專利名稱：蒸汽爆碎秸稈固態(tài)發(fā)酵制備沙化土地改良材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備沙化土地改良材料的方法，特別涉及一種以蒸汽爆碎秸 稈固態(tài)發(fā)酵制備沙化土地改良材料的方法背景技術(shù)土地沙化是我國當(dāng)前最為嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題之一，沙化土地面積為173.97 萬平方公里，占國土面積的18.12%,雖然我國近年來加大了沙化土地治理與改 良的力度，但現(xiàn)在仍處于治理與沙化相持的階段。采用秸稈進(jìn)行沙化土地治理在 我國自上世紀(jì)90年代開始應(yīng)用，初期的主要做法與國外相似，多采用秸稈埋制 成防沙障或覆蓋防沙，但由于不能從根本上解決問題，這種應(yīng)用方式只能是很有 限的輔助措施。由于干旱缺水、植被破壞、土壤質(zhì)地差是土地沙化的主要驅(qū)動(dòng)力，因此，國 內(nèi)外學(xué)者認(rèn)識(shí)到對(duì)土壤質(zhì)地進(jìn)行改良、提高水分涵養(yǎng)能力及植被建設(shè)是防治土地沙化的根本措施，并圍繞這些方面開展了大量研究，應(yīng)用化學(xué)材料改良曾成為研 究的熱點(diǎn)。但由于成本太高，并且植物對(duì)大量化學(xué)改良劑的吸收率有限，長期施 用不僅會(huì)污染地下水，而且會(huì)造成土壤板結(jié)，破壞生態(tài)環(huán)境。因此，秸稈在土地 沙化治理與改良上的作用又逐漸被重視起來。從現(xiàn)有研究來看，以秸稈為主要原 料的沙化土地改良材料的試驗(yàn)效果并不低于化學(xué)材料，與單純化學(xué)材料相比具有 原材料易得、成本低、持效期長、功能齊全等優(yōu)點(diǎn)。目前，我國大多數(shù)沙化土地改良材料或改良劑在利用秸稈作為添加物時(shí)往往 簡單的采用機(jī)械粉碎的物理方法，由于預(yù)處理較簡單，在進(jìn)行堆肥時(shí)堆漚周期較 長，產(chǎn)品品質(zhì)較差，還田后肥效低。有的方法(CN1534006A)雖然從改善土壤 肥力的角度出發(fā)，但卻沒有明顯提高土壤的吸水能力，且產(chǎn)品加工過程能耗較高； 還有采用植物秸稈制備生物活性保水改良劑的報(bào)道(CN1498941A)，但其活性吸 水材料的制備需要化學(xué)酸堿進(jìn)行處理，會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定程度的污染。此外，由 于秸稈營養(yǎng)成分含量不平衡，在用于土地改良時(shí)往往需要額外添加一定比例的無 機(jī)肥料、有機(jī)氮源、腐殖酸及稀有金屬化合物(CN1257855A)，并沒有從根本上降低產(chǎn)品成本。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的針對(duì)現(xiàn)有利用秸稈制備沙化土地改良材料預(yù)處理工藝不理 想，存在環(huán)境污染，以及加工過程需額外添加無機(jī)肥、腐殖酸、營養(yǎng)物等成分導(dǎo) 致的應(yīng)用成本過高的問題，提供一種蒸汽爆碎秸稈固態(tài)發(fā)酵制備沙化土地改良材 料的方法，通過蒸汽爆碎和固態(tài)發(fā)酵處理，改善秸稈原料的質(zhì)地和特性，增加生 物肥料的功效以減少化肥的用量和環(huán)境污染，降低土地沙化防治的技術(shù)成本。本發(fā)明的思路本發(fā)明提供的蒸汽爆碎秸稈固態(tài)發(fā)酵制備沙化土地改良材 料的方法，利用秸稈纖維特性制成類似于化學(xué)改良材料的功能產(chǎn)品，利用物理及 生物法對(duì)秸稈進(jìn)行處理，分別釆用蒸汽爆碎和固態(tài)發(fā)酵提高物料的吸水性、腐殖 化和營養(yǎng)元素的含量，然后與可降解的強(qiáng)吸水性材料--細(xì)菌纖維素在一定工藝條 件下形成制劑，不僅可以改善土壤微結(jié)構(gòu)、明顯提高土壤蓄水能力、減少活性保 水劑的用量，而且固態(tài)發(fā)酵后富集的大量土壤有益微生物具有蓄水保墑、營養(yǎng)元 素緩釋等功能，適合于沙化土地防治的大規(guī)模應(yīng)用。本發(fā)明的技術(shù)路線本發(fā)明提供的以蒸汽爆碎秸稈固態(tài)發(fā)酵制備沙化土地改良材料的方法，其技術(shù)路線為1. 