CN117099608A - 一种烟草废弃物堆肥前处理的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种烟草废弃物堆肥前处理的方法，属于烟草废弃物资源化利用技术领域。本发明将平菇废菌棒粉碎，晾干、喷水后加入发酵助剂得到混合物料，将混合物料覆膜进行堆肥发酵得到发酵菌渣；将发酵菌渣、烤烟秸秆、玉米芯、生物炭、麦麸、石膏和石灰混合得到培养料，然后将培养料与水混合，灭菌，接种榆黄菇，培养30‑45天收获一茬菇，培养50‑70天收获二茬菇后得到处理后的培养料。本发明采用榆黄菇对烟秆废弃物进行处理后，废弃物木质素、纤维素和半纤维素含量显著降低，同时烟碱含量也显著降低。再将接种榆黄菇培养后的菌袋进行简单的堆肥化处理，即可成为一种合格的有机肥。
Description
技术领域
本发明属于烟草废弃物资源化利用技术领域，尤其涉及一种烟草废弃物堆肥前处理的方法。
背景技术
我国是世界上最大的烟草生产国，烟草种植面积达1.47×105km2。在烟草生产过程中会产生大量废弃的烟末、烟叶、干烟茎、干烟筋、烟根等物质，我国每年大约产生300万吨的烟草废弃物。这些烟草废弃物尤其是烟秆中含有大量的木质素和纤维素等不易腐烂，废弃物中也含有含有大量的病菌、虫卵等容易导致多种病害及虫害的发生，其次废弃物烟碱含量高，平均含量达1.0-2.0％，甚至有些品种烟碱含量高达3.5-4.5％，烟碱持续在田间累积，也会抑制下茬作物及后续作物的生长，严重时破坏土壤，影响土地的可持续发展，因此烟草废弃物不适合直接还田。如果采用直接焚烧的话，则会污染大气。
堆肥化是在人工控制的条件下，在一定温度、湿度、pH、碳氮比和通风条件下，利用微生物的生物化学作用，使有机物降解转化为有机肥，通过堆肥过程中的高温杀灭病菌、虫卵及杂草种子的过程。堆肥化具有周期短、处理量大等优点，已成为我国烟草废弃物资源化利用的一种主要途径。我国对于烟草废弃物堆肥化的研究仍处于起步阶段，目前这一方面的研究主要集中在微生物菌剂的筛选、共堆肥技术及烟草材料预处理技术方面。但在堆肥的过程中存在纤维素和木质素降解率低、烟碱降解率低、堆肥产品烟碱残留量高等问题，由于烟碱具有强的挥发性，堆肥过程中的高温提高了烟碱的挥发系数，因此在堆肥过程中会产生大量的烤烟味，烟碱挥发到空气中会产生大气污染，若对堆肥气体进行处理，则大大增加了堆肥处理的成本。如何提高烟草废弃物纤维素、半纤维素、木质素及烟碱的降解率成为烟草废弃物堆肥化处理亟待解决的关键问题，也是环境保护领域及资源再利用领域的关键问题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种烟草废弃物堆肥前处理的方法，以解决现有技术中烟草废弃物存在纤维素和木质素降解率低、烟碱降解率低、堆肥产品烟碱残留量高等问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种烟草废弃物堆肥前处理的方法，包括以下步骤：
1)将平菇废菌棒粉碎，晾干、喷水后加入发酵助剂得到混合物料，将混合物料覆膜进行堆肥发酵得到发酵菌渣；
2)将发酵菌渣、烤烟秸秆、玉米芯、生物炭、麦麸、石膏和石灰混合得到培养料，然后将培养料与水混合，灭菌，接种榆黄菇，培养30-45天收获一茬菇，培养50-70天收获二茬菇后得到处理后的培养料。
优选的，所述发酵助剂为BFA发酵助剂，所述BFA发酵助剂在使用前与玉米面进行混合，所述BFA发酵助剂和玉米面的质量比为(0.5-3)：(8-12)。
优选的，所述发酵助剂的添加量为步骤1)中废菌棒干物质量的0.1-0.25％。
