一种发酵水稻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水稻秸秆制备得到的土壤高碳基添加物。本发明根据水稻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水稻秸秆，将秸秆中的纤维素、半纤维素、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。

权利要求

1.一种降解水稻秸秆的复合菌剂，其特征在于，由以下重量百分比的各菌液组成：10~

40%拟康宁木霉菌液、10 30%黑曲霉菌液、20 30%地衣芽孢杆菌菌液、5 20%铜绿假单孢杆菌~ ~ ~菌液、5 20%琥珀酸丝状杆菌菌液，各菌液中活菌数为1 9×108个/克。

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2.根据权利要求1所述的复合菌剂，其特征在于，复合菌剂由以下重量百分比的各菌液组成：25 40%拟康宁木霉菌液、10 20%黑曲霉菌液、20 30%地衣芽孢杆菌菌液、5 15%铜绿假~ ~ ~ ~单孢杆菌菌液、5 10%琥珀酸丝状杆菌菌液。

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3.根据权利要求1所述的复合菌剂，其特征在于，复合菌剂由以下重量百分比的各菌液组成：35%拟康宁木霉菌液、20%黑曲霉菌液、25%地衣芽孢杆菌菌液、15%铜绿假单孢杆菌菌液、5%琥珀酸丝状杆菌菌液。

4.一种土壤高碳基添加物在提高烟草产量和品质中的应用，其特征在于，所述土壤高碳基添加物通过以下方法制备得到：将水稻秸秆切割成秸秆段后堆积，将权利要求1至3任一项所述的复合菌剂与大豆粉混合后得复合物，将复合物按重量百分比为1 10%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。

5.根据权利要求4所述的土壤高碳基添加物在提高烟草产量和品质中的应用，其特征在于，所述复合物按重量百分比为3 5%添加到秸秆堆中。

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6.根据权利要求4所述的土壤高碳基添加物在提高烟草产量和品质中的应用，其特征在于，调节堆体水含量为50 65%。

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7.根据权利要求4所述的土壤高碳基添加物在提高烟草产量和品质中的应用，其特征在于，所述发酵的条件为常温发酵3 5天后进行翻堆；然后每10 15天翻堆1次，共翻堆2次；

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最后一次翻堆完成后即得土壤高碳基添加物。

8.根据权利要求4所述的土壤高碳基添加物在提高烟草产量和品质中的应用，其特征在于，所述复合菌剂与大豆粉的混合质量比为1：5 10。

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说明书

一种发酵水稻秸秆制备得到的土壤高碳基添加物

技术领域

[0001] 本发明涉及土壤改良剂技术领域，具体地，涉及一种发酵水稻秸秆制备得到的土壤高碳基添加物。

背景技术

[0002] 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。

[0003] 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。

[0004] 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。

[0005] 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。

[0006] 发明目的

[0007] 本发明为了克服现有技术中的上述不足，提供一种降解水稻秸秆的复合菌剂。

[0008] 本发明的另一个目的是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。

[0009] 为了实现上述目的，本发明是通过以下方案予以实现的：

[0010] 一种降解水稻秸秆的复合菌剂，其特征在于，含有以下重量百分比的各菌液：10～40％拟康宁木霉菌液、10～30％黑曲霉菌液、20～30％地衣芽孢杆菌菌液、5～20％铜绿假单孢杆菌菌液、5～20％琥珀酸丝状杆菌菌液，各菌液中活菌数为1～9×108个/克。

[0011] 水稻秸秆主要由纤维素(约33％)、半纤维素(约26％)、木质素(约7％)组成，剩余成分主要为脂类、矿物质、蛋白质等。发明人根据水稻秸秆的营养组成，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。微生物对水稻秸秆的各营养的降解顺序是先降解容易分解的物质如脂类、矿物质、蛋白质等，而纤维素、半纤维素、木质素是后续才降解。其中，地衣芽孢杆菌和铜绿假单孢杆菌的孢子能够分泌活性很强的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶，有助于先将水稻秸秆中容易降解的物质如脂类、矿物质、蛋白质等先降解掉，把不容易降解的纤维素、半纤维素、木质素集中暴露出来，同时，地衣芽孢杆菌和铜绿假单孢杆菌降解后营养物质可以为后续的产纤维素酶菌株提供丰富的营养基础，两者协同促进水稻秸秆的降解。另外，拟康宁木霉是所产纤维素酶活性最高的菌株之一，但是拟康宁木霉产的纤维二糖酶活力低，本发明通过研究发现，将黑曲霉、琥珀酸丝状杆菌与拟康宁木霉配合在一起，可以解决拟康宁木霉产的纤维二糖酶活力低的缺陷，原因是黑曲霉、琥珀酸丝状杆菌主要分泌纤维二糖酶，且纤维二糖酶的活力也比较高。

