一种秸秆腐熟复合菌剂及秸秆微生物发酵腐熟造肥方法

摘要

本发明公开了一种秸秆腐熟复合菌剂及秸秆微生物发酵腐熟造肥方法，其中秸秆腐熟复合菌剂包括枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、黑曲霉、长枝木霉、里氏木霉、酿酒酵母及植物乳杆菌；秸秆微生物发酵腐熟造肥方法，是在秸秆中添加所述秸秆腐熟复合菌剂；解决现有秸秆堆腐发酵低温条件下采用单一微生物菌剂不能有效实现快速降解秸秆的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及农业领域中玉米秸秆微生物发酵腐熟造肥方法。

背景技术

秸秆堆腐发酵实质是微生物通过代谢繁殖对有机物质进行分解。微生物代谢是整个秸秆堆肥发酵的核心变化，影响并决定着秸秆堆肥发酵进程的快慢，因此，通常利用外源添加一定量的微生物菌剂，增加微生物数量，提高大分子有机物质的降解效果，促进秸秆堆肥发酵快速进行。相关研究表明，在畜禽粪便及稻壳好氧发酵过程中加入一定量的发酵菌剂可显著缩短发酵时间。但是，低温 (10℃)条件下单一微生物菌剂在秸秆堆腐发酵中不能有效实现快速降解秸秆的目的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种秸秆腐熟复合菌剂及秸秆微生物低温发酵腐熟造肥方法，解决现有秸秆堆腐发酵低温条件下采用单一微生物菌剂不能有效实现快速降解秸秆的问题。

第一方面，所述的一种秸秆腐熟复合菌剂，其特征在于，包括：

枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、黑曲霉、长枝木霉、里氏木霉、酿酒酵母及植物乳杆菌。

进一步地，所述秸秆腐熟复合菌剂中总有效活菌数≥2.0亿 /g(ml)。

第二方面，所述的一种秸秆微生物发酵腐熟造肥方法，其特征在于：

在秸秆中添加所述秸秆腐熟复合菌剂。

进一步地，所述秸秆腐熟复合菌剂的添加量为所述秸秆总重量的0.5％～1.0％。

进一步地，所述秸秆中添加氮源；

所述氮源为尿素或畜禽粪便。

进一步地，所述尿素的添加量为所述秸秆总重量的0.8％～ 1.0％；

所述畜禽粪便添加量为所述秸秆总重量的50％～60％。

进一步地，所述秸秆中添加水；

所述水的添加量保证秸秆堆肥含水率为60％～70％。

进一步地，所述秸秆为玉米秸秆；

所述玉米秸秆的粉碎长度小于10cm。

进一步地，将所述秸秆、所述氮源、所述秸秆腐熟复合菌剂混拌均匀，堆成高1.8m～2.0m，底部宽3.0m～4.0m，上部宽 2.5m～3.0m，长度不限的梯形秸秆堆体；所述秸秆堆体表面覆盖保温隔离件。

进一步地，所述保温隔离件是塑料布。

进一步地，所述秸秆堆体温度上升至65℃以上，且温度开始下降时，进行第一次翻堆；

所述秸秆堆体温度再次上升至65℃以上，且温度开始下降时，进行第二次所述翻堆；

之后每隔1个月进行所述翻堆1次，一个堆肥周期进行所述翻堆3次～4次；

当所述秸秆堆体温度下降至35℃以下，且连续两天温度差不超过±2℃时，停止进行所述翻堆。

进一步地，所述秸秆堆体外界环境温度大于4℃。

本发明具有如下有益效果：

本发明秸秆腐熟复合菌剂，其产纤维素酶活性值为55.3U/ml，表明该秸秆腐熟复合菌剂在低温条件下能够快速降解秸秆；

本发明秸秆微生物发酵腐熟造肥方法，采取接种秸秆腐熟复合菌剂，并通过覆盖塑料布的方式快速启动秸秆堆肥发酵，加速秸秆堆肥的腐熟。

附图说明

通过以下参考附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在附图中：

图1为本发明实验研究例不同处理方式下玉米秸秆堆肥发酵温度的变化(秋季堆肥)曲线图；

图2为本发明实验研究例不同处理方式下玉米秸秆堆肥发酵温度的变化(春季堆肥)曲线图；

图3-1为本发明实验研究例处理方式1玉米秸秆堆肥第40d的显微结构图；

图3-2为本发明实验研究例处理方式2玉米秸秆堆肥第40d的显微结构图；

图3-3为本发明实验研究例处理方式3玉米秸秆堆肥第40d的显微结构图；

图4为本发明实验研究例玉米秸秆堆肥种子发芽指数测定(堆肥90d)照片。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是值得说明的是，本发明并不限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本发明。

