CN1810735A - 腐熟促进剂及其在农业废物堆肥化中的应用 - Google Patents
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Abstract
一种腐熟促进剂及其在农业废物堆肥化中的应用，适用于促进含有大量半纤维素、纤维素和木质素的难降解农业垃圾的堆肥化处理。本发明的腐熟促进剂是一种复合发酵液，由淀粉分解菌、果胶分解菌、半纤维素分解菌、纤维素分解菌和木质素分解菌分别发酵产生的发酵液经滤除菌体后混合配制而成。该腐熟促进剂于堆肥开始时按堆肥原料重量的0.8～1.5％直接添加，并与堆料混合均匀。本发明既能促进堆肥物料中淀粉类易降解物的降解，以加速堆料升温；又能促成果胶和木质纤维素类物质的降解，以利于堆料中土著微生物在高温阶段和腐熟阶段对木质素、纤维素的深度腐熟。本发明的腐熟促进剂发酵起温快，工艺简单，可有效提高堆肥效率和腐熟程度，改善堆肥品质。
Description
技术领域
本发明涉及一种腐熟促进剂，具体涉及由不同微生物发酵产生的粗酶液混合配制而成的复合发酵液及其在堆肥化处理农业废物中的应用。
背景技术
我国每年要产生7亿多吨农作物秸杆，这些物料大多被作为农业废物以堆积、荒烧等形式直接侵入环境，造成了极大的环境污染和资源的浪费。好氧堆肥是农业废物资源化和无害化处理的重要手段。传统的好氧堆肥主要是利用堆料中的土著微生物来代谢、分解有机物，但由于农业废物中植物组织的细胞壁主要由果胶、纤维素、半纤维素和木质素相互嵌合而成，结构稳定而不易降解，尤其是其中木质纤维素的难降解性质阻碍了土著微生物对农业废物的有效腐解，这便导致了堆肥发酵所需时间偏长、堆肥成品肥效过低的问题。目前，针对改进堆肥工艺、提高堆肥成品质量的研究主要集中于各类菌剂的开发研制及其在堆肥体系中的应用。涉及较多的是通过接入对堆料中某些物质有特殊降解能力的单一优势菌种，或者是根据堆肥进程中不同阶段需不同类微生物这一特点分阶段添加相应的复合菌剂来加快堆肥化进程。
但微生物菌剂接入堆肥体系中其生长本身存在很大的不确定性，加之堆肥材料的来源广泛，土著微生物种群会因堆料不同而有所不同，因此能否使接种的复合菌剂成为堆肥体系中的优势菌群以及如何避免其与土著微生物间的拮抗作用，都存在一定的难度；此外，接种的菌体与堆料不易均匀混合，也限制了这类方法的应用。而由于微生物发酵液富含大量的降解酶，在堆肥体系中添加这些含酶发酵液能有效促进相应底物的降解，同时，添加的发酵液易与堆料混匀且不会抑制其他微生物的生长，因此，可通过在堆肥过程中添加微生物发酵液的方法促进堆料降解、加快堆肥进程。基于不同微生物的产酶类型、产酶酶活都有所不同，如何制备一种可用于农业废物堆肥化中的复合发酵液以同时促进农业废物中果胶、半纤维素、纤维素和木质素等多种有机物的腐解，是利用微生物技术高效处理农业废物亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种低成本的腐熟促进剂以应用于农业废物堆肥化处理中，既能促进堆肥物料中淀粉类易降解物的降解，以加速堆料升温；又可在不干扰土著微生物充分发挥作用的基础上，利用该腐熟促进剂所含的降解酶系加速果胶、木质纤维素等难降解物质的分解，以提高堆肥化效率和堆肥成品质量。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。
本发明可用于农业废物堆肥化中的腐熟促进剂，其特征在于：它是由淀粉分解菌、果胶分解菌、半纤维素分解菌、纤维素分解菌和木质素分解菌分别发酵产生的发酵液经滤去菌体和固态基质后混合配制而成。
