技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)科學(xué)和環(huán)境生物學(xué)的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種綜合利用玉米秸稈和牛糞生產(chǎn)高含菌量生物有機肥及其生產(chǎn)工藝。
技術(shù)背景
我國是農(nóng)業(yè)大國，在北方地區(qū)玉米種植面積廣，玉米秸稈是主要農(nóng)作物秸稈之一，具有來源廣、數(shù)量大、價格低、競爭用途少和開發(fā)利用潛力大等特點。我國玉米秸稈年產(chǎn)量約7億噸，占全國秸稈年產(chǎn)量的56.6 %。玉米秸稈作為一種非競爭性、潛在性和戰(zhàn)略性后備可再生資源，倍受重視。農(nóng)作物秸桿在能源、家畜飼料、還田肥料和工業(yè)原料等方面逐漸被應(yīng)用。
與發(fā)達(dá)國家相比，我國玉米秸稈的規(guī)?；夹g(shù)和程度發(fā)展至今已落后于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要，一直處于高消耗、高污染和低產(chǎn)出的現(xiàn)狀。我國每年用于工業(yè)及造紙的秸稈僅占4 %，用于家畜飼料約占20 %，造肥還田約占14 %，剩余可作為能源利用的秸桿總量約占43 %，但秸稈作為燃料使用，產(chǎn)生的熱值低，營養(yǎng)利用率為零，同時又會產(chǎn)生大量的煙霧粉塵，對環(huán)境造成一定程度的污染。目前，我國農(nóng)村約2億噸的秸稈被直接用作生活燃料，被低效率地燃燒掉，其余的秸稈隨意堆放，既存在安全隱患，又影響村容村貌；有些農(nóng)戶則就地焚燒秸稈，既浪費資源，又污染環(huán)境。
玉米秸稈中含粗纖維(CF) 31-41 %，中性洗滌纖維(NDF)約80 %，酸性洗滌纖維(ADF)約53 %，粗蛋白(CP) 3-5 %，無氮浸出物約42 %，營養(yǎng)物質(zhì)很豐富，可用為多種微生物提供培養(yǎng)物質(zhì)，用以作為有機肥生產(chǎn)的原料，解決玉米秸稈的浪費問題，提升其經(jīng)濟(jì)價值。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種高含菌量生物有機肥生產(chǎn)工藝，解決了傳統(tǒng)利用玉米秸稈生產(chǎn)生物有機肥有效活菌數(shù)含量低，施用效果差的問題。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種高含菌量生物有機肥生產(chǎn)工藝，通過以下方法制備：
(a) 分別活化綠色木霉和擬康氏木霉菌株，逐級擴(kuò)大培養(yǎng)，按常規(guī)固態(tài)發(fā)酵方法制備綠色木霉和擬康氏木霉種曲，備用；
(b) 分別活化解淀粉芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和產(chǎn)朊假絲酵母菌菌株，逐級擴(kuò)大培養(yǎng)，按常規(guī)液態(tài)發(fā)酵方法制備解淀粉芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和產(chǎn)朊假絲酵母發(fā)酵液，備用；
(c) 將上述制備的綠色木霉和擬康氏木霉種曲及解淀粉芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和產(chǎn)朊假絲酵母菌發(fā)酵液按重量比5:4:5:6:5混合均勻，制成玉米秸稈一次發(fā)酵中所使用秸稈的腐熟劑；
(d) 粉碎玉米秸稈，將粉碎的玉米秸稈與牛糞按質(zhì)量比1:1混合，并向其中加入無機氮源，調(diào)節(jié)玉米秸稈和牛糞混合物的C/N至20-30。再加入所述玉米秸稈和牛糞混合物總質(zhì)量1.0-1.5倍的水，攪拌混勻，得發(fā)酵料；
(e) 在所述發(fā)酵料中按發(fā)酵料質(zhì)量3-5%的接種量接種所述玉米秸稈腐熟劑，攪拌混勻，堆料發(fā)酵10-15 d，得玉米秸稈、牛糞有機肥；
