專利名稱：：梯次循環(huán)接種溫控堆肥的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬農(nóng)業(yè)科學(xué)中利用微生物發(fā)酵制造天然肥料的
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種將農(nóng)業(yè)有機廢棄物堆肥發(fā)酵時所用的梯次循環(huán)接種微生物并控制堆肥溫度的方法。二
背景技術(shù)：
：我國是一個農(nóng)業(yè)大國，每年產(chǎn)生大約50億噸的農(nóng)業(yè)廢棄物，包括畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈、鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活垃圾、加工業(yè)廢棄物等，這些有機廢棄物的隨意丟棄不僅造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題，同時也是資源的巨大浪費。好氧堆肥是目前應(yīng)用較多的一種堆肥方法。傳統(tǒng)的好氧堆肥處理法主要利用堆料中的土著微生物自然發(fā)酵完成，各類微生物在堆肥過程中交替作用，逐步分解堆料中的有機物，并最終形成腐殖質(zhì)類物質(zhì)。由于堆料中土著微生物起始數(shù)量少、增殖慢，且多不耐高溫，降解能力弱等原因，導(dǎo)致傳統(tǒng)堆肥法可控性差、發(fā)酵時間長、腐熟質(zhì)量不穩(wěn)定、產(chǎn)生臭味等，無法達(dá)到集約化生產(chǎn)的大批量快速處理要求。為提高堆肥質(zhì)量和堆肥效率，國內(nèi)外的相關(guān)人員做了大量的研究工作。目前的進展主要集中在針對堆料中某些難降解成分開發(fā)對應(yīng)的降解菌劑和酶制劑等，如專利文獻(xiàn)CNZL200510097902.2《農(nóng)業(yè)廢棄物發(fā)酵菌劑及其制備方法》中公開了一種由扣囊復(fù)膜孢酵母ZJY和灰藤黃鏈霉菌W兩種新菌抹及另一已知菌種蠟狀芽孢桿菌E1—2制成復(fù)合菌劑或單一菌劑用于農(nóng)業(yè)廢棄物處理；專利文獻(xiàn)CN02154206.6《一種復(fù)合微生物發(fā)酵菌劑、制備方法及其用途》提出了一種由芽孢桿菌、無芽孢桿菌、酵母菌、放線菌、光合細(xì)菌、絲狀真菌和乳酸菌等七種^效生物組成的復(fù)合微生物發(fā)酵菌劑，用于畜禽糞便的處理；專利文獻(xiàn)CN200610078588.8《一種用于堆肥發(fā)酵的復(fù)合微生物菌劑及其生產(chǎn)方法和用途》公開了一種由釀酒酵母、植物乳桿菌、總狀毛霉、米曲霉組成的復(fù)合^:生物菌劑，用于堆肥發(fā)酵等。為了解決新接入的微生物與土著微生物竟?fàn)幍膯栴}，常采取在堆肥初期殺滅土著微生物的方法。在專利文獻(xiàn)CN02120353.9的發(fā)明專利申請《三階段溫度控制堆肥法》中，提出在堆肥初期要通熱空氣使溫度在3~5小時內(nèi)迅速達(dá)到75°C以上的高溫，維持6~10小時后殺滅土著微生物，冷卻至室溫再進行接種。但是土著微生物往往對具有復(fù)雜組分的堆料有較好的適應(yīng)性，在堆肥的過程中可以發(fā)揮不小的積極作用，能彌補外來接種微生物功能上的不足。完全殺死這些土著微生物是對微生物資源的一種浪費；而且升溫所需的熱空氣也還需要額外的能源。無論是從微生物資源利用還是節(jié)約能源角度，CN02120353.9的方法都不是一種最佳選擇。由于在堆肥過程中對堆料降解起促進作用的主要是微生物所生成的各類降解酶，因此直接接種酶液也能促進堆料的快速腐熟，接種酶液也不存在與土著微生物進行竟?fàn)幒娃卓沟膯栴}。