CN115125173A - 生物炭基微生物菌剂及其制备方法与应用 - Google Patents

生物炭基微生物菌剂及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种生物炭基微生物菌剂及其制备方法与应用。所述生物炭基微生物菌剂由生物炭与复合菌剂混合而成；其中，所述生物炭为700℃‑750℃高温下制备的竹炭；所述复合菌剂的活性成分为就地堆肥地芽孢杆菌和绵毛状嗜热霉。将所述生物炭基微生物菌剂按比例接种到猪粪和玉米秸秆的混合物料中并混匀，进行堆肥，能够提高猪粪堆肥养分含量、降低氮素损失，降低堆肥毒性，促进堆肥腐熟。

Description

生物炭基微生物菌剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于环境科学技术领域，具体地说，涉及一种生物炭基微生物菌剂及其制备方法与应用。
背景技术
随着畜禽养殖业的发展，畜禽养殖集约化、规模化程度越来越高，由此也产生了大量粪便，其中含有大量的寄生虫、致病菌等，可以通过空气传播引起人畜共患病，对畜禽和人类生命健康造成严重威胁。好氧堆肥可以实现畜禽粪便的资源化、无害化利用，但常规好氧堆肥存在很多问题，如木质纤维素降解率低、堆肥效率不高、氮素损失严重等。在猪粪堆肥中添加生物炭基微生物菌剂可以提高堆肥效率，提高养分含量，降低堆肥氮素损失。但用于堆肥的微生物菌剂的配制及应用有待全面深入地研究，需要进一步探索。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物炭基微生物菌剂及其制备方法与应用。
为了实现本发明目的，第一方面，本发明提供一种生物炭基微生物菌剂，由生物炭与复合菌剂混合而成。
所述生物炭为700℃-750℃(优选750℃)高温下制备的竹炭。
所述复合菌剂的活性成分为就地堆肥地芽孢杆菌(Geobacillus toebii)和绵毛状嗜热霉(Thermomyces lanuginosus)。
所述生物炭基微生物菌剂中就地堆肥地芽孢杆菌的菌含量为107-109cfu/mL，绵毛状嗜热霉的菌含量为105-107cfu/mL。
进一步地，所述生物炭与所述复合菌剂按(40-50g):(6-10mL)的比例混合。
优选地，所述就地堆肥地芽孢杆菌的保藏号为BNCC137401。
优选地，所述绵毛状嗜热霉的保藏号为BNCC152187。
第二方面，本发明提供生物炭基微生物菌剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将就地堆肥地芽孢杆菌于TY固体培养基(TY固体培养基配方：胰蛋白胨20.0g，酵母粉5.0g，FeCl3·6H2O 7.0mg，MnCl3·4H2O 1.0mg，MgSO4·7H2O 15.0mg，果糖5.0g，琼脂15.0g，蒸馏水1L)中活化，然后挑取菌落接种于TY液体培养基中培养，得到种子液，再将种子液接种于新的TY液体培养基中培养，得到就地堆肥地芽孢杆菌菌液；
2)将绵毛状嗜热霉于PDA固体培养基中活化，然后挑取菌落接种于PDA液体培养基中培养，得到种子液，再将种子液接种于新的PDA液体培养基中培养，得到绵毛状嗜热霉菌液；
3)将就地堆肥地芽孢杆菌菌液与绵毛状嗜热霉菌液按1:1比例混合，得到复合菌剂；所述复合菌剂中就地堆肥地芽孢杆菌的菌含量为107-109cfu/mL，绵毛状嗜热霉的菌含量为105-107cfu/mL；
4)将生物炭与所述复合菌剂按(40-50g):(6-10mL)的比例混合，即得；其中，所述生物炭为700℃-750℃高温下制备的竹炭。
进一步地，步骤1)中就地堆肥地芽孢杆菌的培养温度为42℃-45℃(优选45℃)。
进一步地，步骤2)中绵毛状嗜热霉的培养温度为50℃-55℃(优选55℃)。
第三方面，本发明提供一种猪粪堆肥的方法，所述方法包括：将猪粪和玉米秸秆混合，所得堆肥物料的初始碳氮比调节为25-30，加水调节物料初始含水率在60％左右，然后将所述生物炭基微生物菌剂与所述堆肥物料混匀，所述生物炭基微生物菌剂的添加量为所述堆肥物料干重的4％-6％(优选5％)，在室温条件下进行为期40d-50d的堆肥，堆肥期间进行翻堆处理。
