CN113526990B - 一种以紫茎泽兰为基质的有机肥的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种以紫茎泽兰为基质的有机肥的制备方法，其特征在于：将紫茎泽兰粉碎，其含水量为50~60%，加入脱毒发酵菌剂，发酵助剂混合均匀，堆放40~50天，紫茎泽兰呈黑褐色，所述脱毒发酵菌剂是由铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）、土生链格孢菌（Alternaria humicola）和拟青霉（Paecilomyces）组成，发酵助剂由尿素、过氧化钙和碳酸镁组成。本发明制备的有机肥中紫茎泽兰在较短时间内被充分腐化、发酵周期从自然堆肥的90天以上缩短至40~50天，发酵周期缩短了50%，腐殖质含量较自然堆肥提高了3.28倍，有机质含量较自然堆肥提高61.5%此外堆肥中有毒的化感物质羟基泽兰酮（DTD）、泽兰二酮（HHO）较堆肥发酵前降低了95%以上，倍半萜类化感物质去除率达到98%以上。

Description

一种以紫茎泽兰为基质的有机肥的制备方法
技术领域
本发明涉及农业堆肥技术领域，具体涉及一种以紫茎泽兰为基质的有机肥的制备方法。
背景技术
紫茎泽兰是我国危害严重的外侵植物，分布广、生长快、生物量大，富含有机质、氮、磷、钾和微量元素，是重要的有机肥源，但是，紫茎泽兰内部含有倍半萜类、甾类、三萜类、黄酮类、苯丙素分类和单萜等多种植物次级代谢产物，其中倍半萜类物质占比最大，达到95％以上，在堆肥过程中，倍半萜类物质种的泽兰二酮、羟基泽兰酮等化感物质具有动物、植物和物生物毒性，会抑制堆肥发酵微生物的活动，发酵过程中整体发酵温度较低，妨碍有机质矿化和腐殖化，导致发酵周期较长，长达3个月以上，且很难实现彻底降解，且其根、茎和叶子均可再生繁殖，降解不彻底的紫茎泽兰施入土壤，反而会引入紫茎泽兰的肆意生长和繁殖，对土壤中的微生物活动、农作物的生长存在极强的抑制作用。
因此，想要以紫茎泽兰作为基质进行堆肥发酵，需要克服的技术难点是：发酵周期较长，增加发酵成本；紫茎泽兰无法进行彻底降解，进入土壤后会重新生长繁殖；堆肥中残留毒素，对植物生长造成抑制。
发明内容
本发明目的在于一种以紫茎泽兰为基质的有机肥的制备方法。
本发明目的通过如下技术方案实现：
一种以紫茎泽兰为基质的有机肥的制备方法，其特征在于，将紫茎泽兰粉碎，其含水量控制为50～60％，加入脱毒发酵菌剂和发酵助剂混合均匀，堆放40～50天，紫茎泽兰呈黑褐色，所述脱毒发酵菌剂是由铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、土生链格孢菌(Alternaria humicola)和拟青霉(Paecilomyces)组成，发酵助剂由尿素、过氧化钙和碳酸镁组成。
进一步，上述铜绿假单胞菌保藏编号为CGMCC 1.7418，土生链格孢菌的保藏编号为CGMCC 3.2917，拟青霉的保藏编号为CCTCC NF 20081125。均为市售产品。
在堆肥降解紫茎泽兰过程中发现，紫茎泽兰由于其毒性物质的存在，微生物的降级效率极低，发酵过程中整体发酵温度较低，紫茎泽兰中富含的纤维素、半纤维素和木质纤维素等大分子在较差的降解环境下，很难被彻底分解为小分子，导致发酵时间很长，其次，有机质无法达到彻底矿化和腐殖化，其种子等依然存在活性，作为肥料施入，对农作物的生长存在极大的抑制作用。
本发明中采用铜绿假单胞菌对于紫茎泽兰中的9-羰基-10Hα泽兰酮、9-羰基-10Hβ泽兰酮等、9-羰基-10,11-去氢泽兰酮、9β-羟基泽兰酮等化感物质起到脱毒的作用，同时铜绿假单胞菌、土生链格孢菌和拟青霉协同降解相互缠绕的纤维素、半纤维素和木质素大分子，使得紫茎泽兰快速降解，缩短了发酵周期。铜绿假单胞菌优先快速降解纤维素，破坏了紫茎泽兰中木质纤维素的缠绕结构，随着降解进行，随着温度上升，土生链格孢菌和拟青霉生长分别产生的木聚糖酶和漆酶在较高温度下具备高活性，分别降解半纤维素和木质素，木聚糖酶为漆酶降解木质素过程中传递电子，提高其催化降解能力，抑制降解产物的重新聚合，错开了纤维素酶和漆酶的对纤维素和木质素的降解过程，克服了同一体系中漆酶对于纤维素酶活性产生抑制的问题。
