耐高溫鏈霉菌在農(nóng)業(yè)廢棄物堆肥中的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】一株可高效降解和轉(zhuǎn)化水稻秸稈和豬糞氮素的耐高溫放線菌。本發(fā)明所述的放線菌屬于灰略紅鏈霉菌(Streptomyces griseorubens)，保藏編號為CGMCC No.5706。該菌不僅對水稻秸稈中的木質(zhì)纖維素有很強的降解能力，還可以快速轉(zhuǎn)化豬糞中的硝態(tài)氮和有機氮；該菌株可耐受70℃以上的高溫，通過在水稻秸稈和豬糞的混合堆肥中添加該菌，可以顯著提高堆肥溫度，縮短發(fā)酵周期，提高有機肥的質(zhì)量與產(chǎn)量；此外，接種該固體菌劑后所得有機肥可快速培肥土壤，提高有機肥、全氮、硝態(tài)氮及銨態(tài)氮含量，活躍土壤酶活性，最終實現(xiàn)作物增產(chǎn)。CGMCC NO.57062012.01.09
【專利說明】耐局溫鏈霉囷在農(nóng)業(yè)廢棄物堆肥中的應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種農(nóng)業(yè)環(huán)境保護和廢棄物利用【技術(shù)領(lǐng)域】的應(yīng)用，具體是一種耐高溫鏈霉菌在農(nóng)業(yè)廢棄物堆肥中的應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]秸桿是植物共合作用的主要產(chǎn)物，是自然界儲量最豐富的一類可再生資源。全世界每年農(nóng)作物秸桿的產(chǎn)量為29億噸左右，而我國作為農(nóng)業(yè)大國，每年農(nóng)作物秸桿的產(chǎn)量在7億噸左右。近年來隨著農(nóng)作物產(chǎn)量的提高，秸桿總量迅速增加，廣大農(nóng)民為趕農(nóng)時、搶播種、圖省事，多數(shù)地區(qū)就開始出現(xiàn)秸桿焚燒現(xiàn)象。大面積秸桿焚燒不僅造成了極大的環(huán)境污染，而且浪費了寶貴的資源；同時，現(xiàn)代畜牧業(yè)規(guī)?；酿B(yǎng)殖模式導(dǎo)致大量的畜禽糞便的產(chǎn)生。而目前集約化養(yǎng)殖場的畜禽廢棄物的利用率只有30 %左右，其余70 %則直接向環(huán)境中排放。隨意排放畜禽糞則會對環(huán)境造成嚴重的危害:一方面是造成空氣、水體和土壤的污染，另一方面是傳播病菌，對畜禽乃至人類的健康造成危害。
[0003]秸桿主要組分是纖維素、木質(zhì)素、半纖維素、粗蛋白及灰分等。其中纖維素和木質(zhì)素均具有很高的碳氮比，兩者性質(zhì)穩(wěn)定并共同構(gòu)成植物細胞壁的骨架，因此自然界中降解非常緩慢；而畜禽糞便中含有大量的含氮化合物，如氨、硝酸鹽及其他含氮有機物。將農(nóng)作物秸桿與畜禽糞便混合進而進行高溫堆肥發(fā)酵已經(jīng)成為資源化利用秸桿和畜禽糞等農(nóng)業(yè)廢棄物的主要方式，而豬糞中秸桿降解微生物數(shù)量和種類相對較少，若直接將兩者混合進行堆肥難以達到良好的效果。
[0004]環(huán)境微生物具有增殖速度快、功能豐富多樣及適應(yīng)能力強等特點，微生物法降解轉(zhuǎn)化秸桿和畜禽糞便具有許多其他物理化學(xué)方法不可替代的優(yōu)點，應(yīng)用前景廣闊。鏈霉菌作為一種常見的土壤腐生微生物，對環(huán)境中的大分子物質(zhì)如纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和含氮有機物均具有很強的降解轉(zhuǎn)化能力?；衣约t鏈霉菌(Streptomyces griseorubens) JSD -1已被證實具有很強的降解秸桿和轉(zhuǎn)化硝態(tài)氮的能力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種耐高溫鏈霉菌在農(nóng)業(yè)廢棄物堆肥中的應(yīng)用，不僅可以高效降解秸桿中的纖維素、半纖維素及木質(zhì)素，而且還可以快速轉(zhuǎn)化畜禽糞便中含氮物質(zhì)；此外該菌還可以耐受70°C以上的高溫，通過在堆肥中添加該菌劑可以顯著提高堆肥溫度、縮短發(fā)酵周期、提高有機肥產(chǎn)量與質(zhì)量。