因此，應(yīng)用酶制劑促進堆肥化具有一定的優(yōu)點，也是目前堆肥促腐劑發(fā)展的一個方向。專利文獻(xiàn)CN200510031704.6《一種促進農(nóng)業(yè)廢物堆肥腐熟的活性添加劑及其應(yīng)用》提出了由芽孢桿菌、黑曲霉、木霉、青霉按比例混合發(fā)酵產(chǎn)生的發(fā)酵液的復(fù)合酶液，用于堆肥的一次發(fā)酵階段，以促進果膠、半纖維素、纖維素等的降解；專利文獻(xiàn)CNZL200610031263.4《腐熟促進劑及其在農(nóng)業(yè)廢物堆肥化中的應(yīng)用》公開了一種由淀粉分解菌、果膠分解菌、半纖維素分解菌、纖維素分解菌和木質(zhì)素分解菌等分別發(fā)酵產(chǎn)生的發(fā)酵液經(jīng)濾除菌體后混合配制而成的復(fù)合酶液，用于農(nóng)業(yè)有機廢物的堆肥化。由于上述這些方法在堆肥添加降解菌劑或酶制劑時都采用了一次投入法，一次投入降解菌劑或酶制劑進行堆肥存在以下不足如添加單一酶制劑或單一功能菌劑往往只有利于堆料中某一類物質(zhì)的降解，不能促進堆料中其它物質(zhì)的腐解；由多種微生物混合成的復(fù)合菌劑采用一次投入法時，針對性不強，接種后的微生物群落需要在堆肥不同階段進行結(jié)構(gòu)上的自我調(diào)整，會損失不少有益的生物資源，而且具有纖維降解功能的菌群多為一些高溫或中溫的真菌及放線茵，常會產(chǎn)生一些制約其它菌群生長的次級代謝產(chǎn)物；復(fù)合酶液一次接種，各類不同酶系往往也不能在最佳反應(yīng)條件下發(fā)揮作用，大量浪費添加劑資源。目前常用的堆肥原料主要是畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈、食品加工業(yè)廢棄物、生活垃圾等，其基本成分包括粗蛋白、粗纖維、脂肪、淀粉和果膠等，而植物組織中纖維素和木質(zhì)素被認(rèn)為是比較難降解的，它們的分解轉(zhuǎn)化效率直接影響堆肥的腐熟效果。一般都認(rèn)為在堆肥的發(fā)酵初期木質(zhì)纖維素不發(fā)生降解，其分解轉(zhuǎn)化主要發(fā)生在高溫階段和腐熟階段。植物組織的細(xì)胞壁主要由果膠、纖維素、半纖維素和木質(zhì)素相互嵌合而成，果膠、半纖維素、纖維素的降解能顯著破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，這些物質(zhì)在前期的有效降解一定能顯著提高后期微生物對木質(zhì)素、纖維素的攻擊分解。因此如果在堆肥發(fā)酵的初期促使木質(zhì)纖維素類物質(zhì)降解，必然有助于加速堆肥的腐熟。基于上述分析和一次投入法的不足，也有研究者提出了不同的解決方案。如專利文獻(xiàn)CNZL03118137.6《兩次接種微生物復(fù)合菌劑堆肥法》公開了分別在堆肥開始和堆肥物料溫度升至5560。C時兩次添加兩種不同功能的復(fù)合菌劑進行堆肥的方法；專利文獻(xiàn)CNZL200610031262.X《兩次添加不同促腐發(fā)酵劑的垃圾堆肥法及其促腐發(fā)酵劑》提出了一種在堆料的不同堆制階段，即堆肥開始和堆肥降溫階段的中后期，兩次添加不同的兩種復(fù)合酶制劑的垃圾堆肥法。這些方法在一200710190996.7說明書第3/7頁定程度上符合了堆肥過程不同階段的需要制備相應(yīng)的含多類酶的復(fù)合菌群或酶液的要求。但是，這些方法每次堆料發(fā)酵都需要使用新的菌劑或酶制劑，增加了堆肥成本，且菌劑或酶制劑的投加種類和投加時機也有待進一步研究改進。