專利名稱：：農業廢棄物的快速堆肥菌劑及其生產有機肥的方法
技術領域：
：本發明涉及農業廢棄物快速堆肥菌劑及其生產有機肥的方法，屬于廢棄物資源化利用
技術領域：
，可專用于禽畜糞便的快速資源化處理。二
背景技術：
：畜禽糞便的有機質豐富，含有氮、磷、鉀、微量元素和腐殖質等多種植物營養成分，可以用作制造優質、高效的有機(類)肥料的原料(包括有機肥、有機無機復混肥、微生物有機肥)。目前，我國排放的畜禽糞便中氮、磷、鉀的總貯量約為0.63億t，相當于0.49億t尿素，1.19億t過磷酸鈣和0.34億t氯化鉀。因此畜禽糞便是一種可以開發利用的資源。現代畜牧業日益集約化，所產生的廢棄物與傳統畜牧業產生的廢棄物截然不同。傳統畜牧業產生的廢棄物量小、分散，易于就地處理，不致于對環境有明顯的影響；現代畜牧業產生的廢棄物量大、集中，通常很難用一般的方法處理，對環境造成很大威脅。如何對畜禽糞便實現綜合利用，在消除畜禽糞便對環境污染的同時，使其得以資源化利用，并在生態系統的水平上實現物質、能量流動的良性循環，已成為這是眾多學者研究的熱點。畜禽糞便處理技術經過多年的實踐與發展，已日趨成熟。國內外對畜禽糞便進行處理的方法很多，而且隨著科技的進步和發展，大量的新技術、新方法不斷出現。目前處理方法通常可分為三類干燥法、化學處理法、生物處理法。將畜禽糞便等廢棄物制作的優質有機堆肥制成高附加值的肥料產品是促進畜禽糞便等固體有機廢棄物資源化產業的市場驅動力。微生物有機肥料與生物肥料(菌種含量高但有機物很少，僅作為一種接種劑)不是一個概念，但由于生物肥料單獨施用時，缺乏足量的有機物給功能微生物提供能量，很難與土著微生物形成競爭優勢，從而影響了這些功能微生物在土壤中定植和功能的發揮，這就是生物肥料效果不明顯和不穩定的根本原因。而微生物有機肥料克服了生物肥料的這一缺點，這些肥料應用于農業生產中，不僅能獲得特定的肥料效應，而且通過足量的有機物質給功能微生物提供足夠的能量，使它們在土壤中易于定植，充分發揮其促進作物對營養元素的吸收、剌激植物生長、拮抗某些土傳病原微生物等作用。三
發明內容1.技術問題本發明的目的在于研制一種能使各種農業廢棄物快速腐熟并生產有機肥的技術，廢棄物快速處理可以解決我國當前土地緊張問題(各種廢棄物的堆積需要大量的土地)，也解決了廢棄物亂堆亂放帶來的環境污染問題，同時生產高附加值產品，確保集約化農業的順利發展。2.技術方案—種高溫纖維素分解真菌，該菌株NJZ5屬于煙曲霉(Aspergillusfumigatus)，2009年9月22日保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，菌種保藏號為4CGMCCNO.3309，主要生物學特性為菌絲有隔，分生孢子梗光滑，帶綠色，頂端膨大成球狀，上面著生單層瓶狀小梗，瓶狀小梗上產生孢子；分生孢子球形，有剌，綠色。上述菌株NJZ5用于生產農業廢棄物堆肥菌劑的方法，包括1)菌劑發酵將所述的菌株NJZ5接種到PDA液體培養基中搖瓶培養，進行液體發酵生產，其發酵生產的條件為初始pH范圍為5.06.O，培養溫度354(TC，裝液量為培養容器體積的2050%，搖床轉數為170轉/分鐘，時間12h;采用負壓接種法將菌種接種到1噸的發酵罐中，發酵罐中的培養基為PDA液體培養基，發酵罐上罐體溫度保持在37t:，pH穩定在56之間，攪拌轉數保持在100120轉/分鐘，通氣量每分鐘體積比為0.5，當菌株大量形成孢子，發酵液中可培養菌落數(孢子+菌絲體)>1X109個/ml時停止發酵，獲得發酵液；搖瓶培養所用PDA液體培養液配制方法為，以配制1L的量為例用200g土豆削皮后切成小塊放到水里煮，沸騰后煮30min，經過紗布濾后向濾液中加20g葡萄糖，定容至lOOOml，pH值調至5.0-6.0，115。