作为本发明的进一步改进，所述淀粉分解菌、果胶分解菌、半纤维素分解菌、纤维素分解菌和木质素分解菌分别选自下述菌种：枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、米曲霉(Aspergillus oryzae)、里氏木霉(Trichoderma reesei)、蓝色链霉菌(Streptomycessyancu)和黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)。
所述各菌种产生的发酵液经滤去菌体和固态基质后按下述重量配比混合配制而成：
枯草芽孢杆菌发酵液 10～15％
米曲霉发酵液 20～25％
里氏木霉发酵液 25～30％
蓝色链霉菌发酵液 15～20％
黄孢原毛平革菌发酵液 25～30％。
所述枯草芽孢杆菌、米曲霉、里氏木霉、蓝色链霉菌和黄孢原毛平革菌制备发酵液的种子液以5～8％的接种量分别接入各自相应的发酵产酶培养基中：
①枯草芽孢杆菌、米曲霉、里氏木霉和蓝色链霉菌对应的发酵产酶培养基相同，培养基成分包含：稻草粉2～3％，麦麸3～4％，黄豆粉1～1.5％，NaCl 0.1～0.2％；⑦黄孢原毛平革菌专用的发酵产酶培养基成分包含：稻草粉1.5～2.5％，糖蜜0.2～0.5％，豆饼粉0.2～0.5％，酒石酸铵0.2％，MnSO4·H2O 0.03％，NaCl 0.1％，VB1 0.01％，以上配比均为重量配比。
上述可用于农业废物堆肥化中的腐熟促进剂的应用，它是在堆制初期按堆肥原料重量的0.8～1.5％直接添加，并与堆料混合均匀。
在堆肥初期，堆肥体系中的土著微生物还处在其生长周期的开始阶段，活性比较弱，数量也不是很多，这些微生物可通过分泌不同的生物酶对物料进行分解利用，但大多只利用一些简单的糖类。在该阶段加入本发明的腐熟促进剂，丰富了堆肥体系中的生物酶种类并提高了生物酶酶活，促进了物料各成分的有效降解，且也不会对堆肥体系中土著微生物的生长带来负面影响。随着本发明的腐熟促进剂的加入，淀粉酶与果胶酶活性在堆肥的升温阶段迅速被激活，可更有效地降解堆料中淀粉类和果胶类成分，同时，该腐熟促进剂所含的木质纤维素酶则可使堆料中木质纤维素类较复杂的有机物也得到初步降解和利用；另一方面，降解这些成分所产生的大量简单糖类可被堆料中的土著微生物迅速利用，使得堆料中的微生物数量急速增加，加速了堆肥升温，进一步促进了堆料中易降解物的分解。温度上升到高温阶段，腐熟促进剂中的纤维素酶与半纤维素酶又被激活，这时候堆料中微生物群也主要是以可降解纤维素和半纤维素的菌群为主，二者共同作用，使得高温阶段可维持较长时间也使堆料中的粗纤维得到更彻底的降解。当较难降解物质被大量降解后，堆肥进入降温、腐熟阶段，此时较低的温度适宜该腐熟促进剂中的木质素酶的作用，堆料中的木质素成分得到有效降解，促进了堆肥的深度腐熟。
综上所述，本发明的腐熟促进剂利用其中富含的淀粉酶、果胶酶、纤维素类降解酶和木质素降解酶，既能促进堆肥物料中淀粉类易降解物的降解，以加速堆料升温；又能促成果胶和木质纤维素类等难降解物质的降解，导致植物细胞壁组织的有效断裂和破坏，以利于堆料中土著微生物在高温阶段和腐熟阶段对木质素、纤维素的深度腐熟。本发明的腐熟促进剂发酵起温快，工艺简单，可有效提高堆肥效率和腐熟程度，改善堆肥品质。
附图说明
图1为添加本发明的腐熟促进剂堆肥法与传统堆肥法的堆肥温度变化图；
图2为添加本发明的腐熟促进剂堆肥法与传统堆肥法的微生物数量变化图。
具体实施方式
本发明采用的黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)，购自中国典型培养物保藏中心(CCTCC)，保藏号为AF96007。菌种转接保藏在土豆蔗糖斜面培养基上。
本发明腐熟促进剂的制备经以下两个步骤：
