新型微生物生態(tài)肥制備技術(shù)與微生物菌劑生產(chǎn)裝置的開發(fā)

張海濤，張 磊，徐長青，劉海明，李 敏

(1.山東三方化工集團有限公司 山東莒南 276600； 2.北京航天恒豐科技股份有限公司 北京 102402； 3.濟南市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗院 山東濟南 250013)

由于常年大量和盲目使用化肥，導(dǎo)致我國農(nóng)用土壤理化性能變差，土傳病害傳播嚴(yán)重。為此，山東三方化工集團有限公司(以下簡稱山東三方化工公司)研發(fā)了一種新型微生物生態(tài)肥，該肥料既能促生增產(chǎn)，又能修復(fù)改良土壤，對環(huán)境相對安全，具有防控土傳病害的功能。

在新型微生物生態(tài)肥的研發(fā)過程中，首先篩選出既能夠促進作物生長，又相互不產(chǎn)生拮抗，而且還能修復(fù)改良土壤、可殺滅土壤中線蟲等真菌病害的枯草芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌、短小芽孢桿菌、膠凍樣芽孢桿菌[1]。創(chuàng)新了內(nèi)生芽孢桿菌應(yīng)用技術(shù)，建立了對原始菌種的單獨培植、純化復(fù)壯、液體制種、三級液體發(fā)酵、板式壓濾、低溫干燥等工藝技術(shù)方案，形成了“一種微生物生態(tài)肥料及其制備方法”“一種修復(fù)土壤重金屬的生物有機復(fù)合肥及其制備方法”“一種改良鹽堿地型生物有機肥及其制備方法”等技術(shù)；“一種抗重茬的大蒜棉花輪作高效施肥方法”獲得了中國發(fā)明專利(ZL201710567608.6)授權(quán)，專利權(quán)與山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院資源與環(huán)境研究所共享。

1 新型微生物生態(tài)肥生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計與選型

在新型微生物生態(tài)肥的生產(chǎn)過程中，需要對菌株進行液體發(fā)酵，培養(yǎng)基接種菌苗后進行攪拌，在合適的溫度和氧氣含量下菌種不斷繁殖，達(dá)到預(yù)定的密度后再與適量的填充物混合形成商品菌劑?，F(xiàn)有的微生物菌劑生產(chǎn)裝置包括多種不同功能的設(shè)備，各設(shè)備之間相互獨立，無法構(gòu)成完整的生產(chǎn)線，存在生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、無法滿足持續(xù)大批量生產(chǎn)等缺點。

針對現(xiàn)有的微生物菌劑生產(chǎn)裝置存在的問題，山東三方化工公司研發(fā)了一種可以連續(xù)生產(chǎn)、效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的微生物菌劑生產(chǎn)裝置，包括培養(yǎng)罐、水槽、混合機、造粒機、低溫烘干機、篩分機等，混合機的輸入端通過管道與培養(yǎng)罐的出料口相連，混合機的輸出端通過傳送帶與造粒機的輸入端相連，造粒機的輸出端與篩分機的輸入端相連。其特征在于：培養(yǎng)罐包括罐體、加料口、出料口，罐體上端固定安裝電動機，攪拌軸上固定連接有齒型消沫器、攪拌槳；罐體的上端設(shè)有接種口；罐體的外壁設(shè)有夾層水套，冷卻水入口通過管道和水泵與水槽的輸出端連接，冷卻水出口通過管道連接到水槽的輸入端；罐體的內(nèi)腔中設(shè)有空氣管，空氣管的上端穿過罐體的側(cè)壁延伸至罐體外部，空氣管的下端延伸至攪拌軸的下方。采用上述方案后，該菌劑生產(chǎn)裝置可實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，不僅生產(chǎn)效率高，而且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

2 新型微生物菌劑的制備技術(shù)

首先篩選出既能夠促進農(nóng)作物生長，又相互不產(chǎn)生拮抗，還能有效防控土傳病害、改良土壤、恢復(fù)地力的枯草芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌、短小芽孢桿菌和膠凍樣芽孢桿菌，其制備技術(shù)如下。

2.1 菌種復(fù)壯

斜面培養(yǎng)：將保藏的枯草芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌、短小芽孢桿菌和膠凍樣芽孢桿菌等菌株分別進行斜面活化，以恢復(fù)原有性能，為制作一級種子做準(zhǔn)備。

2.2 一級種子培養(yǎng)和平板培養(yǎng)基的配制

將蛋白胨、葡葡糖、牛肉膏、氯化鈉、瓊脂粉等原料放入蒸餾水中，加熱攪拌至完全溶解，置高壓滅菌鍋內(nèi)于126 ℃滅菌20 min。滅菌結(jié)束后冷卻至15 ℃，倒至平板，備用。

2.3 菌種接種

打開超凈工作臺的紫外燈照射30 min。在超凈工作臺中，斜面種子采用劃線接種的方法接種于配制好的平板培養(yǎng)基上。

2.4 菌種培養(yǎng)

將劃線接種好的平板放入生化培養(yǎng)箱內(nèi)，于37 ℃培養(yǎng)24 h，并形成單菌落，在最潔條件下培養(yǎng)至該菌株的對數(shù)生長期。

2.5 二級種子培養(yǎng)

二級種子在三角瓶中培養(yǎng)。將2.4中培養(yǎng)至對數(shù)生長期的種子在無菌環(huán)境中轉(zhuǎn)接至三角瓶中，培養(yǎng)至對數(shù)生長期。培養(yǎng)完畢后進行種子質(zhì)量檢測,合格的種子進入下一工序。

