CN1186441C - 一种直接分解秸秆为肥的微生物肥料菌剂及其生产工艺和使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种直接分解秸秆为肥的微生物肥料菌剂及其生产工艺和使用方法，它是由腊状芽孢杆菌、环状芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、丙酮丁醇梭菌、巴氏梭菌、浸麻芽孢杆菌、多粘类芽孢杆菌10种细菌全部或部分复合组成，应用于农业废弃秸秆以及杂草等非高度木质化植物废弃部分的直接还田成肥，干、鲜均可，能够有效解决农业生产中一方面农业垃圾太多，污染水体和环境，处理困难，另一方面作物生产缺乏农家肥，化肥、农药施用过量，土壤恶化的矛盾。
Description
所属领域：本发明涉及应用微生物处理农业废弃秸秆和含植物纤维类垃圾的生物技术，尤其是一种直接分解秸秆为肥的微生物肥料菌剂及其生产工艺和使用方法。
背景技术：秸秆还田，是农业生产上解决农业废弃秸秆和改良土壤、增加土壤有机质、培肥地力的有效方法。但长期以来对秸秆还田的推广较难，其原因就是因为秸秆还田技术操作不方便，甚至导致作物病害加重等不良影响，如传统的集中堆肥、沤肥和直接翻埋还田等方法。因此，复种指数高的农业种植区产生的大量秸秆垃圾已成为污染土地、水源、空气等的污染源，同时高复种指数对肥料的大量消耗导致土壤有机质急剧下降、化肥使用过量，最终土壤贫瘠、板结、盐碱化，农作物品质下降。
发明内容：针对目前农业生产、环境治理、水污染治理等实践需求，按照可持续发展战略思想，本发明提出一种直接分解秸秆为肥的微生物肥料菌剂及其生产工艺，用于农业废弃秸秆直接还田和秸秆垃圾处理的微生物肥料菌剂，让千家万户在田间地头直接将农业废弃秸秆直接还田，转化成当季作物可利用的有机肥，使垃圾变废为宝，达到处理垃圾，增加土壤有机质，改良土壤、提高作物产量、品质。本发明也适于集中秸秆堆肥和垃圾处理成肥。
本发明通过如下技术措施实现：
本发明微生物肥料菌剂使用的细菌菌种由下述10种菌中的6～10种能够产生芽孢的功能细菌全部或其中部分组成。
序号 菌种中文名称 菌种拉丁学名
1 腊状芽孢杆菌 Bacillus cereus
2 环状芽孢杆菌 Bacillus circulans
3 地衣芽孢杆菌 Bacillus licheniformis
4 巨大芽孢杆菌 Bacillus megaterium
5 胶冻样芽孢杆菌 Bacillus mucilaginosus
6 枯草芽孢杆菌 Bacillus subtilis
7 浸麻芽孢杆菌 Paenilbacillus macerans
8 多粘类芽孢杆菌 Paenilbacillus polymyxa
9 酮丁醇梭菌 Clostridium acetobutylicum
10 氏梭菌 Clostridium pasteurianum
以上10种菌在本发明中将会被全部或部分组合使用。为叙述方便，上述10种菌在本申请中用其序号表示，如1号菌即为腊状芽孢杆菌，2号菌即为环状芽孢杆菌。上述菌种可以自行分离鉴定或直接由菌种保藏单位购买使用。所用菌共同点是能够产生芽孢，保证本发明的产品化生产，产品有良好的储存、施用可靠性。
上述菌剂的生产工艺为：将各菌单独或组合进行液体或固体发酵培养，培养基为pH6.8～7.5的通用产孢培养基或一般利于细菌生长、产孢的培养基，培养温度为20～40℃，搅拌速度200～300转/分钟，无菌通气量0.5～1∶1(M3/1000L)，培养时间为1～3天，培养后用离心、加吸附剂板框过滤方法收集芽孢和菌体，采用80℃以下的风干、喷雾干或冷冻干干燥，再打碎成粉，配合适当吸附剂、稀释填料成制剂。现将粉剂和液体制剂的生产工艺说明如下：
一、粉剂产品的生产工艺
1.菌种发酵培养，产生细菌芽孢
