一种耐低温的秸秆发酵菌剂及其制备方法与流程

1.本发明属于发酵菌剂技术领域，具体涉及一种耐低温的秸秆发酵菌剂及其制备方法。


背景技术：

2.东北地区是我国最大的玉米产区，秸秆收获量巨大。晚秋和早春焚烧秸秆是农民采取处理秸秆的最常用、最简便的手段。该地区玉米秸秆直接还田比例仅为30.9％，远低于全国平均水平。大量的秸秆资源被废弃或者焚烧处理，在带来环境问题的同时又导致了资源的白白浪费。
3.秸秆腐熟还田是东北地区秋季玉米收获后，由于气温下降速度快，目前应用于秸秆腐解菌在低温条件下不能完成发酵，直接影响下年的耕作与生产，因此，急需筛选耐低温微生物降解菌，研制耐低温微生物秸秆发酵菌剂，高效促进秸秆的快速降解，解决作物收获后处理的秸秆在来年春天播种时及时返地，实现秸秆的资源化循环利用，保护农业生态环境，促进现代农业的可持续发展。通过微生物的作用能够高效的促进秸秆的快速降解，对于加快秸秆还田的推广意义重大，是目前合理、有效利用秸秆资源行之有效的方法。
4.秸秆降解菌种类和活性是决定秸秆在低温条件下腐熟快慢和腐熟程度的最重要核心技术。目前广泛应用的秸秆降解菌剂不耐低温，在低温条件下活性弱，秸秆发酵缓慢，腐熟不完全，制剂的提取和制作工艺上也不够完善。发酵时间要半年至一年以上，直接影响下年的耕作与作物生长。因此，急需筛选耐低温微生物降解菌，研制耐低温微生物秸秆发酵菌剂，高效促进秸秆的快速降解，解决作物收获后处理的秸秆在来年春天播种时及时返地，实现秸秆的资源化循环利用，保护农业生态环境，促进现代农业的可持续发展。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决在低温环境下秸秆发酵不彻底的技术问题。
6.本发明提供了一种耐低温的秸秆发酵菌剂，所述秸秆发酵菌剂由以下成分组成：酿酒酵母菌(saccharomyces cerevisiae)、乳酸菌(lactobacillaceae)、枯草芽孢杆菌(bacillus subtilis)、光合细菌(photosynthetic bacteria)、放线菌(actinomycete)、康氏木霉(trichoderma koningii)。
7.进一步地限定，所述秸秆发酵菌剂还包括畜禽粪便和秸秆。
8.进一步地限定，秸秆与畜粪的质量比例为2:1。
9.进一步地限定，所述秸秆水份调节到65％。
10.进一步地限定，所述秆发酵菌剂由以下质量比例组成：酿酒酵母菌：乳酸菌：枯草芽孢杆菌：光合细菌：放线菌：康氏木霉＝1:1:4:1:4:2。
11.进一步地限定，所述秸秆发酵菌剂的有效剂量是分解物量总质量的5
‰
。
12.上述的秸秆发酵菌剂的制备方法，所述制备方法如下：将酿酒酵母菌、乳酸菌、枯草芽孢杆菌、光合细菌、放线菌和康氏木霉按照添加的质量比例进行混合得到秸秆发酵菌
剂。
13.上述的秸秆发酵菌剂在制备分解秸秆腐熟剂中的应用。
14.本发明提供了一种低温分解秸秆的方法，所述方法的步骤如下：
15.(1)腐熟剂活化与配制：根据秸秆总量计算所需菌剂数量，然后用5倍的25
‑
30度温水，加入红糖1公斤和尿素3公斤进行2
‑
6小时的复活，搅匀备用，作为发酵热源液；
16.(2)制备热源包：3
‑
5kg水稻壳为基质，用加热到42℃步骤(1)获得的热源液喷湿，内层用无纺布包裹，再用可降解薄膜缠绕，外层采用草编织物或麻袋包裹2层，体积大小30
