一种利用海滨锦葵秸杆制备的人工草炭及制备方法和应用

摘要

本发明属于生物技术领域，具体涉及一种利用海滨锦葵秸杆制备的人工草炭及制备方法和应用。本发明所述利用海滨锦葵秸杆制备的人工草炭由海滨锦葵秸秆自助发酵产物、Glomus mosseae(Nicol.&Gerd.)菌剂和炉渣（颗粒直径≤0.3cm）构成，三者重量百分比为5：0.05：1。其制备方法由发酵菌剂的制备,秸秆预处理,发酵秸秆,秸秆发酵,人工草炭的制备构成。按此方法制备的人工草炭除腐殖酸外，其他主要的营养指标均高于草炭基质，成本低，易操作，收效高,可作为育苗基质或栽培基质广泛应用于农业生产。

说明书

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及一种利用海滨锦葵秸杆制备的人工草炭 及制备方法和应用。

背景技术

基质，又称为营养土，是一种介于土壤和肥料之间的具有一定营养成分， 有与土壤相似功能的一种产品，因其营养成分丰富且均衡，利于种子的萌发和植 物的生长。基质分为育苗基质和栽培基质。目前，人们广泛使用的大多是育苗基 质，是以草炭（也称泥炭，一种被半分解的植被，经几千上万年演变而来）为主 要原料，配以无机矿物质及添加其他适宜种子发芽和植物生长的营养元素调配而 成的。由于我国的草炭资源较为缺乏，其开采受国家限制，开采成本较大，故造 成基质的价格较高，国外进口的草炭其质量优于国产的，但由于物流费用高，其 价格为国产的一倍以上。基质用于育苗有着多方面的优点，所以需用量很大，现 在种植业人士均以基质育苗。栽培基质用于植物栽种，使用期较长，对营养要求 高且持续，配置难度较大。一般无土栽培所使用的栽培基质不含养分，靠营养液 滴灌来满足植物生长需求。随着无公害、绿色、有机农产品的需求量不断增加， 有机生态型栽培基质的需求量将逐渐增加。

人工草炭，是以农作物秸秆为原料，经多重发酵腐熟再添加一些无机矿物质 配置而成的，属有机生态型基质。由于秸秆含有大量的养分资源（如N、C、P、 K、S、Ca及微量元素），是农业生产重要的有机肥源，因此，秸秆基质含有植 物生长所需的所有营养元素。秸秆基质经接菌可制成功能性生物有机肥，如解钾 生物有机肥，解磷生物有机肥等。

海滨锦葵（Kostelezkya virginica）系锦葵科海滨锦葵属的多年生宿根耐盐油 料作物，集医药和观赏价值于一身，具有耐盐、耐旱、耐贫瘠等多种抗性，能在 重度盐土上正常生长结实，具有相当高的生产力和经济价值，目前已在国内沿海 滩涂上规模化引种推广。海滨锦葵种子、块根等作为特定的功能器官开发利用已 取得了积极进展，惟有秸秆被就地焚烧或废弃。秸秆就地焚烧或废弃所带来的环 境污染和资源浪费问题已经成为相关管理部门和科研人员关注的焦点。海滨锦葵 秸秆中超过65%为纤维素和半纤维素，是非常优良的生物质资源，通过生物转化 后可广泛应用于饲料、有机肥等方面。但是，海滨锦葵秸秆的天然结构非常复杂， 生物转化效率较低，将其直接用作以上相关产品开发的难度较大，成本较高。因 此，对海滨锦葵秸秆进行有效预处理是秸秆资源化利用中最为重要的一个环节。 目前普通秸秆的预处理方法有物理处理法、化学处理法和生物处理法。物理处理 法是利用高温、超声波、微波等物理手段都能不同程度地破坏木质纤维的天然结 构，改变其稳定性。但物理处理法需要专用设备，成本较高，处理过程有二次污 染。化学处理法是利用NaOH、H₂O₂、氨水等化学试剂对秸秆类材料进行处理。但 化学处理会产生非常严重二次污染。生物处理法是利用高效的降解菌对秸秆进行 发酵处理。生物法处理成本较低，没有二次污染，但目前常用的生物处理法中所 用微生物转化效率较低，处理时间较长，影响了生物处理法的应用和推广。生物 处理法在海滨锦葵秸秆发酵处理方面的应用还是个空白。

发明内容

本发明需要解决的问题是利用海滨锦葵秸杆制备人工草炭及其制备方法。

本发明所述利用海滨锦葵秸杆制备的人工草炭由海滨锦葵秸秆自助发酵产 物、Glomus mosseae(Nicol.&Gerd.)菌剂和炉渣（颗粒直径≤0.3cm）构成，三 者重量百分比为5：0.05：1。

本发明利用无毒无污染的菌剂对海滨锦葵秸秆进行前处理后，生物转化率提 高6倍以上，由此形成的秸秆发酵物经接种AM真菌和添加无机矿物质配置而成 的人工草炭，属有机生态型基质。

