一種秸稈有機腐熟劑及其製備方法與流程

2023-11-10 01:41:27 1

本發明涉及肥料生產製造技術領域，特別涉及一種有機物料腐熟劑，尤其涉及一種秸稈有機腐熟劑及其製備方法。

背景技術：

我國是傳統的農業大國，據資料顯示，每年有高達數億噸之多的有機物料產生，佔世界總量的20％～30％，其中小麥秸稈佔21％，玉米秸稈佔35％，稻草佔19％。有機物料是農業生產的副產品，同時也是一種寶貴的生物質資源。如何利用好農作物廢棄資源是當前亟待解決的問題。有機物料還田一種比較理想的農作物廢棄物處理方式，不僅可以保持和提高土壤肥力，維持土壤有機質平衡，還能改善作物的生長環境和土壤的理化性狀。然而秸稈不易腐爛，有機物料的直接還田會影響作物的生長。為了加快秸稈的腐爛，有機物料腐熟劑應運而生。

有機物料腐熟劑又稱生物菌劑、生物發酵劑等，是指能夠加速各種有機物料，包括農作物秸稈、畜禽糞便、生活垃圾及城市汙泥等的分解、腐熟的微生物活體製劑。它是微生物肥料的一種，在秸稈還田中，通過施用腐熟劑加速秸稈的腐熟分解。作為微生物肥料，其中所含的微生物活菌數是其性能優劣的重要判定指標。在有機物料腐熟劑工業化生產的過程中，保證有效活菌的數量是關鍵之所在。

國外的有機物料腐熟劑研究早在20世紀初就已經開始。日本微生物學家島本覺也研發的酵素菌可用於堆漚秸稈腐熟，已在二十多個國家得到迅速推廣，達到秸稈還田的目的，對其它有機物也具有很強的分解發酵能力：美國俄亥俄州的兩個試驗站進行了8年的秸稈還田田間試驗，結果表明，在俄亥俄州還田 的玉米增產5.1％，而在較乾旱的地區秸稈還田則造成了減產。這說明有機物料的降解與環境有一定的關係。德國東部在1985至1962年間做了87個試驗，結果表明，玉米產量平均增產5％，未補加氮肥的則出現減產，表明將有機物料腐熟劑與其他肥料配合使用可以使農作物增產。國內的秸稈有機腐熟劑主要有雲南省微生物研究所和中國科技開發院雲南分院聯合研發的福貝複合菌、北京中龍創科技有限公司開發生產的「滿園春「生物發酵劑、河南沃寶生物科技有限公司開發生產的「沃寶生物」秸稈有機腐熟劑、恒隆態環保生物技術研究所研發的HM菌種、山東億安生物工程有限公司研製的CM菌、廣東省高明市綠寶科技有限公司開發生產的腐稈靈等。這些菌劑能夠將各種農作物秸稈以及其他種類的廢棄物快速變成有機肥料，廣泛應用於秸稈製作有機肥領域，但直接用於還田效果不夠理想，仍存在著較多問題，如和發達國家相比，基礎研究薄弱，篩選高效菌株的手段落後，肥料菌種單配簡單，種類單一，培養基製作、有機無機配伍、造粒粘結劑技術以及工業設備技術等都有待突破等。

在申請號201010615828.X發明專利中公開了一種秸杆腐熟劑，包括枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌桿菌、康氏木黴、黃孢原毛平革菌和嗜熱側孢黴。該方案是將五種菌簡單混合，這種五種菌簡單混合後所製成腐熟劑，雖然每種菌都有降解纖維的作用，但各菌種之間不能協同作用，由於每種菌的培養環境和作用機制是不一樣的，五種菌分屬木黴屬和麴黴屬，枯草芽孢桿菌和康氏木黴自身合成纖維素酶，地衣芽孢桿菌桿菌有抑制雜菌的作用，黃孢原毛平革菌破壞發色基團組織和結構，實踐證明這些菌種混在一起的效果是1加1小於2，因為各菌種之間相抵制，導致活菌數及酶活力水平不穩定，製得的腐熟劑使用效果變差，且過多菌種的培養需要多種培養基，不僅工藝繁瑣，工藝條件要求高，生產周期長，且很容易出錯，給實際生產應用帶來諸多問題。