蒸汽爆碎秸稈原料的制備將整株秸稈粗切至3~5厘米，根據(jù)原料重量按1: 1 2的比例加水浸潤10~20 分鐘，將原料加入汽爆罐中，通入高壓蒸汽，將汽爆罐壓力控制在1.5 1.7MPa， 壓力維持時(shí)間4 8分鐘，然后迅速打開出料閥泄去罐中壓力，秸稈從出料口噴出 并爆碎，制得蒸汽爆碎處理的秸稈原料；2. 復(fù)合菌系固態(tài)發(fā)酵a. 單菌株種子液的制備配制綠色木霉、褐色球形固氮菌、棕色固氮菌、解磷巨大芽孢桿菌、凍膠樣 芽孢桿菌、哈茨木霉的液體培養(yǎng)基，從各菌株斜面取一環(huán)菌苔，分別接入液體培 養(yǎng)基，于120轉(zhuǎn)/分鐘振搖培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度25 28'C，培養(yǎng)2 3天，即得種子液；b. 復(fù)合菌系固態(tài)發(fā)酵將蒸汽爆碎秸稈原料粉碎，過20目篩，添加其重量15~25%的麩皮，混合攪拌均勻，即得固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)。向固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)中加水并攪拌均勻，調(diào)整固液比為1: 4~6，高壓蒸汽滅菌 20分鐘，然后接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量4~6%的綠色木霉種子液，置于恒溫培養(yǎng)箱， 培養(yǎng)溫度為25~28°C，培養(yǎng)2 3天，結(jié)束后接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量5 7%的褐色 球形固氮菌種子液、5 7%的棕色固氮菌種子液、4~6%的解磷巨大芽孢桿菌種子 液、4 6%的凍膠樣芽孢桿菌種子液、5~7%的哈茨木霉種子液進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)溫 度為25 28'C，培養(yǎng)4 6天；3. 細(xì)菌纖維素發(fā)酵將木醋桿菌接入醋酸菌液體培養(yǎng)基，接種量2~4%， 28 3(TC靜置培養(yǎng)7~9 天，可適當(dāng)延長發(fā)酵周期以提高細(xì)菌纖維素產(chǎn)量。4. 發(fā)酵結(jié)束后將固態(tài)發(fā)酵物料與細(xì)菌纖維素按1: 0.03 0.05混合，在常溫下 干燥，即制得沙化土地改良材料。所述的整株秸稈原料為玉米秸稈、小麥秸稈、水稻秸稈或油菜稈。 所述的蒸汽爆碎秸稈與單純機(jī)械粉碎的秸稈相比，其吸水率高出32~40%，保水率高出80~100%。所述的發(fā)酵結(jié)束后將固態(tài)發(fā)酵物料與細(xì)菌纖維素按1: 0.03 0.05混合是以兩者的干重計(jì)。本發(fā)明提供的以蒸汽爆碎秸稈固態(tài)發(fā)酵制備的沙化土地改良材料，有機(jī)質(zhì)含 量〉60%，腐殖酸含量〉15%，有效活菌總數(shù)〉3億/克，氮、磷、鉀含量均〉5%。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例11. 蒸汽爆碎玉米秸稈的制備將整株玉米秸稈粗切至3 5厘米，根據(jù)原料重量按l: 2的比例加水浸潤15 分鐘，將原料加入汽爆罐中，通入高壓蒸汽，將汽爆罐壓力控制在1.5MPa，壓 力維持時(shí)間7分鐘，然后迅速打開出料閥泄去罐中壓力，秸稈從出料口噴出并爆 碎，制得蒸汽爆碎處理的玉米秸稈原料；2. 復(fù)合菌系固態(tài)發(fā)酵a.單菌株種子液的制備配制綠色木霉、褐色球形固氮菌、棕色固氮菌、解磷巨大芽孢桿菌、凍膠樣 芽孢桿菌、哈茨木霉的液體培養(yǎng)基，從各菌株斜面取一環(huán)菌苔，分別接入液體培 養(yǎng)基，于120轉(zhuǎn)/分鐘振搖培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度28。C，培養(yǎng)2天，得種子液；b.復(fù)合菌系固態(tài)發(fā)酵將蒸汽爆碎玉米秸稈粉碎，過20目篩，添加其重量15%的麩皮，混合攪拌 均勻，即得固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)。