本发明的技术方案是：本发明使用多种市售高效降解菌，如：曲霉（Aspergillus  Micheli）、青霉（Penicillium expansum）、木霉（Trichoderma koningii）和墨汁鬼 伞（Coprinus atramentaria）对海滨锦葵秸秆进行发酵，发酵秸秆接种一种AM菌 剂和添加无机矿物质可形成人工草炭。本发明所使用发酵秸秆的菌剂，主要包括 重量百分数如下的微生物组分：曲霉0.1-0.3份、青霉0.1-0.3份、木霉 0.2-0.4份和墨汁鬼伞0.2-0.5份；本发明所接种的AM菌剂为北京市农林 科学院市售的Glomus mosseae(Nicol.&Gerd.)菌剂（1285个孢子/20ml，菌剂编 号BGC JX01），接种量为每kg人工草炭10g AM菌剂；添加无机矿物质是炉渣， 其和秸杆发酵物的重量比为1：5。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：

与天然草炭比，由海滨锦葵秸秆制成的人工草炭除腐殖酸比草炭低以外，其 他主要的营养指标均高于天然草炭，其中P、K含量分别是天然草炭P、K含量的 5倍和2倍以上；大小空隙比显著高于天然草炭，显示出超强的透气性能（见表 1）。另外，人工草炭生产具有制作设备投资少，易制造，制作工艺简单，易操 作，原料资源丰富易获取且价格低廉，生产成本较低，所含营养能充分满足经济 植物育苗和栽培需要等优势，因此，利用海滨锦葵秸秆发酵制成优质、低成本、 环保型的人工草炭，以替代天然草炭，可因地制宜、就地取材，是完全可行的， 而且具有很高的经济价值和广泛的应用前景。

本发明采用的海滨锦葵秸秆自助发酵菌剂是由多种微生物制成的混合菌剂。 发酵秸秆是安全无毒的，发酵剂对发酵条件的适应性强，温度范围广，在室外温 度为15-35℃都能进行发酵，根据温度不同，发酵时间在20-50天。海滨锦葵 秸秆经发酵后，轻搓即碎，木质结构被严重破坏，生物转化率提高6倍及以上， 可利用性能得到极大提高。本发明所接种的Glomus mosseae(Nicol.&Gerd.) 是自然解中广泛存在且能和经济植物形成良好共生关系的一种AM真菌，对经济 植物磷素营养的改善效应显著。本发明所述利用海滨锦葵秸杆制备的人工草炭可 作为育苗基质或栽培基质广泛应用于农业生产。

具体实施方式

利用海滨锦葵秸杆制备的人工草炭的制备方法。

1.海滨锦葵秸秆自助发酵产物的形成过程，包括如下步骤：

1）秸秆自助发酵菌剂的制备：海滨锦葵秸秆自助发酵菌剂由重量百分数 如下的微生物组分：曲霉0.1-0.3份、青霉0.1-0.3份、木霉0.2-0.4份 和墨汁鬼伞0.2-0.5份,把曲霉、青霉、木霉、墨汁鬼伞等斜面菌种接种在液 体摇瓶中进行培养，然后把液体摇瓶中的种子液再接种到液体种子罐内培养，最 后将液体种子罐内的种子液接种于发酵罐进行培养，发酵结束后进行板框压滤， 固液分离收集菌丝体，将菌丝体用吸附剂吸附，得到干菌粉，将不同菌种按比例 混合制成秸秆自助发酵菌剂备用;

2）秸秆预处理：将海滨锦葵秸秆粉碎成8-12cm长的小段，粉碎的秸秆与一 定量的增效剂混合，使体系含水量在60-70w/w%之间，且体系的碳/氮比为45-70； 增效剂为尿素或硫酸铵，使用量为1–3w/w%。

3）发酵秸秆：将2）中预处理完的秸秆料与1）秸秆自助发酵菌剂混匀，自 助发酵菌剂总用量为秸秆料重量的6-10w/w%；在发酵场地先铺上一层厚度为 30-50cm的混匀了自助发酵菌剂的秸秆料，然后在料堆上横放数根竹杆，竹杆 长度与料堆宽度一致，竹杆放置间距为0.5m，依次再铺上一层30-50cm添 加了自助发酵菌剂的秸秆料，覆盖塑料薄膜；

4）秸秆发酵：发酵7-10天后将竹杆全部取出，秸秆发酵过程中堆温不高 于25℃，直至秸秆轻搓即碎、颜色变黑时结束发酵。

2.人工草炭的制备：将步骤1中形成的海滨锦葵秸秆自助发酵产物蒸汽杀菌 消毒1h，冷却至常温,与Glomus mosseae即Nicol.&Gerd菌剂以及碎化的炉渣, 颗粒直径≤0.3cm,蒸汽杀菌消毒1h，冷却至常温混匀，自助发酵产物、Glomus  mosseae即Nicol.&Gerd.菌剂、炉渣三者的重量百分比为5：0.05：1。

表1人工草炭和天然草炭主要技术与性能指标比较

项目 人工草炭 天然草炭 备注 有机质 ≥60% 50-80% 干重 腐植酸 ≥15% 10-50% 干重 N ≥1.5% 不定 全氮 P ≥0.5% 不定 P₂O₅K ≥0.5% 不定 K₂O 灰分 10-20% 5-15%   含水量 ≤20% ≤30%   pH 5.0-7.0 4.0-7.5   电导率 1.0-2.5ms/cm 0.8-3.5ms/cm   容重 ≤0.5g/cm³0.2-0.6g/cm³干容重 总孔隙度 ≥40% ≥40%   大小孔隙比 1.7∶1-1∶1 0.52∶1