1～8号菌种分别或组合后，采用通用的产孢培养基和培养条件进行，如葡萄糖肉汤培养基(PH6.8～7.5)等进行发酵培养。培养温度25～30℃，搅拌速度200～300转/分钟；无菌空气通气量0.5～1∶1(M3/1000L)，培养时间在18～30小时之间，以产生孢子的高峰条件确定终止发酵(此时孢子浓度一般在1×109～4×1010个/ml)，进行孢子收集、制粉。
9、10菌种分别或组合后，采用通用的厌氧细菌产孢培养基在厌氧条件下进行发酵培养，如庖肉培养基(pH6.8～7.5)等进行发酵培养。培养温度25～30℃，搅拌速度200～300转/分钟；无菌氮气通气量0.5～1∶1(M3/1000L)，培养时间在18～30小时之间，以产生孢子的高峰条件确定终止发酵(此时孢子浓度一般在1×109～4×1010个/ml)，进行孢子收集、制粉。
2.发酵后细菌芽孢收集和制备孢子干粉
按照常规通用的方法，上述菌种发酵结束后采用离心法或加吸附剂过滤等法收集细菌孢子，干燥后制成孢子粉，测定有效孢子浓度，一般为1010～1013个/g，供配制最终产品用。吸附剂为硅藻土、轻质碳酸钙、草碳、电厂灰等公众知道物质。
3.配制微生物肥料产品菌剂
根据各孢子粉浓度和制剂对各菌浓度要求，用上步孢子粉加如葡萄糖等稀释剂即可配制成产品。一般来讲，1～8号菌的最终产品中浓度为104～109个/g，9、10号菌的最终产品中浓度为104～109个/g都可以，可根据使用条件适当调整，通常各菌保证在106～108个/g较合适。葡萄糖、蔗糖粉等稀释填料用量为产品制剂的50％以上，通常在75～90％之间即可。
4.微生物肥料制剂产品包装
在保证配制的产品含水量低于10％，细菌菌量达到上述要求，污染杂菌少于3％时就可进行产品最终包装。包装大小根据田间需求和使用方便的原则确定。例如处理1.5吨新鲜秸秆用量为100g，供0.5亩底肥使用，就制成100g/袋；处理3吨新鲜秸秆用量为200g，供1亩底肥使用，就制成200g/袋。如此类推，包装可大可小，便于当地使用为好。
5.使用
首先，新鲜秸秆(蔬菜、花卉等废弃物)按每亩3吨用量均匀撒在地面，用锄头斩成5～10cm的碎片；再将所生产制剂按每亩用量200克对水60公斤(16型喷雾器4背桶)均匀喷在秸秆上；最好在喷雾2小时内翻挖埋秸秆入土中，使秸秆和土壤均匀混合于耕作层，平整后即可定植或播种。产品对水量可根据秸秆含水份多少变动，一般含水量少的秸秆需要多对水，反之则少些，最少对水量为保证菌剂均匀喷雾在处理秸秆上。
按规定的秸秆量直接还田作为底肥，定植作物还苗期提前，作物长势良好，病害不会加重，田间无恶臭味，作物产量提高10～20％。
二、液体制剂的制备和使用
1.菌种发酵培养，产生细菌芽孢
1～8号菌种分别或组合后，采用通用的产孢培养基和培养条件进行，如葡萄糖肉汤培养基(pH6.8～7.5)等进行发酵培养。培养温度25～30℃，搅拌速度200～300转/分钟；无菌空气通气量0.5～1∶1(M3/1000L)，培养时间在18～30小时之间，以产生孢子的高峰条件确定终止发酵(此时孢子浓度一般在1×109～4×1010个/ml)。
9、10号菌种分别或组合后，采用通用的产孢培养基在厌氧条件下进行发酵培养，如庖肉培养基(pH6.8～7.5)等进行发酵培养。培养温度25～30℃，搅拌速度200～300转/分钟；无菌氮气通气量0.5～1∶1(M3/1000L)，培养时间在18～30小时之间，以产生孢子的高峰条件确定终止发酵(此时孢子浓度一般在1×109～4×1010个/ml)。
2.配制微生物肥料产品液体菌剂
根据各孢子粉浓度和制剂浓度要求，用上步孢子液加保护剂和无菌水即可配制成产品。一般来讲，1～8号菌的最终产品中浓度为104～109个/ml，9、10号菌的最终产品中浓度为104～109个/ml都可以，可根据使用条件适当调整，通常各菌保证在106～108个/ml较合适。罐装后即可用于集中堆肥和垃圾场有机垃圾处理。
3.微生物肥料产品液体菌剂的应用
