设施农业土壤修复功能微生物菌剂及其制备、用途的制作方法

本发明涉及土壤微生物技术修复领域，特别涉及一种设施农业土壤修复功能微生物菌剂及其制备、用途。
背景技术：
：随着设施栽培面积的扩大，氮素化肥的使用量大幅度上升，大大超过植物的需求量，由于植物吸收的硝酸盐不能及时还原同化，在植物体内的积累日益严重，同时植物吸收不了的大量盐分在土壤中累积，造成土壤次生盐渍化，其中以硝酸盐的累积为主。从环境角度来讲，N元素的积累，可造成肥料的浪费而且影响作物生长及土壤利用，同时可通过农田的地表径流和农田渗漏，导致农业面源污染。从食品安全角度来讲，人体摄入过量的硝酸盐后，在体内硝酸盐(NO3)容易还原成亚硝酸盐(NO2-)，亚硝酸盐能使细胞中携氧的低铁血红蛋白氧化成无携氧能力的高铁蛋白而造成组织缺，不仅如此，被氧化成的高铁蛋白还会降低已携有氧的氧合血红蛋白向身体组织释放氧的功能，使人体缺氧，严重时有使人窒息死亡的危险。更可怕的是亚硝酸盐和二甲胺、三甲胺作用后会生成亚硝胺。亚硝胺是一种具有强烈致癌性的化合物，在已发现的120种亚硝胺类化合物中，75被确认有致癌性，亚硝胺还有引起遗传变异和怪胎的潜在危险，一旦这种物质进入蔬菜，对人的影响是非常可怕的。然而蔬菜产品的硝酸盐污染相当严重且普遍，因而治理设施栽培中过量的硝态氮己经成为设施农业的一项重要而且刻不容缓的工作。目前我国设施栽培大棚盐渍化危害采取了一些处理措施，如灌水洗盐法，土壤改良剂法和半腐熟有机肥法等方法，虽然这些方法有不少的优点，但也存在很大的不足：灌水洗盐法使硝态氮被淋洗到地下水后，不仅造成了土壤氮素的损失，而且还污染了地下水；土壤改良剂法成本比较高，有可能产生二次污染；半腐熟有机肥法肥效慢，使用不方便等问题。与传统的处理次生盐渍化方法相比，微生物修复法有许多突出的优点，不产生二次污染，不增加周围环境负担，成本低，操作方便。采用微生物法处理次生盐渍化土壤中硝态氮的关键之一便是筛选出具有高效同化硝态氮能力的优良菌株。微生物对各类污染物均有较强、较快的适应性，比可将其作为代谢地物而降解、同化，安全性好，易于管理。随着我国设施栽培面积的扩大和次生盐渍化问题的日益突出，微生物法处理硝态氮的研究和应用有着广阔的前景。生物肥料是含有特定微生物活体的制品，应用于农业生产，通过其所含微生物的生命活动，增加植物养分的供应量或促进植物生长，提高产量，改善农产品品质及农业生态环境。按照农业部农用微生物菌剂行业标准(GB20287-2006)的要求，有效活菌数量必须大于2×108个/克，活菌数量高的微生物菌剂产品，不仅能提高产品使用效果，还可大大降低复合微生物肥料和生物有机肥料的生产成本，提高产品的市场竞争能力。然而，要提高菌剂中活菌的数量，吸附载体对菌液发酵液的吸附量的大小，以及是否有利于活菌存活和繁衍是影响活菌数量的关键。目前，微生物菌剂的生成主要受到一下因素的制约。1、利用草炭或腐植酸作为有机载体，消耗资源，难溶解：草炭和腐植酸中含有大量的有机质，C/N比符合微生物的生存条件，能够保证微生物的活菌数量。但草炭和腐植酸属于矿物质，受国家资源的限制，大量开采会破坏生态，而且施在土壤中很难溶解，其中的有机质和腐植酸很难被作物利用，影响肥效，同时草炭和腐植酸的价格也逐年上涨，产品的生产成本也在逐年提高。2、水分含量高，活菌数量少：进行微生物菌剂生产的科研单位和企业基本都以草炭、褐煤、风化煤作为吸附载体，但这些物质中的含水量很高，即使进行高温烘干其中的含水量也在15-20％，一般成品菌剂的含水量在35％左右，所以菌液的吸附量在10-15％，如果菌液的活菌数量在25-30亿个/克，吸附后菌剂的活菌数量只能在2.5-4.5亿个/克。