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专利名称：一种含火山矿物质的增效肥料的制备工艺

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202311520357.8

专利申请（专利权）人：湖北茂盛生物有限公司
权利人地址：湖北省随州市随县厉山镇勤劳社区居委会六组

专利发明（设计）人：发明人:周义新,陈艳,熊敏,陈守文,黄杰,蒋羽,吴倪,蔡冬波,王勤,马昕

专利摘要：本发明涉及农业技术领域，具体为一种含火山矿物质的增效肥料的制备工艺；通过制备火山矿物质和种子液，再将火山矿物质、谷壳和主料充分混合，得到第一混合物，再向第一混合物中加入种子液及去离子水并充分混合，得到第二混合物，将第二混合物发酵，制得增效肥料；本发明所制备的含火山矿物质的增效肥料，营养丰富全面，并且可以调理土壤微生物群落构成，有利于植物益生菌在土壤富集；此外，增效肥料全面丰富的营养和有益菌的富集均对作物生长有明显的促进作用。

主权利要求：
1.一种含火山矿物质的增效肥料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：Ⅰ、火山矿物质的制备：将火山石破碎后，按1：2～5的体积比将所得火山石颗粒置于适量2％～5％的盐酸溶液中浸泡搅拌2～4h；浸泡完成后，用火山石颗粒10倍体积的去离子水，分次流洗火山石颗粒，直至洗出液中无盐酸；再用火山石颗粒2～5倍体积4％～8％的氢氧化钠流洗矿物质颗粒，后用火山石颗粒10倍体积的去离子水流洗；最后将火山石颗粒于
30℃去离子水中超声处理20min；处理后的火山石颗粒于80℃的条件下进行烘干处理12h，得到火山矿物质；
Ⅱ、种子液的制备：从LB平板上挑取贝莱斯芽孢杆菌的单克隆接种至30mL液体LB培养基的三角瓶中，于230r/min、37℃摇床培养10～12h，得到第一菌液；将第一菌液接种至含
20mL豆粕培养基的三角瓶中，于230r/min、37℃摇床培养24h，得到第二菌液，即为种子液；
Ⅲ、制备增效肥料：将火山矿物质、谷壳和主料充分混合，得到第一混合物，再向第一混合物中加入种子液及去离子水并充分混合，得到第二混合物，将第二混合物于37℃的条件下，发酵6d，制得增效肥料；
所述主料由饼粕及麸皮按27：3的质量比混合而成；
所述第一混合物中火山矿物质、主料和谷壳的质量比为2∶30∶1；
所述种子液的添加量为0.17mL/g。
2.根据权利要求1中所述的一种含火山矿物质的增效肥料的制备工艺，其特征在于：在所述步骤Ⅰ中，所述火山石颗粒得粒度为1～2mm。
3.根据权利要求1中所述的一种含火山矿物质的增效肥料的制备工艺，其特征在于：在所述步骤Ⅰ中，所述超声处理的超声频率为45～50KHz。
4.根据权利要求1中所述的一种含火山矿物质的增效肥料的制备工艺，其特征在于：在所述步骤Ⅱ中，所述第一菌液的接种量为豆粕培养基体积的3％。
5.根据权利要求1中所述的一种含火山矿物质的增效肥料的制备工艺，其特征在于：在所述步骤Ⅲ中，所述去离子水的添加量为0.83mL/g。 说明书 : 一种含火山矿物质的增效肥料的制备工艺技术领域[0001] 本发明涉及农业技术领域，具体为一种含火山矿物质的增效肥料的制备工艺。背景技术[0002] 我国菜粕年产量大，2022～23年度生产量达1006.2万吨。菜粕最主要的利用途径是制备饲料。菜粕中蛋白质含量高，但存在较多抗营养因子，如粗纤维、芥子油苷、芥子酸胆碱、芥子酸等。将菜粕通过微生物发酵制备营养丰富全面的有机肥料，是菜粕在饲料之外的一种利用途径。固态发酵是制备有机肥料最经济的方式，菜粕、麦麸等原料进行固态发酵制备有机肥时，受发酵温度、氧气供应等因素的影响，微生物代谢蛋白质、氨基酸等释放大量氨气，一方面造成环境污染，另一方面导致氮素损失降低产品肥效。火山矿物质是天然蜂窝多孔结构，具有强度高、耐酸碱、耐腐蚀、无污染、无放射性等特点。火山矿物质常用于水族养殖领域(净化和调节水体理化性质、吸附微生物等)和观赏植物的种植中(通常是如同珍珠岩般直接添加进土壤中以增大土壤透气性)。