2.6 三級種子培養(yǎng)

三級種子在500 L種子罐中進行擴大培養(yǎng)。首先根據(jù)培養(yǎng)基配方配制培養(yǎng)基，于 121 ℃滅菌30 min，冷卻至38 ℃時無菌操作接入二級種子，培養(yǎng)至對數(shù)生長期對種子質(zhì)量進行檢測，合格的種子進入下一工序。種子罐壓力為0.1 MPa，工作溫度為(37±1) ℃，工作時間為16～20 h。

培養(yǎng)基配方：玉米粉8 kg、蛋白胨3 kg、MgSO43 kg、豆餅粉5 kg、尿素0.9 kg、磷酸氫二鉀0.7 kg，調(diào)節(jié)pH 7.1～7.2，加入蒸餾水定容。

2.7 四級種子培養(yǎng)

四級種子在5 000 L發(fā)酵罐中進行擴大培養(yǎng)。根據(jù)培養(yǎng)基配方配制培養(yǎng)基，于121 ℃滅菌30 min，冷卻至39 ℃時接入三級種子，培養(yǎng)完畢后對每毫升活菌總數(shù)及雜菌率進行測定。培養(yǎng)罐壓力為0.09～0.10 MPa，工作溫度為(39±1) ℃，工作時間為22～26 h。

2.8 擴大培養(yǎng)

擴大培養(yǎng)在10 000 L發(fā)酵罐中進行。根據(jù)培養(yǎng)基配方配制培養(yǎng)基，于121 ℃滅菌30 min，冷卻至39 ℃時接入四級種子。發(fā)酵溫度控制在(38±2) ℃，工作壓力為0.09～0.10 MPa，pH 6.8～7.3，發(fā)酵時間為23～26 h。

2.9 板框壓濾

將發(fā)酵液輸送至板框壓濾設(shè)備內(nèi)進行壓濾，以獲得高濃度菌泥，并檢測活菌總數(shù)。

2.10 新型微生物菌劑制備

新型微生物菌劑配方：枯草芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌、短小芽孢桿菌和膠凍樣芽孢桿菌按質(zhì)量比1.5∶1.0∶1.0∶0～1.0配制，混合后用輕質(zhì)碳酸鈣、腐殖酸、骨粉等吸附而成。

3 新型微生物生態(tài)肥制備

在塔式熔體造粒復(fù)合肥料生產(chǎn)裝置上，按質(zhì)量比將尿素54份、氯化鉀29份、腐殖酸10份、黃腐酸鉀5份制成顆粒氮鉀肥；在包膜工序，取顆粒氮鉀肥92份，將3份脲甲醛溶液均勻噴灑在顆粒氮鉀肥表面，然后采用5份新型微生物菌劑進行撲粉，使其進行菌肥一體化包膜處理；最后配入磷酸二銨，制得新型微生物生態(tài)肥料。由于脲甲醛膜阻擋了無機元素與菌株的接觸，大大提高了產(chǎn)品中菌株的存活率。

微生物菌劑與顆粒氮鉀肥復(fù)合一體化包膜工藝：將溫度為60～80 ℃的顆粒氮鉀肥用皮帶輸送機輸送至滾筒包膜機內(nèi)，啟動回轉(zhuǎn)筒翻轉(zhuǎn)；包膜劑脲甲醛溶液的用量為顆粒氮鉀肥質(zhì)量的2.0%～2.5%，經(jīng)電磁流量計計量后，用壓力泵將其均勻地噴灑在顆粒氮鉀肥表面，同時噴入少量濃縮后的新型微生物菌液；粉狀新型微生物菌劑通過定量螺旋喂料機計量并輸送至雙包膜機內(nèi)進行撲粉處理，使微生物菌劑在脲甲醛包膜劑和微量菌液的作用下均勻地附著在氮鉀肥顆粒表面，形成脲甲醛膜和微生物菌膜，實現(xiàn)菌肥一體化包膜處理[2]，既有防結(jié)塊、能提高化學(xué)肥料利用率等包膜控釋肥的特點，又有活性菌可通過的優(yōu)勢。為保證包膜質(zhì)量，山東三方化工公司研發(fā)了菌肥一體化包膜裝置自動控制系統(tǒng)V1.0，獲得了國家版權(quán)局頒發(fā)的計算機軟件著作權(quán)登記證書。

4 結(jié)語

新型微生物生態(tài)肥含無機肥、有機質(zhì)、有益微生物菌等，既能促進作物生長，又可達(dá)到有效防控土傳病害、修復(fù)改良土壤、減少化肥使用量、減輕因過量使用化肥引起的面源環(huán)境污染等問題[3]。

新型微生物生態(tài)肥中添加了枯草芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌，不僅能夠提高土壤肥力，促進農(nóng)作物生長，改善農(nóng)作物品質(zhì)，而且具有拮抗病原菌、防病壯菌、防控土傳病害的作用，能修復(fù)改良土壤，培肥地力，提升植物抗逆能力。

新型微生物生態(tài)肥中添加了短小芽孢桿菌和膠凍樣芽孢桿菌，能夠分解出長石、云母等礦物中的鉀、硅，也能分解出磷灰石中的磷，還能分泌植物生長刺激素及多種酶，以增強農(nóng)作物對某些病害的抵抗力。