一种促进农业废物堆肥腐熟的活性添加剂及其应用

1.一种促进农业废物堆肥腐熟的活性添加剂，其特征在于该活性添加剂是由芽孢杆 菌、黑曲霉、木霉、青霉混合发酵制备的含有果胶酶、木质纤维素酶、木聚糖酶和多酚 氧化酶的发酵液即复合酶液，它是将纯化培养的芽孢杆菌、黑曲霉、木霉、青霉分别从 保藏的斜面培养基上接种至牛肉膏蛋白胨培养基、查氏培养基、麦芽汁培养基和马铃薯 蔗糖培养基，每个1L的发酵瓶中装培养基200ml，培养温度35～37℃，摇床转速180～ 200rpm，培养24～36h，得芽孢杆菌、黑曲霉、木霉、青霉的种子液，再将上述种子液 按下述体积比混合后，以5～10％的接种量接种至发酵培养基中发酵培养而得，
芽孢杆菌    15～20％
黑曲霉      30～40％
木霉        20～25％
青霉        20～25％。
2.一种如权利要求1所述的促进农业废物堆肥腐熟的活性添加剂的应用，其特征在 于经滤去菌体和固体基质的发酵液，在堆制初期按堆肥原料重量的0.5～1％加入。

技术领域\n本发明涉及固体废物处理，具体涉及一种促进农业废物堆肥腐熟的酶液处理。\n背景技术：\n我国是农业大国，每年产生的大量农业废物不仅影响环境，更是资源浪费。好氧堆 肥是农业废物资源化和无害化处理的重要手段，由于农业废物，尤其是作物秸秆中富含 难降解的木质纤维素，使其存在堆肥化处理周期长、堆肥品质低等问题。接种微生物菌 体是目前常用的促进堆肥进程的方法，在ZL 03118137.6的发明专利“两次接种微生物 复合菌剂堆肥法”中，提出在高温阶段和二次发酵的降温阶段分别添加1#复合菌剂和2# 复合菌剂，发挥它们的木质纤维素降解能力，促进堆肥的快速腐熟。但是，目前接种菌 体的方法都是基于木质纤维素降解主要发生在高温阶段和腐熟阶段，因而分别由高温放 线菌、中温真菌发挥作用。一般都认为在堆肥一次发酵初期木质纤维素不发生降解，在 该阶段采取方法促进难降解有机物降解以加快堆肥进程未见有报道。\n由于植物组织的细胞壁主要由果胶、纤维素、半纤维素和木质素相互嵌合而成，果 胶、半纤维素、纤维素的降解能显著破坏细胞壁结构，增强细胞壁的渗透性，因此这些 物质在前期的有效降解能显著提高后期微生物对木质素、纤维素的攻击。堆肥的一次发 酵阶段，由于含有大量易降解有机物，在该阶段添加果胶、木质纤维素降解菌不能明显 起到降解此类物质的作用。因此如何在堆肥发酵的初期促使木质纤维素类物质降解，必 然有助于加速堆肥的腐熟。\n发明内容：\n本发明目的旨在促进果胶、木质纤维素等难降解有机物在一次发酵阶段的初期降解， 从而加快堆肥化进程，提高堆肥成品质量。\n上述发明目的是通过以下技术方案实现的：\n一种促进农业废物堆肥腐熟的活性添加剂，是由芽孢杆菌、黑曲霉、木霉、青霉混 合发酵制备的含有果胶酶、木质纤维素酶、木聚糖酶和多酚氧化酶的发酵液即复合酶液；\n制备复合酶液的芽孢杆菌、黑曲霉、木霉、青霉的种子液以下列体积比混合发酵：\n芽孢杆菌    15～20％\n黑曲霉      30～40％\n木霉        20～25％\n青霉        20～25％。\n促进农业废物堆肥腐熟的活性添加剂的应用，将经滤去菌体和固体基质的发酵液， 在堆制初期按堆肥原料重量的0.5～1％加入。\n下面结合附图进一步详述本发明。\n附图说明：\n图1堆制过程中粗纤维降解率变化；\n图2堆制过程中种子发芽率变化；\n活性添加剂的制备经以下两个步骤：\n1、种子培养：将纯化培养的芽孢杆菌、黑曲霉、木霉、青霉分别从保藏的斜面培养 基上接种至牛肉膏蛋白胨培养基、查氏培养基、麦芽汁培养基和马铃薯蔗糖培养基，每 个1L的发酵瓶中装培养基200ml，培养温度35～37℃，摇床转速180～200rpm，培养 24～36h。\n2、发酵培养：将上述种子培养液按下述比例混合后，以5～10％的接种量接种至发 酵培养基中。\n种子培养液混合比例：\n芽孢杆菌   15～20％\n黑曲霉     30～40％\n木霉       20～25％\n青霉       20～25％\n发酵培养基成分：豆饼粉2～4％，稻草粉1～2％，麸皮0.75～1％，NH4NO3 0.5％， CaCl2 0.2％。发酵罐的培养条件为温度35～37℃，搅拌速度450～550rpm，通气量1.1～ 1.3vvm。