[0012] 优选地，所述复合菌剂含有以下重量百分比的各菌液：25～40％拟康宁木霉菌液、10～20％黑曲霉菌液、20～30％地衣芽孢杆菌菌液、5～15％铜绿假单孢杆菌菌液、5～10％琥珀酸丝状杆菌菌液。

[0013] 更优选地，所述复合菌剂含有以下重量百分比的各菌液：35％拟康宁木霉菌液、20％黑曲霉菌液、25％地衣芽孢杆菌菌液、15％铜绿假单孢杆菌菌液、5％琥珀酸丝状杆菌菌液。

[0014] 一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将水稻秸秆切割成秸秆段后堆积，将如上所述的复合菌剂与大豆粉混合后得复合物，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。

[0015] 将本发明的复合菌剂用于降解水稻秸秆时，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，大豆粉可以为各菌株提供很好的营养需求，而如果是玉米粉或者麸皮的话，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大豆粉中的营养物质而快速繁殖，高效分泌各种酶。

[0016] 优选地，所述复合菌剂与大豆粉的混合质量比为1：5～10。

[0017] 优选地，所述复合物按重量百分比为1～10％添加到秸秆堆中。

[0018] 更优选地，所述复合物按重量百分比为3～5％添加到秸秆堆中。

[0019] 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％。

[0020] 优选地，所述发酵的条件为常温发酵3～5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。

[0021] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0022] 水稻秸秆主要化学成分为木质素、纤维素和半纤维素，还含有单宁、果胶素、有机溶剂抽取物(包括树脂、脂肪、蜡等)、色素及灰分等少量组分，与其他的植物秸秆相比，水稻秸秆中木质素含量特别高，而且其纤维长度和长宽比等与木材相近。发明人根据水稻秸秆的营养组成，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水稻秸秆的降解，对难以降解水稻秸秆具有高效的降解性能。

[0023] 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

[0024] 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。

[0025] 本发明所述的拟康宁木霉、黑曲霉、地衣芽孢杆菌、铜绿假单孢杆菌、琥珀酸丝状杆菌均为普通市售菌株。

[0026] 实施例1

[0027] S1.将拟康宁木霉、黑曲霉、地衣芽孢杆菌、铜绿假单孢杆菌、琥珀酸丝状杆菌分别活化、培养至菌液中活菌数达到5×108个/克；

[0028] S2.将100g拟康宁木霉、300g黑曲霉、300g地衣芽孢杆菌、200g铜绿假单孢杆菌、100g琥珀酸丝状杆菌菌液混合均匀得复合菌剂，复合菌剂与7kg的大豆粉混合得到复合物。

[0029] S3.一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将100kg水稻秸秆切割成大约25cm长的秸秆段后堆积，按秸秆重量百分比8％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。

[0030] 实施例2

[0031] S1.将拟康宁木霉、黑曲霉、地衣芽孢杆菌、铜绿假单孢杆菌、琥珀酸丝状杆菌分别活化、培养至菌液中活菌数达到8×108个/克；

[0032] S2.将120g拟康宁木霉、90g黑曲霉、60g地衣芽孢杆菌、15g铜绿假单孢杆菌、15g琥珀酸丝状杆菌菌液混合均匀得复合菌剂，复合菌剂与2.7kg的大豆粉混合得到复合物。

[0033] S3.一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将100kg水稻秸秆切割成大约30cm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50％；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。

[0034] 实施例3

[0035] S1.将拟康宁木霉、黑曲霉、地衣芽孢杆菌、铜绿假单孢杆菌、琥珀酸丝状杆菌分别活化、培养至菌液中活菌数达到3×108个/克；

[0036] S2.将350g拟康宁木霉菌液、200g黑曲霉菌液、250g地衣芽孢杆菌菌液、150g铜绿假单孢杆菌菌液、50g琥珀酸丝状杆菌菌液混合均匀得复合菌剂，复合菌剂与5kg的大豆粉混合得到复合物。

