利用微生物以及畜禽粪便和农作物秸秆生产有机肥的方法

本发明涉及有机肥生产领域中，利用微生物以及畜禽粪便和农作物秸秆生产有机肥的方法。

我国年产农作物(水稻、小麦、玉米、高粱、马铃薯、大豆、花生、油菜、向日葵、棉花和甘蔗等)秸秆9亿多吨。现阶段我国秸秆利用的主要方式是粉碎后直接还田，但其主要缺点有2个：1.秸秆含碳量远高于含氮量，不利于土壤微生物降解，而且造成土壤缺氮从而影响作物生长。2.秸秆携带多种植物病原菌及害虫虫卵，容易导致作物病虫害。另外，我国年产畜禽粪污约40亿吨，这些粪污成为农业面源污染的主要来源。2016年9月发布的《关于推进农业废弃物资源化利用试点的方案》指出农业废弃物利用工作主要集中在畜禽粪污、病死畜禽、农作物秸秆、废旧农膜及废弃农药包装物五类废弃物，探索农业废弃物利用的有效模式。采用农作物秸秆和畜禽粪污为原料进行堆肥生产有机肥是农业废弃物资源化利用安全有效的途径。

虽然我国现在利用农作物秸秆和畜禽粪污进行堆肥的厂家和个人众多，但由于碳氮比、含水量和通气量不达标，在堆肥发酵过程中温度始终无法升至55℃以上，造成动植物病原菌、害虫和寄生虫卵以及杂草种子无法灭活，这些肥料使用后将会对作物和人畜产生巨大风险。另外，由于碳氮比、含水量和通气量不达标导致厌氧发酵，造成臭气熏天，严重影响周围环境。还有，堆肥发酵过程升温缓慢，堆肥时间延长，生产效率低。

本发明所要解决的技术问题是如何缩短利用农作物秸秆和畜禽粪污堆肥的时间，提高堆肥温度以灭活动植物病原菌、害虫和寄生虫卵以及杂草种子，并减少堆肥臭气。为解决上述技术问题，本发明首先提供了有机肥的制备方法，所述方法包括：向包括畜禽粪便和农作物秸秆的原料混合物中添加微生物菌剂进行发酵，得到有机肥；所述微生物菌剂的活性成分为农用丝状真菌和芽孢杆菌，所述农用丝状真菌为塔宾曲霉(Aspergillustubingensis)，所述芽孢杆菌为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。

上述方法中，所述塔宾曲霉(Aspergillus tubingensis)可为在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的保藏编号为CGMCC o.18111的菌株。

所述枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)可为在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的保藏编号为CGMCC o.18280的菌株。

上述方法中，所述微生物菌剂中所述农用丝状真菌和所述芽孢杆菌的活菌数可相等。

上述方法中，所述微生物菌剂可按照包括如下步骤的方法制备：

将所述农用丝状真菌在菌剂发酵液中进行培养，收集培养产物，得到丝状真菌发酵菌剂；所述菌剂发酵液由玉米粉、豆粕粉、豆油和水组成，玉米粉、豆粕粉、豆油和水在所述菌剂发酵液中的质量百分比分别为3％、0.1％、0.6％和96.3％；将所述芽孢杆菌在所述菌剂发酵液中进行培养，收集培养产物，得到芽孢杆菌发酵菌剂；混合所述丝状真菌发酵菌剂与所述芽孢杆菌发酵菌剂得到所述微生物菌剂。