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:本發(fā)明通過將灰略紅鏈霉菌JSD -1接種于秸桿發(fā)酵培養(yǎng)基中制成固體菌劑，并進一步用于農(nóng)業(yè)廢棄物與肥料的混合物中進行高溫堆肥。
[0007]所述的灰略紅鏈霉菌(Streptomyces griseorubens) JSD -1,現(xiàn)保藏于中國普通微生物菌種保藏管理中心(CGMCC)，保藏編號為CGMCC N0.5706，保藏日期為2012年I月9日，保藏地址:北京市朝陽區(qū)北辰西路I號院3號中國科學(xué)院微生物研究所郵編100101。
[0008]所述的農(nóng)業(yè)廢棄物優(yōu)選為水稻秸桿，所述的肥料優(yōu)選為豬糞。
[0009]所述的灰略紅鏈霉菌JSD -1采用4°C斜面冷凍保藏法進行保藏，使微生物處于較低溫度中，以降低其代謝作用速度從而達到保藏菌種的目的。
[0010]所述的固體菌劑通過以下方式制備得到:將保藏狀態(tài)的灰略紅鏈霉菌JSD -1接種于秸桿發(fā)酵培養(yǎng)基中，待菌種適應(yīng)培養(yǎng)環(huán)境進行繁殖，以獲得數(shù)量足夠、活力旺盛的培養(yǎng)物后，與固態(tài)載體混合制成固體菌劑。
[0011]所述的接種具體為:將灰略紅鏈霉菌接種于秸桿發(fā)酵培養(yǎng)基中，32°C、150rpm發(fā)酵培養(yǎng)3d，當(dāng)菌液濃度達到101(lCfu/mL時終止發(fā)酵。
[0012]所述的固態(tài)載體優(yōu)選為水稻粉，其混合比例為1:1(V/W)的比例與水稻粉(Imm顆粒度)混合，混合后于32°C靜置培養(yǎng)ld，制得固體菌劑。
[0013]所述的秸桿發(fā)酵培養(yǎng)基組分及含量為:秸桿10.0g、KN032.0g、KH2PO40.5g、K2HPO4L 0g、MgSO40.2g、CaCl20.lg、酵母提取物 1.0g、蒸餾水 1.0L, pH 7.0 - 7.2。
[0014]所述的秸桿發(fā)酵培養(yǎng)基通過在固態(tài)培養(yǎng)基的基礎(chǔ)上添加18.0g瓊脂即可。
[0015]所述的高溫堆肥通過以下方式制備:水稻秸桿經(jīng)粉碎得到5 -1Ocm秸桿段，隨后以秸桿重量的10.0%和2.0%分別添加豬糞和微生物固體菌劑，調(diào)節(jié)堆體水含量在65%，每天測定堆體溫度直至溫度下降到40°C。
技術(shù)效果
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果包括:
[0017]I)本發(fā)明所述菌株對農(nóng)作物秸桿中的木質(zhì)纖維素組分有較強的降解能力；
[0018]2)本發(fā)明所述菌株對畜禽糞便中的含氮物質(zhì)(如有機氮和無機氮)有較強的轉(zhuǎn)化能力；
[0019]3)本發(fā)明所述菌株在農(nóng)業(yè)廢棄物資化利用方面具有廣泛的應(yīng)用前景，采用本發(fā)明所述技術(shù)可顯著提高堆肥發(fā)酵溫度、縮短發(fā)酵周期，最終實現(xiàn)有機肥的產(chǎn)量與品質(zhì)的提升。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為實施例中堆肥溫度變化趨勢圖；
[0021]圖2為實施例中土壤呼吸強度對比圖；
[0022]圖3為實施例中小青菜產(chǎn)量對比圖。

【具體實施方式】
[0023]下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1