向固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)中加水并攪拌均勻，調(diào)整固液比為l: 6，高壓蒸汽滅菌20 分鐘，然后接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量6%的綠色木霉種子液，置于恒溫培養(yǎng)箱28'C 培養(yǎng)2天；結(jié)束后接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量7%的褐色球形固氮菌種子液、7%的棕 色固氮菌種子液、6%的解磷巨大芽孢桿菌種子液、6%的凍膠樣芽孢桿菌種子液、 7%的哈茨木霉種子液進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為28'C，培養(yǎng)4天；3. 細(xì)菌纖維素發(fā)酵將木醋桿菌接入醋酸菌液體培養(yǎng)基，接種量4%， 3(TC靜置培養(yǎng)7天，可適 當(dāng)延長發(fā)酵周期以提高細(xì)菌纖維素產(chǎn)量。4. 發(fā)酵結(jié)束后將固態(tài)發(fā)酵物料與細(xì)菌纖維素按1: 0.05混合，在常溫下干燥， 即制得蒸汽爆碎玉米秸稈沙化土地改良材料。以蒸汽爆碎玉米秸稈制備的沙化土地改良材料，有機(jī)質(zhì)含量為62%,腐殖酸 含量為17%，有效活菌總數(shù)約為3.22億/克，氮、磷、鉀含量分別為6.4%、 5.8%、 5.9%。實(shí)施例21. 蒸汽爆碎小麥秸稈的制備將整株小麥秸稈粗切至3~5厘米，根據(jù)原料重量按1: 1的比例加水浸潤20 分鐘，將原料加入汽爆罐中，通入高壓蒸汽，將汽爆罐壓力控制在1.5MPa，壓 力維持時(shí)間6分鐘，然后迅速打開出料閥泄去罐中壓力，秸稈從出料口噴出并爆 碎，制得蒸汽爆碎處理的小麥秸稈原料；2. 復(fù)合菌系固態(tài)發(fā)酵a.單菌株種子液的制備配制綠色木霉、褐色球形固氮菌、棕色固氮菌、解磷巨大芽孢桿菌、凍膠樣芽孢桿菌、哈茨木霉的液體培養(yǎng)基，從各菌株斜面取一環(huán)菌苔，分別接入液體培 養(yǎng)基，于120轉(zhuǎn)/分鐘振搖培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度25'C，培養(yǎng)3天，得種子液； b.復(fù)合菌系固態(tài)發(fā)酵將蒸汽爆碎小麥秸稈粉碎，過20目篩，添加其重量20%的麩皮，混合攪拌 均勻，即得固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)。向固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)中加水并攪拌均勻，調(diào)整固液比為l: 5，高壓蒸汽滅菌20 分鐘，然后接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量5%的綠色木霉種子液，置于恒溫培養(yǎng)箱28'C 培養(yǎng)3天；結(jié)束后接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量5%的褐色球形固氮菌種子液、5%的棕 色固氮菌種子液、5%的解磷巨大芽孢桿菌種子液、5%的凍膠樣芽孢桿菌種子液、 6%的哈茨木霉種子液進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為25'C，培養(yǎng)6天；3. 細(xì)菌纖維素發(fā)酵將木醋桿菌接入醋酸菌液體培養(yǎng)基，接種量2%， 3(TC靜置培養(yǎng)9天，可適 當(dāng)延長發(fā)酵周期以提高細(xì)菌纖維素產(chǎn)量。4. 發(fā)酵結(jié)束后將固態(tài)發(fā)酵物料與細(xì)菌纖維素按1: 0.03混合，在常溫下干燥， 即制得蒸汽爆碎小麥秸稈沙化土地改良材料。以蒸汽爆碎小麥秸稈制備的沙化土地改良材料，有機(jī)質(zhì)含量為61%，腐殖酸 含量為16%，有效活菌總數(shù)約為3.36億/克，氮、磷、鉀含量分別為6.1%、 5.6%、 5.5%。實(shí)施例31. 蒸汽爆碎水稻秸稈的制備將整株水稻秸稈粗切至3 5厘米，根據(jù)原料重量按1: 2的比例加水浸潤20 分鐘，將原料加入汽爆罐中，通入高壓蒸汽，將汽爆罐壓力控制在1.7MPa，壓 力維持時(shí)間5分鐘，然后迅速打開出料閥泄去罐中壓力，秸稈從出料口噴出并爆 碎，制得蒸汽爆碎處理的水稻秸稈原料；2. 復(fù)合菌系固態(tài)發(fā)酵a.單菌株種子液的制備配制綠色木霉、褐色球形固氮菌、棕色固氮菌、解磷巨大芽孢桿菌、凍膠樣 芽孢桿菌、哈茨木霉的液體培養(yǎng)基，從各菌株斜面取一環(huán)菌苔，分別接入液體培養(yǎng)基，于120轉(zhuǎn)/分鐘振搖培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度26'C，培養(yǎng)3天，得種子液； b.