随着发酵的进行，由于土生链格孢菌的作用，破坏了铜绿假单胞菌生物膜，降低了铜绿假单胞菌的脱毒能力，脱毒效率会逐渐下降，最终堆肥脱毒不彻底。
在发酵过程中，加入发酵助剂，其中尿素有效调节体系的碳氮比，来适应微生物的生长，过氧化钙在特定的含水量下，缓慢与水反应，起到调节体系pH环境、增加堆肥温度的同时，产生氧气，调节堆肥中的氧含量，形成的局部氧浓度差，调节了铜绿假单胞菌的生理活性，增强其对有毒物质的降解能力，碳酸镁与发酵过程中产生的铵根离子、二氧化碳气体反应生成碳酸氢铵，作为铜绿假单胞菌的氮源，促进其生长，由于助剂中引入了Mg2+和Ca2+，以及紫茎泽兰自身富含的Mg2+和Ca2+，Ca2+促进铜绿假单胞菌细胞外多糖的释放，带正电的Mg2+与带负电的细胞外多糖产生电荷吸引，增加了细菌多糖的聚集，从而增强了绿假单胞菌的粘性，提高生物膜的稳定性，抑制了土生链格孢菌对于铜绿假单胞菌的生物膜的破坏，从而促进了体系中铜绿假单胞菌的脱毒和降解纤维素的能力，此外，Ca2+的引入还能一定程度上增强漆酶的活性。
进一步，上述脱毒发酵菌剂中铜绿假单胞菌、土生链格孢菌和拟青霉的质量比为2.5～3:0.5～1:0.5～1。
进一步，上述发酵助剂中尿素、过氧化钙和碳酸镁的质量比为1:1～1.5:0.5～1。
进一步，上述紫茎泽兰、脱毒发酵菌剂和发酵助剂的质量比为400～500:1:1.5～2。
优选的，紫茎泽兰、脱毒发酵菌剂和发酵助剂的质量比为450:1:1.5。
一种以紫茎泽兰为基质的有机肥的制备方法，按如下步骤进行：
(1)制备脱毒发酵菌剂：将土生链格孢菌和拟青霉按照常规方式分别活化、培养至菌液中活菌数达到3.0×109cfu/g，活化的培养基为PDA培养基：马铃薯200g/L，葡萄糖20g/L，琼脂15g/L；
铜绿假单胞菌活化至活菌数为3.0×109cfu/g，活化的培养基：初始pH值7.5，牛肉膏3.0g/L、NaCl 4g/L、蛋白胨添加量14.82g/L,Mg2+添加量1g/L；
将上述活化后的铜绿假单胞菌、土生链格孢菌和拟青霉按照2.5～3:0.5～1:0.5～1的质量比进行混合；
铜绿假单胞菌保藏编号为CGMCC 1.7418，土生链格孢菌的保藏编号为CGMCC3.2917，拟青霉的保藏编号为CCTCC NF 20081125；
(2)堆肥发酵：将紫茎泽兰，将其粉碎成5～10cm长度，其含水量控制为50～60％，依次撒入脱毒发酵菌剂，然后加入由尿素、过氧化钙和硫酸镁按照质量比为1:1～1.5:0.5～1组成的发酵助剂，混合均匀，堆高至20～30cm，紫茎泽兰、脱毒发酵菌剂和发酵助剂的质量比为400～500:1:1.5～2，堆放40～50天，紫茎泽兰完全呈黑褐色。
本发明具有如下技术效果：
本发明制备的紫茎泽兰基有机肥富含丰富的氮、磷、钾、钙、镁等元素，同时紫茎泽兰在较短时间内被充分腐化、发酵周期从自然堆肥的90天以上缩短至40～50天，发酵周期缩短了50％，腐殖质含量较自然堆肥提高了3.28倍，有机质含量较自然堆肥提高61.5％，此外堆肥中有毒的化感物质羟基泽兰酮(DTD)、泽兰二酮(HHO)较堆肥发酵前降低了95％以上，倍半萜类化感物质去除率达到98％以上。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
一种以紫茎泽兰为基质的有机肥的制备方法，按如下步骤进行：
(1)制备脱毒发酵菌剂：将土生链格孢菌和拟青霉按照常规方式分别活化、培养至菌液中活菌数达到3.0×109cfu/g，活化的培养基为PDA培养基：马铃薯200g/L，葡萄糖20g/L，琼脂15g/L；
铜绿假单胞菌活化至活菌数为3.0×109cfu/g，活化的培养基：初始pH值7.5，牛肉膏3.0g/L、NaCl 4g/L、蛋白胨添加量14.82g/L,Mg2+添加量1g/L；
将上述活化后的铜绿假单胞菌、土生链格孢菌和拟青霉按照2.5:0.5:1的质量比进行混合。
