一种发酵玉米秸秆制备得到的土壤高碳基添加物

摘要

本发明属于土壤改良剂技术领域，具体公开了一种发酵玉米秸秆制备得到的土壤高碳基添加物。本发明根据玉米秸秆的营养成分组成，选用特定配方组成的微生物菌剂去降解玉米秸秆，将秸秆中的纤维素、木质素充分转化，得到可被植物根系吸收的有机质，大大提高了土壤的肥力，同时也将废弃的植物秸秆得到合理利用，以免造成环境污染。

说明书

技术领域

本发明涉及土壤改良剂技术领域，具体地，涉及一种发酵玉米秸秆制备得到的土壤高碳基添加物。

背景技术

随着我国农业产量的提高，农作物秸秆的出量也在成倍增加。据有关统计资料记载，全国目前各类农作物秸秆的产量每年在达7～10亿吨，其数量相当于北方草原产量的60倍。长期以来，农作物秸秆的处理问题一直是令广大农民和各级政府倍感头疼的问题，过去由于开发利用技术的缺乏、市场信息闭塞以及农民秋耕播种时间短暂等原因，绝大多数秸秆被废弃于河道、路旁腐烂或在田间被直接焚毁，不但堵塞河道和道路交通，而且严重污染了环境并造成资源的巨大浪费。

由于秸秆在短期内不易腐解，导致秸秆资源长期没有得到合理的开发，除少量用于垫圈、喂养牲畜、部分用于堆沤肥外，大部分都作为生活燃料烧掉了，在种植业为主的地区，作物秸秆已经成为生产中的障碍。所以，焚烧秸秆遍及广大乡村，由此引起环境污染与有机资源的严重浪费。据统计，全国用作还田和有机肥料的作物秸秆仅占总量的20％左右，焚烧占17％，秸秆燃烧后主要产物为二氧化碳，一氧化碳，二氧化硫等有害气体，这些气体进入大气后造成严重的环境污染。秸秆焚烧有四大坏处：一是浪费资源，导致大量有机物不能回田；二是严重污染环境；三是经常引发火灾和交通事故；四是破坏农田生态系统物质循环，造成土壤肥力下降。

土壤肥料下降后对于那些营养要求比较精细的作物的影响特别大，比如烟草，烟草对土壤的适应性很强，从轻沙土到重粘土，从酸性土到碱性土，从浅灰色到黄色、红色、黑色土等各种土壤，都能满足烟草生长发育的需要。但是，不同土壤生产出的烟叶风味却各不相同，有的苦辣呛人，有的芳香醇和，有的灰白火亮，有的却黑灰熄火。所以，从烟叶质量的角度考虑，烟草生产对土壤条件的要求比较严格。为了提高烟草种植土壤的肥力，烟农试着将水稻、玉米等秸秆粉碎后添加到土壤中，但是，由于秸秆在土壤中需要很长的时间才会被完全分解，所以秸秆的加入不仅不能及时增加土壤的肥力，反而会影响烟草的耕种管理。

目前，利用多种微生物混合一起处理秸秆是比较流行的解决方法。但是目前已公开的秸秆降解菌的活力都不是很高，而且将多种微生物组合在一起，微生物之间的作用并不是简单的加合效果，反而有些菌混合在一起的时候会产生拮抗作用。

发明目的

本发明为了克服现有技术中的上述不足，提供一种土壤高碳基添加物；将该添加物添加到植物土壤中，尤其是烟草土壤中，可以有效提高土壤的肥力，促进植物的生长，而且本发明的高碳基添加物还可以减少无机肥料的使用。

为了实现上述目的，本发明是通过以下方案予以实现的：

一种降解玉米秸秆的复合菌剂，含有以下重量百分比的各菌液：10～30％草酸青霉菌液、5～20％琥珀酸丝状杆菌菌液、10～30％长柄木霉菌液、5～20％地衣芽孢杆菌菌液、15～35％红球菌菌液，各菌液中活菌数为1～9×10⁸个/克。

