CN115386498A - 一种利用种桑养蚕废弃物生产有机肥的微生物复合菌剂及方法 - Google Patents

一种利用种桑养蚕废弃物生产有机肥的微生物复合菌剂及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用种桑养蚕废弃物生产有机肥的微生物复合菌及方法,所述的复合微生物菌包括烟曲霉菌和哈茨木霉,两种菌株能够在好氧堆肥过程中互相协同充分实现原料物质转化与降解能有效的缩短堆肥时间,提高堆肥效率,快速生产高质量的有机肥,解决了种桑养蚕废弃物不科学合理利用后导致资源浪费、环境污染和桑园病害爆发等问题,提高了堆肥效率,生产了高质量有机肥。

Description

一种利用种桑养蚕废弃物生产有机肥的微生物复合菌剂及 方法
技术领域
本发明属于废弃物资源化利用技术领域,更具体涉及一种利用种桑养蚕废弃物生产有机肥的微生物复合菌剂及方法,适用于蚕沙和桑枝的快速肥料化腐熟处理。
背景技术
化肥在集约化农业中为保障我国粮食供给做出了巨大贡献,但由于农户对产量的过度追求,长期过量和不合理施用化肥造成作物严重减产、土壤地力下降和土壤生态系统健康遭受生物胁迫等问题,给农业可持续发展带来了严重的威胁。同时,据统计全国农业有机废弃物(作物秸秆、畜禽粪便等)年产量高达50亿吨,但利用率只有60%左右,造成严重的资源浪费、面源染污、乡村环境脏/乱/差、土壤健康下降和作物病害等问题,给生态环境安全带来了巨大的压力及隐患。因此,如何缓解过量化肥带来的一系列危害和实现农业固体废弃物的资源化利用,是我国农业可持续发展面临的重大问题。
广西是我国桑蚕产业第一大省区,桑园面积达342.7万亩。在桑蚕种植/养殖过程中产生大量桑枝条(每年冬夏两季修剪桑枝,一般每亩桑园每次剪下来的老枝条鲜重达500-1000公斤)和蚕沙(每亩桑叶养殖的蚕产生的蚕沙鲜重达750-900公斤/年)等有机固体废弃物,其中含有许多对作物生长有害的病原体,包括病原性病毒、细菌和真菌。由于缺乏有效的无害化处理技术,以往蚕沙常被随意丢弃或经简单堆沤或开放式自然发酵后直接用作肥料,桑枝常被焚烧或丢弃,这些不合理措施导致严重的资源浪费、环境污染和病原微生物传播等问题。蚕沙具有易腐败变质特性,未完全腐熟后施用会将病原菌带入土壤,继而可能导致土壤健康受损、作物发生严重病害。例如施用到桑园后可能引发桑蚕病变。有研究表明,蚕沙堆沤放置7天后施用,中肠型浓病发生率高达100%,15天后中肠型浓病发生率高达75%;另外还含有僵蚕病的分生孢子、空头软化病病毒、残细菌软化病等多种蚕病菌。以往剪伐的桑枝大部分都被作为薪材焚烧或直接废弃在田间,造成大量的资源浪费和环境污染;仅有少部分桑枝被资源化利用,包括生产保健食品及制备药物(但其产生的药渣易造成资源浪费和环境污染)、栽培食用菌(利用率占5%左右)、桑园套种和养鸡(不到桑园总面积的20%)。蚕沙具有丰富的氮、磷、钾、有机质、氨基酸,还有铜、铁、锌、维生素、烟酸以及吲哚乙酸类似物、黄酮类、生物碱类、倍半萜及其苷类物质等,这些元素和物质能显著提高作物产量和品质。桑枝的主要成分包括粗蛋白、纤维素、木质素、半纤维、灰分,也富含黄酮类、生物碱类、多糖类、蛋白质类、氨基酸类、有机酸类、维生素、黄酮类、香豆素类、萜类及甾醇类等多种植物生长调节剂。由于其养分及活性物质丰富,蚕沙和桑枝理论上是研发新型有机肥料的优质材料,而堆肥无害化处理则是实现桑枝、蚕沙肥料化利用的有效途径。
有机肥是堆肥过程中,细菌、真菌和其他微生物相互协作将有机物分解,最终得到稳定的、没有植物毒性或病原体、且具有一定的腐殖质性质的产品。堆肥是否达到腐熟,是衡量堆肥产品质量好坏的一个标准,当堆肥未到达腐熟时,施入土壤环境中,堆肥产生的毒性物质会严重抑制植物的生长;病原菌和杂草种子杀灭不完全也会对植物生长不利,加大病害发生率,造成减产减质。堆肥能将固体废弃物转化为安全、稳定的产品来减少环境问题的可持续过程。尽管堆肥不是一项新的技术,但优化的工艺技术将产生巨大的生态、经济和环境效益。
