CN111621446A - 一种有机物料腐熟剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种有机物料腐熟剂制备方法及其应用，所述有机物料腐熟剂主要以多种功能微生物组成的微生物复合菌种作为菌种，经液态‑固态多级综合发酵进行综合应用转化生产为有机物料腐熟剂，其中，丁酸梭菌菌种、酿酒酵母菌种、植物乳杆菌菌种、枯草芽孢杆菌菌种的重量比为(10‑15):(20‑25):(10‑20):(35‑45)；产品生产模拟堆肥升温‑高温‑降温过程，该有机物料腐熟剂作用于畜禽粪便堆肥时，发酵升温快，堆肥最高温度76.5℃，高温期可持续12‑16天，使用时和自然堆肥的微生物演变过程高度契合，功能菌快速繁殖形成优势并发挥作用；且由于是原位发酵，发酵过程中产生大量的蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶，形成一个稳定高效的微生态系统，菌数多、酶活高，功能菌和酶类物质共同作用，快速实现畜禽粪便的无害化处理。
Description
技术领域
本发明属于农业生产领域，尤其涉及一种有机物料腐熟剂及其制备方法。
背景技术
随着我国养殖业的迅猛发展以及集约化程度的不断加深，养殖废弃物有相当一部分未能得到利用，只能作为污染物排入环境，造成严重的水、土、大气污染。
与此同时，随着长期以来我国农业用肥单一偏重使用化肥，虽然农产品产量有所提高，但亦带来一系列不同程度的危害，比如：
土壤结构遭到严重破坏，土壤有机质含量下降，各养分比例失调，土壤酸化，板结，盐渍化，重茬现象日益凸显和加重；土壤的理化性状变差，缓冲能力下降，导致其保水，保肥，通气性下降，难以满足农作物的生长需求；土壤的生物学性状变差，导致病虫害泛滥，农药和化肥的使用量逐年增加，作物的产量和质量逐年下降；生态环境不断恶化，造成严重的农业面源污染和水体的富营养化。化肥施入农田后，由于土壤养分不均衡，土壤状况恶劣导致化肥的利用率不足30％，大部分随农田排水流入江河湖泊或残留于土壤、植株及农作物体内，其中大量的硝酸盐、磷酸盐、有机氯化合物累积，不仅带来严重的环境污染而且危及人类和生物的安全和健康。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种有机物料腐熟剂。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供上述有机物料腐熟剂的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种有机物料腐熟剂，由复合菌液接种固体培养基经发酵得来；其中，复合菌液为丁酸梭菌、酿酒酵母、植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌经液体发酵后混合而成。
进一步地，丁酸梭菌菌种、酿酒酵母菌种、植物乳杆菌菌种、枯草芽孢杆菌菌种的重量比为(10-15):(20-25):(10-20):(35-45)；优选的，所述丁酸梭菌菌种、酿酒酵母菌种、植物乳杆菌菌种、枯草芽孢杆菌菌种的重量比为15:20:15:40。
进一步地，所述丁酸梭菌菌种活菌数不得少于109cfu/mL，酿酒酵母菌种的活菌数不得少于109cfu/mL，植物乳杆菌菌种、枯草芽孢杆菌菌种的活菌数不得少于108cfu/mL。
本发明还提出上述的有机物料腐熟剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将丁酸梭菌、酿酒酵母、植物乳杆菌和枯草芽孢杆菌进行液体发酵，获得液体菌种，按照比例混合后制成复合菌液；
(2)复合菌液接种于固体培养基进行发酵，所述固体培养基各组分按重量份数计：稻壳粉50-60份，麸皮15-25份，玉米粉5-15份，豆粕10-20份，复合液体菌种接种量为5-10份，水料重量比为1:2-2:3，各组分充分混合均匀得到；