培养3～5d后，发酵液经四层纱布过滤除去菌体和固体基质后即得到多酶体系 的堆肥活性添加剂。\n按上述方法发酵产生的活性添加剂具有较高的果胶酶活和木质纤维素酶活，果胶酶 活可达74～120U·ml-1，木聚糖酶活可达60～100U·ml-1，滤纸纤维素酶活可达32～45 U·ml-1，多酚氧化酶活性可达1～3.5U·ml-1。农业废物经粉碎调节C/N比后，以堆肥原料 重量的0.5～1％加入活性添加剂，充分混匀后上堆。\n农业原料中果胶和木质纤维素含量比较高，这些物质虽然较难降解，但是由于它们 具有一定的水渍性，尤其是原料经破碎后，活性添加剂的加入能有效启动堆肥初期阶段 果胶和木质纤维素的降解，使植物组织细胞壁发生崩解，有助于后期木质纤维素降解菌 的进一步作用，使粗纤维降解速度和降解率提高。有活性添加剂的堆体在堆肥初期及后 期阶段各种有机物降解率都有所提高。堆肥一次发酵处理果胶、半纤维素、纤维素、木 质素含量分别从3.61％、22.31％、31.02％、14.38％降至3.19％、20.24％、29.05％、14.13％， 其降解率比对照组分别提高了4.99％、4.08％、3.16％、0.97％；堆肥二次发酵处理果胶、 半纤维素、纤维素、木质素含量分别为1.4％、7.25％、13.86％、13.03％，其降解率比对 照组分别提高了12.19％、15.73％、12.02％、3.06％。同时，种子发芽率提前5天到达80％， 堆肥腐熟进程加快，堆肥成品品质得到改善。\n具体实施方式：\n1、种子培养：将枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、黑曲霉(Aspergillus niger)、绿 色木霉(Trichoderma viride)、简青霉(Penicillium simplicissimum)分别从斜面培养基接 种至牛肉膏蛋白胨培养基、查氏培养基、麦芽汁培养基和马铃薯蔗糖培养基，1L三角瓶 中装培养基200ml，37℃、200rpm，培养30h。\n2、发酵培养：5L全自动发酵罐中装发酵培养基4L，将种子培养液分别按18％、35％、 22％、25％的比例混合，然后按8％将混合种子液接种至发酵罐，在37℃、500rpm、1.2vvm 条件下培养4d。\n3、得到的发酵液用四层纱布过滤去除菌体和固体基质后即为活性添加剂。经测定， 该活性添加剂果胶酶活为78.4U·ml-1，木聚糖酶活为65.9U·ml-1，滤纸纤维素酶活为42.3 U·ml-1，多酚氧化酶活性为2.4U·ml-1。\n4、采集长沙郊区农业废物，包括各类菜叶、秸秆等，经粉碎后用麸皮调节C/N为 25，含水率为55％，有机质为70％，同时按专利申请号为03118137.6的发明专利“两次 接种微生物复合菌剂堆肥法”添加复合菌剂A(铜绿假单孢菌Psedomanas aeruginosa 25％，枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis 20％，米曲霉Aspergillus oryzae 25％，解脂假丝酵母 Candida lipolytica 20％，褐球固氮菌Azotobacter chroococcum 10％)，将活性添加剂以1％ 的重量比加入原料，混合均匀后上仓式堆肥装置，装置的有效容积为0.8m3。待堆肥物料 的温度升至55～60℃后添加复合菌剂B(康宁木霉Trichoderma koningii 35％，粪肥纤维 单胞菌Cellulomonas fimi 30％，黄孢原毛平革菌Phanerochete chrysosporium 35％)。对照 处理的原料来源和预处理相同，不加活性添加剂，其他堆制方法相同。\n堆肥过程中检测粗纤维含量，并用堆肥浸提液检测种子发芽指数，两种不同堆肥过 程的反应效果见图1和图2所示。\n通过比较可发现堆肥系统中加入活性添加剂，可加快粗纤维的降解，其降解率提高 了11.34％。另外，活性添加剂可以提高种子发芽指数，并使其提前5天达到80％，认为 活性添加剂能加快堆肥腐熟，提高堆肥效率和成品品质。该活性添加剂制取及应用方法 简单，同时与其他微生物接种的堆肥工艺相结合，有更好的应用前景。