3、无营养，活菌存活时间短：草炭和分化煤等物质中并不含有活菌所需的营养物质，将复合微生物菌液直接接种在草炭、分化煤、稻壳等载体上，随着时间的推移，活菌数量将逐渐减少，存放时间有限。技术实现要素：因此，本发明要解决的技术问题是，在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种设施农业土壤修复功能微生物菌剂。本发明要解决的另一个技术问题是，提供该菌剂的制备方法，并提供该菌剂的用途。第一方面，本发明的技术方案是，一种设施农业土壤修复功能微生物菌剂，设施农业土壤修复功能微生物菌剂包括巨大芽孢杆菌(Bacillusmegaterium)ACCC10010发酵后的菌液与氨基酸生产过程的水解渣，菌液和水解渣的质量比是0.3-0.6：2-4，活菌数为2-10亿/克。本发明涉及一种设施农业土壤修复功能微生物菌剂，所述设施农业土壤修复功能微生物菌剂由巨大芽抱杆菌(Bacillusmegaterium)ACCC10010菌液和载体组成，所述载体为氨基酸水解渣。所述的巨大芽孢杆菌的保藏编号为ACCC10010，分类命名为巨大芽孢杆菌(Bacillusmegaterium)，保存在中国农业微生物菌种保藏管理中心(地址：北京市海淀区中关村南大街12号；邮编100081)，通过商业途径购得。中国专利200710037760.X、《一种巨大芽孢杆菌的培养方法及其在处理城市污泥中的应用》也用到了巨大芽孢杆菌(Bacillusmegaterium)ACCC10010。优选的是，巨大芽孢杆菌ACCC10010的培养方法如下：将巨大芽孢杆菌ACCC10010菌种接入YPD培养基中进行培养，培养温度设定为29-32℃，摇床转速为230-260r/min。所述YPD培养基为以下原料的混合水溶液：蛋白胨18-23g/L、酵母粉18-22g/L、葡萄糖8-12g/L、琼脂15-17g/L，该YPD培养基的初始pH为7.0～8.0。更优选的是，上述培养方法中，培养温度设定为30℃，摇床转速为250r/min。所述YPD培养基为以下原料的混合水溶液：蛋白胨20g/L、酵母粉20g/L、葡萄糖10g/L、琼脂16g/L，该YPD培养基的初始pH为7.0～8.0。第二方面，本发明还提供了一种设施农业土壤修复功能微生物菌剂的制备方法，优选的是，所述方法包括以下步骤：(1)菌种发酵：将巨大芽孢杆菌(Bacillusmegaterium)ACCC10010利用发酵设备发酵生产，得到发酵后的菌液；(2)水解渣的处理：将水解渣敲碎成粉末或小颗粒，与粉状石灰混合、粉碎，将粉细的料堆放让其充分反应，使其pH达到5.5-8.5；(3)菌剂的制备：在步骤(2)得到的水解渣中加入菌液，按菌液和水解渣的质量比是0.3-0.6：2-4的量进行吸附，混合均匀；(4)再将混合后的菌剂粉碎，得到成品设施农业土壤修复功能微生物菌剂。在另一个实施方案中，在步骤(2)混合料充分反应后，进行第二次粉碎。本发明第一种方法是在步骤(2)水解渣与石灰混合反应、使其pH达到5.5-8.5后，直接将菌液进行吸附，吸附后再进行粉碎；而第二种方法是在步骤(2)水解渣与石灰混合反应、使其pH达到5.5-8.5后，先进行一次粉碎，然后将菌液进行吸附，吸附后再进行粉碎。即，第一种方法总共经历两次粉碎，第二种方法经历三次粉碎。根据本发明的设施农业土壤修复功能微生物菌剂的生产方法，优选的是，在步骤(2)混合料充分反应后，进行第二次粉碎。根据本发明的设施农业土壤修复功能微生物菌剂的生产方法，优选的是，所述水解渣：石灰的质量比为4-5：1；或者，所述水解渣与石灰堆放反应的时间为12-20小时。