专利名称：一种复合微生物肥料及其生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于微生物肥料生产技术领域，其具体涉及到一种复合微生物肥料的配方及其生产工艺。其国际专利分类号为C05F11/08。
微生物肥料最早应用成功的是用根瘤菌的纯培养物作接种剂来保证豆科植物结瘤。20世纪初期，欧美就有了根瘤菌接种剂的商品化生产。通过根瘤菌的共生固氮作用，可将大气中不能被植物直接利用的N2转化为铵离子供植物所利用。试验结果表明大豆氮素主要来源于根瘤菌的共生固氮，占总氮量的50.1％-74.1％(陈华葵，樊庆笙《中国共生固氮研究五十年》南京农业大学出版社，1991)。国外根瘤菌的应用已相当广泛。1980年美国已具有10种豆科作物根瘤菌剂。其中，72.8％的菌剂应用于大豆接种，使用面积为784.7万公顷。8.6％的菌剂应用于花生接种，使用面积为12.8万公顷(Burton，J.C.，1982，BNFtechnology for Tropical Agriculture，CIAT，Colombia，pp.105-114)。我国自50年代初就开始自行研制和推广根瘤菌，1953年我国生产的菌肥的推广面积达2000多万亩，获得了肯定的增产效果。从此我国的根瘤菌剂的品种不断增多，60年代初期广泛应用华中农学院筛选的紫云英根瘤菌(曹燕珍，1962)，在我国南方几省使用时效果良好。80年代，中国农科院土肥所等单位将根瘤菌应用于三叶草、苜蓿等饲料豆科牧草，进行大面积的接种，增产效果明显(陈文新，《土壤和环境微生物学》，北京农业大学出版社，1990)。华中农业大学等单位主持的国家““ 863”计划项目“高效固氮大豆、花生基因工程根瘤菌的构建与应用”取得了较好的进展，1990-1995年基因工程根瘤菌的中试推广面积达500万亩，平均增产幅度达10％以上。
人工接种根瘤菌的效果受许多环境因素的影响，其成功的关键是所接种的菌株能否在土壤中定殖，并在与土著性根瘤菌竞争结瘤中占优势，以提高原有的共生固氮效率(孙淑荣等，微生物学杂志，1993)。因此，改进接种技术，提高人工接种的根瘤菌在种子表面及土壤中的成活率是保证接种成功的重要措施。由于许多作物的种子表面光滑，接种往往通过加水拌种的方法，因粘结力差，菌剂很容易从种子表面脱落，从而降低结瘤率。将微生物肥料与具有高附着性的材料混合而制成的种衣剂具有提高接种效率的作用(段文学，大豆科学，1996(3))。采用某些粘着剂，如10％的蔗糖或40％的阿拉伯胶溶液与菌剂混合接种种子，可以提高根瘤菌在种子上的存活率，同时克服种皮毒素影响，促进早结瘤和植株生长(Williams，P.M.，1984，Biological nitrogen fixation-ecology，technology，and physiology，pp.173-200)。赵长军等(大豆通报，1995，3)通过将根瘤菌与稀面汤和保水剂混合拌种，经过一段时间后检测种子表面的活菌数，发现处理比对照提高几万至几百万倍。