(f) 分別活化膠質(zhì)芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌和圓褐固氮菌菌株，逐級擴(kuò)大培養(yǎng)，按常規(guī)液態(tài)發(fā)酵方法制備膠質(zhì)芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌和圓褐固氮菌發(fā)酵液。將三種發(fā)酵液等體積混合，制成二次發(fā)酵所需的功能菌劑，備用；
(g) 向所述玉米秸稈、牛糞有機肥中加水調(diào)節(jié)其含水量至50-60 %，然后向其中接種用于二次發(fā)酵的有機肥質(zhì)量約10 %所述的功能菌劑，混合均勻后堆置發(fā)酵3-5小時，即制成高含菌量生物有機肥生產(chǎn)工藝；
(h) 將所述的高含菌量生物有機肥生產(chǎn)工藝造粒、干燥，制成高含菌量生物有機肥生產(chǎn)工藝成品。
本發(fā)明步驟(a)所述的木霉菌種的活化是指將綠色木霉和擬康氏木霉菌種分別接種于PDA斜面培養(yǎng)基上，使其在溫度為28-30 ℃下恒溫培養(yǎng)3-4 d，斜面長滿孢子即可。所述的擴(kuò)大培養(yǎng)均是指將活化后的菌株接種到克氏瓶中制備霉菌孢子；然后將霉菌孢子用無菌水洗下來，接種于固態(tài)發(fā)酵種子罐進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)。
其中綠色木霉和擬康氏木霉菌固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基均按以下組分比例及工藝條件配置：麩皮40 Kg、稻殼60 Kg，(NH4)2SO4 0.5 Kg、水150-200 Kg，攪拌混勻，采用0.10 MPa滅菌20 min，將克氏瓶中的霉菌孢子用無菌水洗下，接種于固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基中，攪拌均勻后于固態(tài)發(fā)酵罐中30 ℃通風(fēng)培養(yǎng)3-4 d，即得木霉種曲。
本發(fā)明步驟(b)所述的解淀粉芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌菌種的活化是指將解淀粉芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌接種于LB斜面培養(yǎng)基上，使其在溫度為37 ℃下恒溫培養(yǎng)2 d，斜面長滿孢子即可；產(chǎn)朊假絲酵母菌菌種的活化是指將產(chǎn)朊假絲酵母菌接種于YPD斜面培養(yǎng)基上，使其在溫度為28-30 ℃下恒溫培養(yǎng)3-4 d，所述的擴(kuò)大培養(yǎng)均是指將活化后的菌株接種到克氏瓶中制備種子；然后將克氏瓶中的菌體用無菌水洗下來，接種于液體發(fā)酵罐進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)。
本發(fā)明中PDA斜面培養(yǎng)基為馬鈴薯葡萄糖培養(yǎng)基，其按以下組分比例及工藝條件配置：馬鈴薯200 g、葡萄糖20 g、瓊脂15-20 g、水1000 mL，pH值自然，馬鈴薯洗凈去皮，切成小塊煮沸30 min，采用0.10 MPa滅菌20 min，晾斜面。
本發(fā)明中LB斜面培養(yǎng)基按以下組分比例及工藝條件配置：蛋白胨5 g、牛肉膏3 g、NaCl 5 g、瓊脂15-20 g、水1000 mL，pH調(diào)整為7.0。然后加入MgSO4 .7H2O 5g，以利于產(chǎn)生芽孢。
本發(fā)明中YPD斜面培養(yǎng)基按以下組分比例及工藝條件配置：酵母膏10 g、蛋白胨20 g、葡萄糖20 g、瓊脂15-20 g、水1000 mL，pH值自然，采用0.10 MPa滅菌20 min，晾斜面。
本發(fā)明步驟(d)所述的玉米秸稈為玉米的莖葉，所述粉碎玉米秸稈是指將玉米的莖葉粉碎至約3-5 cm。
本發(fā)明步驟(d)所述的無機氮為硫酸銨、磷酸銨、氯化銨、尿素或硝酸銨中的一種或兩種任意比例的混合物。
本發(fā)明步驟(e)所述的發(fā)酵料堆為梯形條垛，其長約6.0 m，下寬約2.0 m，上寬約1.5 m，高約1.8 m。
本發(fā)明中多糖斜面培養(yǎng)基按以下組分比例及工藝條件配置：蔗糖10 g、K2HPO4 .7H2O 0.5 g、MgSO4 .7H2O 0.2 g、NaCl 0.2 g、CaCO3 1.0 g、CaSO4 .7H2O 0.1 g、酵母汁0.4 g、水1000 mL，pH 7.2，采用0.10 MPa滅菌20 min，晾斜面。
