CN114702354A - 一种高值化餐厨废弃物生物有机肥的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的一种高值化餐厨废弃物生物有机肥的制备方法及应用，包括以下步骤：餐厨废弃物预处理、堆肥处理、贝莱斯芽孢杆菌接种和陈化处理等步骤。本发明的有益效果是：通过高温好氧发酵能有效避免地下水污染和空气污染，同时利用高温好氧发酵能有效杀灭病原菌，外源添加生防菌种，能够提升堆肥品质，赋予餐厨废物有机肥促进植物生长和防治土传病害的特性，能极大改善餐厨废弃物的环境污染和资源浪费问题，并且能有效改善土壤环境，防治番茄青枯病。
Description
技术领域
本发明属于固体有机废弃物处理领域，尤其涉及一种餐厨废弃物高效磷肥的制备方法及应用。
背景技术
目前，我国餐厨废弃物年产量超过9000万吨，并且以每年10%的速度增长，餐厨废弃物包括餐厅等商业设施、学校和工厂食堂等产生的食品残渣和废弃物。国内外处理餐厨废弃物的主要方式为填埋、焚烧和生物肥料法。其中填埋处理废弃物效率高，但易产生臭气，污染地下水；焚烧产生的热量可供发电使用，但由于餐厨废弃物高含水量，会消耗更多能量，同时会污染空气；生物肥料法是利用餐厨废弃物中含有的有机物，通过好氧堆肥或厌氧发酵技术变成肥料。目前国内外运用较多的是将餐厨废物进行高温好氧堆肥，并且通过添加微生物菌剂，有效加速餐厨废弃物中有机物质的分解，促进堆肥物料的腐熟。但是餐厨废物制备的有机肥的多功能性不足，往往只在改良土壤方面具有一定功能的，在促进植物生长以及防治土传病害方面存在不足。
番茄青枯病是一种毁灭性病害，常用的防控方法包括抗病品种培育、化学防治、农业措施和生物防治。其中生物防治是绿色可持续的一种控制青枯发病率的方法，通过利用有益细菌（90%）和真菌（10%）所具有的拮抗作用、争夺营养和空间、寄生作用、诱导系统抗性以及产生降解细胞壁和铁载体的酶等机制抑制青枯病的传播。
施用到土壤中的微生物在土壤中存活和定殖量随时间不断递减，因此利用有机基质（有机肥）作为微生物载体不仅可以提高生防微生物在土壤中的存活率并维持强抗病能力，又可为餐厨废弃物资源高值化利用提供新的途径。
发明内容
为了克服现有技术中的至少部分缺陷，本发明提供了一种餐厨废弃物高效磷肥的制备方法，制备出的磷肥能够促进难溶性磷的活化，改善堆肥效果。
本发明提供一种高值化餐厨废弃物生物有机肥的制备方法，包括以下步骤：
餐厨废弃物预处理：将木屑和餐厨废弃物混合，形成堆肥混合物，将所述堆肥混合物含水率调整到50%-60%、C/N调整到为20%-30%后即得堆肥物料；
堆肥处理：将堆肥物料进行高温好氧发酵，曝气量为6 min-1L-1，控制时间为每30min曝气20min，连续堆肥30d，每隔24 h对堆肥温度进行测量，堆体温度超过60℃进行翻堆；
贝莱斯芽孢杆菌接种：待堆肥物料从高温期开始下降到45℃时，将堆肥混合物置于搅拌机中，转速80r/min的速度进行搅拌，搅拌的同时通过喷施方法外源添加高活性贝莱斯芽孢杆菌菌液，接种的高活性贝莱斯芽孢杆菌菌液的活菌浓度在109-1011cfu/ml，接种量为不少于8%；
陈化处理：在室温下陈化10-15天，即获得餐厨废弃物生物有机肥；
所述贝莱斯芽孢杆菌菌液的制备方法为：提取贝莱斯芽孢杆菌接种一环至100 mL的 LB液体培养基，然后在37℃的温度下的摇床中培养18h，摇床的震荡速度为220r/min，通过浓缩或扩增培养使得发酵液浓度在109 cfu/mL以上，即获得高活性贝莱斯芽孢杆菌发酵液。
进一步地，所述LB固体培养基的制备方法为：
提供10g的胰蛋白胨，5g的酵母提取物，10g的NaCl和20g的琼脂粉，加入1 000 mL的蒸馏水中，然后将pH调节至7.0。
进一步地，所述堆肥混合物按重量百分比计：包括10%-30%的木屑和70%-90%的餐厨废弃物。
进一步地，所述贝莱斯芽孢杆菌菌液的接种量为8%-15%。
一种高值化餐厨废弃物生物有机肥在番茄病虫害防治中的应用，应用权利要求上述高值化餐厨废弃物生物有机肥的制备方法制备而成的餐厨废弃物生物有机肥，所述餐厨废弃物生物有机肥用于番茄病虫害防治，所述病虫害为番茄青枯病。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过高温好氧发酵能有效避免地下水污染和空气污染，同时利用高温好氧发酵能有效杀灭病原菌，外源添加生防菌种，能够提升堆肥品质，赋予餐厨废物有机肥促进植物生长和防治土传病害的特性，能极大改善餐厨废弃物的环境污染和资源浪费问题，并且能有效改善土壤环境，防治番茄青枯病。
附图说明