玉米秸秆的营养组成比较复杂，其中包括40％的纤维素、20～30％半纤维素、24％木质素、余量的粗蛋白、粗脂肪、无氮浸出物。本发明根据玉米秸秆的营养组成，经过大量筛选试验，对菌株进行合理配伍，获得的菌剂配方合理，各菌株之间具有良好的协同效应，得到的复合微生物菌剂具有菌株组合新、结构稳、酶活强、菌数高等特点。其中，琥珀酸丝状杆菌是瘤胃细菌之一，它不仅能产生多纤维素酶体(包括纤维素酶、内切半纤维素酶和外切半纤维素酶)，还能够产生大量定位在细胞外表面上的纤维素结合蛋白，使该菌粘附在秸秆纤维素上，提高对秸秆纤维素的降解能力，因此，本发明的琥珀酸丝状杆菌对纤维素、半纤维素能进行高效降解；而长柄木霉能大量合成纤维素酶、半纤维素酶，其中纤维素酶包括外切葡聚糖酶、内切葡聚糖酶，但是所产的外切葡聚糖酶活性低，而草酸青霉、琥珀酸丝状杆菌产的外切葡聚糖酶的活性高，所以，将三者结合能够高效降解纤维素和木质素。另外，在生长代谢过程中，地衣芽孢杆菌可产生多种酶促因子，增加其他酶的活性，并能产生抗活性物质，具有调节菌群协调，抑制杂菌生长繁殖的作用；红球菌能降解木质素，起到打破木质素和蛋白质所形成的屏障作用，同时使纤维素和半纤维素得以暴露，另外，红球菌还能够降解多卤代联苯、烃类、煤和石油类物质，起到土壤环境修复的作用。本发明利用上述五种菌种之间的协同效应，得到的复合菌能够更加高效地降解玉米秸秆，同时还能有效改良土壤的理化性质，促进作物生长发育，诱导作物增强抗性，增强抗寒、抗旱、抗病和抗逆能力，增加产量，改善产品品质。

优选地，所述复合菌剂含有以下重量百分比的各菌液：15～25％草酸青霉菌液、10～20％琥珀酸丝状杆菌菌液、20～30％长柄木霉菌液、10～20％地衣芽孢杆菌菌液、20～30％红球菌菌液。

更优选地，所述复合菌剂含有以下重量百分比的各菌液：20％草酸青霉菌液、15％琥珀酸丝状杆菌菌液、25％长柄木霉菌液、15％地衣芽孢杆菌菌液、25％红球菌菌液。

一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将玉米秸秆切割成秸秆段后堆积，将如上所述的混合菌剂与小麦粉混合后得复合物，将复合物加入到秸秆堆，调节堆体水含量，常温发酵得到土壤高碳基添加物。

将本发明的混合菌剂用于降解玉米秸秆时，秸秆中的营养不太好降解，为了使各微生物能大量繁殖，需要给各种微生物提供合适的营养，本发明通过研究发现，小麦粉可以为各菌株提供很好的营养需求，而如果是麸皮、玉米粉的话，效果就没有那么好，这可能是因为本发明的各微生物菌种更容易吸收利用小麦粉中的营养物质。

优选地，所述复合菌剂与小麦粉的混合质量比为1：5～10。

优选地，所述复合物按重量百分比为1～10％添加到秸秆堆中。

更优选地，所述复合物按重量百分比为2～5％添加到秸秆堆中。

在适当的水分条件下，由于各种微生物的繁殖速度加快、分泌的各种胞外酶增加，所以降解纤维素等物质的能力也相应提高，优选地，调节堆体水含量为50～65％。

优选地，所述发酵的条件为常温发酵2～3天后进行翻堆；然后每10～15天翻堆1次，共翻堆2次；最后一次翻堆完成后即得土壤高碳基添加物。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

发明人根据玉米秸秆的营养组成，经过大量筛选试验，对菌株进行合理配伍，获得的菌剂配方合理，各菌株之间具有良好的协同效应，得到的复合微生物菌剂具有菌株组合新、结构稳、酶活强、菌数高等特点。该复合微生物菌剂能加快玉米秸秆的降解，对难以降解玉米秸秆具有高效的降解性能。

本发明所述的土壤高碳基添加物能够有效增加土壤有机质含量，改良土壤，培肥地力，特别对缓解烟草土壤氮、磷、钾肥比例失调的矛盾，弥补磷、钾化肥不足有重要作用。另外，本发明的土壤高碳基添加物还能改善土壤物化性状，增加土壤团粒结构作用，增强土壤中腐殖质含量，提高土壤中微生物活性和酶活性。因此提高烟草的种植产量。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的简单修改或替换，均属于本发明的范围；若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