上述方法中，所述原料混合物的碳氮比可为25–35:1。所述原料混合物的含水量为40-60％。

上述方法中，所述原料混合物中畜禽粪便和农作物秸秆的质量比可为(0.4-4):1。

所述原料混合物中畜禽粪便和农作物秸秆的质量比进一步可为(0.6-3.3):1。

所述原料混合物中畜禽粪便和农作物秸秆的质量比进一步可为(1.8-2.8):1。

所述原料混合物中畜禽粪便和农作物秸秆的质量比进一步可为(2-2.5):1。

所述畜禽粪便均可为湿粪便。所述畜禽粪便的含水量可为60–75％。

所述农作物秸秆的含水量可小于等于12％。

上述方法中，所述原料混合物还可含有水。

所述原料混合物中水的质量百分比含量为30-50％，如40％。

所述原料混合物可由所述畜禽粪便与所述农作物秸秆组成，还可由所述畜禽粪便、所述农作物秸秆与水组成。

上述方法中，所述畜禽粪便可为牛粪、猪粪、羊粪、鸡粪或马粪。

所述农作物秸秆可为水稻、小麦或玉米。

所述农作物秸秆可为农作物秸秆的粉碎物。所述农作物秸秆的粉碎物的长度可为1.5–2.5cm。

所述发酵的体系中，所述农用丝状真菌和所述芽孢杆菌的活菌含量均可为10亿cfu/ml或其以上。

上述方法，可在所述原料混合物添加所述微生物菌剂后堆成条垛进行所述发酵。所述条垛的高和宽为至少1.5m。所述条垛可覆盖防风抑尘网。

所述发酵过程中，可从发酵第3天开始，每24小时翻堆一次。

所述发酵可在20℃或以上的环境中进行。

所述发酵在堆肥核心温度降至48℃以下结束。所述发酵的时间可为15–20天。

上述方法也可将所述农作物秸秆替换为木材厂锯末等下脚料进行发酵。

本发明还提供了微生物菌剂的制备方法，所述方法包括：将农用丝状真菌在菌剂发酵液中进行培养，收集培养产物，得到丝状真菌发酵菌剂；所述农用丝状真菌为塔宾曲霉(Aspergillus tubingensis)。；所述菌剂发酵液由玉米粉、豆粕粉、豆油和水组成，玉米粉、豆粕粉、豆油和水在所述菌剂发酵液中的质量百分比分别为3％、0.1％、0.6％和96.3％；将芽孢杆菌在所述菌剂发酵液中进行培养，收集培养产物，得到芽孢杆菌发酵菌剂；所述芽孢杆菌为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)；混合所述丝状真菌发酵菌剂与所述芽孢杆菌发酵菌剂得到所述微生物菌剂。

所述微生物菌剂均可为液体菌剂。

上述方法中，所述培养均可在25-35℃下进行。所述农用丝状真菌的培养时间可为72小时。所述芽孢杆菌的培养时间可为12小时。

利用所述有机肥的制备方法制备的有机肥，也属于本发明的保护范围。

本发明还提供了下述X1)或X2)的产品：

X1)所述微生物菌剂；

X2)由所述原料混合物与所述微生物菌剂组成的成套产品。

X2)所述成套产品可用于制备有机肥。

所述有机肥的制备方法，或所述微生物菌剂的制备方法，或所述有机肥，或所述产品在农作物种植中的应用，也属于本发明的保护范围。

利用本发明的有机肥的制备方法制备有机肥可以快速升温及持续高温发酵，有效杀灭动植物病原菌、害虫和寄生虫卵以及杂草种子，还可以杜绝因缺氧造成厌氧发酵而产生臭气和氨气，污染周围环境；并且所得有机肥的指标优于农业部标准(Y884-2012《生物有机肥》)。利用本发明的有机肥的制备方法操作简单，成本低，可以因地制宜，充分利用当地作物废弃物和畜禽粪便生产优质有机肥，变废为宝。

生物材料保藏说明

生物材料的分类命名：塔宾曲霉(Aspergillus tubingensis)

生物材料的菌株编号：Yu5

生物材料的保藏单位名称：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心

生物材料的保藏单位简称：CGMCC

生物材料的保藏单位地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，：100101

生物材料的保藏日期：2019年7月22日

生物材料的保藏中心登记入册编号：CGMCC o.18111

生物材料保藏说明

生物材料的分类命名：枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)

生物材料的菌株编号：G116

生物材料的保藏单位名称：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心

生物材料的保藏单位简称：CGMCC

生物材料的保藏单位地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，：100101

生物材料的保藏日期：2019年7月22日

生物材料的保藏中心登记入册编号：CGMCC o.18280

图1显示有机肥1发酵过程中的温度以及所得有机肥1。

下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂、仪器等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，结果取平均值。

菌剂发酵液配方为：3％(质量百分比)玉米粉，0.1％(质量百分比)豆粕粉，0.6％(质量百分比)豆油，余量为水。

玉米粉为将玉米籽粒磨碎得到的粉。

豆粕粉为将豆粕磨碎得到的粉。

豆油是从大豆中所榨出的油。

湿牛粪、湿猪粪、湿羊粪、湿鸡粪和湿马粪的含水量为60–75％。水稻秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆的含水量在12％以下。

自然条件：温度为20℃及以上。

实施例1、利用微生物以及畜禽粪便和农作物秸秆生产有机肥

一、湿牛粪与水稻秸秆堆肥的制备

1)菌种活化：将冷冻保存在PDA斜面培养基上的塔宾曲霉(Aspergillustubingensis)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)转接于PDA平皿，在25–35℃好氧条件下塔宾曲霉培养3天，枯草芽孢杆菌培养12小时。