图1是高值化餐厨废弃物生物有机肥的制备方法的步骤示意图；
图2为实施例1中番茄幼苗的基因表达量示意图；
图3为实施例2中番茄幼苗的基因表达量示意图；
图4为实施例3中番茄幼苗的基因表达量示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
微生物来源
贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)，分离自番茄根际土壤，保藏地点为 中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，菌株编号为：BER1，菌株保 藏号为：CGMCCNo.23398，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号， 保藏日期为2021年9月13日。
名词解释
C/N，碳氮比，是指有机物中碳的总含量与氮的总含量的比值。
实施例1
步骤1：将从餐馆、酒店等回收的餐厨垃圾倒入粉碎机中破碎沥干；
步骤2：取步骤1得到的餐厨垃圾7 kg，添加木屑3 kg，使得混合物的含水率为60%，C/N为30%，搅拌均匀；
步骤3：将步骤2得到的将混合物中进行高温好氧发酵，曝气量为6 min-1L-1，控制时间为每30min曝气20min，堆肥进行30d，每24 h测量温度，堆体温度超过60℃进行翻堆一次。
步骤4：待堆肥物料从高温期开始下降到45℃时，将堆肥物料置于搅拌机中，转速80转每分钟，并通过喷施方法外源添加高活性生防菌种贝莱斯芽孢杆菌（Bacillusvelezensi），接种活菌浓度2×109cfu/ml，接种量为15%。
步骤5：在室温下陈化15天，即获得餐厨废弃物生物有机肥。
步骤6：温室实验验证制备生物有机肥对番茄青枯病的防治效果。
实施2
步骤1：将从餐馆、酒店等回收的餐厨垃圾倒入粉碎机中破碎沥干；
步骤2：取步骤1得到的餐厨垃圾8 kg，添加木屑2 kg，使得混合物的含水率为55%，C/N为25%，搅拌均匀；
步骤3：将步骤2得到的将混合物中进行高温好氧发酵，曝气量为6 min-1L-1，控制时间为每30min曝气20min，堆肥进行30d，每24 h测量温度，堆体温度超过60℃进行翻堆一次。
步骤4：待堆肥物料从高温期开始下降到45℃时，将堆肥物料置于搅拌机中，转速80转每分钟，并通过喷施方法外源添加高活性生防菌种贝莱斯芽孢杆菌（Bacillusvelezensi），接种活菌浓度2×1010cfu/ml，接种量为12%。
步骤5：在室温下陈化13天，即获得餐厨废弃物生物有机肥。
步骤6：温室实验验证制备生物有机肥对番茄青枯病的防治效果。
实施3
步骤1：将从餐馆、酒店等回收的餐厨垃圾倒入粉碎机中破碎沥干；
步骤2：取步骤1得到的餐厨垃圾9 kg，添加木屑1 kg，使得混合物的含水率为50%，C/N为20%，搅拌均匀；
步骤3：将步骤2得到的将混合物中进行高温好氧发酵，曝气量为6 min-1L-1，控制时间为每30min曝气20min，堆肥进行30d，每24 h测量温度，堆体温度超过60℃进行翻堆一次。
步骤4：待堆肥物料从高温期开始下降到45℃时，将堆肥物料置于搅拌机中，转速80转每分钟，并通过喷施方法外源添加高活性生防菌种贝莱斯芽孢杆菌（Bacillusvelezensi），接种活菌浓度2×1011cfu/ml，接种量为8%。
步骤5：在室温下陈化10天，即获得餐厨废弃物生物有机肥。
步骤6：温室实验验证制备生物有机肥对番茄青枯病的防治效果。
为了对本发明的高值化餐厨废弃物生物有机肥的制备方法制备而成的餐厨废弃物生物有机肥在番茄病虫害防治中的作用，做进一步证明，发明人针对本申请分将三个实施例和对照例进行了对比试验，并对试验结果的各项指标进行了检测，试验步骤如下：
将穴盘中番茄幼苗培养至4叶期后移栽至容积约为350 cm3的一次性塑料杯中（基质为东北黑土：蛭石：珍珠岩：餐厨废弃物生物有机肥，按照3:1:1:1比例均匀混合），每个盆钵1株苗，移栽3天后接种20 ml青枯菌（1×105 cfu/ml），对照组中（基质为东北黑土：蛭石：珍珠岩）接种20 ml青枯菌（1×105 cfu/ml），每个处理包含24棵幼苗。幼苗在16 h/8 h（昼/夜）光周期，32 °C温度，90%相对湿度的温室条件下生长，接种病原菌后每天观察其发病情况，10天后按照表1病害分级标准计算防病效果。
表1病害分级标准表
| 病情级数 | 感染的症状和体征 |
| 0 | 健康幼苗没有叶片萎蔫，全株为绿色叶片。 |
| 25％ | 部分叶片枯黄萎蔫(＜25％) |