復(fù)合菌系固態(tài)發(fā)酵將蒸汽爆碎水稻秸稈粉碎，過20目篩，添加其重量25%的麩皮，混合攪拌 均勻，即得固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)。向固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)中加水并攪拌均勻，調(diào)整固液比為1: 4，高壓蒸汽滅菌20 分鐘，然后接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量5%的綠色木霉種子液，置于恒溫培養(yǎng)箱28'C 培養(yǎng)3天；結(jié)束后接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量5%的褐色球形固氮菌種子液、7%的棕 色固氮菌種子液、4%的解磷巨大芽孢桿菌種子液、6%的凍膠樣芽孢桿菌種子液、 5%的哈茨木霉種子液進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為26'C,培養(yǎng)6天；3. 細(xì)菌纖維素發(fā)酵將木醋桿菌接入醋酸菌液體培養(yǎng)基，接種量3%， 3(TC靜置培養(yǎng)8天，可適 當(dāng)延長發(fā)酵周期以提高細(xì)菌纖維素產(chǎn)量。4. 發(fā)酵結(jié)束后將固態(tài)發(fā)酵物料與細(xì)菌纖維素按1: 0.04混合，在常溫下干燥， 即制得蒸汽爆碎水稻秸稈沙化土地改良材料。以蒸汽爆碎水稻秸稈制備的沙化土地改良材料，有機(jī)質(zhì)含量為64%,腐殖酸 含量為15%，有效活菌總數(shù)約為3.17億/克，氮、磷、鉀含量分別為6.1%、 5.4%、 5.9%。實(shí)施例41. 蒸汽爆碎油菜秸稈的制備將整株油菜秸稈粗切至3~5厘米，根據(jù)原料重量按1: 1的比例加水浸潤15 分鐘，將原料加入汽爆罐中，通入高壓蒸汽，將汽爆罐壓力控制在1.5MPa，壓 力維持時(shí)間8分鐘，然后迅速打開出料閥泄去罐中壓力，秸稈從出料口噴出并爆 碎，制得蒸汽爆碎處理的油菜秸稈原料；2. 復(fù)合菌系固態(tài)發(fā)酵a.單菌株種子液的制備配制綠色木霉、褐色球形固氮菌、棕色固氮菌、解磷巨大芽孢桿菌、凍膠樣 芽孢桿菌、哈茨木霉的液體培養(yǎng)基，從各菌株斜面取一環(huán)菌苔，分別接入液體培 養(yǎng)基，于120轉(zhuǎn)/分鐘振搖培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度27'C，培養(yǎng)2天，得種子液；b.復(fù)合菌系固態(tài)發(fā)酵將蒸汽爆碎油菜秸稈粉碎，過20目篩，添加其重量20%的麩皮，混合攪拌 均勻，即得固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)。向固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)中加水并攪拌均勻，調(diào)整固液比為l: 6，高壓蒸汽滅菌20 分鐘，然后接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量5%的綠色木霉種子液，置于恒溫培養(yǎng)箱28'C 培養(yǎng)2天；結(jié)束后接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量6%的褐色球形固氮菌種子液、6%的棕 色固氮菌種子液、4%的解磷巨大芽孢桿菌種子液、4%的凍膠樣芽孢桿菌種子液、 6%的哈茨木霉種子液進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為27'C，培養(yǎng)5天；3. 細(xì)菌纖維素發(fā)酵將木醋桿菌接入醋酸菌液體培養(yǎng)基，接種量4%， 3CTC靜置培養(yǎng)8天，可適 當(dāng)延長發(fā)酵周期以提高細(xì)菌纖維素產(chǎn)量。4. 發(fā)酵結(jié)束后將固態(tài)發(fā)酵物料與細(xì)菌纖維素按1: 0.03混合，在常溫下干燥， 即制得蒸汽爆碎油菜秸稈沙化土地改良材料。以蒸汽爆碎油菜稈制備的沙化土地改良材料，有機(jī)質(zhì)含量為62%，腐殖酸含 量為18%，有效活菌總數(shù)約為3.41億/克，氮、磷、鉀含量分別為5.8%、 5.3%、 5.5%。
權(quán)利要求