(3)固体培养基发酵结束时，测定物料水分，控制水分含量≤30wt％；将物料粉碎，过2mm筛，测定其有效活菌数为5-20亿/g，纤维素酶活400-1000U/g，蛋白酶活50-300U/g，水分为20-30％，pH为6.5-7.5，细度80-100％，即制成有机物料腐熟剂。
进一步地，所述步骤(2)中固体培养基进行发酵的方法包括：将复合液体菌种用水稀释后加入固体培养基中，混合均匀；加水；将接种后的物料装入编织袋后放到发酵室进行发酵。
进一步地，所述步骤(2)中固体培养基进行发酵的初始发酵条件是：含水率为40-50％，含复合液体菌种；初始pH为自然pH；初始温度为自然温度；接种量为物料总重量的5-10％。
进一步地，所述步骤(2)中固体培养基进行发酵过程还进行翻堆，当物料温度上升至50℃以上时，进行翻堆降温；发酵第三天温度未到50℃时，翻堆增氧；第一次翻堆后，每隔24小时翻堆一次；翻堆4次以后，静置2-3天；培养时间为7-10天。
上述有机物料腐熟剂可用于畜禽粪便堆肥以生产商品有机肥料、生物有机肥、有机-无机复混肥料等。
本发明的有益效果：
上述有机物料腐熟剂，将特定功能菌种分别进行单菌种液体培养-复配-多菌种固体联合培养，与传统的液体发酵吸附、单菌种液体-固体联合培养-复配等方式相比，具有以下优点：
1、菌种优势
本产品所选用的功能微生物均取自于畜禽粪便堆肥过程各个阶段，经实验室提纯、筛选出功能性强的菌株，复合发酵而成。
市面上常见的菌种有工程菌种、常规其他来源菌种、进口菌种等。其中，工程菌种生态安全性不明；常规其他来源菌种比如土壤、水体、秸秆等及从菌库购买来的菌种对畜禽粪便的适应性和针对性较弱；进口菌种适应性、针对性较弱的同时，容易引起外来生物入侵隐患。
相较于上述来源的菌种，本产品菌种取自于畜禽粪便堆肥再回用于畜禽粪便堆肥发酵，其适应性与针对性更强、作用更加迅速，也更安全。经过分离获得的部分菌种已经中国科学院益生菌所鉴定并在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物菌种保藏中心专利保藏。专利菌种保藏号为：酪酸菌(丁酸梭菌)：CGMCC No.9515；植物乳杆菌：CGMCCNo.9513。
2、多菌复合
本产品所用功能微生物是经实验室多级筛选的细菌、真菌、酵母菌等经反复多次复合而成的。与国内外其他产品相比，其菌种间协同性好、高效稳定、环境适应能力强、生长繁殖快、分解能力及产酶能力强。
畜禽粪便成分复杂，发酵过程中需要多种菌共同作用。单菌种制剂要么作用有限，要么被畜禽粪便中原有的优势菌群抑制而发挥不了作用。各菌种单独发酵混合而成的复合菌种制剂，各菌株间形成不了协同共生，在运输、储存过程中易死亡；进入畜禽粪便后，“各自为战”，作用无法良好的发挥出来。
本产品中含有的乳酸菌、酵母菌、放线菌、真菌、细菌、光合细菌等，经生产时的复合发酵过程，各类菌间已形成互利共生、协同作用的“集团军”状态。在运输、储存过程中，菌种损失较少；进入畜禽粪便后，这种“集团军”状态持续稳定的延续，各菌种迅速繁殖并发挥作用。
3、采用液态-固态多级综合发酵方式，产品菌数多、酶活高、环境适应性强。
4、产品采用液态-固态多级综合发酵方式，模拟堆肥升温-高温-降温过程，使产品中微生物生长趋势接近于自然堆肥。
5、市面上常见的产品多为液体制剂或菌种液态发酵后吸附于固态载体。液体制剂储存及运输不便，且微生物极易死亡，稳定性差。菌种液态发酵后吸附于固态载体，在吸附过程中，微生物易死亡、分布不均衡、产品酶活低。
6、产品是将各菌种进行液态高密度培养后混合制成复合微生物菌种，再接种于固态培养基上，模拟堆肥发酵过程发酵生产，使用时和自然堆肥的微生物演变过程高度契合，功能菌快速繁殖形成优势并发挥作用；且由于是固态原位发酵，发酵过程中产生大量的蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶，这些酶及功能微生物均匀的分布于产品中，形成一个小的稳定的微生态系统，菌数多、酶活高，功能菌和酶类物质共同作用，快速实现畜禽粪便的无害化处理。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1处理与对照堆肥期间温度变化；