优选的，步骤1)所述粉碎的粒度为0.5-1cm；所述覆膜前混合物料的含水量为50-70％。
优选的，所述堆肥发酵的温度为55-65℃，所述堆肥发酵的时间为8-12天。
优选的，所述培养料中各成分的质量分别为：发酵菌渣8％-10％，烤烟秸秆10％-50％，玉米芯20％-60％，生物炭1％-2％，麦麸10％-15％，石膏0.5％-1％，石灰1％-2％。
优选的，所述培养料与水的质量比为(35-40):(60-65)。
优选的，所述培养料与水混合后进行装袋，装袋的规格为700-800g/袋。
优选的，步骤2)所述灭菌的方式为常压灭菌或高压灭菌，所述常压灭菌的温度为90-105℃，所述常压灭菌的时间为30-48h，所述高压灭菌的温度为120-130℃，所述高压灭菌的时间为4-8h。
优选的，所述榆黄菇的接种量为10-20g/袋。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明采用榆黄菇对烟秆废弃物进行处理后，废弃物木质素、纤维素和半纤维素含量显著降低，同时烟碱含量也显著降低。再将接种榆黄菇培养后的菌袋进行简单的堆肥化处理，即可成为一种合格的有机肥。采用本发明的方法对烟秆废弃物进行前期处理，显著降低了后续堆肥化工艺的难度。
附图说明
图1不同比例的烟秆对不同时期榆黄菇羧甲基纤维素酶酶活性的影响；
图2不同比例的烟秆对不同时期榆黄菇漆酶活性的影响；
图3不同比例的烟秆对不同时期榆黄菇半纤维素酶活性的影响；
图4不同比例的烟秆对不同时期榆黄菇过氧化物酶活性的影响。
具体实施方式
本发明提供了一种烟草废弃物堆肥前处理的方法，包括以下步骤：
1)将平菇废菌棒粉碎，晾干、喷水后加入发酵助剂得到混合物料，将混合物料覆膜进行堆肥发酵得到发酵菌渣；
2)将发酵菌渣、烤烟秸秆、玉米芯、生物炭、麦麸、石膏和石灰混合得到培养料，然后将培养料与水混合，灭菌，接种榆黄菇，培养30-45天收获一茬菇，培养50-70天收获二茬菇后得到处理后的培养料。
在本发明中，将平菇废菌棒粉碎，晾干、喷水后加入发酵助剂得到混合物料，将混合物料覆膜进行堆肥发酵得到发酵菌渣；所述平菇废菌棒的粉碎粒度优选为0.5-1cm，进一步优选为0.6-0.8cm；所述发酵助剂为BFA发酵助剂，所述BFA发酵助剂在使用前与玉米面进行混合，所述BFA发酵助剂和玉米面的质量比优选为(0.5-3)：(8-12)，进一步优选为(1-2)：(9-11)；所述发酵助剂的添加量优选为步骤1)中废菌棒干物质量的0.1-0.25％，进一步优选为0.15-0.2％；所述覆膜前混合物料的含水量优选为50-70％，进一步优选为55-65％；所述混合物料堆肥发酵的方式为将混合物堆成高0.8-1.5米，宽1.5-3米的条跺；所述堆肥发酵的温度优选为55-65℃，进一步优选为58-62℃；所述堆肥发酵的时间优选为8-12天，进一步优选为9-11天。
在本发明中，将发酵菌渣、烤烟秸秆、玉米芯、生物炭、麦麸、石膏和石灰混合得到培养料，然后将培养料与水混合，灭菌，接种榆黄菇，培养30-45天收获一茬菇，培养50-70天收获二茬菇后得到处理后的培养料；所述培养料中各成分的质量分别优选为：发酵菌渣8％-10％，烤烟秸秆10％-50％，玉米芯20％-60％，生物炭1％-2％，麦麸10％-15％，石膏0.5％-1％，石灰1％-2％，进一步优选为发酵菌渣8.5％-9.5％，烤烟秸秆20％-40％，玉米芯30％-50％，生物炭1.2％-1.8％，麦麸12％-14％，石膏0.7％-0.9％，石灰1.2％-1.8％；所述培养料与水的质量比优选为(