蚕沙和桑枝中含有大量结构复杂且难降解的木质纤维素成分,造成堆肥效率低,周期长和降解不完全等问题,严重制约了种桑养蚕废弃物的资源化利用效率。单一的微生物菌种功能受限,并不能最大化的实现种桑养蚕废弃物堆肥效率提升和堆肥周期缩短等技术问题,因此本发明通过将功能菌株进行组合后,通过添加组合菌剂利用种桑养蚕废弃物生产有机肥。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种利用种桑养蚕废弃物生产有机肥的微生物复合菌剂及方法,解决了种桑养蚕废弃物不科学合理利用后导致资源浪费、环境污染和桑园病害大面积爆等问题。
为了实现上述的目的,本发明采用以下技术方案:
一种利用种桑养蚕废弃物生产有机肥的微生物复合菌剂,包括烟曲霉菌和哈茨木霉。
进一步地,烟曲霉菌和哈茨木霉的有效菌落数量比1:1。
在本发明的实施例中提供了上述微生物复合剂在禽粪便和秸秆堆肥中的具体应用:
(1)堆肥原料制备:将桑枝预先晒干后粉碎成长度为0.5-1.5cm的桑枝粉,蚕沙预先进行风干处理至含水量约为30%-50%的蓬松状均匀细碎状态;
(2)堆肥物料调节:蚕沙80-90%、桑枝10-20%,调节堆肥物料的C/N为28,含水率为55%;
(3)堆肥处理:前两周每三天翻堆一次,以后每一周翻堆一次,堆肥30天后,将堆肥堆积在通风阴凉处堆放15天,使其进入后熟阶段,待堆肥完全腐熟即含水率在35%左右,最后测定堆肥样品碳氮比为20左右,pH为8.5左右,发芽指数大于95%时表示已完全腐熟的有机肥。
本发明为了实现蚕沙和桑枝的快速高效资源化利用,在接种促腐微生物菌剂作用下进行高温堆肥,既能加快物料中木质纤维降解,也能通过菌剂添加后堆肥持续性高温杀死物料中杂草种子和病虫卵等有害微生物。实施例中制备的有机肥(蚕沙和桑枝)经过高温堆肥后其含水率为35.5%、总碳含量为31.6、总氮含量为1.7%、碳氮比为18.45和pH为7.83。
本发明与现有技术相比,具有以下优点和有益效果:
本发明通过接种肥料促腐剂烟曲霉菌和哈茨木霉,能有效的缩短了堆肥时间,提高了堆肥效率,快速生产高质量的有机肥,其方法和产品与传统蚕沙桑枝堆肥相比有以下优势:
(1)本发明所述的促腐菌剂烟曲霉菌和哈茨木霉均为肥料促腐有效微生物,能够将堆肥物料中复杂成分统一发酵腐熟。两株微生物菌剂间不存在拮抗作用,能够在好氧堆肥过程中互相协同充分实现原料物质转化与降解,生产出高品质有机肥。
(2)本发明所制备的种桑养蚕废弃物微生物促腐菌剂能可实现堆肥的快速升温,同时保持较久的高温时间、缩短整个堆肥周期,与常规堆肥比较可以缩短25-40天时间,工艺稳定、大大缩短了有机肥制备周期。
(3)本发明与常规堆肥相比堆肥周期短,大大减少了氮素在堆肥过程中的流失,生产的有机肥含有丰富的有机质(20%-25%),总氮量可以达到1.71%,完全达到国家有机肥的行业标准,是一种优质的有机物料载体,可用于制备高附加值有机肥产品。
(4)本发明加快种桑养蚕废弃物的资源化有效利用,既有利于自然生态保护,减少环境污染,又可变废为宝,降低生产成本,最大可能地实现经济社会效益,为桑蚕产业高质量发展提供科技支撑,同时也符合当今循环可持续发展的战略方针。
(7)本发明相对于现有的蚕沙桑枝堆肥技术中物料腐熟慢,产品质量参差不齐等问题,通过工艺探究和添加功能组合菌剂,显著提高了堆肥物料腐熟程度,生产了高质量蚕沙桑枝有机肥。
附图说明
图1蚕沙和桑枝好氧堆肥过程中温度变化。
图2蚕沙和桑枝好氧堆肥过程中含水率变化。
图3蚕沙和桑枝好氧堆肥过程中全碳(TC)含量变化。
图4蚕沙和桑枝好氧堆肥过程中全氮(TN)含量变化。