按照上步配对的菌液，按每100ml处理5～10吨垃圾用量，可直接对水喷雾集中处理垃圾，要求是菌液和垃圾充分接触，同时喷后将垃圾及时填埋，不要露天堆放。此菌剂可以促进垃圾快速分解，同时大量减少垃圾堆向环境中释放恶臭物质。
本发明制备产品先后在昆明滇池流域的多种作物上进行了农业秸秆直接还田试验，取得良好效果，深受农户欢迎，是将农业垃圾转化成有机肥，减少化肥用量(根据秸秆量可部分或全部替代底肥用化学肥料)，改良土壤的有效途径，另外，由于直接减少化肥流失和农业垃圾排放污染物，因而也是控制水体面源污染的有效措施。
田间使用过本发明产品的部分作物结果
| 作物种类 | 处理秸秆种类和量 | 对照 | 处理作物比对照作物情况 | ||
| 作物长势 | 病害发生 | 增产(％) | |||
| 西芹 | 废弃新鲜西芹每亩3000kg | 农户传统每亩2左右吨牛粪为底肥 | 还苗期提早6天 | 比对照轻 | 12.7 |
| 大白菜 | 废弃新鲜西芹每亩3000kg | 农户传统每亩2左右吨牛粪为底肥 | 还苗期提早5天 | 比对照轻 | 15.6 |
| 结球生菜 | 废弃新鲜大白菜每亩3000kg | 农户传统每亩2左右吨牛粪为底肥 | 还苗期提早3天 | 比对照轻 | 10.6 |
| 长生菜 | 废弃新鲜石竹杆每亩3000kg | 农户传统每亩2左右吨牛粪为底肥 | 还苗期提早3天 | 比对照轻 | 9.2 |
| 香石竹 | 废弃干瓜藤、香石竹杆每亩500kg | 农户传统每亩2左右吨牛粪为底肥 | 还苗期提早8天 | 比对照轻 | 2.2 |
本发明适用范围和优点：本发明适用于粮食作物(水稻、小麦、玉米、马铃薯、荞麦等)、蔬菜(叶菜类、茎根类、荚果类、浆果类)、瓜果类、浆果类水果(西瓜、香瓜、甜瓜、草莓等)、糖类作物(甘蔗、甜菜)、烟草、花卉等多种作物秸秆直接还田成肥，并作为各种作物种植底肥。处理后的耕地可立即播种任何作物。要求在地温高于10℃的条件下使用，否则此肥料制剂中的微生物不能发挥作用。
本发明进行的农业秸秆直接还田，一方面消除秸秆自然分解过程中产生的高温和臭气，不会烧根和污染空气净化环境，减少蝇、蚊的生存条件，加速有机物分解，提高秸杆的利用率，增加土壤有机质，培肥地力，调整农业肥料使用结构，大幅减少化肥施用量；另一方面，有效解决农田长期施用化肥后的土壤板结、后劲差的问题，保护未被破坏的土地，促进土壤团粒结构的形成，改善土壤理化性质，提高塑性和保水保肥能力，使土壤微生物相对多样化，利用生物间优势种群的抑制作用，控制某些土传病害的蔓延，降低土壤中的有害病菌基数，为作物创造良好的根系环境，增强作物对营养元素的快速吸收利用，增强作物的长势，使作物自身的抗逆抗病能力提高，从而减少农药施用量，提高作物产量10～20％；第三，秸秆在微生物肥料菌剂作用下迅速转化为有机质，相当于施用有机肥，符合无公害生产需求；直接消除农田垃圾，减轻化肥对江河湖泊等重要水源的污染，对改善农村自然景观，治理农业面源污染具有重大意义。所用细菌均来源于自然环境，不会对使用环境造成负面影响。
本发明的应用有助于良好的土壤团粒结构形成，使土壤保水保肥能力提高，通透性增加，使土壤肥力保持平衡，增加土壤中有机质的含量，达到改良土壤结构、改善土壤理化性质、降低化肥施用量的目的；其次，良好的土壤理化条件，使土壤中有益微生物繁殖速度加快，群落增加，抑制了有害微生物的生长，减轻土传病害的发生，消除连作障碍；第三，还可以避免使用土壤清洁剂、杀菌剂对土壤有益微生物的损害；第四，由于生长环境的改善，有利于作物根系的发达，使地上部分的生长良好，增强抗逆能力。通过本发明的秸秆直接还田技术，既达到合理利用农业废弃秸秆垃圾，保护环境、水源，又达到改良土壤，增加作物营养，提高作物产量和品质的目的。
实施例一 6亿/g微生物处理肥料粉剂的生产工艺
1.菌种发酵培养，产生细菌芽孢
1～8号菌种分别采用下述条件发酵培养