优选地，于堆肥第4d、10d、17d进行翻堆。
借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点及有益效果：
本发明首次揭示了生物炭与微生物菌剂联合作用对猪粪堆肥的影响，本发明提供的生物炭基微生物菌剂能有效提高堆肥效率，提高总养分含量，降低氮素损失，促进堆肥腐熟。
附图说明
图1为本发明较佳实施例中堆肥温度的变化。
图2为本发明较佳实施例中堆肥电导率的变化。
图3为本发明较佳实施例中堆肥养分含量的变化；其中，A：全磷；B：全钾。
图4为本发明较佳实施例中堆肥无机氮含量的变化。
图5为本发明较佳实施例中堆肥种子发芽指数的变化。
图6为本发明较佳实施例中菌剂优化施例中堆肥全氮的含量。
图7为本发明较佳实施例中菌剂优化施例中堆肥硝态氮的含量。
图8为本发明较佳实施例中菌剂优化施例中堆肥全磷的含量。
图9为本发明较佳实施例中菌剂优化施例中堆肥种子发芽指数。
图6～图9中，不同小写字母/肩标字母表示差异显著。
具体实施方式
本发明提供一种用于猪粪堆肥的生物炭基微生物菌剂添加剂，所述添加剂能提高堆肥效率，提高养分含量、降低氮素损失，促进堆肥腐熟。
本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种用于提高猪粪堆肥效率的生物炭基微生物菌剂添加剂，为750℃制备的竹炭与就地堆肥地芽孢杆菌和绵毛状嗜热霉微生物复合菌液制备。
本发明还提供一种猪粪堆肥的方法，所述方法包括：将猪粪和玉米秸秆混合，所得堆肥物料的初始碳氮比调节为25-30，加水调节物料初始含水率在60％左右，然后将所述生物炭基微生物菌剂与所述堆肥物料混匀，所述生物炭基微生物菌剂的添加量为所述堆肥物料干重的4％-6％，在室温条件下进行为期40d-50d的堆肥，堆肥期间进行翻堆处理。
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。
实施例1生物炭基微生物菌剂的制备方法及猪粪堆肥的方法
1、材料
本发明中生物炭为750℃制备的毛竹竹炭。就地堆肥地芽孢杆菌(Geobacillustoebii)和绵毛状嗜热霉(Thermomyces lanuginosus)保藏号分别为BNCC137401、BNCC152187，均购自河北北纳生物科技有限公司。猪粪和玉米秸秆均由山西农业大学动物科学学院试验站提供。
2、方法
(1)菌种活化和传代培养
a.就地堆肥地芽孢杆菌：将就地堆肥地芽孢杆菌冻干粉用0.5mL无菌水充分溶解并混匀，吸取菌悬液打入TY固体培养基(胰蛋白胨0.5g、酵母粉0.125g、FeCl3·6H2O0.175mg、MnCl3·4H2O 0.025mg、MgSO4·7H2O 0.375mg、果糖0.125g、琼脂0.375g、蒸馏水25mL，10％KOH调pH至7.3)平板上，用涂布棒涂布均匀。将平板置于恒温培养箱中45℃培养24～48h，然后挑取菌落于液体培养基(在固体培养基组成成分中去除琼脂即液体培养基组成成分)中培养24～48h，然后按25％的比例将菌液接种于新的液体培养基中培养24～48h，高速离心去除培养液，用无菌水稀释至有效活菌数>1×108cfu/ml，将稀释好的菌液置于4℃保存。
b.绵毛状嗜热霉：挑取绵毛状嗜热霉斜面培养基里的菌落在PDA固体培养基(马铃薯提取液25mL、葡萄糖0.5g、琼脂0.375g)上划线，在55℃条件下培养3～5d，挑取菌株接种于PDA液体培养基(在固体培养基组成成分中去除琼脂即液体培养基组成成分)中再培养3～5d，按25％的比例将菌液接种到新的PDA液体培养基里，培养3～5d，将培养好的菌液置于4℃保存。
(2)生物炭基复合菌剂的制备：将传代培养后的就地堆肥地芽孢杆菌和绵毛状嗜热霉菌液按体积比1:1的比例混合均匀，得到复合菌剂。所述复合菌剂中就地堆肥地芽孢杆菌的菌含量为108cfu/mL左右，绵毛状嗜热霉的菌含量为106cfu/mL左右。将生物炭与所述复合菌剂按50g:7mL的比例混合，即得；其中，所述生物炭为750℃高温下制备的竹炭。