图2为本发明实施例1处理与对照堆肥期间含水率变化；
图3为本发明实施例1处理与对照堆肥期间pH变化；
图4为本发明实施例1处理与对照种子发芽指数变化；
图5为本发明实施例1处理与对照堆肥期间C/N变化。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例及附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
将丁酸梭菌、酿酒酵母、植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌进行液体发酵后的单菌种发酵液按照重量比为15:20:15:40混合均匀制成复合液体菌种(所述丁酸梭菌菌种的活菌数≥109cfu/mL、酿酒酵母菌种的活菌数≥109cfu/mL，植物乳杆菌菌种、枯草芽孢杆菌菌种的活菌数≥108cfu/mL)。
按重量份数将稻壳粉60份，麸皮20份，玉米粉15份，豆粕15份，混合均匀成固体培养基；将复合液体菌种5份溶于水后加入固体培养基中，混合均匀；补足水分至水料重量比1:2。
将接种后的物料装入编织袋后放到发酵室进行发酵。
初始发酵条件是：含水率为48.0％，含复合液体菌种；初始pH为自然pH；初始温度为自然温度；接种量为物料总重量(不含加入的水)的5％。
物料温度于第1天上升至50-60℃，进行翻堆降温；后每隔24小时翻堆一次；翻堆4次以后，静置2天。
固体发酵结束时，测定物料水分为24.8％；测定其有效活菌数为16亿/g，纤维素酶活863U/g，蛋白酶活272U/g，pH为6.8，细度85％。
实施例2
将丁酸梭菌、酿酒酵母、植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌进行液体发酵后的单菌种发酵液按照重量比为15:20:15:40混合均匀制成复合液体菌种(所述丁酸梭菌菌种的活菌数≥109cfu/mL、酿酒酵母菌种的活菌数≥109cfu/mL，植物乳杆菌菌种、枯草芽孢杆菌菌种的活菌数≥108cfu/mL)。
将稻壳粉65份，麸皮20份，玉米粉10份，豆粕10份，混合均匀成固体培养基；将复合液体菌种5份溶于水后加入固体培养基中，混合均匀；补足水分至水料重量比2:3。
将接种后的物料装入编织袋后放到发酵室进行发酵。
初始发酵条件是：含水率为50.6％，含复合液体菌种；初始pH为自然pH；初始温度为自然温度；接种量为物料总重量(不含加入的水)的5％。
物料温度于第2天上升至50-60℃，进行翻堆降温；后每隔24小时翻堆一次；翻堆4次以后，静置2天。
固体发酵结束时，测定物料水分为28％；测定其有效活菌数为16亿/g，纤维素酶活806U/g，蛋白酶活281U/g，pH为6.6，细度87％。
试验例1牛粪堆肥发酵
1.1试验方法
将牛粪预晒使其水分为60％左右，处理组按照0.1％的比例接种有机物料腐熟剂，混拌均匀。CK组不做处理。每组堆料为5方，堆置成宽1.5米，高1.0米的条垛堆体。堆置28d，于第3d、7d、14d、21d、28d进行翻堆。
1.2测定指标与方法
1.2.1样品采集
于每次翻堆前采样。采样时使用木铲和冰盒，分别在堆体的上、中、下部位进行。采样量为200g左右，取50g鲜样用于含水率、pH和种子发芽指数测定；其余样品置于室温下风干后，用于测定其它指标。
1.2.2样品测定方法
(1)温度每2天在15:00(翻堆前)用温度计测定堆体温度。取粪堆四周和中心为测点，测点深25cm，取5点平均值作为堆体温度。
(2)含水率先烘干称量瓶至恒重，记下质量M1，称取样品M2 2±0.0001g，105℃烘干至恒重，称重M3，计算水分含量，按下式计算：