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是研究改進菌劑或酶制劑的投加種類和投加時機，探索更加經(jīng)濟合理的堆肥方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種梯次循環(huán)接種溫控堆肥的方法，在堆肥過程的三個不同階段，根據(jù)堆溫分別添加三種不同的促腐降解菌劑，其特征在于a.在堆肥初期，將中低溫促腐降解菌劑混入堆肥原料中進行堆制發(fā)酵，中低溫促腐降解菌劑可以是假單胞菌屬解脂肪菌、放線菌目或芽孢桿菌屬解淀粉菌、芽孢桿菌屬解蛋白菌、假絲酵母菌屬解半纖維素菌、曲霉屬解果膠菌、乳酸菌中的一種或多種組合；b.堆溫上升到55~60°C、維持5天以上后，添加嗜高溫促腐降解菌劑，充分混勻后繼續(xù)堆制發(fā)酵，嗜高溫促腐降解菌劑可以是芽孢桿菌屬嗜高溫蛋白降解菌、曲霉屬嗜高溫解果膠菌、曲霉屬嗜高溫半纖維素降解菌、青霉或木霉屬嗜高溫纖維素降解菌中的一種或多種組合；c.進入堆肥降溫階段、堆溫下降到3040'C后，添加半纖維素、纖維素、木質(zhì)素促腐降解菌劑、充分混勻后繼續(xù)堆制發(fā)酵；半纖維素、纖維素、木質(zhì)素促腐降解菌劑可以是曲霉屬半纖維素降解菌、青霉或木霉等纖維素降解菌、白腐菌或褐腐菌等木質(zhì)素降解菌中的一種或多種組合；d.在上述三個階段中，在每個階段的堆制發(fā)酵過程中，取出其中的一部分原料作為功能菌劑供下一輪堆肥接種使用。本發(fā)明中所提及的各種微生物均可使用已知微生物，且采用常規(guī)的制備方法。本發(fā)明的有益效果在于(1)不需要每次發(fā)酵都接種新菌劑，明顯降低堆肥成本；(2)三種在不同溫度發(fā)揮作用的功能菌群在堆肥的不同階段梯次接種，有利于在其活性的適宜條件下發(fā)揮作用，并有利于其增殖和取得數(shù)量上的優(yōu)勢地位；,(3)外接菌群通過堆肥過程中的自我調(diào)整實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，土著微生物與外來菌群實現(xiàn)和諧互補，在堆肥的過程中積極發(fā)揮作用，因而循環(huán)接種所使用的功能菌劑中各功能菌群實現(xiàn)了平衡最優(yōu)化，并充分適應(yīng)堆肥復(fù)雜的原料組分和腐熟進程。接種的外源微生物如何有效的與土著微生物竟?fàn)?，如何利用土著微生物對?fù)雜組分堆料的適應(yīng)性，充分發(fā)揮其積極作用，彌補外來接種微生物在功能上的不足，一直是困擾堆肥菌劑發(fā)展的問題。完全殺死這些土著微生物，可以解決外源微生物與土著微生物的竟?fàn)庌卓箚栴}，卻是對土著微生物資源的一種浪費，完全消除了土著微生物在堆肥中所起的積極作用。循環(huán)接種能有效克服外接微生物與土著孩i生物的竟?fàn)?、拮抗問題，充分發(fā)揮土著微生物的積極作用，達(dá)到事半功倍的效果。四圖1為梯次循環(huán)接種法與對照處理的堆肥溫度變化曲線。五具體實施例方式實施例1:三種不同促腐降解菌劑的制取市購或從有關(guān)微生物保藏機構(gòu)獲得所需的菌種，在對應(yīng)的培養(yǎng)基上按常規(guī)進行斜面活化培養(yǎng)和液體擴培培養(yǎng)。所使用的斜面活化培養(yǎng)基有PDA培養(yǎng)基、營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基、阿須貝培養(yǎng)基、MRS培養(yǎng)基等；所使用的液體擴培培養(yǎng)基有PDA培養(yǎng)基(培養(yǎng)霉菌、酵母菌)、肉湯培養(yǎng)基(培養(yǎng)細(xì)菌)、高氏l號培養(yǎng)基(培養(yǎng)放線菌)、MRS培養(yǎng)基(培養(yǎng)乳酸菌)等。