(3)猪粪堆肥的方法
将猪粪和玉米秸秆混合，调节物料初始碳氮比30，调节物料初始含水率为60％。按堆肥物料的5％(m/m)将生物炭基复合菌剂添加到物料中并充分混合，，同时设置不添加菌剂的处理为对照组(CK)，进行为期47d的堆肥，并于堆肥第4d、10d、17d翻堆以增加堆体内氧气供给，于堆肥第0d、1d、4d、8d、13d、19d、26d、37d、47d在泡沫箱的上、中、下、左、右各点进行取样并混匀，于-20℃保存，用于理化指标的测定。
其中，生物炭为750℃高温下制备的毛竹竹炭。
3、结果
(1)堆肥温度的变化
如图1所示，对照组CK和添加生物炭基微生物菌剂的处理M+BC5的最高温度分别为68.7℃、73.4℃、添加生物炭基微生物菌剂提高了堆肥高温期温度。温度是反应微生物代谢强度的一个重要指标，表明添加生物炭基微生物菌剂可以提高堆肥微生物的活性，促进有机质的降解，提高堆肥效率。
(2)堆肥电导率的变化
如图2所示，堆肥结束时，添加生物炭基微生物菌剂的处理M+BC5的电导率值为1.32mS/cm，显著高于对照组CK(1.76mS/cm)，添加生物炭基微生物菌剂显著提高了堆肥中可溶性盐离子含量(P＜0.05)。
(3)堆肥养分含量的变化
如图3(A和B)所示，堆肥结束时，添加生物炭基微生物菌剂的处理M+BC5的全磷和全钾含量分别为3.13％和1.29％，均高于对照组CK(2.56％和0.84％)，添加生物炭基微生物菌剂提高了全磷、全钾含量。磷、钾是植物生长所必需的营养元素，添加生物炭基微生物菌剂有利于提高堆肥的总养分含量。
(4)堆肥无机氮含量的变化
如图4所示，在堆肥初期，铵态氮含量快速升高并达到峰值，对照组CK和添加生物炭基微生物菌剂的处理M+BC5铵态氮含量的峰值分别为273.77mg/kg和455.88mg/kg，M+BC5显著高于CK(P＜0.05)，表明添加生物炭基微生物菌剂可以促进有机氮的矿化。堆肥结束时，M+BC5的硝态氮含量为253.30mg/kg显著高于对照组(183.41mg/kg)，添加生物炭基微生物菌剂显著提高了硝态氮含量(P＜0.05)，更多的氮素以易于植物利用的硝态氮的形式保留下来，更有利于氮保留。
(5)堆肥大白菜种子发芽指数的变化
如图5所示，堆肥结束时，CK和M+BC5的大白菜种子发芽指数分别为104.54％和140.18％，结果可知，添加生物炭基微生物菌剂可以提高堆肥的种子发芽指数，降低其生物毒性。
实施例2生物炭基微生物菌剂选择优化试验
1、材料
本发明中生物炭为750℃制备的毛竹竹炭。就地堆肥地芽孢杆菌(Geobacillustoebii)和绵毛状嗜热霉(Thermomyces lanuginosus)保藏号分别为BNCC137401、BNCC152187，均购自河北北纳生物科技有限公司。猪粪和玉米秸秆均由山西农业大学动物科学学院试验站提供。
2、方法
(1)复合菌剂的制备
将传代培养后的就地堆肥地芽孢杆菌和绵毛状嗜热霉菌液按体积比1:1的比例混合均匀，得到复合菌剂(M)。所述复合菌剂中就地堆肥地芽孢杆菌的菌含量为108cfu/mL左右，绵毛状嗜热霉的菌含量为106cfu/mL左右。
(2)生物炭基复合菌剂的制备：将生物炭与上述复合菌剂按50g:7mL的比例混合，即得；其中，所述生物炭为750℃高温下制备的毛竹竹炭。
(3)猪粪堆肥的方法
将猪粪和玉米秸秆混合，调节物料初始碳氮比在30，调节物料初始含水率为60％。按堆肥物料的5％(m/m)将生物炭基复合菌剂添加到物料中并充分混合为处理M+BC5，在堆肥物料中添加5％(m/m)生物炭并充分混合的处理为BC，在堆肥物料中添加0.7％(v/m)复合菌剂并混合的处理为M，同时设置不添加复合菌剂、生物炭的处理为对照组(CK)，进行为期47d的堆肥，堆肥结束后取样测定理化性质。
3、结果
(1)堆肥结束时肥料中氮的含量