目前，有機物料腐熟劑成本高，腐熟效果差，仍不能滿足秸稈直接還田的要求，需要開發更加高效的有機物料腐熟劑來滿足秸稈直接還田的需求。

技術實現要素：
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本發明的目的在於提供一種秸稈有機腐熟劑，能快速分解秸稈中的秸稈木質素、纖維素及半纖維素結構，大大縮短其腐熟時間，它所含菌種精準，腐熟周期短，徹底，性能穩定好，適用性廣。

本發明採取的技術方案如下：

一種秸稈有機腐熟劑，所述秸稈有機腐熟劑的有效菌種組成包括枯草芽孢桿菌、釀酒酵母和米麴黴，所述枯草芽孢桿菌≥150億cfu/g，所述釀酒酵母≥200億cfu/g，所述米麴黴≥5億cfu/g，所述有機物料腐熟劑中有效活菌數≥2.65億/g。

進一步，所述秸稈有機腐熟劑還包含有纖維素酶和蛋白酶，所述纖維素酶活≥50U/g，所述蛋白酶活≥15U/g，所述秸稈有機腐熟劑的水分含量≤35％，所述秸稈有機腐熟劑的細度≥70％，所述秸稈有機腐熟劑的pH為5.0～8.5。

進一步，所述秸稈有機腐熟劑為粉狀劑型。

上述秸稈有機腐熟劑的製備方法，包括以下步驟：

步驟1，製備枯草芽孢桿菌粉末：

將枯草芽孢桿菌經兩次固體培養基發酵後，添加吸附劑，吸附劑的重量為培養底物的10-15倍，乾燥粉碎製得枯草芽孢桿菌粉末；

步驟2，製備釀酒酵母菌粉末和米麴黴粉末：

將釀酒酵母和米麴黴固體發酵，發酵物乾燥粉碎製得釀酒酵母菌和米麴黴混合粉末；

步驟3，製備有機物料腐熟劑

將步驟1製得的枯草芽孢桿菌粉末、步驟2製得的釀酒酵母菌和米麴黴混合粉末和纖維素酶、填料、添加劑混合，製得秸稈有機腐熟劑。

在上述述製備方法中，步驟1所述枯草芽孢桿菌為原始菌經搖床培養、種子培養、發酵罐培養後製備而成。

優選地，所述枯草芽孢桿菌搖床培養的培養基為肉湯。

優選地，所述枯草芽孢桿菌種子培養的培養基中各組分佔總重量的百分比 為：玉米粉1-10wt％、蛋白腖0.5-3wt％、豆餅粉0.5-3wt％，尿素0.1-1wt％,其餘為水。

優選地，所述枯草芽孢桿菌發酵罐培養的培養基中各組分佔總重量的百分比為：玉米粉2-8％、蛋白腖0.5-3％、豆餅粉0.5-5％，尿素0.1-1％，磷酸氫二鉀0.1-1％，其餘為水。

在上述製備方法的步驟1中，枯草芽孢桿菌第一次發酵條件為：30～40℃下培養20～22小時，每天攪拌2-3次，得第一次發酵物。

優選地，在步驟1中，所述第一次發酵培養溫度為30～35℃。

優選地，在步驟1中，所述第一次發酵培養溫度為33～35℃。

在上述製備方法的步驟1中，枯草芽孢桿菌第二發酵條件為：將第一次發酵物與第二次發酵培養基按重量比1:5-10混勻，在20-50℃下培養8-10天，每天攪拌5-10次。

優選地，所述第二次發酵培養溫度為30～40℃。

優選地，所述第二次發酵培養溫度為30～35℃。

優選地，步驟1中枯草芽孢桿菌發酵用固體培養基中各組分佔總重量的百分比為：麥麩10-30wt％、稻草粉10-30wt％、花生殼35-55wt％、豆餅粉1-5wt％、尿素0.1-2wt％、磷酸氫二鉀0.1-0.5wt％、硫酸鎂0.1-0.5wt％，餘量為水。