土壤中蕴藏着丰富的磷、钾矿物，但它们大都呈稳定的磷灰石和铝硅酸盐状态存在，不能被植物吸收利用。五十年代初，苏联学者亚力山大罗夫(1950)从土壤中分离出分解硅酸盐的细菌，可分解正长石和磷灰石等释放出钾和磷，并将此细菌命名为硅酸盐细菌(Bacillus mucilaginosus)(陈文新，《土壤和环境微生物学》，北京农业大学出版社，1990)，此后，我国学者陈廷伟(1959)将此菌取名钾细菌，并对其形态、生理及对磷钾矿物的分解能力和在农业上的应用进行了较详细的报道。近十年来，我国不少厂家将此菌做成微生物肥料应用于小麦、水稻等作物上，并取得了一定的施用效果。据盆栽试验，施用此菌可提高春小麦对钾素吸收量64％，籽实增产12.5％，提高玉米对钾素吸收量80％左右(秸杆对钾素吸收量增加207％)籽实增产15％。田间试验表明施用此菌的玉米可以从土壤中多吸收钾素3-4倍，多吸收灰分50％以上。此菌在以磷矿石为唯一磷源的培养基中生长良好，其分解磷矿石的能力很强，据分析其可增加水溶性磷含量250％。经稻田土壤灭菌后，接种此菌培养4天，所测得的速效磷含量比对照增加一倍以上。此菌还具有固氮能力，在不含氮素的阿须贝无氮培养基上能生长。钾细菌肥料对作物幼苗有良好的促进作用，能产生生长素类刺激物质。固氮菌(Azotobacter)在土壤和很多作物根际中同化空气中的氮气，提供作物以氮素营养，又能分泌激素刺激作物生长。现已证明固氮菌能合成赤霉素、细胞激动素和吲哚乙酸等生长素类物质。
作物根系周围存在着大量的各种各样的微生物，其中有的对作物的生长有利，有的则对作物生长有害。这些根际微生物共同构成了植物根系的微生态环境，对作物的生长发育及产量的高低产生深刻的影响。施用微生物肥料的目的就是增加土壤中有益微生物的种群数量，形成竞争优势，抑制有害微生物的生长繁殖，改善作物根际微生态环境，从而提高作物的产量及品质。由单一菌种制成的微生物肥料由于其功能单一，往往不能适应土壤中多种多样的生态环境，所适用的作物范围有限而使其在应用推广上受到限制。近几年来，微生物肥料的发展趋势是由单一菌种微生物肥料向含有多种细菌、多功能的复合微生物肥料转变。
世界各国研制的微生物肥料有多种剂型，其中包括液体菌剂和固体菌剂。固体菌剂以湿润草炭菌剂为主，属于常用菌剂。尽管已研究出的载体物质有20余种(Peterson，H.L.et al 1981.Biology of the Rhizobiaceae，pp.311-331)，但最好的载体还是草炭，草炭的有机质含量一般在50％以上(秦万德，1987，《腐植酸的综合利用》，科学出版社)。我国的草炭资源较丰富，但分布不均匀。在缺少草炭资源的地区往往需要研究探索在该地区较便宜且易于获得的新载体(FAO，1982，中文版，土壤丛书，49)。在该类地区试用当地更廉价且易得的原料，特别是一些废弃物，来代替或部分代替草炭作为固体菌剂的载体具有重要的商业价值，而且在环保上意义也重大。
本发明的目的在于1、将目前组成单一的微生物肥料改进成为植物提供氮磷钾营养的复合微生物肥料；2、得到天然高效种衣剂，以提高菌的接种效率；3、使用混合的菌剂载体，以便利用一些废弃物，降低原料成本，提高产品对环保的有利性。