×
30
×
30cm3；
17.(3)做堆：秸秆分层叠堆，每层高50
‑
60cm，5
‑
7cm厚的1层猪粪或牛粪，然后喷撒1层上述的秸秆发酵菌剂，控制含水分为60％～65％，依此逐层堆积，每堆可叠4～5层，中间层z型摆放5个热源包，堆码2
‑
2.5米，呈梯形状堆，在发酵40
‑
50天后翻堆，将外层未发酵的秸秆翻倒至内部，继续发酵40天。
18.有益效果：本发明提供的秸秆发酵菌剂在低温
‑
20℃
‑
15℃条件下完成秸秆堆腐发酵，在春秋低温条件下，2
‑
3个月左右可完成发酵，操作简单、成本低：水稻秸秆腐熟，不用粉碎，不用建发酵池，田间地头均可进行操作。
附图说明
19.图1为发酵堆表面下陷，内部己经发酵。
20.图2为发酵堆表面下陷扩大，内部进一步发酵。
21.图3为用铲车打开发酵堆，检测堆内发酵情况。
22.图4为玉米秸秆发酵基本完成情况。
23.图5为玉米秸秆发酵完成后的情况。
具体实施例
24.酿酒酵母菌菌株接种于基础发酵培养基：蛋白胨20g、葡萄糖20g、kh2po
4 1.0g、mg so4·
7h2o 0.5g、na cl 0.5g，培养温度30℃，3天；
25.放线菌菌株接种于高氏i号培养基：可溶性淀粉20.0g、kno31.0g、k2hpo
4 0.5g、mg so4·
7h20 0.5g、feso4·
7h2o 0.1g、naci 0.5g，培养温度28℃，3天；
26.康宁木霉菌株接种于液体发酵培养基：蛋白胨5.0g、酵母浸膏2.5g、葡萄糖1.0g、氯化钠5.0g，培养温度16℃，6天；
27.枯草芽孢杆菌接种于牛肉膏蛋白胨培养基：牛肉膏3g、蛋白胨5g、naci 5g、培养温度37℃，3天；
28.光和细菌接种于培养基：nh4cl 1.0g、k2hpo
4 0.5g、mg cl
2 0.2g、na cl 2g，酵母膏0.1g，培养温度37℃，3天；
29.乳酸菌种于培养基：蛋白胨10g、牛肉膏10g、,酵母粉5g、k2hpo
4 2g、柠檬二铵2g、乙酸钠5g、葡萄糖20g、吐温801ml、mgso4·
7h2o 0.58g、mnso4·
7h2o 0.25g,培养条件30℃，3天。接种量均为5％，28℃全温摇床，120r/min振荡。
30.本发明的菌均为商业购买。
31.实施例1.
32.1.菌株筛选及其对滤纸条崩解力的测定
33.菌株筛选培养：收集林下腐烂的树叶、田间腐烂的秸秆、腐败的牛粪、天然秸秆堆肥自然发酵物为分离样本，采用秸秆钓取分离法分离丝状真菌；采用富集法分离细菌和放线菌。通过长期筛选,低温驯化选育，获得6个菌株分别是nh1酿酒酵母菌saccharomyces cerevisiae、nh2乳酸菌、nh3枯草芽孢杆菌bacillus subtilis、nh4光合细菌(photosynthetic bacteria)、nh5放线菌(actinomycete、nh6康氏木霉(trichoderma koningii)。将筛选出的菌株纯化后分别接种到各自相适应的培养基中进行增殖培养。
34.将复合菌剂筛选实验得到的最优组合菌酿酒酵母菌、乳酸菌、枯草芽孢杆菌、光合细菌、放线菌和康氏木霉分别接种与相对应的培养基中。调整各个菌株接菌和培养时间，使得同一时间获得菌液。将各个扩大培养后的发酵菌液按酿酒酵母菌：乳酸菌：枯草芽孢杆菌：光合细菌：放线菌：康氏木霉＝1:1:4:1；4:2比例混合，制成复合微生物菌剂。