不同菌種的液體擴培完成后，直接以各種微生物培養(yǎng)液以重量配比為解月旨肪菌15-25%解淀粉菌15-25%解蛋白菌15~25%解半纖維素菌10~20%解果膠菌10~20%乳酸菌5~15%的比例制成中低溫促腐降解菌劑；以各種^t生物培養(yǎng)液在菌劑中的重量配比為嗜高溫蛋白降解菌10~20%嗜高溫解果膠菌10~20%嗜高溫半纖維素降解菌30~40%嗜高溫纖維素降解菌30~40%的比例制成嗜高溫促腐降解菌劑；以各種微生物培養(yǎng)液在菌劑中的重量配比為半纖維素降解菌20-30%纖維素降解菌35-40%、木質(zhì)素降解菌35-40%的比例制成半纖維素、纖維素、木質(zhì)素促腐降解菌劑。各微生物的具體使用菌種分別是解脂肪菌一一銅綠假單胞菌解淀粉菌一_諾卡氏菌解蛋白菌一一枯草芽孢桿菌解半纖維素菌一一產(chǎn)朊假絲酵母解果膠菌一一米曲霉乳酸菌一一植物乳桿菌嗜高溫蛋白降解菌一一地衣芽孢桿菌嗜高溫解果膠菌__黑曲霉嗜高溫半纖維素降解菌一一黑曲霉嗜高溫纖維素降解菌一一綠色木霉半纖維素降解菌一_里氏木霉纖維素降解菌_一點青霉木質(zhì)素降解菌一_黃孢原毛平革菌上述僅是我們推薦的菌劑配方組成，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以基于本發(fā)明的精神在本發(fā)明的基礎(chǔ)上進行拓展和延伸。本發(fā)明對現(xiàn)有技術(shù)的貢獻(xiàn)在于不同類群微生物的搭配，而至于各組分的含量是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知和常用的，根據(jù)要處理的有機廢棄物的成分和選用的微生物的功能來確定，本發(fā)明微生物發(fā)酵劑的劑型及制備方法也是常規(guī)的。實施例2:將以奶牛場牛糞80%(重量百分比)、小麥秸稈20%(重量百分比)構(gòu)成的有機廢棄物原料條垛形堆制，發(fā)酵初期控制水分60%。a.堆肥初期，將中低溫促腐降解菌劑按堆肥原料重量的2%直接添加，充分混勻后進行堆制發(fā)酵；b.當(dāng)堆溫上升到55~6(TC，進入堆肥高溫期維持5天以上后，按堆肥原料重量的2%直接添加嗜高溫促腐降解菌劑，充分混勻后繼續(xù)堆制發(fā)酵；c.進入堆肥降溫階段、堆溫下降到304(TC后，再按堆肥原料重量的3%添加半纖維素、纖維素、木質(zhì)素促腐降解菌劑，充分混勻后繼續(xù)堆制發(fā)酵直至完成。在堆肥進程中，每天記錄氣溫與堆溫的變化，根據(jù)不同升溫情況適當(dāng)翻堆以維持良好的發(fā)酵狀態(tài)。對照例處理原料成分配比相同，堆肥初期一次性按照使用說明加入某市售堆肥腐熟菌劑，條垛形堆制，堆制過程中不添加任何物質(zhì)。在堆肥進程中，每天記錄氣溫與堆溫的變化，根據(jù)不同升溫情況適當(dāng)翻堆以維持良好的發(fā)酵狀態(tài)。兩種堆肥方法的效果對比如圖l和表l、表2所示。從圖l、表1和表2所示可看出，堆料中微生物數(shù)量在整個堆肥的過程中都比普通方法具有優(yōu)勢，微生物數(shù)量的增多也促進了堆肥初始階段堆料的升溫，使堆料在第3天就達(dá)到了55~6(TC的高溫，添加的高溫解纖維菌還有助于保持高溫發(fā)酵階段，堆溫高于60。C的天數(shù)達(dá)到了11天，而對照處理僅為6天，有效地促進了堆料腐熟、提高堆肥效率，可比普通堆肥法提早5~IO天收獲堆肥成品。同時，促腐降解菌劑所含的復(fù)合酶系可以加速堆料物質(zhì)降解，其中纖維素降解率提高了20.1%，木質(zhì)素降解率提高了17.1%。