水解渣与石灰的质量比的确定是使最终处理后的水解渣pH达到5.5-8.5。水解渣与石灰堆放反应的时间也没有特别限定，使其反应充分，温度降到常温即可，优选的反应时间是12-20小时。根据本发明的设施农业土壤修复功能微生物菌剂的生产方法，优选的是，所述步骤(3)中吸附后的菌剂水分控制在35％以内，以松散不结块为准。根据本发明的设施农业土壤修复功能微生物菌剂的生产方法，优选的是，步骤(1)所述菌液中总有效活菌数达到35-60亿/ml菌液；所述成品设施农业土壤修复功能微生物菌剂的活菌数量为2-10亿/克。经过处理后的水解渣的基本性状如下：表1：处理后水解渣(粉状)的基本性状产品质量检验：按照农业部农用微生物菌剂行业标准(GB20287-2006)的要求，有效活菌数是本产品的主要技术指标，有效活菌数量必须大于2×108个/克，杂菌率≤15％，pH值为5.5-8.5，经过大量的不同试验证明，利用水解渣作为吸附载体生产的设施农业土壤修复功能微生物菌剂其技术指标可以达到以下指标，重金属含量没有超过农业部生物肥料行业标准无害化指标。表2：采用水解渣作为载体生产的设施农业土壤修复功能微生物菌剂的技术指标上述的个/克是指每克固体中含有微生物的个数；％是指每百份质量的固体中加入和含有目标物的质量份数。第三方面，本发明还提供了上述的设施农业土壤修复功能微生物菌剂在修复次生盐渍化土壤中的用途所述修复次生盐渍化土壤具体为：将所述设施农业土壤修复功能微生物菌剂和常规施肥混匀施于次生盐渍化土壤表层土中，用作基肥施用，在整地时拌肥全田撒施、穴施或者沟施，修复周期为植物生长周期。上述设施农业土壤修复功能微生物菌剂也可以作为追肥施用，将常规施肥与菌剂结合起来，设施农业土壤修复功能微生物菌剂和常规施肥也是混匀施于次生盐渍化土壤表层土中。在上述用途中，优选的是，所述设施农业土壤修复功能微生物菌剂在施与时具体为：叶菜类每亩面积的次生盐渍化土壤施用的设施农业土壤修复功能微生物菌剂5-7kg，茄果类每亩面积的次生盐渍化土壤施用的设施农业土壤修复功能微生物菌剂6-10kg；每克所述设施农业土壤修复功能微生物菌剂的活菌数量为2-10亿。优选的是，所述设施农业土壤修复功能微生物菌剂与复合肥拌肥需随配随用，避免长时间搁置影响菌株效果。在上述用途中，优选的是，所述次生盐渍化土壤为设施大棚土壤，大棚内温度达15℃以上。用途就是直接施与土壤，所述待修复的土壤无需任何处理。主要是靠巨大芽孢杆菌解盐。本发明的技术原理是：生产味精时产生的水解渣含有大量的有机质、氨基酸、腐植酸、蛋白质以及中微量元素，这些物质中大部分营养物质是微生物生长所需养分，可促进肥料中有益微生物在土壤中的快速繁殖，而且水解渣中的小分子有机质可溶解于水，在为作物提供营养、促进作物生长的同时，并能快速与土壤颗粒结合形成土壤团粒，改良土壤结构，使土壤变得松软、透气、保水、保肥，有效提高作物产量。用水解渣作为生产设施农业土壤修复功能微生物菌剂的有机载体原料，在保障吸附微生物的生存环境的同时，还能提供微生物需要的多种养分，在增加肥效的同时，也大大提高了复合菌剂的产品质量，直接将菌种接种在水解渣上，不仅减少了草炭、分化煤等资源的利用，缩短了工艺流程，水解渣中本身的营养物质有利于活性菌的生存和繁殖，解决了以前用不含营养物质东西接种后活菌数随时间推迟逐渐减少的现象，有利于延长存放时间。巨大芽孢杆菌不仅可以降低土壤硝态氮的含量和EC值，并且可以增加土壤有机质的含量，提高蔬菜产量和品质。所述的巨大芽孢杆菌属于革兰氏阳性菌，长杆状，需氧、运动。可还原硝酸盐和亚硝酸盐。