一种基于矿物腐殖质和蔬菜残体木霉发酵物的生物有机肥及其制备方法与流程

本发明涉及肥料领域，尤其涉及一种基于矿物腐殖质和蔬菜残体木霉发酵物的生物有机肥及其制备方法。
背景技术：
：我国是世界蔬菜大国。庞大的蔬菜产业背后的蔬菜废弃物处理问题值得关注。据估计，一个蔬菜大棚年产废弃物(茎杆、烂果等)3吨左右。80％以上蔬菜废弃物没有得到资源化利用。特别是设施园区内，蔬菜废弃物大量堆积现象普遍存在。这种大量堆积的蔬菜废弃物在高温雨季极易腐烂变质、变臭，造成污水横流，不仅影响农事操作和交通运输，还容易传播病菌，影响无公害蔬菜生产基地的环境卫生。此外，由于含有大量矿质元素和病虫害组织，蔬菜废弃物堆积产生的渗透液直接污染土壤和水体，产生的面源污染可以远大于工业生产造成的点源污染。我国蔬菜废弃物主要为叶菜类、根茎类蔬菜以及大量无商品价值的根茎枝蔓等，其中叶菜类蔬菜废弃物可以占到全部蔬菜废弃物总量的71％。与小麦、水稻等作物秸秆相比，蔬菜废弃物具有易腐烂，含水率高，营养元素丰富以及基本无毒害性等特点。虽然蔬菜废弃物具有季节性，但以干基计，蔬菜废弃物平均c/n值11.04，含氮量3.45％，含磷量0.84％，含钾量2.46％，ph值为7，其中易利用的c源例如糖类和半纤维素含量在75％左右，显著不同于小麦、水稻等作物秸秆(c/n比65-85∶1，纤维素含量30％-50％)。木霉属于半知菌门，丝孢目，木霉属，具有多种功能，工农业应用广泛。木霉菌被公认是一类普遍存在并具有重要经济意义的生防益菌，以其高效、安全、不易引起病原菌抗药性的特点，在以可持续发展为宗旨的生物防治中发挥了重要作用，已作为生防菌剂在美国、印度、瑞典等国家商品化生产。目前已有大量国内外研究报道了木霉富集型生物有机肥对作物生长、养分利用、化肥减量及抑制氧化亚氮等温室气体排放等的积极作用。例如，利用在芥菜种植中使用哈茨木霉强化餐厨垃圾堆肥制备的生物有机肥，可以减少50％的化肥用量，增加5.34％的荠菜产量，同时提高土壤有机质。木霉生物农药、生物杀菌剂产品一直受到很大关注和欢迎，将木霉添加到有机肥或者直接施用于土壤将可以防治枯萎病等植物病害。目前已有研究报道木霉以水稻、小麦等作物秸秆为主要原料进行固态发酵，但未有报道以蔬菜残体为主要原料进行固态发酵生产木霉发酵物。腐殖酸肥料是以富含腐殖酸物质作为肥料有机质来源或作为无机肥的填充料所生产的肥料品种。目前国内矿物腐殖酸肥料开发主要集中在原煤预处理和腐殖酸提取以及腐殖酸与无机养分的作用，较少涉及腐殖酸肥料与微生物之间的作用。虽然已有木霉发酵木质纤维素材料形成生化腐殖酸的报道，但未发现有涉及木霉矿物腐殖酸的研究。技术实现要素：为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于矿物腐殖质和蔬菜残体木霉发酵物的生物有机肥及其制备方法，本发明的目的在于针对生产实践中的实际问题和需求，开发利用以木霉为功能菌种，固态发酵蔬菜残体，并通过与球磨矿物腐殖质复配，研制出一种生物有机肥配方和工艺，实现蔬菜废弃物的高值化，该生物有机肥同时包含微生物菌肥、腐殖酸肥料、有机肥的特点，功能全面，促生效果好，抗病能力强。本发明的具体技术方案为：一种基于矿物腐殖质和蔬菜残体木霉发酵物的生物有机肥，以蔬菜残体为主要原料，接种木霉后进行固态发酵，形成固态发酵产物，将固态发酵产物与球磨矿物腐殖质混合，得到生物有机肥。本发明团队在研究过程中偶然发现，在特定的固态发酵条件下，棘孢木霉可以在蔬菜残体和秸秆作物的混合物中快速生长产孢，形成木霉固态发酵物，该发酵物中含有木霉孢子、菌丝和活性代谢物。蔬菜残体作为一种养分和可溶性糖含量较高的材料，为木霉生长提供了丰富的可溶性碳氮和矿物来源。此外，按照特定的比例将木霉发酵物与特定的腐殖质复配后获得生物有机肥，能够发生显著的协同增效作用，与普通腐殖酸肥料相比，复配使用的腐殖质中不含有强碱性物质，ph5～6之间，与这种腐殖质复配获得的生物有机肥中木霉具有较高的存活率，并且含有高含量的矿物腐殖酸。