[0037] S3.一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将100kg水稻秸秆切割成大约25cm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60％；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。

[0038] 实施例4

[0039] S1.将拟康宁木霉、黑曲霉、地衣芽孢杆菌、铜绿假单孢杆菌、琥珀酸丝状杆菌分别活化、培养至菌液中活菌数达到3×108个/克；

[0040] S2.将300g拟康宁木霉菌液、200g黑曲霉菌液、250g地衣芽孢杆菌菌液、100g铜绿假单孢杆菌菌液、150g琥珀酸丝状杆菌菌液混合均匀得复合菌剂，复合菌剂与5kg的大豆粉混合得到复合物。

[0041] S3.一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将100kg水稻秸秆切割成大约25cm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。

[0042] 对比例1

[0043] S1.将拟康宁木霉、黑曲霉、琥珀酸丝状杆菌分别活化、培养至菌液中活菌数达到3×108个/克；

[0044] S2.将350g拟康宁木霉菌液、200g黑曲霉菌液、50g琥珀酸丝状杆菌菌液混合均匀得复合菌剂，复合菌剂与5.4kg的大豆粉混合得到复合物。

[0045] S3.一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将100kg水稻秸秆切割成大约25cm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60％；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。

[0046] 对比例2

[0047] S1.将地衣芽孢杆菌、铜绿假单孢杆菌分别活化、培养至菌液中活菌数达到3×108个/克；

[0048] S2.将250g地衣芽孢杆菌菌液、150g铜绿假单孢杆菌菌液混合均匀得复合菌剂，复合菌剂与5.6kg的大豆粉混合得到复合物。

[0049] S3.一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将100kg水稻秸秆切割成大约25cm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60％；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。

[0050] 对比例3

[0051] S1.将拟康宁木霉、黑曲霉、地衣芽孢杆菌、铜绿假单孢杆菌、琥珀酸丝状杆菌分别8
活化、培养至菌液中活菌数达到3×10个/克；

[0052] S2.将350g拟康宁木霉菌液、200g黑曲霉菌液、250g地衣芽孢杆菌菌液、150g铜绿假单孢杆菌菌液、50g琥珀酸丝状杆菌菌液混合均匀得复合菌剂，复合菌剂与5kg的玉米粉混合得到复合物。

[0053] S3.一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将100kg水稻秸秆切割成大约25cm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60％；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。

[0054] 对比例4

[0055] S1.将拟康宁木霉、黑曲霉、地衣芽孢杆菌、铜绿假单孢杆菌、琥珀酸丝状杆菌分别8
活化、培养至菌液中活菌数达到3×10个/克；

[0056] S2.将350g拟康宁木霉菌液、200g黑曲霉菌液、250g地衣芽孢杆菌菌液、150g铜绿假单孢杆菌菌液、50g琥珀酸丝状杆菌菌液混合均匀得复合菌剂，复合菌剂与5kg的麸皮混合得到复合物。

[0057] S3.一种土壤高碳基添加物，通过以下方法制备得到：将100kg水稻秸秆切割成大约25cm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60％；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。

[0058] 应用例1

[0059] 将实施例1～4和对比例1～2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水稻秸秆粉(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水稻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：拟康宁木霉、黑曲霉、琥珀酸丝状杆菌与地衣芽孢杆菌、铜绿假单孢杆菌在降解水稻秸秆时具有显著的协同增效作用。

[0060] 表1.各种复合菌剂对水稻秸秆粉的降解效果

[0061]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1 85.8％ 93.1％ 92.9％ 92.3％
实施例2 82.1％ 91.5％ 90.4％ 90.2％
实施例3 91.9％ 95.5％ 94.1％ 95.2％
实施例4 84.5％ 92.3％ 91.6％ 91.5％
对比例1 59.2％ 65.5％ 63.7％ 75.3％
对比例2 20.5％ 29.5％ 28.6％ 31.7％

[0062] 应用例2

[0063] 试验地点：广东省韶关南雄市

[0064] 试验时间：2012～2013年

[0065] 烟草品种：K326

[0066] 供试土壤：牛肝土田

[0067] 试验方案：实施例1～4与对比例1～4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1～4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。

[0068] 表2各处理组的烟草收获总量和品质评价

[0069]

[0070] 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。另外，由表2的结果可以看出大豆粉相比与玉米粉、麸皮可以更好的为各菌株提供充足的前期营养需求，使降解秸秆的效果更好。