新型微生物生态肥制备技术与微生物菌剂生产装置的开发

张海涛，张 磊，徐长青，刘海明，李 敏

(1.山东三方化工集团有限公司 山东莒南 276600； 2.北京航天恒丰科技股份有限公司 北京 102402； 3.济南市产品质量检验院 山东济南 250013)

由于常年大量和盲目使用化肥，导致我国农用土壤理化性能变差，土传病害传播严重。为此，山东三方化工集团有限公司(以下简称山东三方化工公司)研发了一种新型微生物生态肥，该肥料既能促生增产，又能修复改良土壤，对环境相对安全，具有防控土传病害的功能。

在新型微生物生态肥的研发过程中，首先筛选出既能够促进作物生长，又相互不产生拮抗，而且还能修复改良土壤、可杀灭土壤中线虫等真菌病害的枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌[1]。创新了内生芽孢杆菌应用技术，建立了对原始菌种的单独培植、纯化复壮、液体制种、三级液体发酵、板式压滤、低温干燥等工艺技术方案，形成了“一种微生物生态肥料及其制备方法”“一种修复土壤重金属的生物有机复合肥及其制备方法”“一种改良盐碱地型生物有机肥及其制备方法”等技术；“一种抗重茬的大蒜棉花轮作高效施肥方法”获得了中国发明专利(ZL201710567608.6)授权，专利权与山东省农业科学院资源与环境研究所共享。

1 新型微生物生态肥生产设备设计与选型

在新型微生物生态肥的生产过程中，需要对菌株进行液体发酵，培养基接种菌苗后进行搅拌，在合适的温度和氧气含量下菌种不断繁殖，达到预定的密度后再与适量的填充物混合形成商品菌剂。现有的微生物菌剂生产装置包括多种不同功能的设备，各设备之间相互独立，无法构成完整的生产线，存在生产效率低、产品质量不稳定、无法满足持续大批量生产等缺点。

针对现有的微生物菌剂生产装置存在的问题，山东三方化工公司研发了一种可以连续生产、效率高、产品质量稳定的微生物菌剂生产装置，包括培养罐、水槽、混合机、造粒机、低温烘干机、筛分机等，混合机的输入端通过管道与培养罐的出料口相连，混合机的输出端通过传送带与造粒机的输入端相连，造粒机的输出端与筛分机的输入端相连。其特征在于：培养罐包括罐体、加料口、出料口，罐体上端固定安装电动机，搅拌轴上固定连接有齿型消沫器、搅拌桨；罐体的上端设有接种口；罐体的外壁设有夹层水套，冷却水入口通过管道和水泵与水槽的输出端连接，冷却水出口通过管道连接到水槽的输入端；罐体的内腔中设有空气管，空气管的上端穿过罐体的侧壁延伸至罐体外部，空气管的下端延伸至搅拌轴的下方。采用上述方案后，该菌剂生产装置可实现连续生产，不仅生产效率高，而且产品质量稳定。

2 新型微生物菌剂的制备技术

首先筛选出既能够促进农作物生长，又相互不产生拮抗，还能有效防控土传病害、改良土壤、恢复地力的枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、短小芽孢杆菌和胶冻样芽孢杆菌，其制备技术如下。

2.1 菌种复壮

斜面培养：将保藏的枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、短小芽孢杆菌和胶冻样芽孢杆菌等菌株分别进行斜面活化，以恢复原有性能，为制作一级种子做准备。

2.2 一级种子培养和平板培养基的配制

将蛋白胨、葡葡糖、牛肉膏、氯化钠、琼脂粉等原料放入蒸馏水中，加热搅拌至完全溶解，置高压灭菌锅内于126 ℃灭菌20 min。灭菌结束后冷却至15 ℃，倒至平板，备用。

2.3 菌种接种

打开超净工作台的紫外灯照射30 min。在超净工作台中，斜面种子采用划线接种的方法接种于配制好的平板培养基上。

2.4 菌种培养

将划线接种好的平板放入生化培养箱内，于37 ℃培养24 h，并形成单菌落，在最洁条件下培养至该菌株的对数生长期。

2.5 二级种子培养

二级种子在三角瓶中培养。将2.4中培养至对数生长期的种子在无菌环境中转接至三角瓶中，培养至对数生长期。培养完毕后进行种子质量检测,合格的种子进入下一工序。

2.6 三级种子培养

三级种子在500 L种子罐中进行扩大培养。首先根据培养基配方配制培养基，于 121 ℃灭菌30 min，冷却至38 ℃时无菌操作接入二级种子，培养至对数生长期对种子质量进行检测，合格的种子进入下一工序。种子罐压力为0.1 MPa，工作温度为(37±1) ℃，工作时间为16～20 h。