在上述特定条件下所得的生物有机肥兼具微生物菌肥、腐殖酸肥料、有机肥的功能，在效果上与单一的腐殖酸肥料和木霉发酵物相比具有显著的优势。综上，本发明以蔬菜废弃物为主要发酵原料大量繁殖木霉菌种，同时实现蔬菜中有机质和养分的高值化利用，将其同时应用于蔬菜栽培，是一种重要的生态循环利用技术。同时按照固定的比例将木霉发酵物与特定的腐殖质复配后，获得的生物有机肥中不仅木霉具有较高的存活率，还富含矿物腐殖酸和木霉活性代谢产物，兼具微生物菌肥、腐殖酸肥料、有机肥的功能，促生和抗病效果优于普通木霉生物有机肥和腐殖酸肥料。作为优选，所述蔬菜残体为叶菜类和/或根茎类蔬菜生产过程中或收获之后剩余的叶、根、茎，切割粉碎至1cm以下，从而促进蔬菜残体的快速分解和矿物养分释放，帮助木霉快速分解吸收原料中的养分，增加生长产孢速度。作为优选，所述作物秸秆为粉碎至10目以下的大豆秸秆、小麦秸秆和水稻秸秆中的至少一种。作为优选，所述球磨矿物腐殖质的制备方法为：以天然泥炭、褐煤、风化煤等生物腐化物为原料，通过机械超细粉加工技术研磨到超微细颗粒，粒度小于1000目，成品为深褐色超微细粉末。本发明采用上述特定的球磨矿物腐殖质，与普通未处理风化煤相比，含有更高的游离腐殖酸，与提取的纯腐殖酸相比，含有的腐殖酸种类更加丰富，营养元素更加齐全。作为优选，所述蔬菜残体与作物秸秆的质量比为10～20∶10；所述球磨矿物腐殖质与固态发酵产物的质量比为1～2∶1，在此配比下，所获得的有机生物肥中木霉菌种的3个月存活率最高，木霉孢子数大于2×107个/g肥料干基，且保证有机质含量在45％以上，达到生物有机肥料标准ny884-2012.本发明人发现，在上述特定配比下，所得有机生物肥的效果最佳。作为优选，所述木霉为棘孢木霉。进一步优选地，棘孢木霉为棘孢木霉t-1，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，其保藏编号为cgmccno.9722。该菌种的最优ph为6.0，ph适应性较广，在ph＝4-10之间均可生长，其在蔬菜残体培养基中生长繁殖良好。一种生物有机肥的制备方法，包括以下步骤：(1)制备木霉种子液，木霉活菌数为1×108～5×108个/ml。(2)将蔬菜残体与作物秸秆混合，同时添加质量为蔬菜残体与作物秸秆总质量8-12％的营养液，ph控制在5～6，115～121℃湿热灭菌20～30分钟，制成混合原料，含水率在60-70wt％。(3)将木霉种子液接种到混合原料中，搅拌均匀，进行固态发酵，种子液添加质量为蔬菜残体与作物秸秆总质量的8-12％，固态发酵温度22-30℃，发酵5-7天，得到固态发酵产物；固态发酵产物中木霉孢子含量在1×108个/g以上。(4)将固态发酵产物常温干燥至含水率小于40wt％，与球磨矿物腐殖质混合得到生物有机肥。作为优选，所述固态发酵方法为：将混合原料平铺至器皿中，平铺后厚度为2～3cm，将木霉种子液均匀喷洒到混合原料表面，搅拌，用多层纱布进行表面覆盖后进行固态发酵。本发明团队在经过研究后发现，在上述特定厚度下进行固态发酵，木霉与空气接触面合适且水分不易蒸发过快，具有最佳的产孢能力。作为优选，以每1000ml水计，所述营养液中含有nano31.8-2.2g，kh2po41.4-1.6g，cacl20.25-0.35g，mgso4·7h2o0.25-0.35g，feso4·7h2o0.004-0.006g，mnso4·h2o0.0014-0.0018g，znso4·h2o0.0012-0.0016g，cocl20.0004-0.0006g，水1000ml。作为优选，木霉液体种子液制备方法为：菌株活化培养，将木霉菌株斜面保藏物接种到pda平板，置于25℃-30℃下培养3-5天，直至形成大量孢子，采用无菌水(含有0.1％tween80)，将孢子和菌丝洗下，平板培养法测定活菌数，通过稀释将活菌数保持在1×108～5×108cfu/ml。