1. 蒸汽爆碎秸稈固態(tài)發(fā)酵制備沙化土地改良材料，其步驟如下1)蒸汽爆碎秸稈原料的制備將整株秸稈粗切至3～5厘米，根據(jù)原料重量按1∶1～2的比例加水浸潤10～20分鐘，將原料加入汽爆罐中，通入高壓蒸汽，將汽爆罐壓力控制在1.5～1.7MPa，壓力維持時(shí)間4～8分鐘，然后迅速打開出料閥泄去罐中壓力，秸稈從出料口噴出并爆碎，制得蒸汽爆碎處理的秸稈原料；2)復(fù)合菌系固態(tài)發(fā)酵a.單菌株種子液的制備配制綠色木霉、褐色球形固氮菌、棕色固氮菌、解磷巨大芽孢桿菌、凍膠樣芽孢桿菌、哈茨木霉的液體培養(yǎng)基，從各菌株斜面取一環(huán)菌苔，分別接入液體培養(yǎng)基，于120轉(zhuǎn)/分鐘振搖培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度25～28℃，培養(yǎng)2～3天，即得種子液；b.復(fù)合菌系固態(tài)發(fā)酵將蒸汽爆碎秸稈原料粉碎，過20目篩，添加其重量15～25％的麩皮，混合攪拌均勻，即得固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)。向固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)中加水并攪拌均勻，調(diào)整固液比為1∶4～6，高壓蒸汽滅菌20分鐘，然后接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量4～6％的綠色木霉種子液，置于恒溫培養(yǎng)箱，培養(yǎng)溫度為25～28℃，培養(yǎng)2～3天，結(jié)束后接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量5～7％的褐色球形固氮菌種子液、5～7％的棕色固氮菌種子液、4～6％的解磷巨大芽孢桿菌種子液、4～6％的凍膠樣芽孢桿菌種子液、5～7％的哈茨木霉種子液進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為25～28℃，培養(yǎng)4～6天；3)細(xì)菌纖維素發(fā)酵將木醋桿菌接入醋酸菌液體培養(yǎng)基，接種量2～4％，28～30℃靜置培養(yǎng)7～9天，可適當(dāng)延長發(fā)酵周期以提高細(xì)菌纖維素產(chǎn)量。4)發(fā)酵結(jié)束后將固態(tài)發(fā)酵物料與細(xì)菌纖維素按1∶0.03～0.05混合，在常溫下干燥，即制得蒸汽爆碎秸稈沙化土地改良材料。
2、 如權(quán)利要求1所述的蒸汽爆碎秸稈固態(tài)發(fā)酵制備沙化土地改良材料，其 特征在于所述的整株秸稈為玉米秸稈、小麥秸稈、水稻秸稈或油菜稈。
3、 如權(quán)利要求1所述的蒸汽爆碎秸稈固態(tài)發(fā)酵制備沙化土地改良材料，其 特征在于所述的蒸汽爆碎秸稈與單純機(jī)械粉碎的秸稈相比，其吸水率高出32~40%，保水率高出80~100%。
4、如權(quán)利要求1所述的蒸汽爆碎秸稈固態(tài)發(fā)酵制備沙化土地改良材料，其 特征在于所述的發(fā)酵結(jié)束后將固態(tài)發(fā)酵物料與細(xì)菌纖維素按l: 0.03~0.05混合是以兩者的干重計(jì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及的一種以蒸汽爆碎秸稈固態(tài)發(fā)酵制備沙化土地改良材料的方法首先對(duì)秸稈進(jìn)行預(yù)處理，制得蒸汽爆碎的秸稈原料，粉碎后與麩皮進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，制成具有生物肥料和防治植物病害能力的功能性材料，然后與可降解的強(qiáng)吸水性材料細(xì)菌纖維素復(fù)配而成。產(chǎn)品不僅可以改善土壤微結(jié)構(gòu)、減少活性保水劑的用量，而且富集的大量土壤有益微生物具有蓄水保墑、營養(yǎng)元素緩釋等功能，適合于沙化土地防治的大規(guī)模應(yīng)用。其中，產(chǎn)品有機(jī)質(zhì)含量＞60％，腐殖酸含量＞15％，有效活菌總數(shù)＞3億/克。
文檔編號(hào)C12P19/04GK101245248SQ20081010298
公開日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者宋永民, 張建興, 陳洪章 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院過程工程研究所