在无生长因素的情况下，能以铵盐、硝酸盐、葡萄糖为唯一的碳源增值。将菌液和水解渣的质量比控制在0.3-0.6：2-4，这样的设定是通过实例试验优选出来的数据，主要是在菌种保藏时间，出产菌数率，产品活菌数和养分这几方面考虑，不对解盐有直接的影响。本发明弥补了现有技术中的不足，不仅发现了一种粉剂设施农业土壤修复功能微生物菌剂吸附载体，这种载体含有微生物生长的各种营养物质，有利于微生物的繁殖生长，而且解决了这种原料的前期处理技术。本发明还通过反复试验，确定了这种载体与菌种的吸附比例，更有利于微生物的繁殖生长，确保其高活菌数。由于原料价格便宜易得，产品价格也相对便宜，又可溶解，迅速释放活菌，使产品的使用效果快而明显，用原材料直接吸附菌体减少了工艺流程，缩短生产时间，同时使味精厂的废渣达到资源化处置和有效利用，变废为宝，制成优质的环保型农用设施农业土壤修复功能微生物菌剂，减少了对环境的污染，实现废物再利用。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：1、为生物肥料中微生物菌剂的生产提供了一种新的吸附载体原材料，打破了传统的用草炭、分化煤作为生产设施农业土壤修复功能微生物菌剂时菌液吸附载体的模式，并解决了利用此原料的生产工艺问题，也为谷氨酸生产过程中产生的大量高污染性废料处理提供了一条崭新的资源化处置途径；在降低生产成本的同时，产品质量也得到了提高；2、安全、环保：本技术直接原料是生产谷氨酸过程中产生的水解渣，消除了排放污染又因获得产品而有很好的经济效益，治理彻底、排污为零，废物资源化，保护了生态环境；3、生产堆放，有利于菌种生长繁殖：采用水解渣直接吸附菌液的全新吸附方法，在菌液吸附后粉碎的过程中原料会产生一定热量使菌剂温度升高，在水解渣本身含有的丰富的营养物质的条件下，其中的微生物会继续生长繁殖，增加了菌剂产品中微生物数量，进一步提高了菌剂的质量；4、可溶解，肥效快：用生产氨基酸剩余的水解渣生产设施农业土壤修复功能微生物菌剂，其中含有大量的氨基酸、可溶性小分子有机质、微量元素，氨基酸可以为植物的各个器官直接吸收，产品中的有益微生物可以从氨基酸有机肥中获得很多营养，在土壤中快速繁殖，产品施用后短期内即可观察到明显效果；5、原料易得、工艺简单、易于产业化实施，不受资源限制，投资费用减少：由于是废物利用，故材料易得便宜，可进行大批量生产。用草炭、分化煤会浪费自然资源，开采破坏植被，而且不溶解，肥效低。7、本发明用于对次生盐渍化土壤进行微生物修复，修复效果佳，不破坏土壤肥力提高农用废弃物资源利用率，循环经济。附图说明图1是水解渣生成工艺流程图。图2是水解渣处理工艺流程图。图3是设施农业土壤修复功能微生物菌剂的生成工艺流程图。具体实施方式实施例用水解渣作为吸附载体生产设施农业土壤修复功能微生物菌剂实施例11、菌种发酵将巨大芽孢杆菌(Bacillusmegaterium)经过斜面培养、摇床扩大培养、种子罐发酵和发酵罐发酵，发酵菌液的活菌数量达到46亿个/ml；2、取样，处理水解渣取自河南莲花味精股份有限责任公司。将大块水解渣敲碎成粉末或小颗粒，与粉状石灰按照水解渣：石灰＝4：1的比例混合，粉碎，将粉细的料堆放12-20小时后，然后过筛装袋，使其pH达到6.0-7.8。表3：处理后水解渣(粉状)的基本性状3、吸附将巨大芽孢杆菌(Bacillusmegaterium)用处理好的水解渣进行吸附，菌液在吸附搅拌设备中按照菌液(L)：水解渣(Kg)＝0.3：4的比例进行吸附，然后搅拌均匀，水分控制在35％左右，以松散不结块为准；4、粉碎吸附后的菌剂用链条粉碎机进行粉碎，使细度达到60-80目。