本发明属于农业肥料制备领域，具体涉及一种利用污泥生产γ-聚谷氨酸有机肥的方法。
背景技术：
随着社会发展，人民生活水平不断提高，城市污水处理厂也越来越普及，产生的生物污泥量也日益增多，我国污水处理厂每年排放的污泥量(干重)约200万吨，且以每年10％以上的速度增长。处理污泥较好的方法是采用好氧堆肥、堆积焚烧、干化填埋等工艺进行无害化、减量化、稳定化处理。但实际上，目前只有20％的污泥进行了无害化、稳定化处理，10％的污泥直接用于农田，20％的污泥被填埋处理，50％的污泥未经任何处理随意堆放，产生恶臭和滋生蚊蝇，严重污染了环境。
污泥形状为固体或者流体状物质，是一种以微生物菌体和有机物为主，组分复杂的混合物，含有大量的有机质、氮、磷、钾等植物需要的养分(有机质约35-50％，氮2～4％、磷2～4％、钾0.5～1％和各种微量元素)，高于常用牛羊猪粪等农家肥，可以与菜籽饼、棉籽饼等优质的有机农肥相媲美。因此，在一些发达国家，污泥被称为“生物固体”，被作为资源而不是废物。在美国，已制定现行的监管法案将污泥导入土壤，广泛地用于农业。此外，在日本和欧洲，污水污泥也以30％～50％或更高的水平被回收用于农业用地中。
多年来，为了提高肥料和水分的利用效率，人们对肥料和水分的增效因子进行了大量的研究，其中γ-聚谷氨酸因具有水溶性高、吸附性强、生物可降解性、能促进作物养分吸收等优点而受到国内外学者的重视。γ-聚谷氨酸(γ-polyglutamicacid，γ-pga)是由d-谷氨酸或l-谷氨酸通过α-氨基和γ-羧基间的酰胺键结合而成的，是某些芽孢杆菌(bacillussp.)合成的一种胞外水溶性的高分子氨基酸聚合物。γ-聚谷氨酸带有大量的亲水基团羧基，带有大量负电荷，对土壤中的养分离子，特别是阳离子如nh4+、k+等具有吸附能力，能够有效减缓基质中s042-、c2o42-、co32-、p043-、hpo42-与ca2+、mg2+以及其他微量元素产生沉淀，提高磷、硫和微量元素的有效性。γ-聚谷氨酸不仅可以增加作物的产量，还可以对肥料和水分起到很好的缓释作用，具有显著的保水保肥、增产节肥效果。
现有技术中，γ-聚谷氨酸有机肥的制备主要是向堆肥发酵好的有机肥中添加成品γ-聚谷氨酸，由于成品γ-聚谷氨酸价格昂贵，使得该方法制备的γ-聚谷氨酸有机肥生产成本较高，造成推广应用困难。因此需寻求一种污泥低成本、安全无害化生产γ-聚谷氨酸有机肥的工艺。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一株用于生产γ-聚谷氨酸有机肥的菌株。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一株用于生产γ-聚谷氨酸有机肥的解淀粉芽孢杆菌(bacillusamyloliquefaciens)jx-6，保藏编号为：cgmccno.13715；该菌株保藏于中国微生物菌种保藏委员会普通微生物中心(cgmcc)；保藏单位地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，邮编：100101；保藏日期为：2017年03月01日。该菌性状特征如下：
1)、形态特征：该菌在蛋白胨琼脂培养基(牛肉膏3g/l、蛋白胨10g/l、nacl5g/l、琼脂18～20g/l和水组成，ph7.0～7.4；)中的营养细胞为杆状，革兰氏阳性，长1.2～2.5μm、宽0.6～1μm；在37℃培养2～3天形成芽孢，芽孢大小0.6～0.9×1～1.5μm，为长圆形或圆柱形。
2)、培养性质：该菌在牛肉膏蛋白胨琼脂培养基平板培养：30～40℃培养1天可大量生长，菌落表面凸起，光滑无褶皱，菌落透明，边缘呈规则圆形，菌落粘性大，挑起有丝状。
3)、分子生物学鉴定：提取菌株全基因组dna，pcr扩增16srdna片段，测序，测序结果在ncbi中进行比对，比对结果显示该菌株为解淀粉芽孢杆菌(bacillusamyloliquefaciens)。
本发明的另一个目的是提供一种低成本、可减少环境污染的利用污泥生产γ-聚谷氨酸有机肥的方法。
一种利用污泥生产γ-聚谷氨酸有机肥的方法，包括如下步骤：
1)、按重量百分比，将50～70％去除重金属的脱水污泥、25～40％农业废弃物辅料和4～8％麦饭石放入混合机中混合均匀；
2)、将0.1～1％的生物发酵剂于适量水中稀释活化；