实施例一

本实施例的秸秆腐熟复合菌剂中含有枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、黑曲霉、长枝木霉、里氏木霉、酿酒酵母、植物乳杆菌，总有效活菌数≥2.0亿/g(ml)。

本实施例测定8个菌剂的产纤维素酶活性，在灭菌的羧甲基纤维素钠液体发酵培养基中分别接种等量的8个菌剂，分别购买于中国农业微生物菌种保藏管理中心，在10℃、120r/min条件下振荡培养72h，测定菌株的产纤维素酶活性。

试验结果见表1，不同处理随接种时间液体逐渐浑浊，呈现不同的颜色，秸秆腐熟复合菌剂的产CMC酶活性值最大，为 55.3U/ml，表明该菌剂产品在低温条件下能够快速降解秸秆。对8 个菌剂进行平板培养(培养温度为10℃～15℃)。

表1秸秆腐熟复合菌剂菌株形态和产纤维素酶活性

实验研究例

本实施例采取接种实施例一的秸秆腐熟复合菌剂，并通过覆盖塑料布的方式研究本发明的秸秆堆肥发酵方法，具体研究过程如下。

本实施例采用3种处理方式，对秸秆堆腐相关指标进行研究，具体如下：

1)秸秆堆腐增温保温措施研究

为了研究秸秆堆腐增温保温措施低温条件下对玉米秸秆的腐熟效果，本实施例设3个处理方式，分别为：

处理方式1：接种秸秆腐熟复合菌剂(枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、黑曲霉、长枝木霉、里氏木霉、酿酒酵母、植物乳杆菌)、不覆盖塑料布；

处理方式2：接种秸秆腐熟复合菌剂(枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、黑曲霉、长枝木霉、里氏木霉、酿酒酵母、植物乳杆菌)、覆盖塑料布；

处理方式3：接种常温菌(枯草芽孢杆菌)、不覆盖塑料布。

通过研究不同处理方式对玉米秸秆堆肥的温度变化、腐熟秸秆的显微结构、腐熟秸秆的表观特征的影响，筛选出秸秆堆腐增温保温措施，并研究其对玉米秸秆的腐熟效果。

(1)玉米秸秆堆肥发酵的温度变化

秸秆堆肥是堆肥微生物利用秸秆堆料中的碳源、氮源等营养物质用于自身生长和繁殖，并产生热量散发到环境中，从而造成秸秆堆肥温度升高。

秸秆堆肥温度是秸秆发酵过程的重要指标之一，本实施例对处理方式2分别进行了玉米秸秆秋季堆肥和春季堆肥，图1、图2分别反应了不同堆肥处理堆体温度和环境温度的变化情况，呈现升温→高温→降温趋势。

秸秆堆肥发酵初期，由于堆料中可溶性养分相对充足，基本维持微生物正常代谢，所以秸秆在堆制的前3d有明显的升温过程，第 9d进入高温阶段，其中处理2的堆肥温度上升最快，秋季秸秆堆肥试验秸秆堆肥最高温度达到65.1℃，春季秸秆堆肥试验秸秆堆肥最高温度达到71.0℃，均显著高于处理方式1和处理方式3，且高温期保持时间最长。主要是由于处理方式2采用低温菌+常温菌接种方式，可以在晚秋、初春等较低的环境温度条件下快速启动堆肥，同时采用覆盖塑料膜措施，能够起到了增温、保温和保湿作用，为堆肥微生物提供了优良的生活条件，促进了玉米秸秆的腐熟。

秋季堆肥一般在每年10月末开始，采取秋季不翻堆、下一年春季翻堆的方式，以免由于秋冬季外界环境温度太低，造成翻堆过程中热量大量散失，影响堆肥进程和腐熟效果。

春季堆肥一般在3月末开始，在堆肥的一个月后进行翻堆，将外部没有腐解的玉米秸秆翻到内部，同时提高秸秆堆体的氧气浓度，促进玉米秸秆快速腐解，如图2所示，由于翻堆过程中会有大量热量散失，因此，秸秆堆肥翻堆后堆体温度会急速下降，在秸秆堆体建成后，由于堆肥微生物的活动，秸秆堆肥的温度会继续上升，进入高温阶段，促进玉米秸秆的腐熟。