[0024]本實施例包括以下步驟:
[0025]I)固體菌劑的制備:將灰略紅鏈霉菌接種于秸桿發(fā)酵培養(yǎng)基中，32°C、150rpm發(fā)酵培養(yǎng)3d，當(dāng)菌液濃度達到101(lCfu/mL時終止發(fā)酵，并以1:1(V/W)的比例與水稻粉(Imm)混合，于32°C靜置培養(yǎng)ld，便制得該菌的固體菌劑。
[0026]所述的秸桿發(fā)酵培養(yǎng)基組分為:秸桿10.0g, KN032.0g, KH2PO40.5g，K2HPO4L 0g,MgSO40.2g，CaCl20.lg，酵母提取物1.0g，蒸餾水1.0L, pH 7.0 - 7.2。固態(tài)培養(yǎng)基在上述組分中添加18.0g瓊脂即可。
[0027]2)高溫堆肥的制作及堆體溫度測定:將水稻秸桿粉碎，得到5 -1Ocm秸桿段，隨后以秸桿重量的10.0%和2.0%分別添加豬糞和微生物固體菌劑，調(diào)節(jié)堆體水含量在65% ；每天測定堆體溫度，當(dāng)溫度下降到40°C以下表示堆肥腐熟完成。
[0028]如圖1所示，添加菌劑的實驗處理J初始階段和發(fā)酵完成后升降溫更加迅速；添加菌劑堆肥處理J高溫期溫度可達71°C高于未添加菌劑自然堆肥處理N的最高溫度65°C;且接種菌劑后堆肥發(fā)酵周期由28天縮短至22天，添加菌劑后堆肥高溫期(高于60°C )持續(xù)9天(自然堆肥為6天)。
[0029]3)有機肥還田后土壤理化指標的測定:將發(fā)酵所得的兩種秸桿有機肥分別以1:100 (W/W)的比例加入到土壤中(每盆2.5kg 土)，后播撒青菜種子。待作物成熟后，采集土壤樣品并統(tǒng)計青菜的產(chǎn)量。記添加接種JSD -1秸桿有機肥的處理為J，添加普通秸桿有機肥處理(自然堆肥)為N，不添加有機肥的處理記為CK。有機質(zhì)采用K2Cr2O7外加熱法測定；土壤中總氮、硝態(tài)氮及銨態(tài)氮的含量則需先用2M的KCl溶液浸提新鮮土樣(水土比5:1)，振蕩靜置后過濾并用連續(xù)流動分析儀(AA3)測定。
[0030]添加秸桿有機肥后土壤有機質(zhì)指標均顯著提高，尤其是添加外源菌劑的處理J，施用后土壤有機質(zhì)含量較對照處理CK提高88.5%，較自然堆肥處理N提高了 26.8% ;施用添加菌劑的秸桿有機肥后土壤中全氮、硝態(tài)氮及銨態(tài)氮含量較空白對照分別提高53.3%、32.8%和61.1%，較添加自然堆肥的土壤分別提高38.6%,29.0%和44.4%。
[0031]4) 土壤呼吸強度的測定:稱取約20g的新鮮土樣，置于燒杯中；取1mL NaOH溶液(2M)于另一燒杯中；把兩只燒杯同時放入干燥器皿，加蓋密閉，放置I至2天；取出裝NaOH的燒杯，用蒸餾水洗入250mL容量瓶中，然后稀釋至刻度；吸取稀釋液25mL，加酚酞I滴，用標準HCl溶液(0.05M)滴定至無色，再加甲基橙I滴，繼續(xù)用HCl溶液滴定至由橙黃色變?yōu)榻奂t色，記錄HCl用量；于另一干燥器中，只放置NaOH溶液，作為空白，操作步驟如上。
[0032]不同處理下土壤呼吸強度結(jié)果如圖2所示，添加秸桿有機肥可以明顯提高土壤的呼吸強度，其中處理J和處理N較對照CK呼吸強度分別提高74.7%和45.3%。
[0033]5) 土壤酶活性的測定:纖維素酶活性采用3，5 -二硝基水楊酸(DNS)比色法測定，結(jié)果以24h后每克土壤催化羧甲基纖維素鈉生成葡萄糖的微克數(shù)表示；脲酶采用靛酚比色法測定，結(jié)果以24h后每克土壤中氨基氮(NH2 -N)的微克數(shù)表示；蔗糖酶采用硫代硫酸鈉滴定法測定，其活性以24h后每克土消耗0.1M硫代硫酸鈉毫升數(shù)表示；蛋白酶采用茚三酮比色法測定，土壤蛋白酶活性以24h后每克土壤酶促反應(yīng)后生成的甘氨酸微克數(shù)表示；硝酸鹽還原酶采用二硝基苯酚比色法測定，結(jié)果是以24h后每克土壤生成Ν02_Ν的微克數(shù)表示。