本發(fā)明中無氮斜面培養(yǎng)基按以下組分比例及工藝條件配置：葡萄糖10 g、 KH2PO4.7H2O 0.2 g、MgSO4.7H2O 0.2 g、NaCl 0.2 g、CaSO4.7H2O 0.2 g、CaCO3 5.0 g、瓊脂15-20 g、水1000 mL，pH 7.0-7.2，采用113 ℃滅菌30 min，晾斜面。
本發(fā)明步驟(g)所述的補加3次碳源和氮源，所述補加的碳源為葡萄糖，氮源為尿素或磷酸銨中的一種或兩種氮源的任意比例混合物，其中碳源和氮源的補加量分別為所述發(fā)酵料質(zhì)量的4 %和6 %，試驗證明，在本發(fā)明權(quán)利要求1的制備工藝的基礎(chǔ)上增加補料工藝，可以顯著延長菌體生長的對數(shù)期，增加發(fā)酵料中有效活菌的數(shù)量。
本發(fā)明以玉米莖葉和牛糞為原料，采用特定的玉米秸稈腐熟菌劑進(jìn)行一次發(fā)酵，再采用具有解磷、解鉀和固氮功能的菌劑進(jìn)行二次發(fā)酵，最終制備出含有有機質(zhì)、多種微量元素和功能微生物含量高的生物有機肥，本發(fā)明一次發(fā)酵所用菌劑中含有產(chǎn)朊假絲酵母菌，可以利用發(fā)酵料中的還原糖、銨鹽等小分子物質(zhì)進(jìn)行生長，減少了牛糞發(fā)酵過程中氮素的損失，提高了生物肥料中氮的含量，通過采用固態(tài)發(fā)酵的生產(chǎn)方式，發(fā)酵工藝簡單可行，無廢水廢渣排放，能耗低，成本少，環(huán)境污染??；二次發(fā)酵中所采用工藝提高了有效活菌的數(shù)量，制備出的生物有機肥有效活菌數(shù)量多，提升了產(chǎn)品的品質(zhì)。
本發(fā)明有益效果為：本發(fā)明為適合于制備有效活菌數(shù)量高的生物有機肥的工藝，首先采用纖維素酶、半纖維素酶分泌豐富的木霉菌和芽孢菌發(fā)酵玉米秸稈和牛糞，積累大量的纖維素酶，將玉米秸稈和牛糞中的纖維素降解為還原糖；產(chǎn)朊假絲酵母菌可以利用發(fā)酵料中的還原糖、小分子和無機鹽等進(jìn)行生長，降低原料中氮素的損失，提高氮的含量，制備出高品質(zhì)的有機肥。然后采用具有解磷、解鉀、固氮功能的菌株對一次發(fā)酵有機肥進(jìn)行二次發(fā)酵，特別在二次發(fā)酵期間增加了補料工藝，通過試驗發(fā)現(xiàn)，該工藝延長了功能菌株生長的對數(shù)期，制備的生物有機肥中每克肥料中有效活菌數(shù)達(dá)到10億，提升了肥效，為作物生長提供更多的營養(yǎng)。
本發(fā)明提供的制備方法成本低，工藝簡單，可操作性強，便于推廣應(yīng)用，得到的生物有機肥有效活菌數(shù)量高，不僅能夠真正將大量玉米秸稈資源實現(xiàn)高效轉(zhuǎn)化，修復(fù)土壤，提高土壤肥力，變廢為寶，而且還可以一定程度上緩解因秸稈焚燒而引起的環(huán)境污染問題。
申請人經(jīng)過對兩次發(fā)酵所用秸稈腐熟菌劑和功能菌劑中各菌株復(fù)配比例及兩次發(fā)酵工藝進(jìn)行科學(xué)的研究，所制備的高含菌量生物有機肥在各指標(biāo)均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，同時有效活菌數(shù)達(dá)到10億/g，且各菌株含量均在1億/g以上，滿足生物有機肥國家標(biāo)準(zhǔn)NY884-2012中各指標(biāo)的要求，比市售生物有機肥含菌量高出許多。
具體實施方式
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述，但不作為對本發(fā)明的限定，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求記載的內(nèi)容為準(zhǔn)，任何依據(jù)說明書做出的等效技術(shù)手段替換，均不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實施例1
本發(fā)明是一種利用微生物發(fā)酵玉米秸稈和牛糞生產(chǎn)有效活菌數(shù)含量高的生物有機肥的方法。將玉米秸稈粉碎成3 cm小段，與牛糞以質(zhì)量比1:1混合，加入秸稈和牛糞總質(zhì)量1-1.5倍的水，在加水的同時將活菌含量為38.9億/g、用量為秸稈和牛糞總質(zhì)量的3-5 %的腐熟劑一起加入其中，混合攪拌均勻進(jìn)行堆料發(fā)酵10 d。待發(fā)酵完畢后向發(fā)酵料中加水調(diào)節(jié)含水量至50-60 %，再向其中接種發(fā)酵料質(zhì)量10 %的功能菌劑，繼續(xù)堆料進(jìn)行二次發(fā)酵，發(fā)酵4 d，得到生物有機肥。