(2)玉米秸秆显微结构的变化

显微观察可以直观观测不同处理对玉米秸秆微观结构的作用程度，从而分析不同处理的玉米秸秆的腐解效果。

上述三种不同处理方式的光学显微照片见图3-1、图3-2、图3- 3。从400倍的显微镜图片可以看出，与其他处理相比，处理方式2 玉米秸秆的表面光滑、无茸毛突起、细胞轮廓清晰，细胞内部结构疏松、有部分发生溶解，说明处理方式2可以快速降解玉米秸秆，对玉米秸秆降解效果显著。

2)秸秆堆腐微生物种群动态变化研究

秸秆堆腐发酵实质是微生物通过代谢繁殖对有机物质进行分解。微生物代谢是整个秸秆堆肥发酵的核心变化，影响并决定着秸秆堆肥发酵进程的快慢。微生物是堆肥化的主要参与者，通过利用氮素、碳素有机物质推动堆肥化进程，氮素转化、碳素转化与微生物群落的演变具有内在联系。

秸秆堆肥过程中的微生物含量决定了堆肥中纤维素的降解速率，影响堆肥的质量。试验结果见表2，由于堆肥升温期，充足的营养物质有利于细菌的生长和代谢，使此时期的细菌群落数量增加。堆肥前期，好氧细菌、兼气细菌，纤维素酶菌等微生物生长迅速，成为优势菌群。随着堆肥温度的升高，其它微生物开始繁殖。进入堆肥高温期(55℃以上)，其他微生物种群由于秸秆堆肥温度过高死亡或者休眠，高温放线菌、高温细菌、嗜热真菌成为主力菌群。堆肥后期，各种菌群又开始大量繁殖。堆肥的各个时期有不同的优势微生物种群，随着堆肥的进程，发生了明显的微生物群落演替。

表2不同堆肥阶段微生物种群的变化(×10

4)秸秆堆腐营养元素动态变化研究

矿化作用和腐殖化作用贯穿秸秆堆肥发酵整个过程，在堆肥前期(升温阶段和高温阶段)矿化作用大于腐殖化作用，主要表现为不稳定有机物分解，在堆肥后期(降温阶段和腐熟阶段)矿化作用小于腐殖化作用，主要表现为新的稳定有机物的生成。堆肥有机质是存在于堆肥中的所有的含碳有机物质，堆肥有机质随堆肥化过程下降。氮素通过氨气挥发损失是堆肥氮素损失的最主要方式，氨气释放随升温阶段快速上升，高温阶段达到峰值并下降。氨态氮主要来源于含氮有机物在氨化作用下分解，在前期上升并达到最大值，随着易分解有机物的消耗殆尽，在堆肥后期下降并稳定；有机氮总量在堆肥前期下降，而堆肥后期上升并达到稳定。在堆肥后期，部分氨态氮在硝化细菌的硝化作用下转化为硝态氮，硝态氮含量上升，但是硝态氮的含量要低氨态氮与有机氮低1～2个数量级，对于堆肥氮素保存影响较小。秸秆堆肥过程中存在磷、钾的固定，堆肥过程中由于有机质的分解，堆料体积和重量不断减少，而磷、钾不会通过挥发等形式损失，由于养分的“浓缩效应”，磷钾元素含量会相对增加。

(1)秸秆堆肥有机质含量的变化情况

有机质是微生物活动和代谢的能量来源，其一部分被微生物分解成CO

表3不同处理秸秆堆肥有机质含量的变化情况(％)

(2)秸秆堆肥全氮含量的变化情况

堆肥中全氮包括有机氮和无机氮，其中有机氮的变化主要包括氮素的固定和释放。由于堆肥过程中有机氮的矿化、持续性氨的挥发及硝态氮的反硝化作用均引起堆肥过程中氮素的损失。堆肥初期，由于物料中含氮有机物分解为氨气挥发，其全氮含量降低。堆肥后期，随着硝化细菌通过硝化的作用，物料中的氮素得以固定，氮素的损失逐渐变小，并且在发酵过程中，堆体质量、体积减小和水分的散失以及降解有机质等因素，使物料中氮素的含量出现上升的趋势。试验结果见表4，堆肥结束时，处理方式1、处理方式2、处理方式3、对照处理堆肥的全氮含量分别为6.93g/kg、7.26g/kg、 6.86g/kg和6.53g/kg，其中处理方式2的全氮含量最高，说明处理处理2有利于氮素的保留。