[0003] 植物生长不仅受到土壤性状和肥力的影响，还受到土壤微生物群落的影响。通过施用有机肥料调理植物根际土壤理化性质，还可改变根际微生物群落，如益生菌和致病菌的种类、相对数量等，对作物生长有长效作用。[0004] 如何利用菜粕、麦麸作为原料，添加预处理火山矿物质并优化发酵工艺，制备氨气释放量低、可溶性蛋白质和氨基酸含量高、营养全面的有机肥料，对于菜粕的高效利用具有现实意义。[0005] 因此，本发明提供一种含火山矿物质的增效肥料的制备工艺，用于解决上述所提出的相关技术问题。发明内容[0006] 本发明的目的在于提供一种含火山矿物质的增效肥料的制备工艺，所提供的增效肥料，在发酵过程中氨气释放量低，氮素尽可能以氨基酸和水溶性蛋白质的形式保留在肥料中；以菜粕和麦麸做为主要原料的有机肥因其营养丰富全面，可以改善土壤中微生物群落构成，对作物生长产生长效作用。[0007] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：[0008] 本发明提供了一种含火山矿物质的增效肥料的制备工艺，包括以下步骤：[0009] Ⅰ、火山矿物质的制备：将火山石破碎后，按1：2～5的体积比将所得火山石颗粒置于适量2％～5％的盐酸溶液中浸泡搅拌2～4h；浸泡完成后，用火山石颗粒10倍体积的去离子水，分次流洗火山石颗粒，直至洗出液中无盐酸；再用火山石颗粒2～5倍体积4％～8％的氢氧化钠流洗矿物质颗粒，后用火山石颗粒10倍体积的去离子水流洗；最后将火山石颗粒于30℃去离子水中超声处理20min；处理后的火山石颗粒于80℃的条件下进行烘干处理12h，得到火山矿物质；[0010] Ⅱ、种子液的制备：从LB平板上挑取贝莱斯芽孢杆菌的单克隆接种至30mL液体LB培养基的三角瓶中，于230r/min、37℃摇床培养10～12h，得到第一菌液；将第一菌液接种至含20mL豆粕培养基的三角瓶中，于230r/min、37℃摇床培养24h，得到第二菌液，即为种子液；[0011] Ⅲ、制备增效肥料：将火山矿物质、谷壳和主料充分混合，得到第一混合物，再向第一混合物中加入种子液及去离子水并充分混合，得到第二混合物，将第二混合物于37℃的条件下，发酵6d，制得增效肥料。[0012] 本发明进一步的设置为：在所述步骤Ⅰ中，所述火山石颗粒得粒度为1～2mm。[0013] 本发明进一步的设置为：在所述步骤Ⅰ中，所述超声处理的超声频率为45～50KHz。[0014] 本发明进一步的设置为：在所述步骤Ⅱ中，所述第一菌液的接种量为豆粕培养基体积的3％。[0015] 本发明进一步的设置为：在所述步骤Ⅲ中，所述主料由饼粕及麸皮按27：3的质量比混合而成。[0016] 本发明进一步的设置为：在所述步骤Ⅲ中，所述第一混合物中火山矿物质、主料和谷壳的质量比为2∶30∶1。[0017] 本发明进一步的设置为：在所述步骤Ⅲ中，所述种子液的添加量为0.17mL/g。[0018] 本发明进一步的设置为：在所述步骤Ⅲ中，所述去离子水的添加量为0.83mL/g。[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：[0020] 本发明通过添加预处理火山矿物质及优化发酵工艺，减少发酵过程氨气释放，使氮素尽可能多的保留在肥料中，既减少环境污染又可增大肥效；火山矿物质可缓慢释放作物生长所需微量元素；菜粕固态发酵制备的有机肥营养丰富全面，并且可以调理土壤微生物群落构成，有利于植物益生菌在土壤富集；此外，增效肥料全面丰富的营养和有益菌的富集均对作物生长有明显的促进作用。具体实施方式[0021] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。[0022] 下述实施例中涉及的培养基如下：[0023] LB固体培养基：蛋白胨10g/L，氯化钠10g/L，酵母粉5g/L，琼脂15g/L，121℃灭菌。[0024] PDA固体培养基：蛋白胨5g/L，马铃薯200g/L，葡萄糖20g/L，磷酸二氢钾3g/L，硫酸镁1.5g/L，琼脂15g/L，121℃灭菌。[0025] NA固体培养基：蛋白胨10g/L，牛肉膏3g/L，氯化钠5g/L，琼脂15g/L，121℃灭菌。