本发明过程是这样完成的本发明所指的复合微生物肥料的配比如下将大豆根瘤菌、豇豆根瘤菌、硅酸盐菌和固氮菌分别发酵后按一定比例混合而成。本复合微生物肥料分为三种型号的产品(I型、II型、III型)，每种类型都含有上述四种细菌中的其中三种。这三种型号的产品分别针对不同的作物施用I型适用于非豆科作物，II型适用于大豆、毛豆等作物，III型适用于豇豆、花生等作物。产品的剂型分液体菌剂和固体菌剂。其中细菌配比为I型大豆根瘤菌∶硅酸盐细菌∶固氮菌＝0.2∶0.4∶0.4；II型大豆根瘤菌∶硅酸盐菌∶固氮菌＝0.7∶0.2∶0.1；III型豇豆根瘤菌∶硅酸盐菌∶固氮菌＝0.7∶0.2∶0.1。固体菌剂中吸附剂的用量为整个菌剂重量的80-85％。
本复合微生物肥料的生产工艺如下将大豆根瘤菌、豇豆根瘤菌、硅酸盐菌和固氮菌的斜面菌种分别接到盛有培养基的三角瓶中，在28℃摇床振荡培养2-3天。摇瓶种通过种子罐及发酵罐的扩大培养得到生产用发酵液。种子罐及发酵罐中的培养基以高压蒸气灭菌，发酵温度为28℃(其中硅酸盐菌为30℃)，发酵时间1-3天。按I型、II型、III型的配比将四种菌经发酵所得的发酵液混合，得到液体菌剂。以15-20％的接种量将液体菌剂和经高温灭菌的载体混合搅拌均匀，分装于避光塑料袋中，封口即得固体菌剂。
I型产品液体菌剂含有效活菌数大豆根瘤菌0.5-5亿个/毫升，固氮菌1-10亿个/毫升，硅酸盐细菌2-15亿个/毫升；I型固体菌剂含有效活菌数大豆根瘤菌0.1-1亿个/克，固氮菌0.1-5亿个/克，硅酸盐细菌0.5-10亿个/克。
II型产品液体菌剂含有效活菌数大豆根瘤菌2-20亿个/毫升，固氮菌0.3-3亿个/毫升，硅酸盐细菌0.5-10亿个/毫升；II型固体菌剂含有效活菌数大豆根瘤菌0.5-10亿个/克，固氮菌0.1-1亿个/克，硅酸盐细菌0.1-5亿个/克。
III型产品液体菌剂含有效活菌数豇豆根瘤菌2-20亿个/毫升，固氮菌0.2-3亿个/毫升，硅酸盐细菌0.5-10亿个/毫升；III型固体菌剂含有效活菌数豇豆根瘤菌0.5-10亿个/克，固氮菌0.1-2亿个/克，硅酸盐细菌0.1-5亿个/克。
多产荚膜多糖的硅酸盐细菌发酵培养基的特征在于蔗糖(白糖)2克/升，淀粉10克/升，硫酸铵1.7克/升，磷酸二氢钾0.5克/升，硫酸镁1.5，碳酸钙1克/升，三氯化铁0.01克/升。
草炭和电厂灰组成的混合载体的特征在于每公斤草炭和电厂灰组成的混合载体中含电厂灰50-500克。
本复合微生物肥料及多产荚膜多糖的发酵培养基及由草炭和电厂灰组成的混合载体。其特征在于复合微生物肥料的最佳组合为I型产品液体菌剂含有效活菌数大豆根瘤菌1-3亿个/毫升，固氮菌4-8亿个/毫升，硅酸盐细菌5-10亿个/毫升；I型固体菌剂含有效菌数大豆根瘤菌0.2-0.5亿个/克，固氮菌0.5-2亿个/克，硅酸盐细菌1-3亿个/克；II型产品液体菌剂含有效活菌数大豆根瘤菌5-15亿个/毫升，固氮菌0.5-2亿个/毫升，硅酸盐细菌1-3亿个/毫升；II型固体菌剂含有效活菌数大豆固氮菌1-3亿个/克，固氮菌0.2-0.5亿个/克，硅酸盐细菌0.5-1.5亿个/克；III型产品液体菌剂含有效菌数豇豆根瘤菌5-15亿个/毫升，固氮菌0.2-5亿个/毫升，硅酸盐细菌1-3亿个/毫升III型产品固体菌剂含有效菌数豇豆根瘤菌1-3亿个/克，固氮菌0.2-0.5亿个/克，硅酸盐细菌0.5-1.5亿个/克。多产荚膜多糖的硅酸盐细菌发酵培养基的特征在于含(按重量计)蔗糖(白糖)2克/升，淀粉10克/升，硫酸铵1.7克/升，磷酸二氢钾0.5克/升，硫酸镁1.5克/升，碳酸钙1克/升，三氯化铁0.01克/升。由草炭和电厂灰组成的混合载体的特征在于每公斤草炭和电厂灰组成的混合载体中含电厂灰100-300克。