如图6所示，堆肥结束时，添加生物炭基微生物菌剂的处理M+BC5的全氮含量最高，为21.8mg/kg，显著高于对照组CK(16.8mg/kg)。单独添加生物炭及单独添加复合菌剂全氮含量与对照组CK没有显著差异。图7为堆肥硝态氮含量，不同处理含量高低顺序为M+BC5＞BC＞M＞CK,其中添加生物炭基微生物菌剂的处理M+BC5的硝态氮含量最高，达301.5mg/kg，显著高于其它处理。
(2)堆肥结束时肥料全磷的含量
如图8所示，堆肥结束时，添加生物炭基微生物菌剂的处理M+BC5的全磷含量为3.3％，显著高于对照组CK(2.6％，P＜0.05)，同时显著高于单独添加生物炭及单独添加复合菌剂的处理。
(3)堆肥结束时肥料大白菜种子发芽指数
如图9所示，堆肥结束时，添加生物炭基微生物菌剂的处理M+BC5的大白菜发芽指数为146.2％，显著高于对照组CK(104.5％)及单独添加生物炭的处理BC(122.5％)。
综上，生物炭基复合菌剂的添加与单独添加菌剂或生物炭比，能够有效提高肥料的含氮量及全磷含量，提高种子发芽指数。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.生物炭基微生物菌剂，其特征在于，由生物炭与复合菌剂混合而成；
所述生物炭为700℃-750℃高温下制备的竹炭；
所述复合菌剂的活性成分为就地堆肥地芽孢杆菌(Geobacillus toebii)和绵毛状嗜热霉(Thermomyces lanuginosus)。
2.根据权利要求1所述的生物炭基微生物菌剂，其特征在于，所述复合菌剂中就地堆肥地芽孢杆菌的菌含量为107-109cfu/mL，绵毛状嗜热霉的菌含量为105-107cfu/mL。
3.根据权利要求1所述的生物炭基微生物菌剂，其特征在于，所述生物炭与所述复合菌剂按(40-50g):(6-10mL)的比例混合。
4.根据权利要求1-3任一项所述的生物炭基微生物菌剂，其特征在于，所述就地堆肥地芽孢杆菌的保藏号为BNCC137401，所述绵毛状嗜热霉的保藏号为BNCC152187。
5.生物炭基微生物菌剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将就地堆肥地芽孢杆菌于TY固体培养基中活化，然后挑取菌落接种于TY液体培养基中培养，得到种子液，再将种子液接种于新的TY液体培养基中培养，得到就地堆肥地芽孢杆菌菌液；
其中，TY固体培养基的配方为：胰蛋白胨20.0g，酵母粉5.0g，FeCl3·6H2O 7.0mg，MnCl3·4H2O 1.0mg，MgSO4·7H2O 15.0mg，果糖5.0g，琼脂15.0g，蒸馏水1L；
2)将绵毛状嗜热霉于PDA固体培养基中活化，然后挑取菌落接种于PDA液体培养基中培养，得到种子液，再将种子液接种于新的PDA液体培养基中培养，得到绵毛状嗜热霉菌液；
3)将就地堆肥地芽孢杆菌菌液与绵毛状嗜热霉菌液按1:1比例混合，得到复合菌剂；所述复合菌剂中就地堆肥地芽孢杆菌的菌含量为107-109cfu/mL，绵毛状嗜热霉的菌含量为105-107cfu/mL；
4)将生物炭与所述复合菌剂按(40-50g):(6-10mL)的比例混合，即得；其中，所述生物炭为700℃-750℃高温下制备的竹炭。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤1)中就地堆肥地芽孢杆菌的培养温度为42℃-45℃，步骤2)中绵毛状嗜热霉的培养温度为50℃-55℃。
7.权利要求1-4任一项所述生物炭基微生物菌剂在猪粪堆肥中的应用。
8.猪粪堆肥的方法，其特征在于，所述方法包括：将猪粪和玉米秸秆混合，所得堆肥物料的初始碳氮比调节为25-30，加水调节物料初始含水率在55％-65％，然后将权利要求1-4任一项所述生物炭基微生物菌剂与所述堆肥物料混匀，所述生物炭基微生物菌剂的添加量为所述堆肥物料干重的4％-6％，在室温条件下进行为期40d-50d的堆肥，堆肥期间进行翻堆处理。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，于堆肥第4d、10d、17d进行翻堆。
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