優選地，步驟1中所述吸附劑選自草炭、沸石粉、膨潤土和輕質碳酸鈣中的一種或兩種以上。

進一步，步驟2中，固體發酵使用的固體發酵培養基包含麩皮40-60wt％、稻草粉25-50wt％、硫酸銨1-5wt％、磷酸二氫鉀1-5wt％、碳酸鈣1-5wt％、硫酸鎂0.1-1wt％、氯化鈣0.1-1wt％、氯化鈉0.1-1wt％，餘量為水。

進一步，步驟3中，所述填料為重鈣或膨脹土。

進一步，步驟3中，所述添加劑為風化煤或有機肥料。

上述所述的秸稈有機腐熟劑特別適用於農作物秸稈就地腐熟還田。

在本發明提供的秸稈有機腐熟劑中，原始菌種僅有三種，細菌、真菌活菌 與酶製劑復配，腐熟過程多組分協同發揮效能，比單一菌種效果穩定、快速，又避免了多菌種的繁瑣工藝和較長的生產周期，纖維酶製劑由枯草芽孢桿菌、釀酒酵母及米麴黴等混合培養而來，生產效率高、成本低，且產生的纖維素酶系種類多樣，適用性好，能夠快速破壞秸稈中的木質素成分，使有機物料中的纖維素、半纖維素暴露出來，大大縮短了其腐熟時間；本發明所述的秸稈有機腐熟劑製備方法篩選高效菌株的手段實用而高效，生產發酵工藝簡潔、生產周期短、活菌數及酶活力水平高且穩定，製得的腐熟劑使用效果較市場同類產品見效明顯，工業化前景十分優越。

具體實施方式

下面結合具體的實施例對本發明提供的有機物料腐熟劑作進一步詳細描述，其中所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例，實施例並不對本發明做任何形式的限定。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。

實施例1

步驟1，製備枯草芽孢桿菌粉末：

將枯草芽孢桿菌原始菌經搖床培養、種子培養、發酵罐培養後製備而成枯草芽孢桿菌，搖床培養的培養基為肉湯，種子培養的培養基中各組分佔總重量的百分比為：玉米粉10wt％、蛋白腖3wt％、豆餅粉3wt％，尿素1wt％,餘量為水，發酵罐培養的培養基中各組分佔總重量的百分比為：玉米粉8％、蛋白腖3％、豆餅粉5％，尿素1％，磷酸氫二鉀1％，餘量為水。再將枯草芽孢桿菌經兩次固體培養基發酵，第一次發酵條件為：33～35℃下培養22小時，每天攪拌3次，得第一次發酵物，將第一次發酵物與第二次發酵培養基按重量比1:10混勻，30-35℃下培養10天，每天攪拌10次，得第二次發酵物。向第二次發酵物中添加草炭，草炭的重量為培養底物的15倍，混勻後經乾燥粉碎製得枯草芽孢桿菌 粉末；

步驟2，製備釀酒酵母菌粉末和米麴黴粉末：

將釀酒酵母和米麴黴固體發酵，固體發酵使用的固體發酵培養基中各組分佔總重量的百分比：麩皮40wt％、稻草粉25wt％、硫酸銨1wt％、磷酸二氫鉀1wt％、碳酸鈣1wt％、硫酸鎂0.1wt％、氯化鈣0.1wt％、氯化鈉0.1wt％，餘量為水。發酵物經乾燥粉碎製得釀酒酵母菌和米麴黴混合粉末；

步驟3，製備秸稈有機腐熟劑

將步驟1製得的枯草芽孢桿菌粉末、步驟2製得的釀酒酵母菌和米麴黴混合粉末和纖維素酶、重鈣、風化煤混合，製得秸稈有機腐熟劑。

經檢測，製備的秸稈有機腐熟劑中，枯草芽孢桿菌160億cfu/g，釀酒酵母250億cfu/g，米麴黴5.6億cfu/g，有效活菌數3.05億/g，纖維素酶活55U/g蛋白酶活17U/g，水分含量31％，細度72％，pH為7.5。