其中，塔宾曲霉(Aspergillus tubingensis)分离自北京郊区农田土壤，其在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的保藏编号为CGMCC o.18111；枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)分离自北京郊区农田土壤，其在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的保藏编号为CGMCC o.18280。

2)种子液和发酵菌剂的制备：取活化好的两种菌种无菌操作冲洗下孢子或细胞接种于装有液体PDA培养基的三角瓶中，在25–35℃塔宾曲霉培养3天，枯草芽孢杆菌培养12小时，分别得到两种菌的种子液。将两种菌的种子液分别按照0.5％的体积比接种于菌剂发酵液中，25-35℃下进行培养，收集培养产物，分别得到塔宾曲霉(Aspergillus tubingensis)发酵菌剂和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)发酵菌剂，塔宾曲霉(Aspergillustubingensis)的发酵时间为72小时，枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)的发酵时间为12小时。每种发酵菌剂的活菌含量均为10亿cfu/ml。

3)原料混匀并接种：湿牛粪(含水量70-75％)与水稻秸秆的粉碎物(1.5–2.5cm)按重量比4:1混匀，得到原料混合物。将步骤2)的塔宾曲霉(Aspergillus tubingensis)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)发酵菌剂按照各占堆肥原料重量的0.5％均匀喷洒于原料混合物中并混匀，得到堆肥原料，堆肥原料中塔宾曲霉与枯草芽孢杆菌的活菌数相等，含量均为0.05亿cfu/g。

4)条垛式发酵和翻堆：步骤3)完成后，在大棚或露天阴凉处将堆肥原料堆成高和宽至少1.5m，长度不限的条垛，并覆盖防风抑尘网，进行堆肥发酵，发酵环境温度为20℃。从第三天开始每24小时翻堆一次。

5)自然干燥：发酵15天后，堆肥核心温度降至48℃以下即发酵结束，得到湿牛粪与水稻秸秆堆肥(记为有机肥1)，自然条件下摊开晾干、包装，或直接使用。

发酵过程中未见明显臭气及氨气味，测定发酵过程中温度，升温期(升至50℃及以上)为48小时；高温期(55–65℃)持续13天。图1显示有机肥1发酵过程中的温度以及所得有机肥1，a为升温期48小时的堆肥中心温度达55℃；b为高温期堆肥中心温度，达62℃；c为经15天发酵后粉碎而成的有机肥1。

二、湿牛粪与玉米秸秆堆肥的制备

1)同步骤一中步骤1)。

2)同步骤一种步骤2)。

3)原料混匀并接种：湿牛粪与玉米秸秆的粉碎物(1.5–2.5cm)按重量比3.3:1混匀，得到原料混合物。将步骤2)的塔宾曲霉(Aspergillus tubingensis)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)发酵菌剂按照各占堆肥原料重量的0.5％均匀喷洒于原料混合物中并混匀，得到堆肥原料，堆肥原料中塔宾曲霉与枯草芽孢杆菌的活菌数相等，含量均为0.05亿cfu/g。

4)条垛式发酵和翻堆：同步骤一种步骤4)。

5)自然干燥：发酵15天，堆肥核心温度降至48℃以下即发酵结束，得到湿牛粪与玉米秸秆堆肥(记为有机肥2)，自然条件下摊开晾干、包装，或直接使用。

发酵过程中未见明显臭气及氨气味，测定发酵过程中温度，升温期(升至50℃及以上)为48小时；高温期(55–65℃)持续13天。

三、湿猪粪与小麦秸秆堆肥的制备

1)同步骤一中步骤1)。

2)同步骤一种步骤2)。

3)原料混匀并接种：湿猪粪与小麦秸秆的粉碎物(1.5–2.5cm)按重量比2.8:1混匀，得到原料混合物。将步骤2)的塔宾曲霉(Aspergillus tubingensis)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)发酵菌剂按照各占堆肥原料重量的0.5％均匀喷洒于原料混合物中并混匀，得到堆肥原料，堆肥原料中塔宾曲霉与枯草芽孢杆菌的活菌数相等，含量均为0.05亿cfu/g。