3)、将活化好的生物发酵剂浇洒在步骤1)得到的混合物料中，再次混合均匀后将其移至槽式发酵床进行堆肥腐熟，得到生物有机肥；
4)、向所述生物有机肥中加入5～10％味精粕，充分混匀后转移至好氧发酵床进行平铺好氧发酵合成γ-聚谷氨酸，得到γ-聚谷氨酸有机肥；
5)、将步骤4)得到的γ-聚谷氨酸有机肥烘干、造粒、装袋，得到γ-聚谷氨酸生物有机肥产品。
所述的生物发酵剂为产γ-聚谷氨酸的菌株。
优选的：所述的生物发酵剂的制备方法包括以下步骤：
1)、制备培养基：
a.牛肉膏蛋白胨固体斜面培养基：其配方由牛肉膏3g/l、蛋白胨10g/l、nacl5g/l、琼脂18～20g/l和水组成，ph7.0～7.4；
b.牛肉膏蛋白胨液体培养基：其配方由牛肉膏3g/l、蛋白胨10g/l、nacl5g/l和水组成，ph7.0～7.4。
2)、活化、培养：
将牛肉膏蛋白胨固体斜面培养基在121℃下经灭菌处理30min，然后将解淀粉芽孢杆菌jx-6接入固体斜面培养基中，在30～37℃活化24～48h；将牛肉膏蛋白胨液体培养基在121℃下经灭菌处理30min，将活化后的解淀粉芽孢杆菌jx-6接入液体培养基中，在35℃、150r/min下振荡培养24h，制备得到生物发酵菌剂。
优选的：所述的脱水污泥含水率为75～80％。
优选的：所述的农业废弃物辅料为人畜粪便、作物秸秆中的一种或两种的混合物。
优选的：所述的步骤3)中生物发酵剂与混合物料混合均匀后的含水率为50～65％。
优选的：所述的堆肥腐熟过程中，保持每天向槽式管路中通入空气，并每隔2～3d翻堆一次，堆肥腐熟时间为18～28天。
优选的：所述的味精粕含水率为25～35％，谷氨酸含量8～13％。
优选的：所述的平铺好氧发酵保持温度28～33℃，发酵时间为3～4d，且发酵过程中每天翻动物料保持通气。
优选的：所述的步骤5)中将γ-聚谷氨酸有机肥烘干至含水率为5～10％。
本发明具有以下有益效果：
1、生产成本低，有利于环境保护。本发明采用的主要原料是污泥，由于城市污泥所含有机质达不到国家标准，氮、磷、钾含量不均衡，故在配方中添加了农作物秸秆、人畜粪便等废物，使肥料养分丰富，易于腐熟。这样不仅可以对有机废物进行资源化回收利用，减轻其对环境的压力，达到农业的可持续发展，还可以降低了γ-聚谷氨酸的生产成本。
2、有机肥营养均衡，能够净化土壤。本发明在生产γ-聚谷氨酸有机肥的过程中添加了麦饭石。麦饭石具有极强的吸附力，是同量活性炭的20000倍，能够吸收、分解、清除堆肥过程中的臭味物质，脱臭能力极强，对于土壤中汞、铅、镉等重金属元素也能很好的吸收，对土壤具有改良进化的作用。同时，麦饭石还能释放多种矿物元素如：钾、磷、铁、磺、锰、镁等，通过吸收多余的矿物元素或释放矿物质以均衡肥料中各种微量元素的含量。
3、利用率高。相较于传统的有机肥，本发明具备缓释养分的作用，可以减少施肥量，减少农作物生产成本、预防土壤板结，有效提高了农作物对于水分和肥料的利用率，减少水分和养分的流失。
4、简化了工艺流程。本发明能利用有机废弃物直接合成γ-聚谷氨酸，不需要添加外源γ-聚谷氨酸，没有γ-聚谷氨酸合成、提取、纯化的过程，大大简化了工业流程，操作简单，进一步降低了生产成本。
本发明方法简单、环保安全，生产的保水保肥有机肥易形成商品化，方便运输和保存，具有很好的应用前景。
本发明采用的解淀粉芽孢杆菌(bacillusamyloliquefaciens)jx-6于2017年03月01日保藏在中国微生物菌种保藏委员会普通微生物中心(cgmcc)，保藏编号为：cgmccno.13715。
具体实施方式
下面具体提供优选的实施例，以使本领域技术人员更加清楚本发明的技术方案和效果，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
1)、将原料按照以下质量百分比：去重金属脱水污泥64％、秸秆20％、猪粪10％、麦饭石5％放入混合机中混匀，使基质中碳氮摩尔比为20:1～25:1，其中去重金属脱水污泥的含水率为75～80％。
2)、将质量百分比为0.5％的生物发酵剂于适量水中稀释活化。
3)、将活化好的生物发酵剂浇洒在步骤1)得到的混合物料中，向其中喷施自来水调节含水率至50～65％，再次混合均匀后将其移至槽式发酵床进行堆肥腐熟。保持每天向槽式管路中通入空气，堆肥2d后堆体温度达到40℃以上，此时堆体每隔2d进行一次翻堆，25d后完成有机肥腐熟，得到生物有机肥。