[0034]添加秸桿有機肥后土壤酶除蔗糖酶外活性均有一定程度的提高，尤其是纖維素酶，處理J和處理N較對照CK提高程度分別為80.7%和32.8%;施用秸桿有機肥也提高了土壤蛋白酶、脲酶及硝酸鹽還原酶活性，其中處理J三種酶活性較對照CK分別提高45.4%、40.9%和66.9% ;此外添加秸桿有機肥可抑制土壤蔗糖酶活性，抑制程度分別為32.9%和46.3%。
[0035]6)小青菜的產(chǎn)量統(tǒng)計:如圖3所示，添加秸桿有機肥可以顯著提高作物(小青菜)的產(chǎn)量，其中添加JSD-1的處理J較對照CK提高了 106.7%，較添加自然堆肥的處理N提局 了 31.1 % D
【權(quán)利要求】
1.一種耐高溫鏈霉菌在農(nóng)業(yè)廢棄物堆肥中的應(yīng)用，其特征在于，通過將灰略紅鏈霉菌JSD - 1接種于秸桿發(fā)酵培養(yǎng)基中制成固體菌劑，并進一步用于農(nóng)業(yè)廢棄物與肥料的混合物中進行高溫堆肥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的灰略紅鏈霉菌(Streptomycesgriseorubens) JSD - 1,現(xiàn)保藏于中國普通微生物菌種保藏管理中心(CGMCC),保藏編號為CGMCC N0.5706，保藏日期為2012年1月9日。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的農(nóng)業(yè)廢棄物為水稻秸桿，所述的肥料為豬糞。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是，所述的灰略紅鏈霉菌JSD- 1采用4°C斜面冷凍保藏法進行保藏。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的固體菌劑通過以下方式制備得到:將保藏狀態(tài)的灰略紅鏈霉菌JSD -1接種于秸桿發(fā)酵培養(yǎng)基中，然后與固態(tài)載體混合制成固體菌劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或5所述的方法，其特征是，所述的接種具體為:將灰略紅鏈霉菌接種于秸桿發(fā)酵培養(yǎng)基中，32°C、150rpm發(fā)酵培養(yǎng)3d，當(dāng)菌液濃度達到10lclcfu/mL時終止發(fā)酵。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征是，所述的固態(tài)載體為水稻粉，其混合比例為1: 1 (V/W)的比例與顆粒度1mm的水稻粉混合，混合后于32°C靜置培養(yǎng)ld，制得固體菌劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的秸桿發(fā)酵培養(yǎng)基組分及含量為:秸桿10.0g、KN03 2.0g、KH2P04 0.5g、K2HP04 1.0g、MgS04 0.2g、CaCl2 0.lg、酵母提取物 1.0g、蒸餾水 1.0L、pH 7.0 - 7.2。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征是，所述的秸桿發(fā)酵培養(yǎng)基通過在固態(tài)培養(yǎng)基的基礎(chǔ)上添加18.0g瓊脂即可。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的高溫堆肥通過以下方式制備:水稻秸桿經(jīng)粉碎得到5 - 10cm秸桿段，隨后以秸桿重量的10.0%和2.0%分別添加豬糞和微生物固體菌劑，調(diào)節(jié)堆體水含量在65%，每天測定堆體溫度直至溫度下降到40°C。
【文檔編號】C05F17/00GK104355690SQ201410558208
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】周培, 馮?，|, 毛亮, 支月娥, 孫玉靜, 羅艷青 申請人:上海交通大學(xué)