生物有机肥在促进蔬菜生长和抑制尖刀镰刀菌中的应用。与现有技术对比，本发明的有益效果是：(1)以蔬菜、作物废弃物为发酵原料大量繁殖具有促生抗病功能的生防益菌，研制获得的木霉固态发酵物中含有木霉孢子、菌丝和活性代谢物，且活菌数在1×108cfu/g以上，为木霉固态菌种制备提供了新方法，同时实现蔬菜中有机质和养分的高值化利用，为蔬菜、作物废弃物资源化利用提供了新途径。(2)通过将木霉发酵物与特定的腐殖质复配，研制获得兼具微生物菌肥、腐殖酸肥料和有机肥功能的生态多功能肥料，促生和抗病效果优于普通木霉生物有机肥和腐殖酸肥料。(3)采用球磨矿物腐殖质与木霉发酵物进行复配，与普通未处理风化煤相比，可使生物有机肥含有更高的游离腐殖酸；与腐殖酸钾、腐殖酸钠等经过强碱处理后的腐殖酸肥料相比，木霉的存活率更高。附图说明图1不同施肥处理下黄瓜幼苗移栽2周后的生长情况。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步的描述。总实施例一种基于矿物腐殖质和蔬菜残体木霉发酵物的生物有机肥，以蔬菜残体为主要原料，接种木霉(优选棘孢木霉)后进行固态发酵，形成固态发酵产物，将固态发酵产物与球磨矿物腐殖质混合，得到生物有机肥。其中，蔬菜残体与作物秸秆的质量比为10～20∶10；球磨矿物腐殖质与固态发酵产物的质量比为1～2∶1。生物有机肥中木霉孢子数大于2×107个/g肥料干基，有机质含量大于45％。所述蔬菜残体为叶菜类和/或根茎类蔬菜生产过程中或收获之后剩余的叶、根、茎，切割或粉碎至1cm以下。所述作物秸秆粉碎至10目以下的大豆秸秆、小麦秸秆和水稻秸秆中的至少一种。所述球磨矿物腐殖质为粒度小于1000目的球磨风化煤。所述球磨矿物腐殖质的制备方法为：以天然泥炭、褐煤、风化煤等生物腐化物为原料，通过机械超细粉加工技术研磨到超微细颗粒，粒度小于1000目，成品为深褐色超微细粉末。一种生物有机肥的制备方法，包括以下步骤：(1)制备木霉种子液，木霉活菌数为1×108～5×108个/ml。(2)将蔬菜残体与作物秸秆混合，同时添加质量为蔬菜残体与作物秸秆总质量8-12％的营养液，ph控制在5～6，115～121℃湿热灭菌20～30分钟，制成混合原料，含水率在60-70wt％。其中，以每1000ml水计，所述营养液中含有nano31.8-2.2g，kh2po41.4-1.6g，cacl20.25-0.35g，mgso4·7h2o0.25-0.35g，feso4·7h2o0.004-0.006g，mnso4·h2o0.0014-0.0018g，znso4·h2o0.0012-0.0016g，cocl20.0004-0.0006g，水1000ml。(3)将混合原料平铺至器皿中，平铺后厚度为2～3cm，将木霉种子液均匀喷洒到混合原料表面，搅拌，用多层纱布进行表面覆盖后进行固态发酵，种子液添加量为8-12％，固态发酵温度22-30℃，发酵5-7天，得到固态发酵产物；固态发酵产物中木霉孢子含量在1×108个/g以上。(4)将固态发酵产物常温干燥至含水率小于40wt％，与球磨矿物腐殖质混合得到生物有机肥。实施例11、制备固体发酵培养基叶菜类蔬菜残体取自蔬菜大棚种植基地，以莴苣叶为主，包括少量包心菜和花椰菜，收集后切割至1cm以下。小麦秸秆粉碎至10目以下。按固体量为10∶10的比例，将切割粉碎的蔬菜残体与小麦秸秆进行混合。然后按固液量为10％的比例，在小麦秸秆和蔬菜残体混合物中加入培养液，121℃高压灭菌20min，冷却后作为棘孢木霉t-1的固体培养基。其中培养液配方为：nano32g，kh2po41.5g，cacl20.3g，mgso4·7h2o0.3g，feso4·7h2o0.005g，mnso4·h2o0.0016g，znso4·h2o0.0014g，cocl20.0005g，水1000ml，ph为4.5。