培养基配方：玉米粉8 kg、蛋白胨3 kg、MgSO43 kg、豆饼粉5 kg、尿素0.9 kg、磷酸氢二钾0.7 kg，调节pH 7.1～7.2，加入蒸馏水定容。

2.7 四级种子培养

四级种子在5 000 L发酵罐中进行扩大培养。根据培养基配方配制培养基，于121 ℃灭菌30 min，冷却至39 ℃时接入三级种子，培养完毕后对每毫升活菌总数及杂菌率进行测定。培养罐压力为0.09～0.10 MPa，工作温度为(39±1) ℃，工作时间为22～26 h。

2.8 扩大培养

扩大培养在10 000 L发酵罐中进行。根据培养基配方配制培养基，于121 ℃灭菌30 min，冷却至39 ℃时接入四级种子。发酵温度控制在(38±2) ℃，工作压力为0.09～0.10 MPa，pH 6.8～7.3，发酵时间为23～26 h。

2.9 板框压滤

将发酵液输送至板框压滤设备内进行压滤，以获得高浓度菌泥，并检测活菌总数。

2.10 新型微生物菌剂制备

新型微生物菌剂配方：枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、短小芽孢杆菌和胶冻样芽孢杆菌按质量比1.5∶1.0∶1.0∶0～1.0配制，混合后用轻质碳酸钙、腐殖酸、骨粉等吸附而成。

3 新型微生物生态肥制备

在塔式熔体造粒复合肥料生产装置上，按质量比将尿素54份、氯化钾29份、腐殖酸10份、黄腐酸钾5份制成颗粒氮钾肥；在包膜工序，取颗粒氮钾肥92份，将3份脲甲醛溶液均匀喷洒在颗粒氮钾肥表面，然后采用5份新型微生物菌剂进行扑粉，使其进行菌肥一体化包膜处理；最后配入磷酸二铵，制得新型微生物生态肥料。由于脲甲醛膜阻挡了无机元素与菌株的接触，大大提高了产品中菌株的存活率。

微生物菌剂与颗粒氮钾肥复合一体化包膜工艺：将温度为60～80 ℃的颗粒氮钾肥用皮带输送机输送至滚筒包膜机内，启动回转筒翻转；包膜剂脲甲醛溶液的用量为颗粒氮钾肥质量的2.0%～2.5%，经电磁流量计计量后，用压力泵将其均匀地喷洒在颗粒氮钾肥表面，同时喷入少量浓缩后的新型微生物菌液；粉状新型微生物菌剂通过定量螺旋喂料机计量并输送至双包膜机内进行扑粉处理，使微生物菌剂在脲甲醛包膜剂和微量菌液的作用下均匀地附着在氮钾肥颗粒表面，形成脲甲醛膜和微生物菌膜，实现菌肥一体化包膜处理[2]，既有防结块、能提高化学肥料利用率等包膜控释肥的特点，又有活性菌可通过的优势。为保证包膜质量，山东三方化工公司研发了菌肥一体化包膜装置自动控制系统V1.0，获得了国家版权局颁发的计算机软件著作权登记证书。

4 结语

新型微生物生态肥含无机肥、有机质、有益微生物菌等，既能促进作物生长，又可达到有效防控土传病害、修复改良土壤、减少化肥使用量、减轻因过量使用化肥引起的面源环境污染等问题[3]。

新型微生物生态肥中添加了枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌，不仅能够提高土壤肥力，促进农作物生长，改善农作物品质，而且具有拮抗病原菌、防病壮菌、防控土传病害的作用，能修复改良土壤，培肥地力，提升植物抗逆能力。

新型微生物生态肥中添加了短小芽孢杆菌和胶冻样芽孢杆菌，能够分解出长石、云母等矿物中的钾、硅，也能分解出磷灰石中的磷，还能分泌植物生长刺激素及多种酶，以增强农作物对某些病害的抵抗力。