培养基：Nutrient Broth(营养肉汤)，600g；Yeast extract(酵母浸膏)，100g；Trypticase(BBL)，200g；MnSO4·H2O，0.5g；Marine Broth，50g；Agar，1000g；Inosin(5mM)，100ml；蒸馏水，100l；pH7.2
培养条件：培养温度30℃；搅拌速度，200转/分钟；无菌空气通气量1∶1(M3/1000L)；培养时间在22小时；发酵结束时孢子浓度1×1010～3×1010个/ml。
9、10菌种分别采用下述发酵培养条件
培养基：K2HPO4，22.5g；KH2PO4，22.5g；NaCl，45.0g；(NH4)2SO4，45.0g；CaCl2·2 H2O，6.0g；MgSO4·7H2O，9.0g；Yeast extract，500.0g；Xylan，500.0g；Resazurin，0.1g；Cysteine-HCl·H2O，12.5g；Na2S·9H2O，12.5g；蒸馏水，100l；pH7.2。
培养条件：培养温度30℃；搅拌速度，200转/分钟；无菌氮气通气量0.5∶1(M3/1000L)；培养时间20小时；培养结束时孢子浓度9号菌为2.51×1010，10号菌为2.03×1010个/ml。
2.发酵后细菌芽孢收集和制备孢子干粉
上述菌种发酵结束后采用3000g，20分钟，低温离心收集细菌孢子，60℃热风干燥后制成400目孢子粉，加硅藻土调孢子浓度为1×1012个/g。
3.配制微生物肥料菌剂
用上步孢子粉加葡萄糖稀释配制成1～8号菌的最终产品中浓度为5×107个/g，9、10号菌的最终产品中浓度分别为1×108个/g。
4.微生物肥料制剂产品包装
检测上述含水量低于5％，污染杂菌少于3％时进行产品最终包装。包装为100g/袋。
5.田间使用
首先，新鲜西芹秸秆按每亩3吨用量均匀撒在地面，用锄头斩成5～10cm的碎片；再将微生物肥料菌剂按每亩用量200克对水60公斤(16型喷雾器4背桶)均匀喷在西芹秸秆上；及时翻挖埋秸秆入土、平地，定植西芹，结果西芹长势良好，比对照增产13.6％。
实施例二 10亿/ml微生物处理肥料水剂的生产工艺
1.菌种发酵培养，产生细菌芽孢
1～8号菌种采用下述条件发酵培养
培养基：Nutrient Broth(营养肉汤)，600g；Yeast extract(酵母浸膏)，100g；Trypticase(BBL)，200g；MnSO4·H2O，0.5g；Marine Broth，50g；Agar，1000g；Inosin(5mM)，100ml；蒸馏水，100l；pH7.2。
培养条件：培养温度30℃；搅拌速度，200转/分钟；无菌空气通气量1∶1(M3/1000L)；培养时间在22小时；发酵结束时孢子浓度1×1010～3×1010个/ml。
9、10菌种发酵培养条件
培养基：K2HPO4，22.5g；KH2PO4，22.5g；NaCl，45.0g；(NH4)2SO4，45.0g；CaCl2·2H2O，6.0g；MgSO4·7H2O，9.0g；Yeast extract，500.0g；Xylan，500.0g；Resazurin，0.1g；Cysteine-HCl·H2O，12.5g；Na2S·9H2O，12.5g；蒸馏水，100l；pH7.2。
培养条件：培养温度30℃；搅拌速度，200转/分钟；无菌氮气通气量0.5∶1(M3/1000L)；培养时间20小时；培养结束时孢子浓度9号菌为2.35×1010，10号菌为2.46×1010个/ml。
2.发酵后细菌芽孢水剂的配制
上述菌种发酵结束后加无菌水调孢子浓度为5×109个/ml，各菌用量相等。
3.微生物肥料水剂的应用
上述孢子浓度为5×109个/g的水剂，按每吨10ml的用量对水1000倍，直接喷雾在垃圾场垃圾上，按照堆一层(5～10cm厚)喷一层的方法处理垃圾，最上一层用土覆盖。秸秆垃圾中的有机部分腐烂比对照提起20～30天。同时垃圾堆中释放出的恶臭气明显减少。
Claims (6)