C滅菌20min;發酵罐上所用PDA液體培養基配制方法為，以配制1L的量為例用200g土豆削皮后切成小塊放到水里煮，沸騰后煮30min，經紗布過濾后向濾液中加10g淀粉，10g蔗糖，定容至1000ml，pH值調至5.06.0，121。C滅菌20min。2)菌種吸附將液體發酵液與米糠按體積質量比i:10-3:io在攪拌機上進行混勻吸附，混勻后獲得農業廢棄物的快速堆肥菌劑固體產品，其中可培養菌落數(孢子+菌絲體)>lXl()8個/克。上述農業廢棄物堆肥菌劑用于生產有機肥的方法，包括1)原材料的建堆與接種將米糠與稻草粉按體積比2:l混合后作輔料，再將農業廢棄物與輔料以質量比75:25的比例混合，然后按照質量比1-2%。的接種量接入含可培養菌落數(孢子+菌絲體)>1X108個/克的固體堆肥菌劑，混勻后建成寬2m、高1.5m、長50m的大堆，形成條垛式堆肥；2)堆肥管理用溫度計測定堆體中層即0.60.7m深處的溫度，中層溫度大于5(TC時進行翻堆，堆制15-20天；3)堆肥后熟將堆肥堆積在一起使其進入后熟階段，在通風陰涼處堆放約1-2個月，待堆肥完全腐熟即含水率在3035%左右，發芽指數GI指數大于95%。然后通過LY50型篩選機將堆肥進行分篩后包裝。上述方法專用于禽畜糞便的快速處理并資源化問題。用禽畜糞便所生產的有機肥經過高溫堆肥后絕大部分的植物病原微生物被殺死，有機肥的含水率在3035%，全氮含量為1.43%，全氮中質量比90X以上為有機氮，最后的C/N在1820。3.有益效果本發明是一種能將禽畜糞便等農業廢棄物快速處理并生產有機肥的方法，利用各種禽畜糞便和輔料，接種高效的菌劑再結合一體化的堆肥技術制成有機肥料，其方法和產品與傳統的堆肥有以下的優勢1)以菌株NJZ5制備的禽畜糞便堆肥起爆劑(堆肥菌劑)，可實現堆肥的快速升溫，縮短堆制時間，與常規堆肥比較可以縮短2045天，大大加快了禽畜糞便的處理進程。2)利用該發明生產的有機肥含有豐富的有機質(含量3035%)，同時由于堆肥周期短(可以控制在15-25天)，氮素的損失比常規的堆肥少了很多，總N量可以達到24%，是一種優質的有機物料載體，可進一步用于高附加值產品的生產。3)該發明生產的有機肥，是純有機類肥料，它重金屬含量低，養分含量高，堆肥發芽指數在95%以上，對作物無任何毒害作用，施用后不僅可以減少化肥的使用量，而且可以改善土壤的結構，同時不會污染環境，還可為農民節省開支，有利于農產品的出口，有機肥料配合化肥的使用還有增產功能，可為農民增加收入。四圖1:菌株NJZ5的形態圖2:菌株NJZ5的菌落圖3:菌株NJZ5液體產酶曲線圖4:菌株NJZ5固體產酶曲線圖5:堆肥建堆示意圖圖6:堆肥的過程中不同層次的溫度變化曲線五具體實施例方式(—)菌株的分離和鑒定高溫腐熟微生物菌株NJZ5分離自高溫堆肥。NJZ5為煙曲霉(Aspergillusf咖igatus)，主要生物學特性為菌絲有隔，分生孢子梗光滑，帶綠色，頂端膨大成球狀，上面著生單層瓶狀小梗，瓶狀小梗上產生孢子；分生孢子球形，有剌，綠色。(二)菌劑與有機肥的生產1)將菌株接種到500ml三角瓶裝的100mlPDA液體培養基中搖瓶培養，培養條件為初始pH范圍為5.06.O，培養溫度354(TC，裝液量為培養容器體積的2050%，搖床轉數為170轉/分鐘。培養12h后將培養液再接種到10L三角瓶裝的1LPDA液體培養基中過夜培養，作為發酵罐發酵的種子液。搖瓶培養所用PDA液體培養基配制方法為，以配制1L的量為例用200g土豆削皮后切成小塊放到水里煮，沸騰后煮30min，經過紗布濾后濾液中加20g葡萄糖，定容至1000ml，pH值調至5.0_6.0，115。C滅菌20min;然后采用負壓接種法將菌種接種到1噸的發酵罐中，發酵罐中的培養基為PDA液體培養基，發酵罐溫度保持在37t:，pH穩定在56之間，攪拌轉數保持在100120轉/分鐘，通氣量為0.5(V/V，min)，當發酵液中可培養菌落數(孢子+菌絲體)>1X1(^個/ml時停止發酵。