本发明在硅酸盐细菌的培养中使用了使硅酸盐细菌荚膜增厚的技术，以增加发酵液的稠度。其培养基配方为蔗糖(白糖)2克/升，酵母膏0.2克/升，淀粉10克/升，磷酸二氢钾0.5克/升，硫酸镁1.5克/升，碳酸钙1克/升，硫酸铵1.7克/升，三氯化铁0.01克/升。pH7.0-7.2。
本发明采用的吸附剂载体为草炭、电厂灰混合物。电厂灰作为发电厂的废弃物，任其排放会严重污染周围环境。虽然电厂灰含有机质极低，但其颗粒极细，吸附力强，本发明将电厂灰与草炭以0.5-5∶9.5-5(也就是每公斤草炭和电厂灰的混和载体中含电厂灰50-500克)的比例混合，作为本复合微生物的吸附载体，以降低产品成本，提高产品的环保意义。
本发明所涉及技术的优点和使用效果如下本复合微生物肥料采用复合配方，能全面提供给作物以N、P、K均衡营养及生长刺激物质，在功能上突破了单一菌株的限制，其综合肥效好于单菌种的肥效。本复合微生物肥料针对不同的作物采用不同型号的配方，会降低生产上使用的盲目性，从而降低能耗。大豆根瘤菌可与大豆、毛豆进行寄主专一性共生结瘤；豇豆根瘤菌可与豇豆、花生进行寄主专一性共生结瘤；硅酸盐细菌则能促进作物对P、K的吸收，促进作物的生长。I型配方是针对非豆科作物设计的，其可应用在小麦、水稻、玉米等重要粮食作物上，这将大大扩大本复合微生物肥料的应用范围。
硅酸盐细菌表面有一层肥厚的由多糖等物质组成的椭圆形荚膜，具有较好的粘性、储藏养分及耐旱保水性能。荚膜产量的多少与培养条件有关，本发明采用改变发酵培养基配方组成的方法，使其多产生荚膜，增加菌体的粘性，使其具有种衣剂相似的功能，这样将由特定发酵配方生产的硅酸盐细菌菌液与其它菌株的发酵菌液混合后使得整个复合微生物肥料的吸附性能提高，用于接种的效果也好。为此我们试验了三种硅酸盐细菌的发酵配方配方1蔗糖(白糖)1克/升，淀粉5克/升，酵母膏0.2克/升，硫酸铵2克/升，磷酸二氢钾0.5克/升，硫酸镁0.2克/升，碳酸钙1克/升，三氯化铁0.01克/升。pH7.0-7.2。
配方2蔗糖(白糖)1.5，酵母膏0.2，淀粉7.5，磷酸二氢钾0.5，硫酸镁0.2克/升，碳酸钙1克/升，硫酸铵1.7克/升，三氯化铁0.01克/升。pH7.0-7.2。
配方3蔗糖2克/升，酵母膏0.2克/升，淀粉10克/升，磷酸二氢钾0.5克/升，硫酸镁0.2克/升，碳酸钙1克/升，硫酸铵1.5克/升，三氯化铁0.01克/升。pH7.0-7.2。
摇瓶发酵试验表明配方2、配方3发酵液的粘稠度明显比配方1高，其中配方3的粘稠度最大，发酵液可以摇成面汤状，经显微镜镜检，该配方所产菌的荚膜最厚。以上三种配方发酵而成的硅酸盐细菌菌液分别与大豆根瘤菌发酵液按3∶7的比例混合，并与大豆拌种，20天后检查种子表面的活菌数，结果如表1。表1 不同发酵配方所得的硅酸盐细菌菌液对拌种效果的影响
>此结果表明根瘤菌与各种配方培养的硅酸盐细菌菌液拌种，以配方3的效果最好，可大大提高种子表面活菌数。本发明在复合微生物肥料的生产工艺上采用配方3作为硅酸盐细菌发酵用特殊配方。