2、木霉液体种子液制备菌株活化培养，将棘孢木霉t-1菌株斜面保藏物接种到pda平板，置于28℃下培养4天，直至形成大量孢子，采用无菌水(含有0.1％tween80)，将孢子和菌丝洗下，平板培养法测定活菌数，通过稀释将活菌数保持在1×108～5×108cfu/ml。3、固态发酵将制备的固态培养基平铺到尺寸20×15×6.5cm的蓝色周转盆中，深度为2～3cm。按照10％的接种量将木霉液体种子液接入木霉，28℃发酵，发酵7天。将发酵后的木霉发酵物放于35℃左右的鼓风干燥箱中，将含水率降低至40％以下。采用pda平板测定木霉菌活菌数，基本在1×108个/克干重以上。4、与矿物腐殖质复配制备木霉生物有机肥腐殖质样品取自浦江丰瑜公司，为球磨风化煤，粒度＜1000目，含水量19％，有机质含量90％，ph5.0。将固态发酵物与球磨矿物腐殖质按照质量比2∶1混合，即为生物有机肥，木霉活菌数大于2×107个/克干重，有机质含量大于45％。5、土壤培养试验土壤为采集自宁波的尖孢镰刀菌病土。开展室内土壤培养，在250ml培养瓶中装入50g土样。试验设4个处理：(ck)空白处理；(t1)腐殖酸肥料，取自浦江丰瑜公司；(t2)固态发酵物(即本发明步骤(3)所得物)；(t3)实施例1生物有机肥。三个重复。放在28℃培养箱中培养，湿度为75％，定期补充水分。隔一段时间进行一次采样。采用荧光定量pcr法测定土壤中尖孢镰刀菌数量。结果见表1，腐殖酸肥料、生物有机肥和固态发酵物均能有效抑制连作障碍土壤中枯萎病菌尖刀镰刀菌的生长，但实施例1的生物有机肥的抑菌效果最佳，且与其他组相比具有显著进步。表1不同处理下连作障碍土壤中尖刀镰刀菌数量(拷贝数/g)6、盆栽试验开展盆栽试验，盆栽植物是黄瓜(银胚99)；土壤为采集自宁波的尖孢镰刀菌病土。试验设3个处理：(ck)空白处理；(t1)腐殖酸肥料；(t2)实施例1生物有机肥。精选大小一致健壮的黄瓜种子50℃热水浸泡15分钟，接着在常温水里浸泡6小时，之后放在室内24小时，最后将露白的种子播种到育苗盘中，当黄瓜幼苗长到三叶期是选取大小一致的黄瓜幼苗移栽于盆栽中，每盆3颗幼苗，每个处理5盆，共15盘，总45棵黄瓜幼苗。盆栽放在温室内培养，温室28℃～30℃，湿度为60％～70％，定期浇水和土壤采样。采用荧光定量pcr法测定土壤中尖孢镰刀菌数量。观察黄瓜生长情况。结果可知，在黄瓜栽培中施用腐殖酸肥料和实施例1生物有机肥均能有效抑制土壤中尖刀镰刀菌的生长(表2)，增加黄瓜的抗病能力，降低病死株数量(表3)，促进黄瓜生长，其中实施例1生物有机肥促黄瓜幼苗生长和抗病效果最佳(图1)。表2黄瓜盆栽条件下不同处理下土壤中尖刀镰刀菌数量(拷贝数/g)表3黄瓜幼苗移栽13天后的病死株数量处理病株(不含死株)死株ck(15株)17t1(15株)23t2(15株)01实施例2一种基于矿物腐殖质和蔬菜残体木霉发酵物的生物有机肥，以蔬菜残体与作物秸秆为主要原料，接种选棘孢木霉后进行固态发酵，形成固态发酵产物，将固态发酵产物与球磨矿物腐殖质混合，得到生物有机肥。其中，蔬菜残体与作物秸秆的质量比为15∶10；球磨矿物腐殖质与固态发酵产物的质量比为1.5∶1。生物有机肥中木霉孢子数大于2×107个/g肥料干基，有机质含量大于45％。所述蔬菜残体为叶菜类和根茎类蔬菜生产过程中或收获之后剩余的叶、根、茎，粉碎至1cm以下。所述作物秸秆粉碎至10目以下的大豆秸秆。所述球磨矿物腐殖质为粒度小于1000目的球磨风化煤。一种生物有机肥的制备方法，包括以下步骤：(1)制备木霉种子液，木霉活菌数为2.5×108个/ml。(2)将蔬菜残体与作物秸秆混合，同时添加质量为蔬菜残体与作物秸秆总质量10％的营养液，ph控制在5～6，118℃湿热灭菌25分钟，制成混合原料，含水率在65wt％。其中，所述营养液中含有nano32g，kh2po41.5g，cacl20.3g，mgso4·7h2o0.3g，feso4·7h2o0.005g，mnso4·h2o0.0016g，znso4·h2o0.0014g，cocl20.0005g，水1000ml。