實施例2

作物秸稈直接還田法步驟如下：

步驟1，收穫與粉碎秸稈：用聯合收割機邊收割，邊粉碎秸稈並拋灑還田。

步驟2，攪拌有機物料腐熟劑：每畝用本發明的有機物料腐熟劑2KG，尿素5KG或碳銨15KG，可以拌適量溼沙土以便撒施。配合本單位生產的生物有機肥使用效果更佳。

步驟3，撒有機物料腐熟劑：將上一步驟拌好的有機物料腐熟劑均勻地撒到秸稈上。

步驟4，翻地：用機械將上一步得到的混合物深翻入土內，利用雨水或灌溉

水使土壤保持較高的溼度，達到快速腐熟有機物的效果。

實施例3

作物秸稈還田水漚法步驟如下：

步驟1，撒秸稈：作物收割後將秸稈均勻撒回農田。

步驟2，拌有機物料腐熟劑：每畝用本發明的有機物料腐熟劑2KG，尿素 5KG或碳銨15KG，可以拌適量溼沙土以便撒施。配合本單位生產的生物有機肥使用效果更佳。

步驟3，撒有機物料腐熟劑：將上一步驟拌好的有機物料腐熟劑均勻地撒到秸稈上。

步驟4，水漚：撒完秸稈有機腐熟劑之後，困水6-10cm深，用機器或畜力壓秸稈使與泥相貼，漚3-7天，作物秸稈軟腐，再翻耕、整地、插秧。

實施例4

作物秸稈還田堆漚法步驟如下：

步驟1，挖凼池：作物收割後，在農田遠離進水口、不妨礙大田耕作的一角挖凼池，大小為農田面積的1-1.5％，深度30-50cm，池底及四周用粘土夯實糊平，以防肥水滲透流失。將秸稈均勻撒回農田。

步驟2，拌有機物料腐熟劑：每畝用本發明的有機物料腐熟劑2KG，尿素5KG或碳銨15KG，兌水稀釋備用。配合本單位生產的生物有機肥使用效果更佳。

步驟3，堆漚：作物秸稈20-30cm鋪一層，均勻潑入有機物料腐熟劑稀釋液，每層再加鋪一層薄泥漿，逐層堆放。堆高以高出田面2.5米左右為宜，堆垛最上面糊上一層泥漿。

步驟4，凼池堆漚秸稈腐熟之後，肥力隨雨水自然流入大田，也可稀釋後全田均勻潑灑供當季作物利用。腐熟肥渣可作下季作物底肥，反覆循環利用。

實施例5

將實施例1製備的有機物料腐熟劑用於小麥秸稈的腐熟實驗，實驗結果如表1～表3所示。本實驗中有機物料腐熟劑滅活基質由本公司生產，實驗重複三次，隨機排列小麥秸稈堆。測試項目主要包括堆料中心的溫度變化、秸稈拉力變化情況、秸稈的失重變化情況和堆肥腐熟度指標測定(通過綠豆種子發芽率來間接表徵)。

該實驗由如下幾個部分組成。

(1)空白對照。小麥秸稈總重500kg，加水起堆，每層厚20cm，共7層， 寬2m，高1.5m，表面拍實，溫度上升到60～70℃並穩定時進行翻堆，每隔5天均勻翻堆一次，翻堆重複十次，經10天腐熟完成。

(2)市售產品對照。取市售的「沃寶生物」秸稈有機腐熟劑1kg，用100kg水溶解。小麥秸稈總重500kg，每層厚20cm，共7層，寬2m，高1.5m，每層使用滅菌有機物料腐熟劑溶液14.28kg，加水起堆，表面拍實，溫度上升到60～70℃並穩定時進行翻堆，每隔5天均勻翻堆一次，翻堆重複十次，經10天腐熟完成。