表1堆肥過程中的微生物數(shù)量變化(單位Cfi]/g干樣)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2堆肥過程中幾種有機物的總降解率(100%)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例3:如實施例2所述，在三個不同的堆肥階段中，在每個階段的堆制發(fā)酵過程中，取出其中的一部分原料作為功能菌劑供下一輪堆肥接種使用。循環(huán)接種量控制在10-20%(重量百分比)。循環(huán)回復(fù)接種后，不需要每次發(fā)酵再投加新菌種，不僅明顯降低了堆肥成本，而且在多次循環(huán)回復(fù)接種后，由于各功能菌群更加平〗軒優(yōu)化，堆肥效果更好。表3、表4為經(jīng)過10輪梯次循環(huán)回復(fù)接種后的各項數(shù)據(jù)實測結(jié)果。表3梯次循環(huán)接種后堆肥的微生物數(shù)量_(單位Cfu/g干樣)_第二次接種前第三次接種前降溫期后期細(xì)菌3.5X1076.1X1063.7X109真菌4.2X1057.1X1062.3X107放線菌4.7X1066.4X1077.5X106表4梯次循環(huán)接種后堆肥的主要有機成分分解效果(100%)第二次接種前第三次接種前降溫期后期果膠44.971.982.1半纖維素22.170.784.3纖維素11.449.170.4木質(zhì)素5.322.342.7實測數(shù)據(jù)說明，循環(huán)接種確實能有效克服外接微生物與土著微生物的拮抗問題，充分發(fā)揮土著孩i生物的積極作用，達(dá)到事半功倍的效果。權(quán)利要求1.一種梯次循環(huán)接種溫控堆肥的方法，在堆肥過程的三個不同階段，根據(jù)堆溫分別添加三種不同的促腐降解菌劑，其特征在于a.在堆肥初期，將中低溫促腐降解菌劑混入堆肥原料中進行堆制發(fā)酵；b.堆溫上升到55～60℃、維持5天以上后，添加嗜高溫促腐降解菌劑進行堆制發(fā)酵；c.進入堆肥降溫階段、堆溫下降到30～40℃后，添加半纖維素、纖維素、木質(zhì)素促腐降解菌劑進行堆制發(fā)酵；d.在上述三個階段中，在每個階段的堆制發(fā)酵過程中，取出其中的一部分原料作為功能菌劑供下一輪堆肥接種使用。2.如權(quán)利要求l所述的梯次循環(huán)接種溫控堆肥的方法，其特征在于a.堆肥初期使用的中低溫促腐降解菌劑可以是假單胞菌屬解脂肪菌、放線菌目或芽孢桿菌屬解淀粉菌、芽孢桿菌屬解蛋白菌、假絲酵母菌屬解半纖維素菌、曲霉屬解果膠菌、乳酸菌中的一種或多種組合；b.堆溫在55~60。C時添加的嗜高溫促腐降解菌劑可以是芽孢桿菌屬嗜高溫蛋白降解菌、曲霉屬嗜高溫解果膠菌、曲霉屬嗜高溫半纖維素降解菌、青霉或木霉屬嗜高溫纖維素降解菌中的一種或多種組合；c.堆肥降溫階段添加的半纖維素、纖維素、木質(zhì)素促腐降解菌劑可以是曲霉屬半纖維素降解菌、青霉或木霉等纖維素降解菌、白腐菌或褐腐菌等木質(zhì)素降解菌中的一種或多種組合；全文摘要一種梯次循環(huán)接種溫控堆肥的方法，在堆肥過程的三個不同階段，根據(jù)堆溫分別添加三種不同的促腐降解菌劑，且在每個階段的堆制發(fā)酵過程中，取出其中的一部分原料作為功能菌劑供下一輪堆肥接種使用。由于不需要每次發(fā)酵都接種新菌劑，明顯降低了堆肥成本，且循環(huán)接種能有效克服外接微生物與土著微生物的拮抗問題，充分發(fā)揮了土著微生物的積極作用，達(dá)到事半功倍的效果。文檔編號C05F17/00GK101186537SQ20071019099公開日2008年5月28日申請日期2007年12月5日優(yōu)先權(quán)日2007年12月5日發(fā)明者林先貴,王一明申請人:中國科學(xué)院南京土壤研究所