35-40)：(60-65)，进一步优选为(37-39)：(62-64)；所述混合优选采用人工拌料的方法，用铁锹铲料翻堆进行拌料，直到均匀为止；所述培养料与水混合后进行装袋，装袋的规格优选为700-800g/袋，进一步优选为720-780g/袋；步骤2)所述灭菌的方式优选为常压灭菌或高压灭菌，所述常压灭菌的温度优选为90-105℃，进一步优选为95-100℃；所述常压灭菌的时间优选为30-48h，进一步优选为36-45h；所述高压灭菌的温度优选为120-130℃，进一步优选为121-124℃；所述高压灭菌的时间优选为4-8h，进一步优选为5-7h；所述接种优选转移至接种室待袋料温度降至常温后进行；所述榆黄菇的接种量优选为10-20g/袋；所述接种的方式优选为在每一菌袋的两端分别接入5-10g的榆黄菇菌种。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
本发明所用到的烟秆(购于冕宁县烟草种植户)，玉米芯(购于云南县祥云聚源玉米芯加工厂)；麸皮、石灰、石膏(购于冕宁县农贸市场)；榆黄菇菌种(购于江都天达食用菌研究所)；平菇废菌棒(购于冕宁县食用菌种植户)；生物炭(购于河南立泽环保科技有限公司)，BFA发酵助剂购于福建绿洲生化有限公司。
实施例1
将废菌棒粉碎成1cm的颗粒状物，晾干。将粉碎的菌渣喷洒水，使其慢慢吸进大部分的水分，加入BFA发酵助剂(发酵助剂按照废菌棒干物质量0.2％加入，加入前并按照1：10的比例与玉米面进行混合)，调节混合物料含水率约为60％，将混合物堆成高1米，宽2米的条跺，表面覆盖纳米生物堆肥膜进行发酵。60℃下发酵10天。将发酵产物晾，晒干备用。将发酵菌渣10％，烤烟秸秆50％，玉米芯20％，生物炭2％，麦麸15％，石膏1％，石灰2％混合得到培养料，按照培养料：水比例为40：60的比例加水，采用人工拌料的方法，用铁锹铲料翻堆进行拌料，直到均匀为止。将拌匀的培养料装袋，每袋袋料750克。装好袋料的菌袋在常压下100℃灭菌36小时。灭菌后的菌袋转移至接种室待袋料温度降至常温后进行接种，在每一菌袋的两端分别接入10g的榆黄菇菌种，培养40天收获一茬菇，培养60天收获二茬菇后得到处理后的培养料。
实施例2
将废菌棒粉碎成0.8cm的颗粒状物，晾干。将粉碎的菌渣喷洒水，使其慢慢吸进大部分的水分，加入BFA发酵助剂(发酵助剂按照废菌棒干物质量0.1％加入，加入前并按照2：8的比例与玉米面进行混合)，调节混合物料含水率约为50％，将混合物堆成高0.8米，宽1.5米的条跺，表面覆盖纳米生物堆肥膜进行发酵。55℃下发酵8天。将发酵产物晾，晒干备用。将发酵菌渣15％，烤烟秸秆40％，玉米芯30％，生物炭2％，麦麸10％，石膏1％，石灰2％混合得到培养料，按照培养料：水比例为35：65的比例加水，采用人工拌料的方法，用铁锹铲料翻堆进行拌料，直到均匀为止。将拌匀的培养料装袋，每袋袋料700克。装好袋料的菌袋在高压下120℃灭菌8小时。灭菌后的菌袋转移至接种室待袋料温度降至常温后进行接种，在每一菌袋的两端分别接入8g的榆黄菇菌种，培养30天收获一茬菇，培养50天收获二茬菇后得到处理后的培养料。
实施例3