铜绿假单胞菌保藏编号为CGMCC 1.7418，土生链格孢菌的保藏编号为CGMCC3.2917，拟青霉的保藏编号为CCTCC NF 20081125；
(2)堆肥发酵：将紫茎泽兰，将其粉碎成5～10cm长度，其含水量为50％，依次撒入脱毒发酵菌剂，然后加入由尿素、过氧化钙和硫酸镁按照质量比为1:1:0.5，堆高至20～30cm，堆放40天后，紫茎泽兰完全呈黑褐色，紫茎泽兰、脱毒发酵菌剂和发酵助剂的质量比为400:1:1.5。
实施例2
一种以紫茎泽兰为基质的有机肥的制备方法，按如下步骤进行：
(1)制备脱毒发酵菌剂：将土生链格孢菌和拟青霉按照常规方式分别活化、培养至菌液中活菌数达到3.0×109cfu/g，活化的培养基为PDA培养基：马铃薯200g/L，葡萄糖20g/L，琼脂15g/L；
铜绿假单胞菌活化至活菌数为3.0×109cfu/g，活化的培养基：初始pH值7.5，牛肉膏3.0g/L、NaCl 4g/L、蛋白胨添加量14.82g/L,Mg2+添加量1g/L；
将上述活化后的铜绿假单胞菌、土生链格孢菌和拟青霉按照3:1:0.5的质量比进行混合。
铜绿假单胞菌保藏编号为CGMCC 1.7418，土生链格孢菌的保藏编号为CGMCC3.2917，拟青霉的保藏编号为CCTCC NF 20081125；
(2)堆肥发酵：将紫茎泽兰，将其粉碎成5～10cm长度，其含水量为60％，依次撒入脱毒发酵菌剂，然后加入由尿素、过氧化钙和硫酸镁按照质量比为1:1.5:1的发酵助剂，堆高至20～30cm，堆放50天后，紫茎泽兰完全呈黑褐色，紫茎泽兰、脱毒发酵菌剂和发酵助剂的质量比为500:1:2。
实施例3
一种以紫茎泽兰为基质的有机肥的制备方法，按如下步骤进行：
(1)制备脱毒发酵菌剂：将土生链格孢菌和拟青霉按照常规方式分别活化、培养至菌液中活菌数达到3.0×109cfu/g，活化的培养基为PDA培养基：马铃薯200g/L，葡萄糖20g/L，琼脂15g/L；
铜绿假单胞菌活化至活菌数为3.0×109cfu/g，活化的培养基：初始pH值7.5，牛肉膏3.0g/L、NaCl 4g/L、蛋白胨添加量14.82g/L,Mg2+添加量1g/L；
将上述活化后的铜绿假单胞菌、土生链格孢菌和拟青霉按照2.6:0.5:0.8的质量比进行混合。
铜绿假单胞菌保藏编号为CGMCC 1.7418，土生链格孢菌的保藏编号为CGMCC3.2917，拟青霉的保藏编号为CCTCC NF 20081125；
(2)堆肥发酵：将紫茎泽兰，将其粉碎成5～10cm长度，其含水量为55％，依次撒入脱毒发酵菌剂，然后加入由尿素、过氧化钙和硫酸镁按照质量比为1:1.2:0.8的发酵助剂混合均匀，堆高至20～30cm，堆放46天后，紫茎泽兰完全呈黑褐色，紫茎泽兰、脱毒发酵菌剂和发酵助剂的质量比为450:1:1.5。
自然堆肥，发酵周期长达90天以上，本发明较自然堆肥发酵缩短了50％左右,且发酵过程中无需人工进行翻堆。
根据全国有机肥料品质四要素分级标准和全国有机肥料品质总分分级标准对上述六组紫茎泽兰有机肥进行有机肥品质评价，具体如表1所示。
表1：各实施例完全发酵后的堆肥中各元素的含量
含量(％) 实施例1 实施例2 实施例3 自然堆肥
N 2.99 3.06 2.92 1.88
P 0.78 0.81 0.86 0.52
K 3.66 4.06 3.91 2.65
Ca 3.05 2.98 2.92 1.46
Mg 0.598 0.586 0.643 0.194
腐殖质 9.92 9.69 9.74 2.32
有机质 62.19 64.24 65.78 40.73
总养分 8.13 7.92 7.88 6.13
降解后的紫茎泽兰堆肥中富含丰富的氮、磷、钾、钙、镁等元素，成分含量均超过二级有机肥的标准，其中腐殖质含量较自然堆肥提高了3.28倍，有机质含量较自然堆肥提高61.5％。
对比例1
与实施例3不同的是，采用氧化钙取代过氧化钙，其余步骤不变，经70天发酵后，紫茎泽兰完全呈黑褐色。
对比例2
与实施例3不同的是，采用硫酸镁取代碳酸镁，其余步骤不变，经65天发酵后，紫茎泽兰完全呈黑褐色。