[0026] 豆粕发酵培养基：玉米淀粉50g/L、豆粕70g/L、KH2PO41g/L、MgSO4H2O0.5g/L、轻钙5g/L。[0027] 实施例中涉及的测定方法如下：[0028] 固态发酵氨气浓度的测定：将20mL0.01mol/L稀盐酸置培养皿中。于发酵的第6天放入装有饼粕固态发酵物料的铝盒内2h，然后测稀盐酸的pH值。氨气浓度用以下公式计算：[0029] CX＝＝(pH+0.01?H离子浓度)*(1.8*10?5+OH根浓度)/(1.8*10?5)[0030] 水溶性氨基酸含量的测定：分别取甘氨酸标准溶液0mL，0.2mL，0.4mL，0.6mL，0.8mL，1mL，补充蒸馏水至1mL，再各加入4mLpH5.5的磷酸缓冲液、0.2mL茚三酮显色液，混匀，沸水浴15min，适度稀释后测定572nm波长下的吸光度值，绘制标准曲线。将发酵第6天的固体发酵肥料取适量烘干，称取物料1g，于10mL水中充分震荡混匀20min，取1mL上清液适当稀释后按照上述方法测定水溶性氨基酸含量。[0031] 水溶性蛋白质含量的测定：[0032] (1)蛋白标准曲线的制定。取0.8ml蛋白标准配制液加入到一管蛋白标准(20mgBSA)中，充分溶解后配25mg/ml的蛋白标准溶液。BCA工作液的准备：根据样品数量，按50体积BCA试剂A加1体积BCA试剂B(50:1)配制适量BCA工作液，充分混匀。将标准品按0、1、2、4、8、12、16、20μl加到96孔板中，加标准品稀释液补足到20μl，相当于标准品浓度分别0、0.025、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mg/ml。各孔加入200μlBCA工作液，37℃放置20?30分钟。用酶标仪于波长562nm处测定其吸光度值，绘制标准曲线。[0033] (2)有机肥料中水溶性蛋白质含量的测定。将发酵第6天的固态发酵肥料取适量烘干，称取物料1g，于10mL水中充分震荡20min，取1mL上清液适当稀释后按照上述方法测定水溶性蛋白质含量。[0034] 实施例1：火山矿物质的制备[0035] 将火山石破碎成直径1～2mm颗粒，用火山石颗粒2～5倍体积的2％～5％盐酸溶液浸泡搅拌2～4小时，用10倍体积去离子水分次流洗火山石颗粒，直至洗出液中无盐酸；再用2～5倍体积的4％～8％氢氧化钠流洗火山石颗粒，后用10倍体积去离子水流洗，最后将火山石颗粒于30℃去离子水中超声处理20分钟，超声频率45～50KHz，处理后的火山石颗粒于80℃烘12小时。[0036] 实施例2：种子液的制备[0037] 从LB平板上挑取贝莱斯芽孢杆菌的单克隆接种至30mL液体LB培养基的三角瓶(250mL)中，230r/min、37℃摇床培养10～12h。将上述菌液以3％(v/v)接种量接种至含20mL豆粕培养基的三角瓶(250mL)中，230r/min、37℃摇床培养24h，将此菌液作为种子液。[0038] 实施例3：肥料固态发酵菜粕和麸皮添加量的优化[0039] 通过单因素实验确定菜粕、麸皮的添加比例。含水量55％，发酵温度37℃、种子液接种量17％(100克干固体发酵物料，固体发酵物料包括菜粕、麸皮，接种17毫升种子液)条件下，分别测定了菜粕、麸皮质量比为29∶1、27∶3、26∶4、25∶5，在发酵第6天时测氨气浓度及每克干发酵物中可溶性蛋白、可溶性氨基酸含量。实验设置3个重复。记录相关数据于表1.[0040] 表1：菜粕麸皮添加比例对肥料各参数的影响[0041][0042][0043] 由表1可知，菜粕：麸皮为27：3时氨气浓度最低，为11.5mmol/L，可溶性蛋白浓度最高，为72.7mg/g，可溶性氨基酸含量最高，为8.7mg/g。故菜粕：麸皮＝27∶3是最适宜的添加比例。[0044] 实施例4：肥料固态发酵火山矿物质添加量的优化[0045] 通过单因素实验确定火山石的添加比例。将饼粕麸皮按照27∶3混合作为固态发酵主料，火山矿物质、主料及谷壳的质量比为1∶30∶1、1.5∶30∶1、2∶30∶1分别混合，含水量55％，种子液接种量17％(100克干固体发酵物料，包括菜粕、麸皮、火山石和谷壳，接种17毫升种子液)，发酵温度37℃。