發酵罐上所用PDA液體培養基配制方法為，以配制1L的量為例用200g土豆削皮后切成小塊放到水里煮，沸騰后煮30min，經紗布過濾后濾液中加10g淀粉，10g蔗糖，定容至1000ml，pH值調至5.06.0，121。C滅菌20min。2)菌種的吸附當發酵結束以后，將含可培養菌落數(孢子+菌絲體)>1X1(^個/ml的液體發酵液與菌種吸附劑米糠按l:10(V/M)在攪拌機上進行混勻吸附，混勻后獲得農業廢棄物的快速堆肥菌劑產品，菌劑產品中含可培養菌落數(孢子+菌絲體)>1X108個/克，以每袋25kg進行真空包裝，貯存于陰涼干燥處備用。(三)產酶試驗1)培養基液體產酶培養基:CMC-Na15g，NH4N031.Og，MgS047H200.5g，K2HP041.Og，蛋白胨1.Og。固體產酶培養基堿處理并切碎的稻草粉5g，然后與無機鹽溶液混合，調節含水率在60-70%，(無機鹽溶液為:(NH4)2S043.5g，KH2P043g，MgS047H200.5g，CaCl20.5g，水1000ml，pH自然)。2)產木質纖維素酶及其優化實驗先將NJZ5接種到PDA斜面上，5(TC條件下培養5天，使其產生大量的孢子，然后用無菌水沖洗菌落，用兩層無菌紗布過濾，最后用血球計數板計孢子數量，加無菌水稀釋到孢子數量為10-610-7為宜，制成孢子懸液，置于4t:冰箱備用。液體產酶取上述制備好的孢子懸液2ml，接種到液體產酶培養基上，使其在50°C的水浴搖床150r/min培養10天，每天取樣一次，測定纖維素酶活，液體產酶見圖3。隨著培養時間的增加，羧甲基纖維素酶和濾紙酶活都呈現先增大后減小的趨勢，在第六天達到最大值，分別為55.8Um1—1、12.2Um1—1，隨后開始急劇的下降，到第十天時纖維素酶活與開始時幾乎相同。固體產酶取制備好孢子懸液2ml接種到不同處理的固體發酵培養基中，于50°C的恒溫培養箱中靜置培養，每天取樣直到酶活力降到與開始幾乎相同時停止培養，固體產酶見圖4。從圖中可以看出在固體發酵條件下，NJZ5的產酶明顯高于液體條件下的產酶，隨著培養的進行，其酶活力也似呈現先增加后減小的趨勢，并且在第4天達到最大，Cmcase達到526.3Ug—\FPA可以達到144.6Ug—、隨后酶活力下降，但是下降的速度沒有在液體培養條件下快。產酶優化各種纖維素基質先用堿處理后烘干，磨碎并過40目篩后備用。先研究不同的碳源，氮源、含水量、培養溫度、以及初始pH對菌株產酶的影響，在此基礎上利用正交實驗來優化NJZ5產酶條件，得到NJZ5的最佳產酶條件，正交實驗表1。表1菌株的固體產酶正交試驗7<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>通過固體發酵的正交試驗得出，6號實驗得到最佳的酶活力，即5(TC、80^含水率、4.0的初始pH和7X的接種量(孢子數量為10—610—7的孢子懸液)為菌株的最佳的產酶條件。在這個條件下，CMCase的平均酶活力為526.3Ug—、FPA的平均酶活力為144.6Ug—、正交試驗的R值顯示，不同條件對CMCase的影響是A>D>B>C，不同條件對FPA的影響是B>A>C>D。[OO56](四)生產堆肥試驗1)接種與建堆在江陰聯業生物科技有限公司進行實地原位堆肥，將禽畜糞便與輔料(米糠和稻草粉比例為2:1)以質量比75:25的比例混合，雖然初始pH4.0是最佳的產酶條件，但是在PH6-7菌株也可以分解木質纖維，考慮到成本問題，所以將pH調節在6-7，同時將吸附好的含可培養菌落數>1乂108個/克的固體堆肥菌劑按照10;的接種量進行接種，用LY100型混合攪拌機(江陰聯業生物技術有限公司)將堆肥基質、輔料以及菌種進行混合均勻，以不接種菌劑的堆肥為對照，將混合好的原料建成寬2.5m、高1.2m、長5m的大堆，進行條垛式堆肥，如圖5所示。2)堆肥管理在堆肥的過程中注意密切跟蹤堆肥的進程，其中溫度和含水率是堆肥進程中最重要的指標，用溫度計分層次(上層0.10.3m，中層0.60.8m，底層1.1-1.3m)測定堆體的溫度，利用高溫烘干失重法測定堆肥的含水率。