1、种子培养：将纯化培养的枯草芽孢杆菌、米曲霉、里氏木霉、蓝色链霉菌和购得的黄孢原毛平革菌分别从保藏的斜面培养基上刮取，并分别接种至营养肉汁培养基、豆汁培养基、查氏培养基、高氏1号培养基及土豆蔗糖培养基，每个1升的锥形瓶中装液体培养基200ml，培养温度30～37℃，于150～180rpm转速下振荡培养24～60h。
2、发酵产酶培养：将上述种子培养液分别以5～8％的接种量接种至各自的发酵培养基中。
枯草芽孢杆菌、米曲霉、里氏木霉和蓝色链霉菌的发酵培养基成分相同，配方包含(重量比)：稻草粉2～3％，麦麸3～4％，黄豆粉1～1.5％，NaCl 0.1～0.2％；相应发酵罐的培养条件为温度28～35℃，搅拌速度400～500rpm，通气量0.8～1.0vvm，培养3～5d。黄孢原毛平革菌专用的发酵培养基成分包含(重量比)：稻草粉1.5～2.5％，糖蜜0.2～0.5％，豆饼粉0.2～0.5％，酒石酸铵0.2％，MnSO4·H2O 0.03％，NaCl 0.1％，VB1 0.01％；相应发酵罐的培养条件为温度30～35℃，搅拌速度160～200rpm，通气量0.6～0.8vvm，培养3～5d。得到的各发酵液经过滤除去菌体和固体基质后，分别取滤液即粗酶液按比例混合，即可得含多种降解酶的复合发酵液，也即本发明所述的腐熟促进剂。
各菌种产生的发酵液经滤去菌体和固态基质后按下述重量配比混合配制而成：
枯草芽孢杆菌发酵液 10～15％
米曲霉发酵液 20～25％
里氏木霉发酵液 25～30％
蓝色链霉菌发酵液 15～20％
黄孢原毛平革菌发酵液 25～30％
按上述方法制得本发明的腐熟促进剂富含各类降解酶且具有高酶活，淀粉酶酶活为32～36μg糊精·(min·ml)-1，果胶酶活为520～670μg半乳糖醛酸·(min·ml)-1，木聚糖酶活为1240～1380μg木糖·(min·ml)-1，CMC酶活为460～540μg葡萄糖·(min·ml)-1，木质素过氧化物酶活为72～100μmol藜芦醛·(min·ml)-1。
在堆肥化处理农业废物时，对于产发酵液场地离堆制场地近的，可直接将制得的本发明的腐熟促进剂在堆制初期以堆肥原料重量的0.8～1.5％加入，充分混匀后上堆；对于产发酵液场地离堆制场地远的，考虑到运费成本问题，可先将制得的腐熟促进剂浓缩后得到白色略带微黄的粉末状固体，运至堆制场地后再用水溶解成溶液加入堆料。
实施例
1、腐熟促进剂的制备
1)种子培养：将纯化培养的枯草芽孢杆菌、米曲霉、里氏木霉、蓝色链霉菌和购得的黄孢原毛平革菌分别从保藏的斜面培养基上刮取，并分别接种至营养肉汁培养基、豆汁培养基、查氏培养基、高氏1号培养基及土豆蔗糖培养基，于500ml的锥形瓶中分别装入各培养基100ml。培养条件如下：
| 菌种名称 | 温度(℃) | 转速(rpm) | 培养时间(h) |
| 枯草芽孢杆菌 | 37 | 160 | 24 |
| 米曲霉 | 35 | 160 | 24 |
| 里氏木霉 | 30 | 180 | 40 |
| 蓝色链霉菌 | 30 | 180 | 40 |
| 黄孢原毛平革菌 | 37 | 160 | 48 |
2)发酵产酶培养：将上述种子培养液以5％(重量比)的接种量分别接种至各自的5L全自动发酵罐中。枯草芽孢杆菌、米曲霉、里氏木霉和蓝色链霉菌的发酵培养基成分相同，配方为(重量比)：稻草粉2.5％，麦麸3.2％，黄豆粉1％，NaCl 0.1％，水93.2％；黄孢原毛平革菌专用的发酵培养基配方为(重量比)：稻草粉2％，糖蜜0.3％，豆饼粉0.2％，酒石酸铵0.2％，MnSO4·H2O 0.03％，NaCl 0.1％，VB1 0.01％，水97.16％；培养条件如下：
| 菌种名称 | 温度(℃) | 搅拌速度(rpm) | 通气量(vvm) | 培养时间(d) |