(3)實施例1製備的秸稈有機腐熟劑。取實施例1製備的秸稈有機腐熟劑1kg，用100kg水溶解。小麥秸稈總重500kg，每層厚20cm，共7層，寬2m，高1.5m，每層使用有機物料腐熟劑溶液13.8kg，加水起堆，表面拍實，溫度上升到60～70℃並穩定時進行翻堆，每隔5天均勻翻堆一次，翻堆重複十次，經10天腐熟完成。

(4)實施例1製備的秸稈有機腐熟劑和尿素。取實施例1製備的秸稈有機腐熟劑1kg，尿素5kg，用100kg水稀釋。小麥秸稈總重500kg，每層厚20cm，共7層，寬2m，高1.5m，每層使用有機物料腐熟劑和尿素的混合溶液14.28kg，加水起堆，表面拍實，溫度上升到60～70℃並穩定時進行翻堆，每隔5天均勻翻堆一次，翻堆重複十次，經10天腐熟完成。

對小麥秸稈堆肥腐熟過程溫度變化分析如表1所示，相較於空白對照，使用實施例1製備的秸稈有機腐熟劑能夠縮短秸稈堆料升高到最高溫度的時間，對比市售產品，使用實施例1製備的秸稈有機腐熟劑秸稈堆料升溫速度要比使用市售產品縮短5天時間。

表1不同處理秸稈堆置發酵過程中的溫度變化(℃)

對不同條件下秸稈拉力的變化如表2所示。從處理後的第10天開始，使用實施例1製備的秸稈有機腐熟劑已使得秸稈堆料拉力降至最低(此時的秸稈堆料的發酵溫度最高，見表1)，對比空白組，添加實施例1製備的秸稈有機腐熟劑處理和添加實施例1製備的秸稈有機腐熟劑/尿素處理，秸稈拉力下降速度明顯低於空白對照處理，且對比空白組其拉力值降低了10.6％～31.8％。和市售產品對照，使用實施例1製備的秸稈有機腐熟劑秸稈堆料拉力下降速度要比使用市售產品縮短5天時間，且對比空白組其拉力值降低了5.3％～11.2％。相較於單獨使用實施例1製備的秸稈有機腐熟劑處理的秸稈，添加實施例1製備的秸稈有機腐熟劑和尿素，秸稈的拉力進一步降低。

表2不同處理後秸稈拉力變化(單位：N)

註：本表同行數據後小寫英文字母不同者表示經鄧肯氏檢驗差異顯著

不同處理秸稈的失重率變化如表3所示。從處理後的第10天開始,，添加實施例1製備的秸稈有機腐熟劑和添加實施例1製備的秸稈有機腐熟劑再增施尿素的秸稈堆不僅發酵溫度升至最高(見表1)拉力降至幅度最大(見表2)，秸稈失重率顯著高於空白對照處理和市售產品處理，對比空白組其失重率增加14.6％～31.2％。處理後的第25天起測定顯示，在使用等量秸稈有機腐熟劑的條 件下，每噸秸稈增施10kg尿素，能夠顯著增加堆腐過程中秸稈的失重率。

表3不同處理後秸稈的失重率

註：表中同行數據後小寫英文字母不同者表示經鄧肯氏檢驗差異顯著

綜上所述，使用本發明提供的秸稈有機腐熟劑，在第10天能夠使得秸稈堆料發酵溫度升至最高，拉力降低幅度最大，物料失重率變化最明顯，對比市售產品，其基本要到15天以上才能達到接近本使用本發明提供的秸稈有機腐熟劑的效果，且明顯低於使用本發明提供的秸稈有機腐熟劑所能達到的效果，可見，使用本發明提供的秸稈有機腐熟劑能夠快速破壞秸稈中的木質素成分，發揮作用快，能大大縮短了秸稈的腐熟時間，且腐熟效果好。

以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為範例，本發明並不限制於以上描述的具體實施例。對於本領域技術人員而言，任何對本發明進行的等同修改和替代也都在本發明的範疇之中。因此，在不脫離本發明的精神和範圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發明的範圍。