(3)将混合原料平铺至器皿中，平铺后厚度为2.5cm，将木霉种子液均匀喷洒到混合原料表面，搅拌，用多层纱布进行表面覆盖后进行固态发酵，接种量为8％，固态发酵温度26℃，发酵6天，得到固态发酵产物；固态发酵产物中木霉孢子含量在1×108个/g以上。(4)将固态发酵产物常温干燥至含水率小于40wt％，与球磨矿物腐殖质混合得到生物有机肥。实施例3一种基于矿物腐殖质和蔬菜残体木霉发酵物的生物有机肥，以蔬菜残体与作物秸秆为主要原料，接种木霉后进行固态发酵，形成固态发酵产物，将固态发酵产物与球磨矿物腐殖质混合，得到生物有机肥。其中，蔬菜残体与作物秸秆的质量比为10∶10；球磨矿物腐殖质与固态发酵产物的质量比为1∶1。生物有机肥中木霉孢子数3×107个/g肥料干基，有机质含量大于45％。所述蔬菜残体为叶菜类蔬菜生产过程中或收获之后剩余的叶、根、茎，切割至1cm以下。所述作物秸秆粉碎至10目以下的水稻秸秆。所述球磨矿物腐殖质为粒度小于1000目的球磨风化煤。一种生物有机肥的制备方法，包括以下步骤：(1)制备木霉种子液，木霉活菌数为1×108个/ml。(2)将蔬菜残体与作物秸秆混合，同时添加质量为蔬菜残体与作物秸秆总质量8％的营养液，ph控制在5～6，115℃湿热灭菌30分钟，制成混合原料，含水率在60wt％。其中，营养液中含有nano31.8-2.2g，kh2po41.4g，cacl20.35g，mgso4·7h2o0.25g，feso4·7h2o0.006g，mnso4·h2o0.0014g，znso4·h2o0.0016g，cocl20.0004g，水1000ml。(3)将混合原料平铺至器皿中，平铺后厚度为2cm，将木霉种子液均匀喷洒到混合原料表面，搅拌，用多层纱布进行表面覆盖后进行固态发酵，接种量为12％，固态发酵温度22℃，发酵7天，得到固态发酵产物；固态发酵产物中木霉孢子含量在1×108个/g以上。(4)将固态发酵产物常温干燥至含水率小于40wt％，与球磨矿物腐殖质混合得到生物有机肥。实施例4一种基于矿物腐殖质和蔬菜残体木霉发酵物的生物有机肥，以蔬菜残体与作物秸秆为主要原料，接种木霉后进行固态发酵，形成固态发酵产物，将固态发酵产物与球磨矿物腐殖质混合，得到生物有机肥。其中，蔬菜残体与作物秸秆的质量比为20∶10；球磨矿物腐殖质与固态发酵产物的质量比为2∶1。生物有机肥中木霉孢子数大于3×107个/g肥料干基，有机质含量大于45％。所述蔬菜残体为根茎类蔬菜生产过程中或收获之后剩余的叶、根、茎，粉碎至3cm以下。所述作物秸秆粉碎至10目以下的大豆秸秆。所述球磨矿物腐殖质为粒度小于1000目的球磨风化煤。一种生物有机肥的制备方法，包括以下步骤：(1)制备木霉种子液，木霉活菌数为5×108个/ml。(2)将蔬菜残体与作物秸秆混合，同时添加质量为蔬菜残体与作物秸秆总质量12％的营养液，ph控制在5～6，121℃湿热灭菌20分钟，制成混合原料，含水率在70wt％。其中，营养液中含有nano32.2g，kh2po41.4g，cacl20.35g，mgso4·7h2o0.25g，feso4·7h2o0.006g，mnso4·h2o0.0014g，znso4·h2o0.0016g，cocl20.0004g，水1000ml。(3)将混合原料平铺至器皿中，平铺后厚度为3cm，将木霉种子液均匀喷洒到混合原料表面，搅拌，用多层纱布进行表面覆盖后进行固态发酵，接种量为9％，固态发酵温度30℃，发酵5天，得到固态发酵产物；固态发酵产物中木霉孢子含量在1×108个/g以上。(4)将固态发酵产物常温干燥至含水率小于40wt％，与球磨矿物腐殖质混合得到生物有机肥。本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。当前第1页12