1、一种直接分解秸秆为肥的微生物肥料菌剂，其特征是：由下述10种能够产生芽孢的功能细菌组成，10种功能细菌为：腊状芽孢杆菌[Bacillus cereus]、环状芽孢杆菌[Bacillus circulans]、地衣芽孢杆菌[Bacillus licheniformis]、巨大芽孢杆菌[Bacillus megaterium]、胶冻样芽孢杆菌[Bacillus mucilaginosus]、枯草芽孢杆菌[Bacillus subtilis]、丙酮丁醇梭菌[Clostridiumacetobutylicum]、巴氏梭菌[Clostridium pasteurianum]、浸麻芽孢杆菌[Paenilbacillus macerans]、多粘类芽孢杆菌[Paenilbacillus polymyxa]。
2、根据权利要求1所述微生物肥料菌剂，其特征在于：最终产品中上述10种细菌的量各为1×104～109个/g(ml)，菌剂中各功能细菌以芽孢为主体存在形式，但也有少量菌体。
3、一种根据权利要求1所述微生物肥料菌剂的生产工艺，其特征在于：将各菌单独或组合进行液体或固体发酵培养，培养基为pH6.8～7.5的通用产孢培养基或一般利于细菌生长、产孢的培养基，培养温度为20～40℃，搅拌速度200～300转/分钟，无菌通气量0.5～1∶1(M3/1000L)，好氧菌培养通无菌空气，厌氧菌培养通无菌氮气，培养时间为1～3天。
4、根据权利要求3所述微生物肥料菌剂生产工艺，其特征在于：培养后用离心、加吸附剂板框过滤方法收集芽孢和菌体，采用80℃以下的风干、喷雾干或冷冻干干燥，再打碎成粉，配合适当吸附剂和稀释填料制成粉剂肥料菌剂，所述吸附剂为硅藻土、轻质碳酸钙、草碳、电厂灰等具备微孔穴的通用吸附物质；稀释填料为葡萄糖或蔗糖粉，吸附剂、稀释填料用量为75～90％。
5、根据权利要求3所述微生物肥料菌剂生产工艺，其特征在于：液体培养后，直接用含菌液体复配，制成液体肥料菌剂。
6、根据权利要求1所述微生物肥料菌剂的使用方法，其特征在于：①、田间秸秆直接还田，即将肥料菌剂对水均匀喷在还田秸秆上，及时翻埋入耕地中；②、堆肥或垃圾场转换秸秆为肥，即将菌剂对水均匀喷在待处理秸秆垃圾上，及时堆埋；干、鲜的秸秆都可被制剂处理，包括秸秆类垃圾直接还田或集中处理。
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| PB01 | Publication | ||
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Owner name: YUNNAN RONGZHENG BIO-ENERGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: KUMING RONGFENG BIOTECH CO., LTD. Effective date: 20090612 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20090612 Address after: Kunming hi tech Zone, Yunnan province National University Science Park, Yunnan two, A4-602 Patentee after: Yunnan Rongzheng Bio-energy Co., Ltd. Address before: Floor 7, block D, Yinhai Residence Internazionale, 612 Beijing Road, Yunnan, Kunming Patentee before: Rongfeng Bio-Technology Co Ltd, Kunming |
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