图5蚕沙和桑枝好氧堆肥过程中C/N的变化曲线。
图6蚕沙和桑枝好氧堆肥过程中pH的变化。
图7蚕沙和桑枝好氧堆肥过程中发芽指数(GI)的变化曲线。
具体实施方式
实施例一:促腐菌剂制备
1、促腐菌种组成:微生物菌种包括烟曲霉菌(菌种保藏号为:CGMCCNO.3309)和哈茨木霉(菌种保藏号为:CGMCCNO.12166)。
2、促腐菌种培养基:烟曲霉和哈茨木霉摇瓶培养所用PDA培养基配制方法为,以配制1L的量为例:称取200g削皮土豆后切成小块放到1L沸腾的去离子水里煮30min,过四层纱布后向滤液中添加20g葡萄糖,定容至1L,115℃灭菌20min,后用于菌种培养。
3、促腐菌种培养:将烟曲霉接种到含有500ml PDA培养基的容量为1L的三角瓶进行摇瓶培养,培养条件为:初始pH范围为5.0-6.0,摇床转速为180rpm/min,培养温度为37℃,培养72小时后作为菌种备用。将哈茨木霉接种到含有500ml PDA培养基的容量为1L的三角瓶进行摇瓶培养,培养条件为:初始pH范围为5.0-6.0,摇床转速为180rpm/min,培养温度为28℃,培养72小时后作为菌种备用。
4、促腐菌剂制备:摇瓶培养后,取发酵液通过稀释涂布准确测定可培养菌落数并用无菌水调节菌落数至1×108/ml。将调节后的菌液按照烟曲霉菌:哈茨木霉按照有效菌数量比1:1混和均匀后与菌种吸附剂米糠按照体积质量比为1:10在搅拌机中进行混匀吸附,混匀后在常温干燥至含水量低于20%,获得蚕沙和桑枝高效好氧堆肥堆微生物菌剂产品,存储于阴凉干燥处备用。
实施例二:蚕沙和桑枝好氧堆肥实验:
以预先进行干燥处理至含水量约为35%±2.5%的蓬松细碎状蚕沙作为主要原料,以桑枝粉(0.5-1cm左右)作为调节剂进行堆肥发酵。蚕沙和桑枝均收集自广西河池市环江县当地农户。将总鲜重约100kg的蚕沙和桑枝按照90:10(干重)比例混匀,调节C/N为28、含水率为55%、pH为6.9进行好氧堆肥处理,蚕沙和桑枝基本理化性质见表1。通过设置如下处理:不接种微生物处理(对照组)和接种促腐菌剂处理,比较了接种组与对照组的堆肥效果,各设两个平行。堆肥初期各堆总鲜重约100kg、堆体含水率约为55%。放入长宽高各为0.5m×0.4m×1m(堆体长宽高各为0.4m×0.4m×1m)的泡沫保温箱堆肥装置内进行堆肥实验。
前两周每三天翻堆一次,以后每一周翻堆一次。建堆后分别于1、3、7、14、21、28、30、45天进行样品采集。采集的方法如下:将堆体平均分为三个部分(前、中、后)。各部分选取一个剖面,采取剖面多高度等量取样法,即将堆体分成多段,在每段多个高度(上层:0.05m-0.1m;中层:0.5m-0.6m;下层0.8m-1.0m)采集等量样品,然后进行样品混匀,四分法取样品三次,使样品具有代表性。一部分保存在4℃冰箱,一部分自然风干用于测定理化指标与肥料腐熟度分析。
堆肥后熟:堆肥30天后,将堆肥堆积在通风阴凉处堆放15天,使其进入后熟阶段,待堆肥完全腐熟,上述用促腐菌剂进行蚕沙和桑枝堆肥的有机肥经高温堆肥后绝大多数植物病原微生物被杀死,最终有机肥含水率在30%-35%、C/N在20左右之间,发芽指数GI大于95%。将堆肥完成的有机肥通过筛选机将比较粗的部分筛选出来,该产品为黑色粉末状固体,为优质有机肥,为了适应不同地区对产品的需求,对粉末状有机肥进行造粒制备成颗粒状肥料。
表1堆肥物料基本理化性质
Figure BDA0003590575950000061
堆肥过程中肥料发芽指数的测定:将4℃冰箱保存的肥料样品浸提、离心和过滤后,取5mL至铺有滤纸的培养皿中,加入20粒饱满的独行菜种子,25℃恒温避光培养3天后测定发芽指数(GI)。分析堆肥物料腐熟程度及有机肥质量。GI计算方法:GI(%)=(堆肥浸提液的种子发芽率×种子根长)/(蒸馏水的种子发芽率×种子根长)×100。