4)条垛式发酵和翻堆：同步骤一种步骤4)。

5)自然干燥：发酵15天，堆肥核心温度降至48℃以下即发酵结束，得到湿猪粪与小麦秸秆堆肥(记为有机肥3)，自然条件下摊开晾干、包装，或直接使用。

发酵过程中未见明显臭气及氨气味，测定发酵过程中温度，升温期(升至50℃及以上)为48小时；高温期(55–65℃)持续13天。

四、湿猪粪与玉米秸秆堆肥的制备

1)同步骤一中步骤1)。

2)同步骤一种步骤2)。

3)原料混匀并接种：湿猪粪与玉米秸秆的粉碎物(1.5–2.5cm)按重量比2:1混匀，得到原料混合物。将步骤2)的塔宾曲霉(Aspergillus tubingensis)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)发酵菌剂按照各占堆肥原料重量的0.5％均匀喷洒于原料混合物中并混匀，得到堆肥原料，堆肥原料中塔宾曲霉与枯草芽孢杆菌的活菌数相等，含量均为0.05亿cfu/g。

4)条垛式发酵和翻堆：同步骤一种步骤4)。

5)自然干燥：发酵15天，堆肥核心温度降至48℃以下即发酵结束，得到湿猪粪与玉米秸秆堆肥(记为有机肥4)，自然条件下摊开晾干、包装，或直接使用。

发酵过程中未见明显臭气及氨气味，测定发酵过程中温度，升温期(升至50℃及以上)为48小时；高温期(55–65℃)持续13天。

五、湿羊粪与水稻秸秆堆肥的制备

1)同步骤一中步骤1)。

2)同步骤一种步骤2)。

3)原料混匀加水并接种：湿羊粪与水稻秸秆的粉碎物(1.5–2.5cm)按重量比2.5:1混匀，按总重量添加40％水，得到原料混合物，所添加水占原料混合物的质量百分比为40％。将步骤2)的塔宾曲霉(Aspergillus tubingensis)和枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)发酵菌剂按照各占堆肥原料重量的0.5％均匀喷洒于原料混合物中并混匀，得到堆肥原料，堆肥原料中塔宾曲霉与枯草芽孢杆菌的活菌数相等，含量均为0.05亿cfu/g。

4)条垛式发酵和翻堆：同步骤一种步骤4)。

5)自然干燥：发酵15天，堆肥核心温度降至48℃以下即发酵结束，得到湿羊粪与水稻秸秆堆肥(记为有机肥5)，自然条件下摊开晾干、包装，或直接使用。

发酵过程中未见明显臭气及氨气味，测定发酵过程中温度，升温期(升至50℃及以上)为48小时；高温期(55–65℃)持续13天。

六、湿羊粪与玉米秸秆堆肥的制备

1)同步骤一中步骤1)。

2)同步骤一种步骤2)。

3)原料混匀加水并接种：湿羊粪与玉米秸秆的粉碎物(1.5–2.5cm)按重量比1.8:1混匀，按总重量添加40％水，得到原料混合物，所添加水占原料混合物的质量百分比为40％。将步骤2)的塔宾曲霉(Aspergillus tubingensis)和枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)发酵菌剂按照各占堆肥原料重量的0.5％均匀喷洒于原料混合物中并混匀，得到堆肥原料，堆肥原料中塔宾曲霉与枯草芽孢杆菌的活菌数相等，含量均为0.05亿cfu/g。

4)条垛式发酵和翻堆：同步骤一种步骤4)。

5)自然干燥：发酵15天，堆肥核心温度降至48℃以下即发酵结束，得到湿羊粪与玉米秸秆堆肥(记为有机肥6)，自然条件下摊开晾干、包装，或直接使用。

发酵过程中未见明显臭气及氨气味，测定发酵过程中温度，升温期(升至50℃及以上)为48小时；高温期(55–65℃)持续13天。

七、湿鸡粪与小麦秸秆堆肥的制备

1)同步骤一中步骤1)。

2)同步骤一种步骤2)。

3)原料混匀加水并接种：湿鸡粪与小麦秸秆的粉碎物(1.5–2.5cm)按重量比0.6:1混匀，按总重量添加50％水，得到原料混合物，所添加水占原料混合物的质量百分比为50％。将步骤2)的塔宾曲霉(Aspergillus tubingensis)和枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)发酵菌剂按照各占堆肥原料重量的0.5％均匀喷洒于原料混合物中并混匀，得到堆肥原料，堆肥原料中塔宾曲霉与枯草芽孢杆菌的活菌数相等，含量均为0.05亿cfu/g。