4)、向所述生物有机肥中加入8％味精粕(谷氨酸含量9％)，充分混匀后转移至好氧发酵床进行平铺好氧发酵合成γ-聚谷氨酸。发酵过程中保持发酵床通气良好，同时每天对物料翻推2次并维持发酵温度为28～33℃，3d后完成发酵，得到γ-聚谷氨酸有机肥，此时含水率低于35％。
5)、将步骤4)得到的γ-聚谷氨酸有机肥烘干至含水率为5～10％，经粉碎、筛选、造粒、装袋后得到γ-聚谷氨酸生物有机肥产品，经hplc分析后测得肥料中γ-pga含量为12.4g/kg。
实施例二
1)、将原料按照以下质量百分比：去重金属脱水污泥55％、秸秆30％、猪粪10％、麦饭石4％放入混合机中混匀，使基质中碳氮摩尔比为20:1～25:1。
2)、将质量百分比为1％的生物发酵剂于适量水中稀释活化。
3)、将活化好的生物发酵剂浇洒在步骤1)得到的混合物料中，向其中喷施自来水调节含水率至50～65％，再次混合均匀后将其移至槽式发酵床进行堆肥腐熟。保持每天向槽式管路中通入空气，堆肥2d后堆体温度达到40℃以上，此时堆体每隔2d进行一次翻堆，28d后完成有机肥腐熟，得到生物有机肥。
4)、向所述生物有机肥中加入9％味精粕(谷氨酸含量10％)，充分混匀后转移至好氧发酵床进行平铺好氧发酵合成γ-聚谷氨酸。发酵过程中保持发酵床通气良好，同时每天对物料翻推2次并维持发酵温度为28～33℃，4d后完成发酵，得到γ-聚谷氨酸有机肥，此时含水率低于35％。
5)、将步骤4)得到的γ-聚谷氨酸有机肥烘干至含水率为5～10％，经粉碎、筛选、造粒、装袋后得到γ-聚谷氨酸生物有机肥产品，经hplc分析后测得肥料中γ-pga含量为18.6g/kg。
实施例三
生物发酵剂的制备：
1)、制备培养基：
a.牛肉膏蛋白胨固体斜面培养基：其配方为牛肉膏3g、蛋白胨10g、nacl5g、琼脂20g，补水至1000ml，ph7.0～7.4；
b.牛肉膏蛋白胨液体培养基：其配方为牛肉膏3g、蛋白胨10g、nacl5g，补水至1000ml，ph7.0～7.4。
2)、活化、培养：
将牛肉膏蛋白胨固体斜面培养基在121℃下经灭菌处理30min，然后将解淀粉芽孢杆菌jx-6接入固体斜面培养基中，在30～37℃活化36h；将牛肉膏蛋白胨液体培养基在121℃下经灭菌处理30min，将活化后的解淀粉芽孢杆菌jx-6接入液体培养基中，在35℃、150r/min下振荡培养24h，制备得到生物发酵菌剂。
产品检测
对实施例二中制备的γ-聚谷氨酸有机肥中有机质、总养分含量等指标进行检测，检测结果如下表1所示：
表1：γ-聚谷氨酸有机肥产品指标
对比试验
为了验证本发明制得的γ-聚谷氨酸有机肥的肥效，进行如下对比试验：
1、供试土壤和供试作物：供试土壤为养分贫瘠的砂质土壤，供试作物为西北地区固沙、畜牧饲料作物沙打旺。
2、试验组：设置三个试验组：1.对照组、2.普通有机肥组、3、γ-聚谷氨酸有机肥组。试验组1的土壤为供试土壤，试验组2的土壤为添加10％普通市售有机肥的供试土壤，试验组3土壤为添加10％实施例三制备的γ-聚谷氨酸有机肥的供试土壤。
3、实验步骤：将试验组2和试验组3添加的有机肥与土壤搅拌均匀，分别在三组试验组中栽种沙打旺幼苗后浇灌300ml定根水，每隔30d浇灌100ml水。120d后测定沙打旺的株高、茎叶干重、主根系长度、土壤含水率，测定结果如下表2所示：
表2：γ-聚谷氨酸有机肥试验结果
从表2可以看出施用普通有机肥和γ-聚谷氨酸有机肥后均能显著增加沙打旺的株高、茎叶干重、主根系长度和土壤含水率，且γ-聚谷氨酸有机肥的提高率较普通有机肥增加了60％左右。由此可见，施用本γ-聚谷氨酸有机肥作用显著，效果优异，不仅可明显提高作物产量，还能显著减少土壤水分损失、提高水分的利用效率和土壤的含水量，保证干旱季节植物的水分供应。同时，γ-聚谷氨酸有机肥促进了植物根系的生长、提高了土壤紧实度，能进一步防止土壤沙化及水土流失。
核苷酸或氨基酸序列表
sequencelisting
<110>中国科学院成都生物研究所
<120>一种利用污泥生产γ-聚谷氨酸有机肥的方法
<160>1
<210>1
<211>1491
<212>dna
<213>解淀粉芽孢杆菌(bacillusamyloliquefaciens)
<400>1
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