一种秸秆与粪便沼气发酵预处理微生物菌剂

摘要

本发明公开了一种秸秆与粪便沼气发酵预处理微生物菌剂，由以下菌种共同组成：灰绿青霉2~8×1010cfu/g，米根霉2~8×1010cfu/g，黄孢原毛平革菌2~8×1010cfu/g，黄曲霉2~8×1010cfu/g，螺孢菌2~8×1010cfu/g。该微生物菌剂，可促进秸秆粪便混合厌氧发酵进程，缩短发酵周期，能够加速原料有机物的生物降解，且菌剂的制作方法简单，易于实施，单位原料中菌群含量大，活性高。可应用于沼气发酵企业针对不同粪便和秸秆原料的发酵，从而使粪便与秸秆无害化、减量化、资源化。

说明书

技术领域

本发明属于农业废弃物发酵预处理菌剂技术领域，具体涉及一种秸秆与粪便沼气发酵预处理微生物菌剂。

背景技术

目前，我国每年产出的秸秆约7亿吨，畜禽养殖业粪便排放量约17.3亿吨。大量的农业废弃物得不到合理的利用，大都被直接焚烧或被丢弃在田里、河里，这样既造成了资源的浪费又对生态环境造成了严重的破坏。研究表明，以秸秆为原料发酵产气潜力约为0.45m³/(Kg·Ts)，与粪便发酵率相当，其产气潜力非常巨大。以秸秆为原料发酵产沼气，既解决了农村能源不足的问题，又为解决“秸秆焚烧”问题开辟了一个新的途径。同时沼气发酵后的沼渣可生产优质沼渣有机肥，用于改善土壤理化性状，提高土壤肥力，可减少化肥的使用，促进生态农业建设。但由于秸秆中的主要成分为纤维素、半纤维素以及木质素，若将秸秆直接入池发酵，秸秆表面的蜡质层未被破坏而易漂浮结壳，导致产气不佳。故在秸秆入池之前需对其进行预处理。近年来，关于降解秸秆的相关研究报道较多，但大多集中于物理、化学方法以及酶解方法等的研究，深入进行秸秆降解菌的筛选、鉴定和组合的研究较少，且目前市面常用的秸秆降解菌剂多为适合田间的复合菌剂，而非秸秆沼气生物预处理的专用菌剂。秸秆与粪便沼气发酵预处理微生物菌剂目前还面临以下问题：

（1）微生物的来源还不够广泛。

微生物种类繁多,分布较广，在地球上几乎无处不在。微生物聚集最多的地方是土壤，土壤是各种微生物生长繁殖的大本营，任意取一把土或一粒土，就是一个微生物世界，不论数量或种类均很多。在肥沃的土壤中，每克土含有20亿个微生物，即使是贫瘠的土壤，每克土中也含有3－5亿个微生物。迄今为止，我们所知道的微生物约有10万种，但在人类生产和生活中仅开发利用了已发现微生物种数的1%。实验室采集菌种标本时，遵循的原则是材料的来源越广泛，越有可能获得新的菌种。因此，研制新型高效的沼气发酵预处理菌剂，必须广泛取材，并在实验室设定某特定的环境因素，如温度、所选材料的特性等，这样才能筛选出大量的且有助于发酵过程的微生物菌种。

