[发明专利]一种新型降解农作物秸秆的复合菌剂

说明书

一、技术领域

本发明属于微生物应用技术领域，涉及微生物复合菌剂生产农用肥料技术，特别用于秸秆堆腐还田的一种降解农作物秸秆的真菌复合菌剂。

二、技术背景

农作物秸秆是农作物生产中的一种富含有效成分的可再生生物资源和潜在的非竞争资源。农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸秆中，除了大部分的碳元素外，含有的有机质有纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、脂肪和灰分等，矿物质元素有氮(0.5％-1.5％)、磷(0.1％-0.5％)、钾(0.74％-2.4％)、镁(0.01％-0.4％)、钙(0.2％-0.5％)、硅(1％-5％)和硫(0.11％-0.35％)等，是具有多种用途的可再生生物资源。农作物秸秆不仅富含有效成分，而且产量和总量很大，1公斤水稻或1公斤小麦可产生1.5公斤秸秆，1公斤玉米可产生4公斤玉米秸秆，我国每年各类农作物秸秆总产量达7亿吨以上，占世界总秸秆量的30％左右，其中稻草秸秆约2.3亿吨，玉米秸秆约2.2亿吨，花生和薯类藤蔓、甜菜叶等秸秆约1.0亿吨。据联合国环境规划署(UNEP)统计，全球每年农作物秸秆产量近20亿吨，大部分都没得到有效利用，在我国，农作物秸秆约有不足10％用做饲料，应用技术处理利用的秸秆不足3.0％，其余大多数秸秆采用焚烧处理，全国每年约有2/3的秸秆被直接焚烧掉。秸秆在田间焚烧时的高温可造成地表水分大量蒸发，破坏土壤的抗旱保湿能力，土壤中的有益虫体和微生物的存活受损，从而影响土壤耕层生态环境的良性循环，不仅如此，焚烧时的高温潜在诱发火灾的危险，产生的烟雾对公路、铁路以至民航起降均有影响，同时秸秆焚烧后产生的CO₂、CO、SO₂、NO₂、N₂O等有害气体，会造成严重的大气环境污染。20世纪90年代以来，随着农作物单产的大幅度提高，秸秆总量在迅速增加，如何把农作物秸秆这一丰富的、可再生的生物资源充分利用起来，已是全球所共同面临的农作物生产中的一个主要问题。

在农作物秸秆资源利用的诸多研究领域中，秸秆堆腐还田的技术研究占有重要的一席之地。秸秆堆腐的方法主要有物理、化学和生物三大类，其中以应用微生物学方法腐解效果最好，也就是我们常说的秸秆微生物堆腐方法，这种方法是利用微生物分解作用，促使农作物秸秆发酵腐熟，使秸秆中所含的有机质及氮、磷、钾等元素成为植物生长所需的营养，并繁殖大量的有益菌微生物，成为优良的绿色堆腐有机肥。利用微生物堆腐方法使秸秆还田，不仅可以提供植物生长所需的营养和有益菌微生物，而且可提高土壤水分的保蓄能力，改善土壤性状，增加土壤团粒结构，促进土壤有机质及氮、磷、钾等含量的增加，改善植株性状。有资料显示，每亩还田玉米秸秆500kg，等于施用土杂肥2500kg、碳铵11.7kg、过磷酸钙6.2kg、硫酸钾4.75kg，一年后土壤有机质含量相对增加0.05％～0.23％、全磷平均增加0.03％、速效钾增加31.2mg/kg、土壤容重降低0.03～0.16g/cm3、土壤孔隙度增加2％-4％。多年持续秸秆还田，可提高磷肥利用率、补充钾肥不足，地力可提高0.5％～1％个等级，平均增产幅度10％以上。然而，多年来农作物秸秆堆腐还田并没有得到充分的应用，其中最关键的原因是不管是哪一种方法都存在秸秆降解腐熟时间较长和很难彻底的问题。目前，秸秆微生物降解的许多研究和投入应用的微生物菌剂大都以秸秆纤维素的降解为主要目标。分解菌和酶的研究集中在纤维素酶菌株的筛选，如木酶、青酶、曲酶及白腐真菌纤维素酶等，菌剂产品被认定的有腐杆灵，CM菌、催腐剂等。但是，农作物秸秆中纤维素、半纤维素和木质素均占有较大比例，其纤维素占40％，半纤维素和木质素各占20％左右，(Tengerdy R P，Szakacs G.Bioconversionof lignnocellulose in solid substrate fermentation[J].Biochemical Engineering，2003，13(2-3)：167-179)。而且，秸秆中纤维素结构复杂，它与木质素结合形成难以水解的“木质纤维素”，使得微生物分解的纤维素酶无法直接接触纤维素，在堆肥物料中纤维素常与一些更难分解的物质相复合，难以被大多数微生物转化利用，加上半纤维素与木质素的紧密相连，单一微生物的降解效果就更加不理想。(杭怡琼等“白腐真菌对稻草秸秆的降解及有关酶活性的变化”-《菌物系统》2001.20)。目前分解木质素和纤维素的微生物以及酶的研究多集中在依靠传统的“酶活”筛选，制取的酶广泛应用于洗涤、印染和食品加工等，一直未能解决木质纤维素的自然快速分解，用于秸秆堆腐的更少(Zhang YHP，Himmel ME，MielenzJR.Outlook for cellu-lase improvement：Screening and selection strategies.Biotechnology Advances，2006，24(5)：452-481)。近年来人们开始注意菌群和复合菌剂的研究，但很多仅局限于实验室试验，而且在现有技术中，大部分只针对木质素和纤维素中的一种进行筛选用来降解秸秆，造成秸秆降解中或是纤维素降解率高而木质素降解率低，或是木质素降解率高而纤维素降解率低，远远不能满足农作物秸秆堆腐的实际需求。充分利用自然界多种微生物的协同关系，筛选出高效稳定菌株复合系，以达到农作物秸秆的纤维素、半纤维素和木质素在堆腐过程中能同步、快速降解的目的，是人们的共同目标。