为测定不同吸附载体对产品质量的影响，特作如下试验设计将240克灭过菌的草炭及电厂灰-草炭混合物(2∶8)按15％的接种量每个样品接种45毫升根瘤菌液(含菌量约为15-20亿个/毫升)，拌均匀后在10℃左右室温下放置53天，然后在YMA平板上用稀释平板测数法测定各样品的含菌数量。结果表明草炭及电厂灰、草炭混合物为吸附剂配制的菌肥样品的含菌数均大于25亿个/克。这一技术的应用会对电厂的排放污染的治理带来机遇，同时会大幅度(20％)降低生产成本。
本复合微生物肥料所采用的生产菌株皆是从土壤中筛选优化而来的高效菌株，其安全无毒，所使用的菌种范围及产品质量完全符合中华人民共和国农业部于1994年颁布实施的微生物肥料行业标准NY-227-94。
实施例1在大豆上使用复合微生物肥料的效果将大豆种子与复合微生物肥料进行拌种，每亩用量2公斤，以纯大豆根瘤菌及不接种任何菌剂作对照，待大豆黄熟时作调查，试验数据如表2。
表2菌肥接种于大豆的田间试验效果
>试验结果表明大豆上使用复合微生物肥料较单一使用根瘤菌肥料的增产效果要好，比不施用微生物肥料的对照增产21.4％。实施例2在水稻上使用复合微生物肥料的效果以复合微生物肥料对水稻品种华矮837的种子进行拌种催芽(处理)，以未拌种的作对照，观察水稻生长情况，试验结果如表3。
表3复合微生物肥料在水稻上的使用效果总结
另外，处理比对照在千粒重上有所增加，生育期提早3-4天，而且大大节省了化肥的用量。综上所述，复合微生物肥料对水稻产量构成因子都具有深刻的影响，施用效果明显。实施例3在小麦上使用复合微生物肥料的效果将复合微生物肥料与小麦进行拌种，亩用量为2公斤，同时以空白及草炭灰做对照，试验重复两次。一月后观察小麦的长势，试验结果表明处理较两对照的麦苗粗壮，叶片浓绿，根系的根数平均每苗增加16根。两对照之间的麦苗素质无差异。实施例4在豇豆上使用复合微生物肥料的效果将豇豆种子与复合微生物肥料进行拌种，每亩用量2公斤，在播种后一个月左右对豇豆的结瘤率进行田间调查。处理的豇豆上平均结瘤数为62个，不接种的对照平均结瘤数只有35个。约20天后观察其田间长势，处理的豇豆叶色浓绿，生长旺盛，而对照的豇豆则叶色发黄，长势明显不如处理。最后的产量分析得出接种复合微生物肥料的豇豆平均亩产较未接种的豇豆提高25.8％，增产效果十分显著。
权利要求
1.一种复合微生物肥料，其特征是由大豆根瘤菌、豇豆根瘤菌、固氮菌及硅酸盐细菌这四种细菌按不同的组合及含菌比例复合而成三个产品型号I型、II型、和III型，I型和II型产品中含硅酸盐细菌、固氮菌和大豆根瘤菌，其中细菌配比为I型大豆根瘤菌∶硅酸盐细菌∶固氮菌＝0.2∶0.4∶0.4；II型大豆根瘤菌∶硅酸盐菌∶固氮菌＝0.7∶0.2∶0.1；III型产品中含硅酸盐细菌、固氮菌和豇豆根瘤菌，其中细菌配比为豇豆根瘤菌∶硅酸盐菌∶固氮菌＝0.7∶0.2∶0.1，产品剂型分液体菌剂和固体菌剂，固体菌剂中吸附剂的用量占整个菌剂重量的80-85％，吸附剂载体为草炭和电厂灰混合物。