| 枯草芽孢杆菌 | 30 | 400 | 0.8 | 3 |
| 米曲霉 | 30 | 400 | 0.8 | 3 |
| 里氏木霉 | 28 | 400 | 0.8 | 3 |
| 蓝色链霉菌 | 28 | 400 | 0.8 | 3 |
| 黄孢原毛平革菌 | 30 | 160 | 0.7 | 4 |
将培养得的各发酵液经过滤除去菌体和固体基质后按下述比例混合：枯草芽孢杆菌发酵液12％，米曲霉发酵液20％，里氏木霉发酵液26％，蓝色链霉菌发酵液15％，黄孢原毛平革菌发酵液27％，即可得本发明的腐熟促进剂。
2、采集长沙郊区农业废物，包括各类菜叶、秸秆等，经粉碎后混合均匀即得堆料，该堆料C/N为25，含水率为55％，有机质为70％，将堆料装入堆肥装置中。装入堆料的同时，喷洒步骤1制得的腐熟促进剂并与堆料混合均匀，喷洒量为堆料重量的0.8％。
对照：原料的来源与预处理和上面所述相同，不加腐熟促进剂，其他堆制方法相同。
堆肥过程中检测堆肥温度和微生物数量变化，两种不同堆肥过程的反应效果见图1和图2所示。通过比较可发现堆肥系统中加入腐熟促进剂，缩短了堆肥化的升温时间，加速了堆肥腐熟的进程，而且其高温阶段持续时间也比其对照样要长。在此过程中，微生物数量也明显较高。该腐熟促进剂还有效促进了粗纤维的降解，使其降解率提高了14.12％。本发明的腐熟促进剂制取及使用方法简单，成本较低，采用本发明堆肥化可比传统堆肥法提早7～11天获得堆肥成品，且堆肥成品腐熟程度高、品质好，本发明有很好的应用前景。
Claims (5)
1、一种可用于农业废物堆肥化中的腐熟促进剂，其特征在于：它是由淀粉分解菌、果胶分解菌、半纤维素分解菌、纤维素分解菌和木质素分解菌分别发酵产生的发酵液经滤去菌体和固态基质后混合配制而成。
2、根据权利要求1所述的可用于农业废物堆肥化中的腐熟促进剂，其特征在于：所述淀粉分解菌、果胶分解菌、半纤维素分解菌、纤维素分解菌和木质素分解菌分别选自下述菌种：枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、米曲霉(Aspergillus oryzae)、里氏木霉(Trichoderma reesei)、蓝色链霉菌(Streptomyces syancu)和黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)。
3、根据权利要求2所述的可用于农业废物堆肥化中的腐熟促进剂，其特征在于：所述各菌种产生的发酵液经滤去菌体和固态基质后按下述重量配比混合配制而成：
枯草芽孢杆菌发酵液 10～15％
米曲霉发酵液 20～25％
里氏木霉发酵液 25～30％
蓝色链霉菌发酵液 15～20％
黄孢原毛平革菌发酵液 25～30％。
4、根据权利要求2或3所述的可用于农业废物堆肥化中的腐熟促进剂，其特征在于所述枯草芽孢杆菌、米曲霉、里氏木霉、蓝色链霉菌和黄孢原毛平革菌制备发酵液的种子液以5～8％的接种量分别接入各自相应的发酵产酶培养基中：
①枯草芽孢杆菌、米曲霉、里氏木霉和蓝色链霉菌对应的发酵产酶培养基相同，培养基成分包含：稻草粉2～3％，麦麸3～4％，黄豆粉1～1.5％，NaCl 0.1～0.2％；②黄孢原毛平革菌专用的发酵产酶培养基成分包含：稻草粉1.5～2.5％，糖蜜0.2～0.5％，豆饼粉0.2～0.5％，酒石酸铵0.2％，MnSO4·H2O 0.03％，NaCl 0.1％，VB1 0.01％，以上配比均为重量配比。
5、一种如权利要求1所述的可用于农业废物堆肥化中的腐熟促进剂的应用，其特征在于，它是在堆制初期按堆肥原料重量的0.8～1.5％直接添加，并与堆料混合均匀。
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