中層0.60.8m溫度大于5(TC時用LY280型翻拋機(江陰聯業生物技術有限公司)進行翻堆，該翻拋機集翻堆、曝氣、粉碎于一體，并在0、3、7、10、14、18、21、28天取混合樣分析，對各種參數進行測定分析。圖6中表示的是在堆肥的過程中不同層次的溫度變化曲線，起伏處為翻堆的時間點。從圖中可以看到接種菌劑的處理比不接菌劑的對照處理每個層次的溫度都要高，而且翻堆后溫度的恢復時間要比對照快，說明接種菌劑以后可以明顯促進堆體溫度的提高，增強堆體微生物群落的代謝速率，使得堆體提前進入高溫期；而且在穩定期，表現出同樣的趨勢，穩定期是各種物質降解的關鍵時期，溫度的高低直接反應了堆肥體系中能量代謝強度。表2表示的是加菌處理與不加菌對照的有機碳、全N以及C/N的變化情況。從表中可以得到，在添加堆肥菌劑以后，堆肥的有機碳的下降速度比同期的對照要快很多，碳是堆肥材料的最重要的組成部分，在添加堆肥菌劑后，碳的分解速度明顯加快；氮素也是堆肥過程中比較重要的代謝營養元素，從表2中可以得出對照的總氮量要比同期的加菌劑的處理要高，可能的原因有，一方面加菌劑處理的溫度要比對照要高，氨揮發要高于對照，對照里面的氮素代謝要慢，很多的有機態氮還沒有分解；C:N是堆肥過程中比較重要的一個指標，有文獻將其作為堆肥腐熟的標準之一，一般堆肥的起始的C:N為3035X為最佳的配料比，而經過高溫堆肥后當后表示基本腐熟，從表2中數據可看出，加菌劑處理堆肥第28天C:N為18.3%，明顯比對照提前進入腐熟階段。表2不同處理有機碳、全N以及C/N的變化有機C(%)總N(%)C:N時間加菌劑CK加菌劑CK菌劑CK042.94±0.79a40.35±0.24al,25±0.0.3b1.26±0.05b34.432.0.339.29±0.52b38.04±0.82bc1.20±0.02bc1.29±0.04b32.729.5736.17±1.21c37.30±0.37cdl.lOiO扁1.27±0.07b32.929.51034.14±1.09d37.35±0.88cdUUO.Old1.29±0.03b30.829.01430.49±0.72e38.63±0.24b1.09±0.04d1.21±0.02b.28.031.91830.04±0.98e37.16±0.59cd1.18±0.04bc.1.21±0.07b.25.430.62128.09il.01f36.85±0.60d1.16±0.03cd1.23±0.03b24.330.02826.15±0.84g35.05±0.03e1.43±0.07a1.39±0.04a18.326.33)堆肥后熟堆制15-25天后，將堆肥堆積在一起，在通風陰涼處堆放約1-2個月，使其進入后熟階段，待堆肥完全腐熟即含水率在3035X左右，發芽指數GI指數大于95%后通過LY50型(江陰聯業生物技術有限公司)篩選機將堆肥進行分篩后包裝。上述用禽畜糞便所生產的有機肥經過高溫堆肥后絕大部分的植物病原微生物殺死，有機肥的含水率在3035%，全氮含量為1.43%，全氮中質量比90%以上為有機氮，最后的C/N在1820。用作物秸稈等農業廢棄物代替上述禽畜糞便時，先將作物秸稈等農業廢棄物粉碎，再用LY100型混合攪拌機將堆肥基質、輔料以及菌種進行混合，然后按圖5進行堆制。即達到利用能夠高溫生長并高產木質纖維素酶進行原位堆肥，讓其對農業廢棄物中的木質纖維素進行原位分解的目的。9權利要求一種高溫纖維素分解真菌，該菌株NJZ5屬于煙曲霉(Aspergillusfumigatus)，2009年9月22日保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，菌種保藏號為CGMCCNO.3309，主要生物學特性為菌絲有隔，分生孢子梗光滑，帶綠色，頂端膨大成球狀，上面著生單層瓶狀小梗，瓶狀小梗上產生孢子；分生孢子球形，有刺，綠色。