将废菌棒粉碎成0.9cm的颗粒状物，晾干。将粉碎的菌渣喷洒水，使其慢慢吸进大部分的水分，加入BFA发酵助剂(发酵助剂按照废菌棒干物质量0.25％加入，加入前并按照1：12的比例与玉米面进行混合)，调节混合物料含水率约为70％，将混合物堆成高1.2米，宽1.8米的条跺，表面覆盖纳米生物堆肥膜进行发酵。65℃下发酵12天。将发酵产物晾，晒干备用。将发酵菌渣15％，烤烟秸秆30％，玉米芯40％，生物炭2％，麦麸10％，石膏1％，石灰2％混合得到培养料，按照培养料：水比例为38：63的比例加水，采用人工拌料的方法，用铁锹铲料翻堆进行拌料，直到均匀为止。将拌匀的培养料装袋，每袋袋料780克。装好袋料的菌袋在常压下95℃灭菌40小时。灭菌后的菌袋转移至接种室待袋料温度降至常温后进行接种，在每一菌袋的两端分别接入9g的榆黄菇菌种，培养35天收获一茬菇，培养70天收获二茬菇后得到处理后的培养料。
实验例1
不同比例烟秆对榆黄菇菌丝体生长和子实体生物学效率的影响：
将废菌棒粉碎成不超过1cm的颗粒状物，晾干。将粉碎的菌渣喷洒水，使其慢慢吸进大部分的水分，加入BFA发酵助剂(发酵助剂按照废菌棒干物质量0.2％加入，加入前并按照1：10的比例与玉米面进行混合)，调节混合物料含水率约为60％，将混合物堆成高1米，宽2米的条跺，表面覆盖纳米生物堆肥膜进行发酵。55-65℃下发酵8-12天。将发酵产物晒干备用。
以农户常用种植配方82％比例的玉米芯配方作为CK1，以70％比例玉米芯加入10％发酵菌渣和2％生物炭为CK2，用10％、20％、30％、40％、50％替代CK2中的玉米芯分别为试验组T1、T2、T3、T4、T5，不同处理培养料配方见表1。
表1培养料配方
按照各配方称取原料后，按照培养料：水比例为38：63的比例加水，采用人工拌料的方法，用铁锹铲料翻堆进行拌料，直到均匀为止。将拌匀的培养料装袋，每袋袋料750克。装好袋料的菌袋在常压下100℃灭菌36小时。灭菌后的菌袋转移至接种室待袋料温度降至常温后进行接种，在每一菌袋的两端分别接入10g的榆黄菇菌种。发菌及出菇管理按照常规方法进行。每个处理做30个重复。
记录菌丝满袋时间、现蕾时间、出菇时间。菌丝满袋时间：指从菌丝接种至菌丝长满袋所用的时间(d)。记录感染杂菌的菌袋数，并计算感染率，感染率的计算采用以下公式：感染率(％)＝(感染杂菌的菌袋数/接种总袋数)×100。
实验结果：如表2所示。
表2不同比例烟秆对榆黄菇菌丝体生长的影响
由表2可知，加入一定比例的烟秆后菌袋的感染率降低，T1、T2、T3、T4、T5处理感染率均低于CK1和CK2处理。T1、T2、T3、T4的满袋时间、现蕾时间、出菇时间均比CK组短，说明用一定比例的烟秆代替玉米芯栽培榆黄菇能够促进榆黄菇的生长速度，缩短其半袋时间、满袋时间、现蕾时间、出菇时间。
实验例2
不同比例烟秆对不同时期榆黄菇酶活性的影响：
在菌丝体、一茬菇和二茬菇期，每一配方选取3个菌袋，将培养料粉碎后混合均匀，采用四分法取200g的样品用于胞外酶分析，测定CMC-Na酶、半纤维素酶、过氧化物酶、漆酶的活性。粗酶液的提取：20g发菌料加蒸馏水100ml，25℃下浸提4h，过滤后，4000转/分钟离心10min，上清液即为粗酶液。另取20g发菌料于80℃的鼓风干燥箱中烘干至恒重，采用上述方法提取上清液作为对照。CMC-Na酶活性的测定采用DNS比色法。CMC-Na酶的活力单位为：在50℃的条件下反应1min产生相当于1μg分子葡萄糖的还原糖的酶量。半纤维素酶的测定采用DNS比色法。半纤维素酶的活力单位为：在50℃的条件下反应1min产生相当于1μg分子葡萄糖的还原糖的酶量。漆酶的测定采用邻甲苯胺氧化法。定义漆酶活力单位：1g干物质中的酶含量单位时间内使OD600值改变0.01定义为一个活力单位。过氧化物酶的测定采用愈创木酚法，定义过氧化物酶活性单位：1g干物质中的酶含量单位时间内使OD470值改变0.01定义为一个活力单位。
实验结果：如图1-4所示。