通过对堆肥中的化感物质的检测，随着发酵时间的延长，DTD和HHO的含量变化如表2。
表2：DTD和HHO在堆肥降解过程中的含量变化
Figure BDA0003242812010000071
本发明制备的紫茎泽兰基有机肥中，倍半萜类化感物质去除率达到98％以上，由表中可知，本发明中铜绿假单胞菌在前10天脱毒效率较高，脱毒率达到50％以上，之后DTD和HHO的分解逐渐变缓慢。这是由于后期温度上升后，土生链格孢菌和拟青霉开始作用，产生木聚糖酶和漆酶，降解紫茎泽兰，使得脱毒进程变缓慢，但最终DTD和HHO的去除率均达到95％以上。对比例1中由于没有氧含量的调控，铜绿假单胞菌的脱毒效率不高，同时氧化钙遇水快速放热，使得土生链格孢菌和拟青霉快速产生相应的酶开始产生作用，抑制了铜绿假单胞菌脱毒和纤维素的活性，导致紫茎泽兰中的有毒物质无法达到有效清除，同时降解速率下降，延长了整个发酵周期。对比例2中硫酸镁的加入，与堆肥反应中产生的NH3和CO2反应，生成的物质是碳酸镁和硫酸铵，氮源发生改变，导致铜绿杆菌的生长发生改变，从而降低了脱毒效率，也延长了发酵周期。

Claims (6)

1.一种以紫茎泽兰为基质的有机肥的制备方法，其特征在于：将紫茎泽兰粉碎，其含水量为50~60%，加入脱毒发酵菌剂，发酵助剂混合均匀，堆放40~50天，紫茎泽兰呈黑褐色，所述脱毒发酵菌剂是由铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）、土生链格孢菌（Alternaria humicola ）和拟青霉（Paecilomyces）组成，发酵助剂由尿素、过氧化钙和碳酸镁组成；所述铜绿假单胞菌保藏编号为CGMCC 1.7418，土生链格孢菌的保藏编号为CGMCC3.2917，拟青霉的保藏编号为CCTCC NF 20081125。
2.如权利要求1所述的一种以紫茎泽兰为基质的有机肥的制备方法，其特征在于：所述脱毒发酵菌剂中铜绿假单胞菌、土生链格孢菌和拟青霉的质量比为2.5~3:0.5~1:0.5~1。
3.如权利要求1或2所述的一种以紫茎泽兰为基质的有机肥的制备方法，其特征在于：所述发酵助剂中尿素、过氧化钙和碳酸镁的质量比为1:1~1.5:0.5~1。
4.如权利要求3所述的一种以紫茎泽兰为基质的有机肥的制备方法，其特征在于：所述紫茎泽兰、脱毒发酵菌剂和发酵助剂的质量比为400~500:1:1.5~2。
5.如权利要求1或2所述的一种以紫茎泽兰为基质的有机肥的制备方法，其特征在于：所述紫茎泽兰、脱毒发酵菌剂和发酵助剂的质量比为400~500:1:1.5~2。
6.一种以紫茎泽兰为基质的有机肥的制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：
（1）制备脱毒发酵菌剂：将土生链格孢菌和拟青霉按照常规方式分别活化、培养至菌液中活菌数达到3.0×109cfu/g，活化的培养基为PDA培养基：马铃薯 200 g/L ，葡萄糖 20g/L，琼脂 15 g/L；
铜绿假单胞菌活化至活菌数为3.0×109cfu/g，活化的培养基：初始pH值7.5，牛肉膏3.0g/L、NaCl 4g/L、蛋白胨添加量14.82g/L, Mg2+添加量1g/L；
将上述活化后的铜绿假单胞菌、土生链格孢菌和拟青霉按照2.5~3:0.5~1:0.5~1的质量比进行混合；
铜绿假单胞菌保藏编号为CGMCC 1.7418，土生链格孢菌的保藏编号为CGMCC 3.2917，拟青霉的保藏编号为CCTCC NF 20081125；
（2）堆肥发酵：将紫茎泽兰，将其粉碎成5~10cm长度，其含水量控制为50~60%，依次撒入脱毒发酵菌剂，然后加入由尿素、过氧化钙和硫酸镁按照质量比为1:1~1.5:0.5~1组成的发酵助剂，混合均匀，堆高至20~30cm，堆放40~50天，紫茎泽兰完全呈黑褐色，紫茎泽兰、脱毒发酵菌剂和发酵助剂的质量比为400~500:1:1.5~2。
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