2.用權利要求1所述菌株NJZ5生產的農業廢棄物堆肥菌劑。3.權利要求2所述農業廢棄物堆肥菌劑的生產方法，包括1)菌劑發酵將權利要求1所述的菌株NJZ5接種到PDA液體培養基中搖瓶培養，進行液體發酵，其發酵生產的條件為初始pH范圍為5.06.O，培養溫度354(TC，裝液量為培養容器體積的2050%，搖床轉數為170轉/分鐘，時間12h;采用負壓接種法將菌種接種到1噸的發酵罐中，發酵罐中的培養基為PDA液體培養基，發酵溫度保持在37°C，pH穩定在56之間，攪拌轉數保持在100120轉/分鐘，通氣量每分鐘體積比為0.5，當菌株大量形成孢子，發酵液中可培養菌落數，即孢子和菌絲體數>1X109個/ml時停止發酵，獲得發酵液；2)菌種吸附將可培養菌落數^1Xl(f個/ml的發酵液與菌種吸附劑米糠按體積質量比1:10-3:IO在攪拌機內進行混勻吸附攪拌，混合均勻后即獲得農業廢棄物的快速堆肥菌劑產品，該產品中NJZ5菌株以可培養菌落計含量^1X108個/克。4.根據權利要求3所述農業廢棄物堆肥菌劑的生產方法，其特征在于，步驟1)搖瓶培養所用PDA液體培養液配制方法為，以配制1L的量為例用200g土豆削皮后切成小塊放到水里煮，沸騰后煮30min，經過紗布過濾后向濾液中加20g葡萄糖，定容至1000ml，pH值調至5.0-6.0，115。C滅菌20min;發酵罐中所用PDA液體培養基配制方法為，以配制1L的量為例用200g土豆削皮后切成小塊放到水里煮，沸騰后煮30min，經紗布過濾后向濾液中加10g淀粉，10g蔗糖，定容至1000ml，pH值調至5.06.0，121。C滅菌20min。5.權利要求2-4之一所述農業廢棄物堆肥菌劑的應用。6.權利要求2-4之一所述農業廢棄物堆肥菌劑用于生產有機肥的方法，包括1)原材料的建堆與接種將米糠與稻草粉按體積比2:l混合后作輔料，再將農業廢棄物與輔料以質量比75:25的比例混合，然后按照質量比1-2%。的接種量接入含可培養菌落數量>1乂108個/克的堆肥菌劑，混勻后建成寬2m、高1.5m、長50m的條垛式堆肥堆；2)堆肥管理:用溫度計測定堆體中層即0.60.7m深處的溫度，中層溫度大于5(TC時進行翻堆，堆制15-20天;3)堆肥后熟將堆肥堆積在一起，在通風陰涼處堆放約1-2個月，待堆肥完全腐熟，即含水率為3035%，發芽指數GI指數大于95%，然后通過LY50型篩選機將堆肥進行分篩得到《lcm的有機肥顆粒包裝。7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，農業廢棄物是指畜禽糞便。8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所生產的有機肥經過高溫堆肥后有機肥的含水率在3035%，全氮含量質量比為1.43%，全氮中質量比90%以上為有機氮，最后的C/N在1820。9.權利要求6-8之一所述方法生產的有機肥。10.權利要求9所述有機肥的應用。全文摘要本發明涉及農業廢棄物快速堆肥菌劑及其生產有機肥的方法，屬于廢棄物資源化利用領域。本發明分離到了一株在50℃條件下能夠快速分解各種富含纖維素廢棄物的菌株NJZ5。將菌株NJZ5接種發酵罐中，獲得發酵液中可培養菌落數≥1×109個/ml；發酵液與吸附劑米糠混合均勻后即獲得農業廢棄物的快速堆肥菌劑產品，該產品中NJZ5菌株以可培養菌落計含量≥1×108個/克。NJZ5堆肥菌劑可以明顯提高堆肥溫度和縮短堆肥周期，可以將堆肥的周期控制在30天左右。文檔編號C12R1/68GK101696391SQ20091023357公開日2010年4月21日申請日期2009年10月29日優先權日2009年10月29日發明者冉煒,劉東陽,徐陽春,楊興明,沈其榮,沈標,胡江申請人:南京農業大學;被以下專利引用(1),