35.失重法测定纤维素分解活性:采用无菌操作将灭菌滤纸转移到滤纸崩解实验培养基中，以不接菌的滤纸条崩解培养基作为对照；各处理滤纸条崩解培养基100ml中接种5ml不同菌剂，每组设3个重复，38℃180r/min条件下振荡培养，观察并记录滤纸条开始崩解的时间，10d后，7000/g离心，倒上清液，用盐酸和硝酸的混合液冲洗而消除菌体，离心，清水洗，离心，105℃烘干后称重，计算失重率。滤纸崩解试验，可以测定株菌对纤维素的降解效果，失重率越大，降解效果越好。试验结果表明，6株菌株对纤维素均有降解效果，其中nh3菌株20小时开始崩解，失重率最高达24.2％。
[0036][0037]
表1不同菌株滤纸条的崩解效果
[0038][0039]
2.发酵菌剂降解水玉米秸秆的效果试验
[0040]
微生物菌剂的制备：单一液体微生物发酵菌剂制备后，按照表2混合酿酒酵母菌、乳酸菌、枯草芽孢杆菌、光合细菌、放线菌和康氏木霉，制成复合微生物菌剂(ff)，实现复合菌生物量及其不同菌种配比的最优化。试验设6因素(6个菌株)4水平(4个菌量1、2、3、4)。将玉米秸秆用灭菌后的蒸馏水浸泡24h后烘干，剪碎成2cm的小段，再取5g加入三角瓶中，向每瓶中加入(nh4)2so40.2g、mgs047h2o0.05g、5mmol/l ph＝7.0的pbs缓冲液15ml。将不同比例的复合菌按9％接种量接入装有玉米秸秆的三角瓶中以不接菌作为空白对照(ck)，混匀后置于14℃恒温培养，定期观察稻杆的形态变化，20d后测定其降解率。用无菌蒸馈水洗去菌体和孢子，过滤，将剩余物置于烘箱中烘干，用电子天平分别称量未被降解的玉米秸秆质量记为m
l
(g)，发酵前的玉米秸秆质量记为m0(g)，则：
[0041][0042]
表2各菌株不同比例复配对秸秆降解效果的测定l
32
(46)正交表
[0043][0044][0045]
实施例2.发酵菌剂应用
[0046]
在秸秆以及秸秆与畜禽粪便混合物中加入秸秆与畜粪的质量比例为2:1，通过固体发酵使之转化得到腐熟的有机物产品。该技术产品配方菌剂发酵以50吨以上大堆为主，防止风干及冻透导致不能发酵。以总质量千分之五的比例添加发酵菌，秸秆水份调节到65％左右，压实发酵。冬季发酵需要做热点发酵，即先发酵100公斤水稻壳粉，做成热点包，放在秸秆发酵堆中心位置引导发酵。在发酵40
‑
50天左右后翻堆，将外层未发酵的秸秆翻倒至内部，继续发酵40天以上。
[0047]
1.发酵菌剂应用方法
[0048]
2.时间：2019年11月15日，在庆安县，2020年10月28日在绥化和龙江县进行大堆田间试验。
[0049]
3.做堆：选择田边地头取水方便处。对照以玉米秸秆为材料，堆体秸秆量50吨以上大堆，猪粪或牛粪等有机粪肥25吨。处理堆体在对照的基础上添加对照堆体总质量千分之五的复合菌。堆制时,秸秆分层叠堆，每层高50
‑
60厘米,5
‑
7cm厚的1层猪粪或牛粪,然后喷撒1层复合菌,并充分洒水,使所含水分为60％～65％，依此逐层堆积，每堆可叠4～5层，中间层”z”型摆放5个热源包，堆码2
‑
2.5米，呈梯形状堆。压实用薄膜覆盖，以利保湿保温。冬季发酵需要做热点发酵，即先发酵100公斤水稻壳粉放在秸秆发酵堆中心位置引导发酵。在发酵40