2.根据权利要求1所述的复合微生物肥料，其特征在于I型产品液体菌剂含有效活菌数大豆根瘤菌0.5-5亿个/毫升，固氮菌1-10亿个/毫升，硅酸盐细菌2-15亿个/毫升；I型固体菌剂含有效活菌数大豆根瘤菌0.1-1亿个/克，固氮菌0.1-5亿个/克，硅酸盐细菌0.5-10亿个/克；II型产品液体菌剂含有效活菌数大豆根瘤菌2-20亿个/毫升，固氮菌0.3-3亿个/毫升，硅酸盐细菌0.5-10亿个/毫升；II型固体菌剂含有效活菌数大豆根瘤菌0.5-10亿个/克，固氮菌0.1-1亿个/克，硅酸盐细菌0.1-5亿个/克；III型产品液体菌剂含有效活菌数豇豆根瘤菌2-20亿个/毫升，固氮菌0.2-3亿个/毫升，硅酸盐细菌0.5-10亿个/毫升；III型固体菌剂含有效活菌数豇豆根瘤菌0.5-10亿个/克，固氮菌0.1-2亿个/克，硅酸盐细菌0.1-5亿个/克。
3.根据权利要求1所述的复合微生物肥料，其特征在于复合微生物肥料的最佳组合为I型产品液体菌剂含有效活菌数大豆根瘤菌1-3亿个/毫升，固氮菌4-8亿个/毫升，硅酸盐细菌5-10亿个/毫升；I型固体菌剂含有效活菌数大豆根瘤菌0.2-0.5亿个/克，固氮菌0.5-2亿个/克，硅酸盐细菌1-3亿个/克；II型产品液体菌剂含有效活菌数大豆根瘤菌5-15亿个/毫升，固氮菌0.5-2亿个/毫升，硅酸盐细菌1-3亿个/毫升；II型固体菌剂含有效活菌数大豆根瘤菌1-3亿个/克，固氮菌0.2-0.5亿个/克，硅酸盐细菌0.5-1.5亿个/克；III型产品液体菌剂含有效活菌数豇豆根瘤菌5-15亿个/毫升，固氮菌0.2-5亿个/毫升，硅酸盐细菌1-3亿个/毫升；III型固体菌剂含有效活菌数豇豆根瘤菌1-3亿个/克，固氮菌0.2-0.5亿个/克，硅酸盐细菌0.5-1.5亿个/克。
4.根据权利要求1所述的复合微生物肥料，其特征在于每公斤草炭和电厂灰混合吸附剂中含电厂灰50-500克。
5.根据权利要求1所述的复合微生物肥料的生产工艺的特征在于将大豆根瘤菌、豇豆根瘤菌、硅酸盐细菌和固氮菌的斜面菌种分别接到盛有培养基的三角瓶中，在28℃摇床振荡培养2-3天，摇瓶种通过种子罐及发酵罐的扩大培养得到生产用发酵液，种子罐及发酵罐中的培养基以高压蒸气灭菌，发酵温度为28℃，其中硅酸盐菌为30℃，发酵时间1-3天，按I型、II型、III型的配比将四种菌经发酵所得的发酵液混合，得到液体菌剂，以15-20％的接种量将液体菌剂和经高温灭菌的载体混合搅拌均匀，分装于避光塑料袋中，封口即得固体菌剂。
6.根据权利要求5所述的生产工艺，其特征在于硅酸盐细菌发酵培养基的配方(按重量计)蔗糖(白糖)2克/升，淀粉10克/升，硫酸铵1.7克/升，磷酸二氢钾0.5克/升，硫酸镁1.5克/升，碳酸钙1克/升，三氯化铁0.01克/升。
全文摘要
本发明属微生物肥料生产技术领域,它是由大豆根瘤菌,豇豆根瘤菌,固氮菌及硅酸盐细菌按不同的组合及含菌比例复合而成的三个产品,Ⅰ型Ⅱ型产品中含硅酸盐细菌、固氮菌和大豆根瘤菌,Ⅲ型产品中含硅酸盐细菌、固氮菌和豇豆细菌,Ⅰ型产品主要用于小麦、水稻、玉米、棉花、油菜等非豆科作物,Ⅱ型和Ⅲ型产品为大豆、豇豆等豆科作物的专用复合肥料。本发明所涉及的复合微生物肥料能全面提供给作物以N、P、K均衡营养,肥效好。
文档编号C05F11/08GK1191854SQ9810064
公开日1998年9月2日 申请日期1998年2月25日 优先权日1998年2月25日
发明者王华卫 申请人:北京乐泰然经济技术咨询有限责任公司