图1表示的是蚕沙和桑枝好氧堆肥过程中温度变化曲线,从图中可以看到接种促腐菌剂的堆肥处理比不接菌的对照处理升温速度快且温度高,同时翻堆后温度恢复时间比对照快,说明接种堆肥微生物能通过加快堆体物质代谢,产生更多的能量迅速提升堆体温度提前进入高温期,且能促进堆体整体温度增加,能够更加有效的促进堆体物料中物质的转化与杀灭当中的病虫卵微生物与杂草种子。
图2表示的是蚕沙和桑枝好氧堆肥过程中含水率变化曲线,由图2可知,堆肥的初始物料的含水率约为55%,随着堆肥过程的进行,含水率不断降低,接种促腐和对照组相比能显著加快堆肥过程中含水率的下降,到堆肥过程结束,促腐菌剂堆肥处理中堆体处于快速升温和高温阶段,微生物的代谢活动比较旺盛,有机物降解速度较快,所以水分利用和蒸发的速率也较快。堆肥结束后样品含水率低至35.5%,整个过程中水分大多是在0-20天散失的,而堆肥后期水分散失速率降低,这正好与堆体温度变化相一致。
图3表示的是蚕沙和桑枝好氧堆肥过程中全碳(TC)含量的变化曲线,由图3可知,整个堆肥过程中全碳的含量在0-45天内降低,接种促腐菌剂处理和对照组相比能显著降低全碳的含量,这主要是由于在堆肥初期物料中含有相对较多的容易降解的有机物,例如简单糖类、蛋白质等物质,促腐菌剂微生物与其他处理相比能更加迅速降解物质生成CO2、H2O和能量。堆肥后期,全碳的含量维持在相对稳定的范围内。
图4表示的是蚕沙和桑枝好氧堆肥过程中全氮(TN)含量的变化曲线,由图4可见,全氮在整个堆肥过程中的含量不断上升,直到30天左右的时候达到一个相对较高的状态,以后则变化不大,接种促腐菌剂处理和对照组相比能显著增加全碳的含量,主要是因为接种促腐菌剂能加快堆肥温度升高,促进堆体快速腐熟。促腐菌剂和对照组相比减少了一定的氮损失。
图5表示的是蚕沙和桑枝好氧堆肥过程中C/N的变化曲线,由图5可见,堆肥的初始物料的混合物C/N比在28.0左右进行45天的发酵过程,C/N降低至18.5,后15天尽管C/N仍有下降但速率明显降低。这个结果正好与全碳和全氮的变化相吻合,也说明在前30天堆肥中微生物的代谢是最活跃的。
图6表示的是蚕沙和桑枝好氧堆肥过程中pH变化曲线,由图6可知,在整个堆肥过程中,pH基本呈现一个不断上升的趋势,于第45天达到最大值,本次堆肥过程中的pH维持在6.91-8.18之间。接种促腐菌剂处理和对照组相比能显著降低堆肥pH,原因是促腐微生物活性高功能强大,能够高效降解堆肥原料中营养物质而积累有机酸类,pH较低可以控制堆肥过程中NH3的挥发来降低堆肥过程中N元素的损失,显然本发明中不存在这样的问题。
图7表示的是蚕沙和桑枝好氧堆肥过程中发芽指数的变化曲线,由图7可见,堆肥过程中发芽指数呈现一个先下降后上升的趋势。在堆肥前期发芽指数由从第1天的30.4降到第7天的20.5%,这可能是由于初始物料含水量比较高,并且含有较多的可溶性有机物,造成局部厌氧,微生物厌氧发酵,产生小分子的有机酸类物质;随着堆肥的进程,第45天达到最大且稳定,其中接种促腐菌剂处理与接种商业起爆剂和对照组相比堆肥发芽指数更高为115%,说明促腐菌剂在整个堆肥过程中具有高生物活性,能将这些有机酸类物质降解利用,堆体毒性减小,发芽指数增大。当种子发芽指数95%才能作为达到堆肥腐熟的标准。本试验中堆肥GI在第30天就达到95.4%,所以可以认为堆肥在第30天左右已经达到腐熟。

Claims (3)

1.一种利用种桑养蚕废弃物生产有机肥的微生物复合菌剂,其特征在于,所述的复合菌剂包括烟曲霉菌和哈茨木霉。
2.根据权利要求1所述的微生物复合菌剂,其特征在于,烟曲霉菌和哈茨木霉的有效菌落数量比1:1。
3.权利要求1所述的微生物复合菌剂在种桑养蚕废弃物生产有机肥中的应用。
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