本发明所述的草酸青霉、琥珀酸丝状杆菌、长柄木霉、地衣芽孢杆菌、红球菌均为普通市售菌种。

实施例1

S1.将草酸青霉、琥珀酸丝状杆菌、长柄木霉、地衣芽孢杆菌、红球菌分别活化、培养至菌液中活菌数达到8×10⁸个/克；

S2.将75g草酸青霉菌液、100g琥珀酸丝状杆菌菌液、50g长柄木霉菌液、100g地衣芽孢杆菌菌液、175g红球菌菌液混合均匀得混合菌液，混合菌液与2.5kg的小麦粉混合得到复合菌剂。

S3.一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将100kg玉米秸秆切割成大约25cm长的秸秆段后堆积，按秸秆重量百分比3％添加复合物，调节堆体水含量55％；常温发酵3天后进行翻堆；然后每15天翻堆1次，共翻堆2次；最后一次翻堆完成后即得土壤高碳基添加物。

实施例2

S1.将草酸青霉、琥珀酸丝状杆菌、长柄木霉、地衣芽孢杆菌、红球菌分别活化、培养至菌液中活菌数达到1×10⁸个/克；

S2.将300g草酸青霉菌液、200g琥珀酸丝状杆菌菌液、300g长柄木霉菌液、50g地衣芽孢杆菌菌液、150g红球菌菌液混合均匀得混合菌液，混合菌液与8kg的小麦粉混合得到复合菌剂。

S3.一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将100kg玉米秸秆切割成大约25cm长的秸秆段后堆积，按秸秆重量百分比9％添加复合物，调节堆体水含量55％；常温发酵3天后进行翻堆；然后每15天翻堆1次，共翻堆2次；最后一次翻堆完成后即得土壤高碳基添加物。

实施例3

S1.将草酸青霉、琥珀酸丝状杆菌、长柄木霉、地衣芽孢杆菌、红球菌分别活化、培养至菌液中活菌数达到5×10⁸个/克；

S2.将100g草酸青霉菌液、75g琥珀酸丝状杆菌菌液、150g长柄木霉菌液、75g地衣芽孢杆菌菌液、125g红球菌菌液混合均匀得混合菌液，混合菌液与2.5kg的小麦粉混合得到复合菌剂。

S3.一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将100kg玉米秸秆切割成大约25cm长的秸秆段后堆积，按秸秆重量百分比3％添加复合物，调节堆体水含量60％；常温发酵3天后进行翻堆；然后每10天翻堆1次，共翻堆2次；最后一次翻堆完成后即得土壤高碳基添加物。

实施例4

S1.将草酸青霉、琥珀酸丝状杆菌、长柄木霉、地衣芽孢杆菌、红球菌分别活化、培养至菌液中活菌数达到3×10⁸个/克；

S2.将90g草酸青霉菌液、30g琥珀酸丝状杆菌菌液、180g长柄木霉菌液、120g地衣芽孢杆菌菌液、180g红球菌菌液混合均匀得混合菌液，混合菌液与5.4kg的小麦粉混合得到复合菌剂。

S3.一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将100kg玉米秸秆切割成大约20cm长的秸秆段后堆积，按秸秆重量百分比6％添加复合物，调节堆体水含量65％；常温发酵3天后进行翻堆；然后每15天翻堆1次，共翻堆2次；最后一次翻堆完成后即得土壤高碳基添加物。

对比例1

S1.将草酸青霉、琥珀酸丝状杆菌、长柄木霉、地衣芽孢杆菌分别活化、培养至菌液中活菌数达到5×10⁸个/克；

S2.将100g草酸青霉菌液、75g琥珀酸丝状杆菌菌液、150g长柄木霉菌液、75g地衣芽孢杆菌菌液混合均匀得混合菌液，混合菌液与2.625kg的小麦粉混合得到复合菌剂。

S3.一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将100kg玉米秸秆切割成大约25cm长的秸秆段后堆积，按秸秆重量百分比3％添加复合物，调节堆体水含量60％；常温发酵3天后进行翻堆；然后每10天翻堆1次，共翻堆2次；最后一次翻堆完成后即得土壤高碳基添加物。

对比例2

S1.将长柄木霉、地衣芽孢杆菌、红球菌分别活化、培养至菌液中活菌数达到5×10⁸个/克；

S2.将150g长柄木霉菌液、75g地衣芽孢杆菌菌液、125g红球菌菌液混合均匀得混合菌液，混合菌液与2.675kg的小麦粉混合得到复合菌剂。

S3.一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将100kg玉米秸秆切割成大约25cm长的秸秆段后堆积，按秸秆重量百分比3％添加复合物，调节堆体水含量60％；常温发酵3天后进行翻堆；然后每10天翻堆1次，共翻堆2次；最后一次翻堆完成后即得土壤高碳基添加物。

