新型微生物生態肥制備技術與微生物菌劑生產裝置的開發

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.濟南市產品質量檢驗院 山東濟南 250013)

由于常年大量和盲目使用化肥，導致我國農用土壤理化性能變差，土傳病害傳播嚴重。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)研發了一種新型微生物生態肥，該肥料既能促生增產，又能修復改良土壤，對環境相對安全，具有防控土傳病害的功能。

在新型微生物生態肥的研發過程中，首先篩選出既能夠促進作物生長，又相互不產生拮抗，而且還能修復改良土壤、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]。創新了內生芽孢桿菌應用技術，建立了對原始菌種的單獨培植、純化復壯、液體制種、三級液體發酵、板式壓濾、低溫干燥等工藝技術方案，形成了“一種微生物生態肥料及其制備方法”“一種修復土壤重金屬的生物有機復合肥及其制備方法”“一種改良鹽堿地型生物有機肥及其制備方法”等技術；“一種抗重茬的大蒜棉花輪作高效施肥方法”獲得了中國發明專利(ZL201710567608.6)授權，專利權與山東省農業科學院資源與環境研究所共享。

1 新型微生物生態肥生產設備設計與選型

在新型微生物生態肥的生產過程中，需要對菌株進行液體發酵，培養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，達到預定的密度后再與適量的填充物混合形成商品菌劑。現有的微生物菌劑生產裝置包括多種不同功能的設備，各設備之間相互獨立，無法構成完整的生產線，存在生產效率低、產品質量不穩定、無法滿足持續大批量生產等缺點。

針對現有的微生物菌劑生產裝置存在的問題，山東三方化工公司研發了一種可以連續生產、效率高、產品質量穩定的微生物菌劑生產裝置，包括培養罐、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；罐體的上端設有接種口；罐體的外壁設有夾層水套，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；罐體的內腔中設有空氣管，空氣管的上端穿過罐體的側壁延伸至罐體外部，空氣管的下端延伸至攪拌軸的下方。采用上述方案后，該菌劑生產裝置可實現連續生產，不僅生產效率高，而且產品質量穩定。

2 新型微生物菌劑的制備技術

首先篩選出既能夠促進農作物生長，又相互不產生拮抗，還能有效防控土傳病害、改良土壤、恢復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，其制備技術如下。

2.1 菌種復壯

斜面培養：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，以恢復原有性能，為制作一級種子做準備。

2.2 一級種子培養和平板培養基的配制

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，置高壓滅菌鍋內于126 ℃滅菌20 min。滅菌結束后冷卻至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基上。

2.4 菌種培養

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

2.5 二級種子培養

二級種子在三角瓶中培養。將2.4中培養至對數生長期的種子在無菌環境中轉接至三角瓶中，培養至對數生長期。培養完畢后進行種子質量檢測,合格的種子進入下一工序。

2.6 三級種子培養

三級種子在500 L種子罐中進行擴大培養。首先根據培養基配方配制培養基，于 121 ℃滅菌30 min，冷卻至38 ℃時無菌操作接入二級種子，培養至對數生長期對種子質量進行檢測，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，調節pH 7.1～7.2，加入蒸餾水定容。

2.7 四級種子培養

四級種子在5 000 L發酵罐中進行擴大培養。根據培養基配方配制培養基，于121 ℃滅菌30 min，冷卻至39 ℃時接入三級種子，培養完畢后對每毫升活菌總數及雜菌率進行測定。培養罐壓力為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

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

2.9 板框壓濾

將發酵液輸送至板框壓濾設備內進行壓濾，以獲得高濃度菌泥，并檢測活菌總數。

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量比1.5∶1.0∶1.0∶0～1.0配制，混合后用輕質碳酸鈣、腐殖酸、骨粉等吸附而成。

3 新型微生物生態肥制備

在塔式熔體造粒復合肥料生產裝置上，按質量比將尿素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，大大提高了產品中菌株的存活率。

微生物菌劑與顆粒氮鉀肥復合一體化包膜工藝：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，啟動回轉筒翻轉；包膜劑脲甲醛溶液的用量為顆粒氮鉀肥質量的2.0%～2.5%，經電磁流量計計量后，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，實現菌肥一體化包膜處理[2]，既有防結塊、能提高化學肥料利用率等包膜控釋肥的特點，又有活性菌可通過的優勢。為保證包膜質量，山東三方化工公司研發了菌肥一體化包膜裝置自動控制系統V1.0，獲得了國家版權局頒發的計算機軟件著作權登記證書。

4 結語

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

新型微生物生態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，促進農作物生長，改善農作物品質，而且具有拮抗病原菌、防病壯菌、防控土傳病害的作用，能修復改良土壤，培肥地力，提升植物抗逆能力。

新型微生物生態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，以增強農作物對某些病害的抵抗力。