| 75％ | 部分叶片枯黄萎蔫(＞25％并且＜75％) |
| 100％ | 部分叶片枯黄萎蔫(＞75％)或者植株死亡 |
病害严重度和生物防效计算公式：
青枯病病害严重度(％)＝(∑(各病级株数×各病情指数))/(调查总株数×青枯病 最高病情指数)×100，
生防效果(％)＝(对照病害严重度－处理病害严重度)/对照病害严重度×100，计算结果如下表所示：
表2生防效果对照表
参照上表，可以明确看出，将本发明中高值化餐厨废弃物生物有机肥的制 备方法制备而成的餐厨废弃物生物有机肥添加到番茄幼苗的生长基质中，能够 显著提高生防效果，尤其是当餐厨废弃物生物有机肥中接种的贝莱斯芽孢杆菌 接种量为15％时，能够达到最优的番茄青枯病防治效果。
为了进一步佐证餐厨废弃物生物有机肥对番茄青枯病的防治效果，餐厨废弃物生物有机肥对番茄抗病防卫基因的转录水平测试，具体包括以下步骤：在温室条件下接种番茄青枯病后第10天，采集不同处理中番茄幼苗等部位叶片0.5g，并迅速置于液氮中保存。用TRIpure Reagent试剂提取番茄叶片的总RNA，反转录为cDNA，以适量的cDNA为模板进行荧光定量PCR反应。在荧光定量PCR仪CFX 96上分析测定基因（病原相关蛋白PR1α基因、抗病相关酶过氧化物酶POD基因、吲哚乙酸（IAA）信号通路应答关键基因ctd1、乙烯（ETH）信号通路应答关键基因ERF2）的表达情况。以真核生物内保守表达的SlActin作为对照，采用ΔΔCT方法[19,30]进行试验数据处理，每个处理重复3次。
转录水平测试结果如图2、图3和图4所示，由转录水平测试结果可以明确看出，采用实施例1中的高值化餐厨废弃物生物有机肥的制备方法制备而成的高值化餐厨废弃物生物有机肥培育的番茄幼苗的基因相对表达量最高，由此可见，当贝莱斯芽孢杆菌的接种量为15%时，番茄幼苗抗拒番茄青枯病的能力更加优异。
以上所述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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种高值化餐厨废弃物生物有机肥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
餐厨废弃物预处理：将木屑和餐厨废弃物混合，形成堆肥混合物，将所述堆肥混合物含水率调整到50%-60%、C/N调整到为20%-30%后即得堆肥物料；
堆肥处理：将堆肥物料进行高温好氧发酵，曝气量为6 min-1L-1，控制时间为每30min曝气20min，连续堆肥30d，每隔24 h对堆肥温度进行测量，堆体温度超过60℃进行翻堆；
贝莱斯芽孢杆菌接种：待堆肥物料从高温期开始下降到45℃时，将堆肥混合物置于搅拌机中，转速80r/min的速度进行搅拌，搅拌的同时通过喷施方法外源添加高活性贝莱斯芽孢杆菌菌液，接种的高活性贝莱斯芽孢杆菌菌液的活菌浓度在109-1011cfu/ml，接种量为不少于8%；
陈化处理：在室温下陈化10-15天，即获得餐厨废弃物生物有机肥；
所述贝莱斯芽孢杆菌菌液的制备方法为：提取贝莱斯芽孢杆菌接种一环至100 mL的LB液体培养基，然后在37℃的温度下的摇床中培养18h，摇床的震荡速度为220r/min，通过浓缩或扩增培养使得发酵液浓度在109 cfu/mL以上，即获得高活性贝莱斯芽孢杆菌发酵液。
2.根据权利要求1所述的餐厨废弃物高效磷肥的制备方法，其特征在于，所述LB固体培养基的制备方法为：
提供10g的胰蛋白胨，5g的酵母提取物，10g的NaCl和20g的琼脂粉，加入1 000 mL的蒸馏水中，然后将pH调节至7.0。
3.根据权利要求1所述的餐厨废弃物高效磷肥的制备方法，其特征在于，所述堆肥混合物按重量百分比计：包括10%-30%的木屑和70%-90%的餐厨废弃物。
4.根据权利要求1所述的餐厨废弃物高效磷肥的制备方法，其特征在于，所述贝莱斯芽孢杆菌菌液的接种量为8%-15%。
5.一种高值化餐厨废弃物生物有机肥在番茄病虫害防治中的应用，其特征在于，应用权利要求1-4任一项高值化餐厨废弃物生物有机肥的制备方法制备而成的餐厨废弃物生物有机肥，所述餐厨废弃物生物有机肥用于番茄病虫害防治，所述病虫害为番茄青枯病。
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| 徐欣韵 等: "番茄青枯病拮抗菌的定向筛选及其抗病促生机制研究", 《微生物学报》 * |
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