酸铵9份,氯化锌3份,硫酸亚铁8份,分子筛15份,腐殖酸6份。
实验例1番茄盆栽试验
将上述定向发酵的微生物肥料应用至番茄苗实验。
供试土壤:某从化区试验田获取。将采回来的土壤平铺风干后过10mm筛,去除大块土壤与杂物后,按土壤:椰糠体积比2.5:1的比例混合均匀。
供试花盆:规格为盆口直径17cm,高度15cm的红色塑料盆,每盆装供试土壤2.2kg。
供试地点:某从化区试验田中的大棚。
供试作物:番茄苗
试验步骤:
作物为番茄种植20组,施加常规化学肥料、实施例1、实施例2、实施例3各为5组;番茄苗收样在第80天
表1:喷施作物和喷施时间
处理过程为:选用的番茄材料生长良好,番茄幼苗长至三叶一心期时移栽至花盆中,缓苗一周左右后,待幼苗生长稳定,开始施用生物有机肥,一周施用一次,一共四次。
第28d最后一次喷生物有机肥结束后24h,处理结束时观察番茄苗形态指标并测定生长指标,然后测定生理指标。用于测定番茄叶片的抗氧化酶活性:过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、多酚氧化酶(PPO)、过氧化物酶(POD)测定;生理指标:丙二醛含量(MDA)、根系活力含量(TC)、抗坏血酸含量(AsA)、脱氢抗坏血酸含量(DHA)、还原性谷胱甘肽含量(GSH)、氧化型谷胱甘肽(GSSG)、超氧阴离子(O2-)、过氧化氢含量(H2O2)的测定。分别对番茄幼苗生长情况与叶片抗氧化、抗逆能力。
如图1-图2的对比可知,使用实施例的生物肥料对比对照对番茄苗的株高与茎宽有明显提高。添加小球藻的肥占比越高越能促进植物的株高与茎部的生长。
如图3-图4对比可知,从根部与冠部鲜重与干重对比来看,使用实施例的生物肥料对比对照能明显促进冠部的生长,以冠部鲜重为例,实施例1增加约5%,实施例3对比对照增幅约30%,对番茄的根部的促进约为5-20%之间,根部干重促进约在10%以内。
AsA是番茄叶片中抗坏血酸的浓度,数值越高显示番茄叶片中抗坏血酸浓度越高,越能抵御不利环境。DHA是脱氢抗坏血酸,与AsA相对,受不利环境影响,叶片中DHA会较高。如图5-图6所示,对比实施例中先施用过新型生物有机肥的番茄幼苗的DHA均呈现下降趋势,比对照组约降低10-15%,而AsA实验显示施用新型生物肥的番茄幼苗中含的抗坏血酸浓度比对照组均上升,以实施例3为例上升约20-30%,显示使用新型生物有机肥后能较大程度的提高植物地面部分的抗氧化能力,增加叶片的营养成分。
结果显示本发明专利的新型生物有机肥能促进番茄苗的根部、冠部生长、提高抗氧化的功能。
实验例2柑橘(温州蜜桔)试验
将上述生物肥料应用至柑橘生长实验。
供试土壤:某从化区试验田获取。将采回来的土壤平铺风干后过10mm筛,去除大块土壤与杂物后,按土壤:椰糠体积比2.5:1的比例混合均匀。
供试花盆:规格为盆口直径17cm,高度15cm的红色塑料盆,每盆装供试土壤2.2kg。
供试地点:试验田中的大棚。
供试作物:柑橘苗
试验步骤:
作物为柑橘苗20组,施加常规化学肥料、实施例1、实施例2、实施例3各为5组,施用肥料共三次,柑橘叶片收获在第90天;主要测量的是柑橘的叶片的N、P与K含量。
叶片中营养元素越丰富,显示柑橘苗生长能力越旺盛。图7、8、9显示90天后实施例1,2,3均比施用普通化肥的对照组叶片的N、P、K含量要高。其中,实施例3叶片的N含量要比对照组增加20%以上,P与K含量比对照组提升10%以上,显示本发明专利的新型生物有机肥能促进柑橘叶片的营养吸收与含量累积。
如图10所示,柑橘叶片中的叶绿素a含量显示,施加本专利的生物有机肥后,与对照相比,叶绿素a的含量上升,显示新型生物有机肥可以增加柑橘上半部分抗逆性能。
通过以上两个实验,显示添加小球藻的新型生物有机肥可以提高植物冠部、根部的营养积累,可以增加叶片中光合作用能力,从而达到改善植物抗逆能力的目标,同时,所富含的营养被植物所吸收可以对植物的冠部、根部的生长提供刺激作用。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于这里的实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种定向发酵的微生物肥料的制备方法,其特征在于,是通过分阶段投加微生物菌群,达到定向调控发酵过程,分级释放植物所需营养物质以及使用前固定肥料中的营养物质的功效,该方法包括以下步骤:
S1、一级中温定向厌氧发酵
将高蛋白有机物、谷物混合料、以沸石为基质的低温纤维分解菌群加入反应釜中,搅拌混合均匀后,将反应釜中的温度升温至35℃-40℃,分解10-15天;
S2、二级高温好氧发酵与中温发酵
向反应釜中加入发酵菌群,并将温度升至60℃-80℃,发酵2-3天后,将温度升至100℃-110℃进行高温杀菌消毒处理;然后逐步降温,将温度降至40℃-55℃,发酵15-20天;
S3、低温厌氧发酵
添加发酵所需的微量元素以及蛋白核小球藻光照培养物,搅拌混合,发酵8-13天;最后加入蛋白核小球藻发酵培养物,搅拌混合,1天后待用。
2.根据权利要求1所述的定向发酵的微生物肥料的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中,加入的高蛋白培养基料包括动物蛋白粉20-30份、黄豆粉60-70份、碳酸钙10-15份。
3.根据权利要求1所述的定向发酵的微生物肥料的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中,加入的以沸石为基质的低温纤维分解菌群的加入量是20-30份,所述以沸石为基质的低温纤维分解菌群是每1000g沸石添加低温纤维素分解菌群20g,其中,所述低温纤维素分解菌群包括纤维素分解菌20-30份、酿酒酵母菌30-60份、醋酸杆菌20-35份。
4.根据权利要求1所述的定向发酵的微生物肥料的制备方法,其特征在于,所述步骤S2中,发酵菌群包括枯草芽孢杆菌9-12份,地衣芽孢杆菌5-10份,热球菌4-6份、热袍菌0.5-0.7份。
5.根据权利要求1所述的定向发酵的微生物肥料的制备方法,其特征在于,所述步骤S3中,微量元素的加入量为每1000g釜内物质重量加30-70g的微量元素。
6.根据权利要求1所述的定向发酵的微生物肥料的制备方法,其特征在于,所述步骤S3中,蛋白核小球藻光照培养物的加入量为每1000g釜内物质重量加30-70g的蛋白核小球藻光照培养物;
所述蛋白核小球藻光照培养物为市购的蛋白核小球藻菌体与M1发酵培养液培养基按体积比1:100的比例加入反应器中,保持温度在20-30℃下无光照培养24小时,获得的蛋白核小球藻培养物,再经10000rpm速度离心或者0.22μm孔径抽滤后得到的产物。
7.根据权利要求1所述的定向发酵的微生物肥料的制备方法,其特征在于,所述步骤S3中,蛋白核小球藻发酵培养物的加入量为每1000g釜内物质重量加80-120g的蛋白核小球藻发酵培养物;
所述蛋白核小球藻发酵培养物为市购的蛋白核小球藻与M1发酵培养液培养基按体积比1:100的比例加入避光有机玻璃反应器中,保持温度在20-30℃下无光照培养24小时,获得的蛋白核小球藻发酵培养物,再经10000rpm速度离心或者0.22μm孔径抽滤后得到的产物。
8.根据权利要求1所述的定向发酵的微生物肥料的制备方法,其特征在于,所述M1发酵培养液培养基为每升修改的M0液体培养基中添加200-300g粉碎后过50目筛的五谷原料和修改的M0液体培养基总重量5%的微量元素组成,其中,所述修改的M0液体培养基包括CH3COONa 5.00g/L、Na2HPO428.73mg/L、NH4Cl 60.00mg/L、CaCl2·2H2O 18.20mg/L,并用1mMNaOH调整pH至7.0。
9.根据权利要求1或5或8所述的定向发酵的微生物肥料的制备方法,其特征在于,谷物混合料包括小米20-30份、糙米30-40份、藜麦10-20份、大豆30-40份、玉米5-65份;所述微量元素包括如下重量份的组分:碳酸钙10-15份,磷酸钾7-9份,钼酸铵9-10份,氯化锌1-3份,硫酸亚铁7-8份,分子筛10-15份,腐殖酸1-6份。
10.一种定向发酵的微生物肥料,其特征在于,是根据权利要求1-9任一项所述的定向发酵的微生物肥料的制备方法制得。
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2020
- 2020-02-28 CN CN202010131123.4A patent/CN111320510A/zh active Pending
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