由图1可知，在菌丝体时期，T1、T2、T3、T4的羧甲基纤维素酶活性均显著高于CK组。在一茬菇时期，T2、T4的羧甲基纤维素酶的活性均显著高于CK组，分别为7.78U/g、6.96U/g，T1、T3酶活性高于CK1，但与CK2的差异性并不显著，一茬菇的羧甲基纤维素酶的活性相较于菌丝体时期整体有所上升。在二茬菇时期，羧甲基纤维素酶活性相较于第一茬菇时期有所下降，只有T2的羧甲基纤维素酶活性高于CK组，T3的酶活性显著低于CK组，其他处理与CK组的差异性并不显著。
由图2可知，在菌丝体时期，T1、T2、T3、T4、T5的漆酶活性大小顺序为：T1＞T2＞T4＞T3＞CK2＞T5＞CK1，T1、T2、T4的漆酶活性均显著高于CK组，其中T1、T2处理效果最好且相互之间无显著性差异，T3和T5处理与CK组的差异性不显著；在一茬菇时期，试验组的漆酶活性均显著高于CK组，其中T1的漆酶活性最高，为11.00U/g，其次是T2，为10.25U/g；在二茬菇时期，漆酶活性较一茬菇时期有所下降，T2、T3、T5的漆酶活性显著高于CK组，分别为5.75U/g、5.57U/g、5.55U/g。
由图3可知，在菌丝体时期，T1、T2、T3、T4、T5的半纤维素酶活性在3.32～6.74U/g之间，CK1为4.93U/g，CK2为5.93U/g。T2、T3、T4的榆黄菇半纤维素酶活性均显著高于CK1，且随着烟秆比例的增加有先上升再下降的趋势，其中T2的半纤维素酶活性最高，为6.74U/g；其次是T3，为6.20U/g，T5处理的半纤维素酶活性降低，显著低于CK组。在一茬菇时期，T2、T3、T4、T5的半纤维素酶活性均显著高于CK组，分别为9.64U/g、7.37U/g、7.41U/g、6.96U/g，半纤维素酶活性在T2处理时最高，其次是T3、T4，相互之间差异性也不显著；在二茬菇时期，半纤维素酶活性相较于一茬菇时期整体有所下降，T2、T3、T4、T5的半纤维素酶活性均显著高于CK组，且T2、T3的半纤维素酶活性显著高于T4、T5，分别为8.38U/g、8.31U/g。
由图4可知，在菌丝体时期，T2、T3、T4的过氧化物酶活性与CK1组的差异性并不显著，但T1、T5的酶活性均显著低于CK组，过氧化物酶活性随着烟秆比例的增加有先上升后下降的趋势；在一茬菇时期，T3、T4、T5处理的过氧化物酶活性显著高于CK组，T1、T2与CK组的差异性并不显著；在二茬菇时期，过氧化物酶活性相较于菌丝体和一茬菇时期，整体有所下降，但T2、T3、T4、T5的榆黄菇过氧化物酶活性显著高于CK组，T1与CK组的差异性不显著。在一茬菇和二茬菇时期，过氧化物酶活性随着烟秆比例的增加有先上升后下降的趋势，且T4的过氧化物酶活性最高，分别为27.78U/g、24.00U/g。
实验例3
二茬菇后不同比例烟秆的榆黄菇子实体烟碱含量和榆黄菇袋料烟碱、纤维素、半纤维素、木质素含量：
参考GBT 20769—2008水果和蔬菜中450种农药及相关化学品残留量的测定液相色谱—串联质谱法测定烟碱含量；采用北京盒子生工科技有限公司的试剂盒测定纤维素、半纤维素和木质素含量。
实验结果：如表3、4、5所示。
表3不同比例烟秆的榆黄菇子实体烟碱含量
由表3可知，与CK1和CK2相比，T1、T2、T3、T4、T5处理榆黄菇子实体中含有大量的烟碱。其中T5处理子实体烟碱含量为CK1的229.17倍，CK2的234.04倍。
表4不同比例烟秆的榆黄菇袋料烟碱含量