对比例3

S1.将草酸青霉、长柄木霉、地衣芽孢杆菌、红球菌分别活化、培养至菌液中活菌数达到5×10⁸个/克；

S2.将100g草酸青霉菌液、150g长柄木霉菌液、75g地衣芽孢杆菌菌液、125g红球菌菌液混合均匀得混合菌液，混合菌液与2.575kg的小麦粉混合得到复合菌剂。

S3.一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将100kg玉米秸秆切割成大约25cm长的秸秆段后堆积，按秸秆重量百分比3％添加复合物，调节堆体水含量60％；常温发酵3天后进行翻堆；然后每10天翻堆1次，共翻堆2次；最后一次翻堆完成后即得土壤高碳基添加物。

对比例4

S1.将草酸青霉、琥珀酸丝状杆菌、长柄木霉、地衣芽孢杆菌、红球菌分别活化、培养至菌液中活菌数达到5×10⁸个/克；

S2.将100g草酸青霉菌液、75g琥珀酸丝状杆菌菌液、150g长柄木霉菌液、75g地衣芽孢杆菌菌液、125g红球菌菌液混合均匀得混合菌液，混合菌液与2.5kg的麦麸混合得到复合菌剂。

S3.一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将100kg玉米秸秆切割成大约25cm长的秸秆段后堆积，按秸秆重量百分比3％添加复合物，调节堆体水含量60％；常温发酵3天后进行翻堆；然后每10天翻堆1次，共翻堆2次；最后一次翻堆完成后即得土壤高碳基添加物。

对比例5

S1.将草酸青霉、琥珀酸丝状杆菌、长柄木霉、地衣芽孢杆菌、红球菌分别活化、培养至菌液中活菌数达到5×10⁸个/克；

S2.将100g草酸青霉菌液、75g琥珀酸丝状杆菌菌液、150g长柄木霉菌液、75g地衣芽孢杆菌菌液、125g红球菌菌液混合均匀得混合菌液，混合菌液与2.5kg的玉米粉混合得到复合菌剂。

S3.一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将100kg玉米秸秆切割成大约25cm长的秸秆段后堆积，按秸秆重量百分比3％添加复合物，调节堆体水含量60％；常温发酵3天后进行翻堆；然后每10天翻堆1次，共翻堆2次；最后一次翻堆完成后即得土壤高碳基添加物。

应用例1

将实施例1～4和对比例1～3的S2制备得到的各种复合菌剂以体积百分比为2％的接菌量转接至添加玉米秸秆粉(5目)为唯一碳源的Hutchinson培养基中振荡培养，于培养25天收集培养液，并以差重法和改进的Van Voest法测定水稻秸秆粉的失重率、纤维素降解率、半纤维素降解率和木质素降解率，最终得到各种复合菌剂对玉米秸秆粉的实际降解效果综合测评结果(见表1)。表1结果显示：草酸青霉、琥珀酸丝状杆菌、长柄木霉、地衣芽孢杆菌、红球菌在降解玉米秸秆时具有显著的协同增效作用。

表1.各种复合菌剂对玉米秸秆粉的降解效果

处理失重率纤维素降解率半纤维素降解率木质素降解率实施例186.7％92.3％90.8％90.7％实施例282.7％90.4％89.6％88.6％实施例392.1％94.6％95.7％96.7％实施例484.8％91.7％92.7％89.4％对比例176.2％80.2％79.4％54.6％

对比例265.4％67.2％66.4％85.7％对比例370.5％76.7％76.4％81.5％

应用例2

试验地点：广东省韶关南雄市

试验时间：2012～2013年

烟草品种：K326

供试土壤：牛肝土田

试验方案：实施例1～4与对比例1～5的每个处理组均选用3亩长势相同的烟草幼苗为实验对象。同时设对照处理，对照处理为相比正常的烟草栽培管理，减少25％的正常施肥量；实施例1～4和对比例1～5的每个处理组为相比正常的烟草栽培管理，减少25％的施肥量但添加25％的制备得到的各种高碳基添加物，其他栽培条件相同。测定各种土壤高碳基添加物对烟草生长的影响，烟草成熟后收获，测定每个处理组的烟草平均亩产量和平均亩产值，并且，生产得到的烤烟请烟叶评吸专家进行评吸，测定每个处理组得到的烤烟的质量，结果如表2所示。

表2 各处理组的烟草收获总量和品质评价

由表2可知，施用本发明的高碳基添加物均在一定程度上增加了烟叶的产量、品质和产值等。