‑‑
50天左右后翻堆，将外层未发酵的秸秆翻倒至内部，继续发酵40天以上。图1为发
酵堆表面下陷，内部己经发酵。图2为用铲车打开发酵堆，检测堆内发酵情况。图3为用铲车打开发酵堆，检测堆内发酵情况。图4为玉米秸秆发酵基本完成情况。图5为玉米秸秆发酵完成后的情况。
[0050]
4.腐熟剂活化与配制：根据秸秆总量计算所需菌剂数量，然后用5倍的温水(水温在42度，加入加入红糖1公斤、3公斤尿素)进行2
‑
6小时的复活。搅匀备用，作为发酵热源液。
[0051]
5.热源包：大小体积30*30*30cm3，核心：玉米秸秆碎和水稻壳，用42℃左右热源液喷湿；内层：用无纺布包裹，再用可降解薄膜缠绕；外层：采用草编织物或麻袋包裹2层。
[0052]
6.发酵菌剂应用效果：
[0053]
(1)腐熟过程中秸秆颜色的变化
[0054]
结果诶表3所示，处理前的玉米秸秆外观颜色都为黄色。在第10d时，3个处理的玉米秸秆都没有明显的变化；到40d后调查，未接菌作为对照的试验秸秆颜色还未发生改变，而接种复合菌剂的试验秸秆，稻轩颜色开始由黄色变为褐色；50d后，接种菌剂的试验秸秆(堆体中部)，秸秆进一步腐熟，颜色变为灰褐色；60d后，接种菌剂的试验秸秆基本腐熟，秸秆进一步腐熟，颜色变为深褐色。
[0055]
表3腐熟过程中秸秆颜色的变化
[0056]
处理施用前10天25天40天50天60天ck黄色黄色黄色浅黄色浅灰黄色浅褐色处理1(庆安)黄色黄色黄色褐色灰褐色深褐色处理2(绥化)黄色黄色黄色褐色灰褐色深褐色处理3(龙江)黄色黄色浅黄色褐色灰褐色深褐色
[0057]
(2)腐熟过程中堆体温度的变化
[0058]
结果如表4所示，与不接种秸秆降解菌的空白对照相比，接种菌剂后，试堆体内秸秆杆的温度有明显提高；处理1温度升高最快，第10天达到52℃，第25天温度达到最高63℃。处理2达到的最高温是61℃，处理3达到的最高温是58℃。
[0059]
表4各处理对堆肥温度的影响
[0060][0061]
(2)发酵菌剂腐熟效果：结果如表5和表6所示，2019年庆安点、2020年绥化点和龙江点发酵历经50
‑
60天，堆腐反应进程中，堆体的体积逐渐减小，至堆腐结束时体积约为初始2/3左右，秸秆颜色逐渐加深秸秆明显失重、体积变小。化验分析比较稳定或已经腐熟的堆肥全c/n应该≤20左右,堆肥t值(终点全c/n与起始c/n之比)小于0.60，(总碳含量和总氮含量为c/n)。三个处理t值分别为0.40、0.43、047，秸秆降解率分别为58.9％、54.7％、51.9％。秸秆腐熟后可在播前施入田地，保证正常播种作业。
[0062]
表5各处理碳氮化验分析比较
[0063][0064]
表6各种处理的c/n比较和降解率
[0065]
项目起始c/n终点全c/nt值降解率％处理1(庆安)猪3011.930.4058.9处理2(绥化)牛3012.880.4354.7处理3(龙江)牛3014.010.4751.9对照43030
‑‑‑‑
[0066]
1.耐低温：在低温
‑
20℃
‑
15℃条件下完成秸秆堆腐发酵。2.发酵时间短：在春秋低温条件下，2
‑
3个月左右可完成发酵。3.操作简单、成本低：水稻秸秆腐熟，不用粉碎，不用建发酵池，田间地头均可进行操作。