（2）微生物菌剂的组成简单

目前微生物菌剂以筛选单一功能菌为主，或将不同功能菌进行简单复配。这种方式存在较大的问题：首先这些单一菌在实验室培养时的确具有一定功能，但是在发酵的复杂条件下，却很难达到理想效果。这是由于许多单一菌系并不能在实际的环境中生长繁殖或易受制于其他微生物的生长；其次，由于不同的微生物群体之间存在许多种相互作用，实验室筛选得来的具有某种功能的单个菌并不能充分证明其在一个复杂的群体中有着相同的作用；第三，有些微生物沼气发酵菌剂，只是将发酵菌株简单的混合在一起，对菌株之间的拮抗作用研究的不透彻，这就导致了微生物菌种在发酵过程中由于菌株之间的拮抗作用而达不到所预期的效果；第四，不能有效利用微生物产生的各种酶的作用。在有机物的降解过程中，酶的降解作用非常关键，因此，只含有微生物，而不含有酶的微生物菌剂则不能发挥更大的作用。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种秸秆与粪便沼气发酵预处理微生物菌剂，促进秸秆粪便混合厌氧沼气发酵进程，缩短发酵周期，加速原料有机物的生物降解。用于不同粪便和秸秆原料的发酵，使粪便与秸秆无害化、减量化、资源化。本发明的另一目的是提供上述微生物菌剂的应用。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种秸秆与粪便沼气发酵预处理微生物菌剂，由以下菌种共同组成：灰绿青霉（Penicillium glaucum）2~8×10¹⁰cfu/g，米根霉（Rhizopus oryzae）2~8×10¹⁰cfu/g，黄孢原毛平革菌（Phanerochaete chrysosporium）2~8×10¹⁰cfu/g，黄曲霉（Aspergillus flavus）2~8×10¹⁰cfu/g，螺孢菌（Spirillospora）2~8×10¹⁰cfu/g。

一种秸秆与粪便沼气发酵预处理微生物菌剂的发酵方法，具体如下：

1）将葡萄糖加水溶解，再加入菌剂充分搅匀，将菌剂化开，然后将稀释液均匀泼洒在秸秆上，并充分翻搅均匀；

2）将步骤1）处理后的秸秆投入发酵罐中，加入粪便，进行秸秆与粪便的厌氧发酵产沼气；

其中， 物料的重量比例组成：粪便20%~25%，秸秆1%~2%，葡萄糖0.01%~0.02%，微生物菌剂0.01%~0.02%，自来水70%~80%；物料总水分应控制在90~92%，pH呈中性或弱碱性，物料粒径在5~20mm。

通过用碱石灰或醋酸调节物料的pH值。

发酵温度为37℃，每日搅拌1-2次。

微生物菌剂与秸秆的质量比为1：50。

有益效果：与现有技术相比，本发明的秸秆与粪便沼气发酵预处理微生物菌剂，可促进秸秆粪便混合厌氧发酵进程，缩短发酵周期，能够加速原料有机物的生物降解，且菌剂的制作方法简单，易于实施，单位原料中菌群含量大，活性高。可应用于沼气发酵企业针对不同粪便和秸秆原料的发酵，从而使粪便与秸秆无害化、减量化、资源化。具有以下性能指标：

（1）产品外观及保质期：产品为土黄色粉末状，无臭味，阴凉(20℃以下)干燥处保存，有效期1年。

（2）施用菌剂的发酵腐熟期：秸秆（与粪便混合）为10-16天。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

秸秆与粪便沼气发酵预处理微生物菌剂中的微生物主要从发酵沼液中的各种纤维素降解菌、木质素降解菌，成熟堆肥、树木土壤中的各种细菌、放线菌、真菌等筛选而得。

（1）微生物的分离与筛选

纤维素降解菌、木质素降解菌的分离与筛选，取实验室已有的沼气发酵罐为微生物来源，以秸秆粉末作唯一碳源，配制无机盐培养基，采用稀释平板法分离不同的微生物，32℃培养，分离出好氧及兼型厌氧菌各12株。然后，用每种微生物对秸秆进行预处理，通过测定其对纤维素、半纤维素、木质素的整体降解率，筛选出效果较高的六种，编号为h4、h10、h13、y2、y7和y11。

成熟堆肥、树木土壤中的各种细菌、放线菌、真菌的分离与筛选，取堆肥与土壤为菌种来源，采用稀释平板法分离不同的微生物，其中培养基分别采用牛肉膏蛋白胨培养基、高氏一号培养基、查氏培养基和PDA培养基分别分离出细菌、放线菌、霉菌和真菌。32℃培养，并通过生长量测定，分别筛选出生长量最大的微生物，并依次编号为n4、n6、g1、g8、zd5、zd10、zt4、m2、m9和m10。

（2）微生物复筛

将上述筛选出的16种微生物接种到以秸秆粉末作唯一碳源的无机盐液态培养基中生长，再测定菌液的纤维素酶活和漆酶酶活。通过比较酶活大小，筛选出酶活活性较大的12种：h4、h10、h13、y2、y11、m9、m10、zd5、zd10、zt4、g1和g8。