(3)pH取10g样品溶解于100mL蒸馏水中，搅拌15分钟，静置30分钟，用pH酸度计测定。
(4)种子发芽指数将上述溶液过滤，取上清液10mL于垫有滤纸的培养皿中，每个培养皿中放置20粒黄瓜种子，同时设置对照(去离子水)，然后置于培养箱中25℃培养48h，测定发芽率和根长，每个样品重复3次，按下式计算：
(5)有机质重铬酸钾法。
(6)P2O5钒钼酸铵比色法。
(7)总氮凯氏定氮法。
(8)K2O火焰光度法。
(9)表观指标堆肥开始后于每次翻倒前观察堆肥的颜色、气味、结构并记录。
2结果与分析
2.1温度
温度是堆肥过程中微生物活动状况的标志，是表观直接判断堆肥速度及腐熟度的指标。温度在50℃以上保持5～7天，是杀灭堆料中的致病微生物，保证堆肥卫生学指标合格和堆肥腐熟的重要条件。图1表明，添加有机物料腐熟剂的处理组堆置第2天堆温就迅速上升至55℃，且维持55℃以上近2周，并在整个堆肥周期都明显高于对照组。由此可见，处理组堆温高、高温期提前和延长，堆肥进程加快。
2.2含水率
堆肥含水率是影响堆肥效果的重要参数。堆肥中的微生物活性越强，堆温升高越快，水分蒸发越快，堆体水分下降越快。图2表明，添加有机物料腐熟剂的处理组由于堆温高，水分散失大，含水率下降明显，由初始含水率60％下降至30％。对照组含水率由初始60％下降至46％，下降较少且较缓慢。
2.3pH
微生物发酵对pH变化有明显影响。堆肥前期微生物发酵产生有机酸，会引起堆肥pH下降；中期随着有机酸的分解、蛋白质的降解及氨气的积累，堆肥pH升高；堆肥后期，随着氨气的挥发、蛋白质的彻底降解以及硝化作用的进行，pH逐渐回落。图3表明，添加有机物料腐熟剂的处理组pH变化较大，堆肥过程中物质代谢快，堆肥熟化速度快。
2.4种子发芽指数
未腐熟的粪便施用于植物时，其产生的毒性物质会抑制植物生长发育。当种子发芽指数达到80％时，可认为堆肥已经没有毒性或堆肥已经腐熟。图4表明，整个堆肥过程中，种子发芽指数一直呈上升趋势且添加有机物料腐熟剂的处理组明显高于对照组。堆肥结束时，处理组种子发芽指数达到85.1％，对照组仅为51.4％，说明处理组堆肥达到腐熟要求，对照组堆肥未达到腐熟要求。
2.5C/N
C/N是反映堆肥熟化与否的重要指标。当堆肥C/N下降至20以下时，表明堆肥已经腐熟。图5表明，添加有机物料腐熟剂的处理组C/N下降迅速，堆肥结束时，处理组C/N从起始的29.24降至18.56，堆肥已经腐熟。对照组C/N下降缓慢，从起始的29.24降至25.61，堆肥未腐熟。
2.6有机质，养分
堆肥前期，随着微生物的生长代谢，堆肥中容易被降解的有机物不断被分解，造成有机质的损失。堆肥后期，微生物代谢活动减弱，且以合成作用为主，形成大分子的腐植酸类物质，有机质含量趋于稳定。添加有机物料腐熟剂的处理组，有机质含量较对照组低，表明其较对照组发酵彻底，堆肥性质更稳定。
堆肥过程中，N、P2O5、K2O均有不同程度的提升。其中，N由于氨气的挥发造成一定量的损失，但损失量不足以和有机物减少的量相比，故N的相对含量不断上升。添加有机物料腐熟剂的处理组N含量高于对照组，表明添加有机物料腐熟剂可以减少堆肥中氮素的流失。
P2O5、K2O由于不可能通过挥发等形式损失，绝对含量基本不变。添加有机物料腐熟剂的处理组，由于有机物减少的量较对照组大，故P2O5、K2O的相对含量均高于对照组，表明添加有机物料腐熟剂可以增加P2O5、K2O的相对含量，详见表1。
表1处理和对照试验结束时有机质养分对比
2.7表观指标
新鲜牛粪为黄褐色，散发臭味，结块。经堆肥腐熟的堆肥，颜色为褐色至灰褐色、黑褐色，颗粒变小松散均匀，无恶臭味。添加有机物料腐熟剂的处理组在堆肥结束时，堆肥物料呈暗褐色(腐植酸类物质形成，其呈深褐色)，有微土腥味(放线菌大量繁殖，产生土腥味物质)，松散无团块。对照组较堆肥初期变化不大，详见表2。
表2处理和对照堆肥过程中表观指标对比