发酵第6天时测定氨气浓度及每克干发酵物中可溶性蛋白、可溶性氨基酸含量。实验设置3个重复。记录相关数据于表2.[0046] 表2：火山矿物质添加量对肥料各参数的影响[0047][0048] 由表2可知，在1∶30∶1、1.5∶30∶1、2∶30∶1时，氨气浓度分别为10.3、11.3、10.4mmol/L。2∶30∶1可溶性蛋白含量最高，为161.2mg/g；2∶30∶1时，可溶性氨基酸含量最高，为9.0mg/g。故火山矿物质、主料和谷壳的添加比例为2∶30∶1合适。[0049] 实施例6：肥料固态发酵含水量的优化[0050] 通过单因素实验确定固态发酵含水量。在火山矿物质、主料(固态发酵主料)和谷壳的添加比例为2∶30∶1、种子液接种量17％(100克干固体发酵物料，包括菜粕、麸皮、火山石和谷壳，接种17毫升种子液)、含水量分别为45％、50％、55％、60％、发酵温度37℃条件下，测定发酵第6天时氨气浓度及每克干发酵物中可溶性蛋白、可溶性氨基酸含量。实验设置3个重复。记录相关数据于表3。[0051] 表3：发酵物料初始含水量对肥料各参数的影响[0052][0053] 由表3可知，不同含水量下氨气浓度均在15.3至16.1mmol/L之间，无明显差异。含水量45％、50％、55％、60％时，可溶性氨基酸含量分别为7.5、7.9、8.2、8.3mg/g，亦无明显差异。含水量50％时可溶性蛋白含量最高为181.8mg/g。综合以上数据，选取含水量50％作为后续固态发酵的物料初始含水量。[0054] 实施例7：制备含火山矿物质的增效肥料[0055] 将饼粕∶麸皮按27∶3混合作为主料；以火山矿物质：谷壳：主料的添加比例为2∶1∶30、种子液接种量17％(100克干固体发酵物料，包括菜粕、麸皮、火山石和谷壳，接种17毫升种子液)、50％物料初始含水量(发酵前，火山矿物质、谷壳、主料、种子液和去离子水的混合物)的条件下，于37℃发酵6天。实验设置5个重复。测定氨气浓度为8.6mmol/L，每克干发酵物中可溶性蛋白含量为208.3mg/g，可溶性氨基酸含量为16.3mg/g。[0056] 实施例8：含火山矿物质的增效肥料对土壤微生物群落的影响[0057] 将上述固态发酵制备的含火山矿物质的增效肥料烘干后按照土壤重量的0.2％施用于土壤中，以未施发酵肥的土壤作为对照，保持土壤温度25℃～30℃、相对湿度70％～100％。30天时取土壤样品，稀释合适倍数后涂布LB平板，于37℃培养18小时；涂布PDA平板，于28℃培养3～4天；涂布NA平板，于25℃培养5～7天。实验设置3个重复。分别记录各平板上细菌、真菌和放线菌菌数，并计算每克土壤中细菌、真菌和放线菌菌数。比较施肥和未施肥土壤细菌、真菌和放线菌的数量变化。[0058] 表4：施用增效肥料对土壤微生物群落的影响[0059][0060] 由表4可知，施用肥料后土壤中细菌、放线菌的数量分别较对照增加了2.6倍和1.5倍，而真菌数量下降为对照的33.3％。可见施用该肥料可以促进土壤细菌和放线菌的增殖，而抑制真菌的生长。[0061] 实施例9：含火山矿物质的增效肥料对作物生长的影响[0062] 将含火山矿物质的增效肥料烘干后按照土壤重量的0.2％施于盆栽烟苗土壤中，以未施发酵肥的盆栽烟苗作为对照，保持土壤温度25℃～30℃、相对湿度70％～100％。实验设置6个重复。处理30天时分别测定施肥组和对照组烟苗的植株总重、最大叶面积和根体积。记录相关数据于表5。[0063] 表5：施用增效肥料对作物生长的影响[0064][0065] 由表5可知，施用增效肥后的烟苗植株总重、最大叶面积和根体积分别是对照的2.5倍、1.9倍和4.0倍。上述结果，说明含火山矿物质的增效肥料对作物具有明显的促生效果。[0066] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。[0067] 以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

专利地区：湖北

专利申请日期：2023-11-15

专利公开日期：2024-10-18

专利公告号：CN117362128B