實施例2
本發(fā)明是一種利用微生物發(fā)酵玉米秸稈和牛糞生產(chǎn)有效活菌數(shù)含量高的生物有機肥的方法。將玉米秸稈粉碎成5 cm小段，與牛糞以質(zhì)量比1:1混合，加入秸稈和牛糞總質(zhì)量1-1.5倍的水，在加水的同時將活菌含量為38.9億/g、用量為秸稈和牛糞總質(zhì)量的3-5 %的腐熟劑一起加入其中，混合攪拌均勻進(jìn)行堆料發(fā)酵10 d。待發(fā)酵完畢后向發(fā)酵料中加水調(diào)節(jié)含水量至50-60 %，再向其中接種發(fā)酵料質(zhì)量10 %的功能菌劑，繼續(xù)堆料進(jìn)行二次發(fā)酵，發(fā)酵4 d，得到生物有機肥。
實施例3
本發(fā)明是一種利用微生物發(fā)酵玉米秸稈和牛糞生產(chǎn)有效活菌數(shù)含量高的生物有機肥的方法。將玉米秸稈粉碎成3 cm小段，與牛糞以質(zhì)量比1:1混合，加入秸稈和牛糞總質(zhì)量1-1.5倍的水，在加水的同時將活菌含量為38.9億/g、用量為秸稈和牛糞總質(zhì)量的3-5 %的腐熟劑一起加入其中，混合攪拌均勻進(jìn)行堆料發(fā)酵15 d。待發(fā)酵完畢后向發(fā)酵料中加水調(diào)節(jié)含水量至50-60 %，再向其中接種發(fā)酵料質(zhì)量10 %的功能菌劑，繼續(xù)堆料進(jìn)行二次發(fā)酵，發(fā)酵4 d，得到生物有機肥。
實施例4
本發(fā)明是一種利用微生物發(fā)酵玉米秸稈和牛糞生產(chǎn)有效活菌數(shù)含量高的生物有機肥的方法。將玉米秸稈粉碎成3 cm小段，與牛糞以質(zhì)量比1:1混合，加入秸稈和牛糞總質(zhì)量1-1.5倍的水，在加水的同時將活菌含量為38.9億/g、用量為秸稈和牛糞總質(zhì)量的3-5 %的腐熟劑一起加入其中，混合攪拌均勻進(jìn)行堆料發(fā)酵15 d。待發(fā)酵完畢后向發(fā)酵料中加水調(diào)節(jié)含水量至50-60 %，再向其中接種發(fā)酵料質(zhì)量10 %的功能菌劑，繼續(xù)堆料進(jìn)行二次發(fā)酵。在發(fā)酵進(jìn)行到36 h時向發(fā)酵料中補加4 %碳源和6 %的氮源，共發(fā)酵4 d，得到生物有機肥。
實施例5
本發(fā)明是一種利用微生物發(fā)酵玉米秸稈和牛糞生產(chǎn)有效活菌數(shù)含量高的生物有機肥的方法。將玉米秸稈粉碎成3 cm小段，與牛糞以質(zhì)量比1:1混合，加入秸稈和牛糞總質(zhì)量1-1.5倍的水，在加水的同時將活菌含量為38.9億/g、用量為秸稈和牛糞總質(zhì)量的3-5 %的腐熟劑一起加入其中，混合攪拌均勻進(jìn)行堆料發(fā)酵15 d。待發(fā)酵完畢后向發(fā)酵料中加水調(diào)節(jié)含水量至50-60 %，再向其中接種發(fā)酵料質(zhì)量10 %的功能菌劑，繼續(xù)堆料進(jìn)行二次發(fā)酵。在發(fā)酵進(jìn)行到36 h和48 h時分別向發(fā)酵料中補加4 %碳源和6 %的氮源，共發(fā)酵4 d，得到生物有機肥。
實施例6
本發(fā)明是一種利用微生物發(fā)酵玉米秸稈和牛糞生產(chǎn)有效活菌數(shù)含量高的生物有機肥的方法。將玉米秸稈粉碎成3 cm小段，與牛糞以質(zhì)量比1:1混合，加入秸稈和牛糞總質(zhì)量1-1.5倍的水，在加水的同時將活菌含量為38.9億/g、用量為秸稈和牛糞總質(zhì)量的3-5 %的腐熟劑一起加入其中，混合攪拌均勻進(jìn)行堆料發(fā)酵15 d。待發(fā)酵完畢后向發(fā)酵料中加水調(diào)節(jié)含水量至50-60 %，再向其中接種發(fā)酵料質(zhì)量10 %的功能菌劑，繼續(xù)堆料進(jìn)行二次發(fā)酵。在發(fā)酵進(jìn)行到36 h、48 h和60 h時分別向發(fā)酵料中補加4 %碳源和6 %的氮源，共發(fā)酵4 d，得到高含菌量生物有機肥。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。