本试验结果表明，牛粪堆肥时，添加本发明实施例1所得有机物料腐熟剂可提高堆温、提前和延长高温期，加快堆肥进程，杀灭堆肥中的有害生物；可降低堆肥含水率；可促进堆肥过程中物质代谢，加快堆肥熟化速度，降低堆肥C/N，提升堆肥稳定性；提高堆肥种子发芽指数高，消除堆肥对植物的毒害；提高堆肥N、P2O5、K2O含量；堆肥结束时，堆肥物料呈暗褐色，有微土腥味，无恶臭味，松散无团块，符合国家对堆肥产品外观要求。
2.8产品技术参数
本产品主要技术参数如下表1。
表1本产品主要技术指标
2.9产品功能
通过多种功能微生物菌种的提纯、筛选、组合，以及液态-固态多级综合发酵技术的集成制成的有机物料腐熟剂，用于畜禽粪便堆肥发酵，具有升温快、高温期持续时间长、脱水减量快、强力降解、快速腐熟、除臭杀菌、富集养分等特点，具体见表2。
表2技术指标对比
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种有机物料腐熟剂，由复合菌液接种固体培养基经发酵得来；其中，复合菌液为丁酸梭菌、酿酒酵母、植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌经液体发酵后混合而成。
2.根据权利要求1所述的有机物料腐熟剂，其特征在于：丁酸梭菌菌种、酿酒酵母菌种、植物乳杆菌菌种、枯草芽孢杆菌菌种的重量比为(10-15):(20-25):(10-20):(35-45)；优选的，所述丁酸梭菌菌种、酿酒酵母菌种、植物乳杆菌菌种、枯草芽孢杆菌菌种的重量比为15:20:15:40。
3.根据权利要求1所述的有机物料腐熟剂，其特征在于：所述丁酸梭菌菌种活菌数不得少于109cfu/mL，酿酒酵母菌种的活菌数不得少于109cfu/mL，植物乳杆菌菌种、枯草芽孢杆菌菌种的活菌数不得少于108cfu/mL。
4.权利要求1所述的有机物料腐熟剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将丁酸梭菌、酿酒酵母、植物乳杆菌和枯草芽孢杆菌进行液体发酵，获得液体菌种，按照比例混合后制成复合菌液；
(2)复合菌液接种于固体培养基进行发酵，所述固体培养基各组分按重量份数计：稻壳粉50-60份，麸皮15-25份，玉米粉5-15份，豆粕10-20份，复合液体菌种接种量为5-10份，水料重量比为1:2-2:3，各组分充分混合均匀得到；
(3)固体培养基发酵结束时，测定物料水分，控制水分含量≤30wt％；将物料粉碎，过2mm筛，测定其有效活菌数为5-20亿/g，纤维素酶活400-1000U/g，蛋白酶活50-300U/g，水分为20-30％，pH为6.5-7.5，细度80-100％，即制成有机物料腐熟剂。
5.根据权利要求4所述的有机物料腐熟剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中固体培养基进行发酵的方法包括：将复合液体菌种用水稀释后加入固体培养基中，混合均匀；加水；将接种后的物料装入编织袋后放到发酵室进行发酵。
6.根据权利要求4所述的有机物料腐熟剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中固体培养基进行发酵的初始发酵条件是：含水率为40-50％，含复合液体菌种；初始pH为自然pH；初始温度为自然温度；接种量为物料总重量的5-10％。
7.根据权利要求4所述的有机物料腐熟剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中固体培养基进行发酵过程还进行翻堆，当物料温度上升至50℃以上时，进行翻堆降温；发酵第三天温度未到50℃时，翻堆增氧；第一次翻堆后，每隔24小时翻堆一次；翻堆4次以后，静置2-3天；培养时间为7-10天。
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