4)条垛式发酵和翻堆：同步骤一种步骤4)。

5)自然干燥：发酵15天，堆肥核心温度降至48℃以下即发酵结束，得到湿鸡粪与小麦秸秆堆肥(记为有机肥7)，自然条件下摊开晾干、包装，或直接使用。

发酵过程中未见明显臭气及氨气味，测定发酵过程中温度，升温期(升至50℃及以上)为48小时；高温期(55–65℃)持续13天。

八、湿鸡粪与玉米秸秆堆肥的制备

1)同步骤一中步骤1)。

2)同步骤一种步骤2)。

3)原料混匀加水并接种：湿鸡粪与玉米秸秆的粉碎物(1.5–2.5cm)按重量比0.4:1混匀，按总重量添加50％水，得到原料混合物，所添加水占原料混合物的质量百分比为50％。将步骤2)的塔宾曲霉(Aspergillus tubingensis)和枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)发酵菌剂按照各占堆肥原料重量的0.5％均匀喷洒于原料混合物中并混匀，得到堆肥原料，堆肥原料中塔宾曲霉与枯草芽孢杆菌的活菌数相等，含量均为0.05亿cfu/g。

4)条垛式发酵和翻堆：同步骤一种步骤4)。

5)自然干燥：发酵15天，堆肥核心温度降至48℃以下即发酵结束，得到湿鸡粪与玉米秸秆堆肥(记为有机肥8)，自然条件下摊开晾干、包装，或直接使用。

发酵过程中未见明显臭气及氨气味，测定发酵过程中温度，升温期(升至50℃及以上)为48小时；高温期(55–65℃)持续13天。

九、湿马粪与水稻秸秆堆肥的制备

1)同步骤一中步骤1)。

2)同步骤一种步骤2)。

3)原料混匀加水并接种：湿马粪与水稻秸秆的粉碎物(1.5–2.5cm)按重量比4:1混匀，按总重量添加30％水，得到原料混合物，所添加水占原料混合物的质量百分比为30％。将步骤2)的塔宾曲霉(Aspergillus tubingensis)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)发酵菌剂按照各占堆肥原料重量的0.5％均匀喷洒于原料混合物中并混匀，得到堆肥原料，堆肥原料中塔宾曲霉与枯草芽孢杆菌的活菌数相等，含量均为0.05亿cfu/g。

4)条垛式发酵和翻堆：同步骤一种步骤4)。

5)自然干燥：发酵15天，堆肥核心温度降至48℃以下即发酵结束，得到湿马粪与水稻秸秆堆肥(记为有机肥9)，自然条件下摊开晾干、包装，或直接使用。

发酵过程中未见明显臭气及氨气味，测定发酵过程中温度，升温期(升至50℃及以上)为48小时；高温期(55–65℃)持续13天。

十、湿马粪与玉米秸秆堆肥的制备

1)同步骤一中步骤1)。

2)同步骤一种步骤2)。

3)原料混匀加水并接种：湿马粪与玉米秸秆的粉碎物(1.5–2.5cm)按重量比3.3:1混匀，按总重量添加30％水，得到原料混合物，所添加水占原料混合物的质量百分比为30％。将步骤2)的塔宾曲霉(Aspergillus tubingensis)和枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)发酵菌剂按照各占堆肥原料重量的0.5％均匀喷洒于原料混合物中并混匀，得到堆肥原料，堆肥原料中塔宾曲霉与枯草芽孢杆菌的活菌数相等，含量均为0.05亿cfu/g。

4)条垛式发酵和翻堆：同步骤一种步骤4)。

5)自然干燥：发酵15天，堆肥核心温度降至48℃以下即发酵结束，得到湿马粪与玉米秸秆堆肥(记为有机肥10)，自然条件下摊开晾干、包装，或直接使用。

发酵过程中未见明显臭气及氨气味，测定发酵过程中温度，升温期(升至50℃及以上)为48小时；高温期(55–65℃)持续13天。

测定上述各堆肥(即有机肥)的有效活菌数、有机质含量、水分含量、pH、粪大肠杆菌数、蛔虫卵死亡率以及有效期，按照农业部标准(Y 884-2012《生物有机肥》)进行测定。

结果见表1，上述所生产的有机肥1-10指标均优于农业部标准(Y 884-2012《生物有机肥》)。

表1、有机肥指标

步骤一至十发酵过程的温度，达到堆肥中心升温期(升至50℃)缩短至48小时，高温期(55–65℃)持续13天。升温期和高温期可以有效杀灭动植物病原菌，害虫和寄生虫卵以及杂草种子。

步骤一发酵过程中温度的测定见图1。

本发明通过科学计算确定最佳畜禽粪污和作物秸秆重量比例，保证原材料碳氮比在25:1–35:1范围内，含水量在50％左右，以达到最佳发酵条件，使堆肥快速升温，在48小时后堆肥中心温度达到50℃以上(原料重量比见下表)。