表4不同处理秸秆堆肥全氮含量的变化情况(g/kg)

(3)秸秆堆肥全磷含量的变化情况

堆肥过程中磷素的损耗较少，主要以渗滤液的形式流失。由于微生物的作用将有机态碳转化为CO

表5不同处理秸秆堆肥全磷含量的变化情况(g/kg)

(4)秸秆堆肥全钾含量的变化情况

堆肥过程是一个生物化学过程，非常的复杂，其伴随着钾的固定与释放。堆肥结束后，全钾的含量都呈上升趋势，这是因为在堆肥过程中由于有机质的分解，堆料体积和重量不断减少，而钾不会通过挥发等形式损失，由于养分的“浓缩效应”，各处理中全钾含量随堆肥过程的完成而增加。试验结果见表6，堆肥结束时，处理方式1、处理方式2、处理方式3、对照处理堆肥的全钾含量分别为 17.75g/kg、18.67g/kg、17.53g/kg和16.91g/kg，其中处理方式2的全钾含量最高，可能与处理方式2的堆体总质量下降有关。

表6不同处理秸秆堆肥全钾含量的变化情况(g/kg)

5)秸秆堆腐发酵腐熟度的检测

种子发芽指数(GI)是评价堆肥腐熟度的常用方法之一，是一种非常直接和有效的方法。秸秆发酵结束后，利用堆肥产物的浸提液进行种子萌发试验，由此方法可有效的判断堆肥产物的腐熟水平以及对农作物种子萌发的影响。如果GI≥85％，则认为堆肥完全腐熟。试验结果见表7、图4，随着堆肥的进程，处理方式1、处理方式 2、处理方式3处理的种子发芽指数不断增加，在堆肥第90d时，处理方式1、处理方式2、处理方式3、对照处理的子发芽指数分别为95.7％、106.2％、98.8％、87.5％，均大于85％，说明秸秆堆肥已经腐熟，其中处理方式2的秸秆腐熟效果最好。

表7堆肥过程中各处理种子发芽指数(GI)变化情况(％)

实施例二

根据上述实验研究例的结果，本实施例总结出本申请的秸秆微生物发酵腐熟造肥方法，具体如下：

玉米籽实收获后，利用联合收割机携带的秸秆粉碎装置对秸秆进行粉碎，粉碎秸秆长度小于10cm。

利用田间地头、休耕地、废弃地等国家允许的空闲地块进行玉米秸秆微生物发酵快速腐熟造肥，堆肥原料为玉米秸秆。

在玉米秸秆添加氮源，氮源可用尿素或畜禽粪便。其中，尿素的添加量为秸秆总重量的0.8％～1.0％；畜禽粪便添加量为秸秆堆肥总重量的50％～60％。

在玉米秸秆及氮源中添加秸秆腐熟复合菌剂，添加量为秸秆总重量的0.5％～1.0％。

在玉米秸秆、秸秆腐熟复合菌剂及氮源中添加清水，清水的添加量需要保证秸秆堆体含水率为60％～70％。

将上述的玉米秸秆、氮源、秸秆腐熟复合菌剂及水混拌均匀，建成高1.8m～2.0m，底部宽3.0m～4.0m，上部宽2.5m～3.0m，长度不限的梯形秸秆堆体，秸秆堆体表面覆盖塑料布，用土将塑料布四周压实。

秸秆堆体温度上升至65℃以上，且温度开始下降时，进行第一次翻堆。秸秆堆体温度再次上升至65℃以上，且温度开始下降时，进行第二次翻堆。之后每隔1个月翻堆1次，一个堆肥周期翻堆4 次。

当秸秆堆肥温度下降至35℃以下，且连续两天温度差不超过± 2℃时，停止翻堆。

玉米秸秆堆肥时，外界环境温度要求要大于4℃。

以上所述实施例仅为表达本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。