实施例2将巨大芽孢杆菌(Bacillusmegaterium)单独经过斜面培养、摇床扩大培养、种子罐发酵和发酵罐发酵，巨大芽孢杆菌的发酵菌液的活菌数量达到53亿个/ml；将大块水解渣敲碎成粉末或小颗粒，与粉状石灰按照水解渣：石灰＝4：1的比例混合，粉碎，将粉细的料堆放12-20小时后，进行第二次粉碎，然后过筛装袋，其pH达到7.5-7.8。将巨大芽孢杆菌(Bacillusmegaterium)菌液按照菌液(L)：水解渣(Kg)＝0.3：4的比例进行吸附，然后搅拌均匀，水分控制在35％左右，以松散不结块为准；将吸附后的菌剂用链条粉碎机进行粉碎，使细度达到60-80目。实施例3将巨大芽孢杆菌(Bacillusmegaterium)经过斜面培养、摇床扩大培养、种子罐发酵和发酵罐发酵，发酵菌液的活菌数量达到46亿个/ml；将大块水解渣敲碎成粉末或小颗粒，与粉状石灰按照水解渣：石灰＝5：1的比例混合，粉碎，将粉细的料堆放12-20小时后，然后过筛装袋，其pH达到5.5-7.0。将巨大芽孢杆菌(Bacillusmegaterium)用处理好的水解渣进行吸附，在吸附搅拌设备中按照菌液(L)：水解渣(Kg)＝0.3：4的比例进行吸附，然后搅拌均匀，水分控制在35％左右，以松散不结块为准；吸附后的菌剂用链条粉碎机进行粉碎，使细度达到60-80目。实施例4将巨大芽孢杆菌(Bacillusmegaterium)经过斜面培养、摇床扩大培养、种子罐发酵和发酵罐发酵，发酵菌液的活菌数量达到46亿个/ml；将大块水解渣敲碎成粉末或小颗粒，与粉状石灰按照水解渣：石灰＝5：1的比例混合，粉碎，将粉细的料堆放12-20小时后，进行第二次粉碎，然后过筛装袋，其pH达到7.0-7.5。将巨大芽孢杆菌(Bacillusmegaterium)分别用处理好的水解渣进行吸附，在吸附搅拌设备中按照菌液(L)：水解渣(Kg)＝0.3：4的比例进行吸附，然后搅拌均匀，水分控制在35％左右，以松散不结块为准；吸附后的菌剂用链条粉碎机进行粉碎，使细度达到60-80目。实施例5将巨大芽孢杆菌(Bacillusmegaterium)经过斜面培养、摇床扩大培养、种子罐发酵和发酵罐发酵，发酵菌液的活菌数量达到46亿个/ml；将大块水解渣敲碎成粉末或小颗粒，与粉状石灰按照水解渣：石灰＝5：1的比例混合，粉碎，将粉细的料堆放12-20小时后，进行第二次粉碎，然后过筛装袋，其pH达到7.0-7.5。将巨大芽孢杆菌(Bacillusmegaterium)分别用处理好的水解渣进行吸附，在吸附搅拌设备中按照菌液(L)：水解渣(Kg)＝0.3：3.5的比例进行吸附，然后搅拌均匀，水分控制在35％左右，以松散不结块为准；吸附后的菌剂用链条粉碎机进行粉碎，使细度达到60-80目。比较例1用草炭作为吸附载体生产设施农业土壤修复功能微生物菌剂1、取样：草炭来自于山西临汾；表4：草炭的基本性状项目有机质(％)pH细度(目)腐植酸(％)水分(％)杂菌率(％)含量53.65.88036.320.614.52、菌种发酵同实施例1；3、吸附：除单一菌种的菌液在吸附搅拌设备中按照菌液(L)：草炭(Kg)＝1：4的比例进行吸附外，其它同上；4、混合同实施例1；5、粉碎同实施例1。产品质量检验产品检验按照农业部农用微生物菌剂行业标准(GB20287-2006)的方法进行，对用水解渣和草炭(即实施例1和比较例1)作为载体吸附的设施农业土壤修复功能微生物菌剂中的有效活菌数在不同时期进行测定，数据见表5，重金属远远低于复合微生物肥料的行业标准，没有进行测定。