（3）不同微生物间拮抗实验

将上述筛选出的12种微生物两两接种到琼脂营养平板中，30℃光照培养，经过三天的培养，观察不同微生物的生长情况，如果发现其中有微生物无法生长，则说明其生长受到其他微生物的抑制，由此可筛选出竞争性强的微生物。实验结果发现，竞争性强的微生物为其中的10种：h4、h10、h13、y2、y11、m9、m10、zd10、g1和g8。

（4）菌种配伍实验

将上述筛选出的10种微生物进行配伍，共有12组（如表1）。

表1 菌株配伍

将这12组微生物分别接种到基础培养基与麦麸的混合培养液（质量比，培养基：麦麸＝10：1）中，进行共发酵扩大培养，培养条件为摇床振荡培养，30℃光照，然后测定菌液的纤维素酶活和漆酶酶活。通过比较酶活大小，筛选出酶活活性较大的4组微生物配伍。再将培养液进行离心分离（5000r/min转速），获得微生物菌体，最后在60℃下真空干燥5h，得到4种微生物菌剂，其分别为2号菌剂（含菌m10、g8、h13、g1和y2）、6号菌剂（含菌y11、h13、zd10、h10和g1）、8号菌剂（含菌m10、h8、zd10和h10）和12号菌剂（含菌m10、m9、h4、h13和h10）。

产品为土黄色粉末状，无臭味，阴凉（20℃以下）干燥处保存，有效期1年。

实施例2

应用实施例1制备的4种微生物菌对秸秆进行预处理，再将预处理后的秸秆投入发酵罐中进行厌氧发酵，筛选出产气量最高的一种。具体如下：

1）物料重量比例组成

（湿）粪便20%~25%，秸秆1%~2%，葡萄糖0.01%~0.02%，微生物菌剂0.01%~0.02%，自来水70%~80%。

2）制作过程

（1）菌剂的活化过程

首先将葡萄糖加水溶解，再加入菌剂充分搅匀，将菌剂化开，然后将稀释液均匀泼洒在秸秆上，并充分翻搅（用搅拌机）均匀。

（2）发酵过程

将预处理后的秸秆投入发酵罐中进行厌氧发酵。以未添加微生物菌剂的相同物料为对照，进行秸秆与猪粪沼气发酵，对比每日产气量的大小。

物料水分应控制在90~92%，pH呈中性或弱碱性，物料粒径在5~20mm。厌氧发酵时，菌剂、打碎的秸秆、猪粪与自来水要充分搅拌混合。沼气收集管的末端浸没在水中。发酵罐置于37℃恒温装置内，自发酵之日起每日搅拌1-2次。

通过用碱石灰或醋酸调节物料的pH值。

产气量大小见图1，可见本发明的秸秆与粪便沼气发酵预处理微生物菌剂（6号菌剂）可促进秸秆粪便混合厌氧发酵进程，缩短发酵周期（10-16天），能够加速原料有机物的生物降解，且菌剂的制作方法简单，易于实施，单位原料中菌群含量大，活性高。可应用于沼气发酵企业针对不同粪便和秸秆原料的发酵，从而使粪便与秸秆无害化、减量化、资源化。

最后，对6号微生物配伍中的5种微生物进行鉴定，其分别为：灰绿青霉（Penicillium glaucum）2~8×10¹⁰cfu/g，米根霉（Rhizopus oryzae）2~8×10¹⁰cfu/g，黄孢原毛平革菌（Phanerochaete chrysosporium）2~8×10¹⁰cfu/g，黄曲霉（Aspergillus flavus）2~8×10¹⁰cfu/g，螺孢菌（Spirillospora）2~8×10¹⁰cfu/g。均为常见菌种。

实施例3

根据产气量大小筛选出的优势菌剂（实施例2的6号微生物），按不同比例与秸秆混合，进行预处理，放入37℃恒温培养箱中，厌氧发酵。通过沼气量的大小，最终确定菌剂与秸秆的最佳投料比（质量比）。

干粉菌剂与秸秆的质量比分别取1号1：1000、2号1：500、3号1：100、4号1：50和5号1：20，其中秸秆统一添加15g。

实验表明：干粉菌剂与秸秆的质量比为1：50时，产气量最高。因此，选择1：50为最佳投料比。