由表4可知，在野生食用菌和人工种植的食用菌菌丝体中都检测到了尼古丁即烟碱的存在，说明烟碱(尼古丁)是内源性次生代谢的产物，榆黄菇的不同生长周期菌丝体可能会合成一定量的尼古丁，这也是CK1和CK2袋料中检测出微量烟碱的原因。经过处理后，T1、T2、T3、T4、T5处理袋料中的仅含微量的烟碱，一方面是由于榆黄菇子实体富集了部分的烟碱，另一方面可能由于榆黄菇菌丝体能分泌胞外酶降解袋料中的烟碱，其中T5处理的效果最好，烟碱含量仅为15μg/kg。
表5不同比例烟秆的榆黄菇袋料纤维素、半纤维素、木质素含量
由表5可知，烟秆中纤维素、半纤维素和木质素的含量分别为：39.56％、16.72％和18.58％，T1、T2、T3、T4、T5配方的培养料中纤维素、半纤维素和木质素都被降解。T5处理烟秆含量为50％，二茬菇后纤维素、半纤维素和木质素的含量分别为18.29％、15.39％和7.19％，纤维素和木质素大量降解，是堆肥的极好的原料。
由以上实施例和实验例可知，榆黄菇具有分解木质素、纤维素和半纤维素的能力，本发明采用榆黄菇对烟秆废弃物进行处理后，废弃物木质素、纤维素和半纤维素含量显著降低，同时烟碱含量也显著降低。再将菌袋进行简单的堆肥化处理，即可成为一种合格的有机肥。烟秆废弃物经过前期的处理后，显著降低了后续堆肥化工艺的难度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种烟草废弃物堆肥前处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将平菇废菌棒粉碎，晾干、喷水后加入发酵助剂得到混合物料，将混合物料覆膜进行堆肥发酵得到发酵菌渣；
2)将发酵菌渣、烤烟秸秆、玉米芯、生物炭、麦麸、石膏和石灰混合得到培养料，然后将培养料与水混合，灭菌，接种榆黄菇，培养30-45天收获一茬菇，培养50-70天收获二茬菇后得到处理后的培养料。
2.根据权利要求1所述的烟草废弃物堆肥前处理的方法，其特征在于，所述发酵助剂为BFA发酵助剂，所述BFA发酵助剂在使用前与玉米面进行混合，所述BFA发酵助剂和玉米面的质量比为(0.5-3)：(8-12)。
3.根据权利要求1所述的烟草废弃物堆肥前处理的方法，其特征在于，所述发酵助剂的添加量为步骤1)中废菌棒干物质量的0.1-0.25％。
4.根据权利要求1所述的烟草废弃物堆肥前处理的方法，其特征在于，步骤1)所述粉碎的粒度为0.5-1cm；所述覆膜前混合物料的含水量为50-70％。
5.根据权利要求1所述的烟草废弃物堆肥前处理的方法，其特征在于，所述堆肥发酵的温度为55-65℃，所述堆肥发酵的时间为8-12天。
6.根据权利要求1所述的烟草废弃物堆肥前处理的方法，其特征在于，所述培养料中各成分的质量分别为：发酵菌渣8％-10％，烤烟秸秆10％-50％，玉米芯20％-60％，生物炭1％-2％，麦麸10％-15％，石膏0.5％-1％，石灰1％-2％。
7.根据权利要求1所述的烟草废弃物堆肥前处理的方法，其特征在于，所述培养料与水的质量比为(35-40)：(60-65)。
8.根据权利要求1所述的烟草废弃物堆肥前处理的方法，其特征在于，所述培养料与水混合后进行装袋，装袋的规格为700-800g/袋。
9.根据权利要求1所述的烟草废弃物堆肥前处理的方法，其特征在于，步骤2)所述灭菌的方式为常压灭菌或高压灭菌，所述常压灭菌的温度为90-105℃，所述常压灭菌的时间为30-48h，所述高压灭菌的温度为120-130℃，所述高压灭菌的时间为4-8h。
10.根据权利要求1所述的烟草废弃物堆肥前处理的方法，其特征在于，所述榆黄菇的接种量为10-20g/袋。
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