表5在不同保存时间内对设施农业土壤修复功能微生物菌剂的检测结果从保存试验的检测结果可以看出：保存初期，以草炭作为载体吸附的设施农业土壤修复功能微生物菌剂中有效活菌的数量最多达到8.6×106/克，实施例中的有效活菌数在4.5-2.7×106/克之间，随着时间的推移，实施例中的有效活菌数在前90天的时间里均呈现出上升的趋势，90天之后有效活菌数随时间推移缓慢的减少，而以草炭为载体的设施农业土壤修复功能微生物菌剂一直呈现出下降的趋势，这是因为，菌液与水解渣混合后反应会产生30℃左右的温度，将这样的设施农业土壤修复功能微生物菌剂装入袋中后，加上水解渣中本身含有的利于微生物菌剂生产繁殖的营养物质，设施农业土壤修复功能微生物菌剂的有效活菌数呈现出明显上升的趋势，而用草炭中不含任何营养物质，有效活菌数无增加。用水解渣为载体生产的设施农业土壤修复功能微生物菌剂中杂菌数量随着时间的推移呈现出显著下降的趋势，而以草炭为载体生产的设施农业土壤修复功能微生物菌剂中杂菌数量下降的趋势不明显。由此可以看出，用水解渣为载体生产的设施农业土壤修复功能微生物菌剂更有利于有效活菌数的存活和繁殖，以及抑制杂菌的繁殖。试验例：西瓜田间试验效果分别用水解渣和草炭吸附的设施农业土壤修复功能微生物菌剂进行田间小区试验以验证其肥效。试验处理：A：亩施用草炭作为载体的设施农业土壤修复功能微生物菌剂5kg+15kg细土混合均匀穴施B：亩施用水解渣作为载体的设施农业土壤修复功能微生物菌剂5kg+15kg细土混合均匀穴施小区面积20m2，设3次重复，随机区组排列。所有试验处理均作基肥，在西瓜移苗时均匀施与苗穴中，后期追肥及管理与习惯施肥相同。次生盐渍化土壤为设施大棚土壤，大棚内温度达15℃以上。数据统计方法：数据用新复极差法检验显著性。表6：不同处理对西瓜农艺形状的影响表6可以看出：处理B比处理A西瓜主蔓长增加3cm，生理节位增加0.4cm，结瓜数增加0.03个/株，单瓜重增加0.29kg。表7不同处理对土壤硝态氮的影响表7可以看出：处理B比处理A降低硝态氮38％，效果达到了显著增产的水平。从以上试验结果可以看出：用水解渣做载体生产的微生物菌剂具有活菌数高，杂菌率低，肥效好的特点，用其生产生物有机肥可明显促进西瓜生长，改善土壤次生盐渍化，效果优于用草炭作为载体生产的微生物菌剂。综上所述，本发明的菌剂以到氨基酸水解渣作为载体，将其施与次生盐渍化土壤表层土中，浅耕使其与土壤混匀，给予适量的水源，菌剂中的微生物可以充分利用载体中的营养作为碳源和土壤中的硝酸盐作为氮源进行生命活动，以合成生物体内的有机氮，起到高效降低土壤中硝态氮的作用。当微生物死亡裂解后，其体内的生物有机氮释放到土壤中被作物根系吸收利用，减少化肥使用量，提高作物产量，同时不形成二次环境污染。对应用本发明提出的次生盐渍化土壤的微生物修复方法修复次生盐渍化土壤的修复效果，同时采用土壤理化性质、微生物多样性和植物产量进行评价，土壤理化性质描述了修复前后土壤中硝态氮含量的变化，直接反映出修复效果；微生物多样性描述了修复前后土壤中微生物的菌落变化，表明土壤微生物转变为更加有利的状态。植物产量间接地反映了修复效果。结果表明，本发明提出的次生盐渍化土壤的微生物修复方法可以有效降低土壤中硝态氮的含量，增加土壤中微生物群落数量和植物产量，达到了良好的修复效果。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。施用本发明的设施农业土壤修复功能微生物菌剂修复次生盐渍化土壤时，添加巨大芽抱杆菌至次生盐渍化土壤中，在不影响植物种植的情况下使土壤中的硝态氮含量明显下降，并可以增加微生物种群的数量和植物产量。当前第1页1 2 3