[发明专利]马铃薯秸秆微生物处理技术

说明书

技术领域

 马铃薯秸秆微生物处理技术属于微生物学领域。

背景技术

中国马铃薯产业已成为许多地方，特别是贫困地区扶贫开发的支点、高效农业的样板和现代农业建设的亮点，“小土豆”已初步做成“大产业”。中国已成为世界上马铃薯第一大生产国，2010年，中国马铃薯种植面积与产量分别达到7808万亩和8154万吨，秸秆产量接近1亿吨。山东省是马铃薯种植大省，2010年山东省总产达到676万吨，同时产生大约743万吨鲜马铃薯秸秆。经课题组调查在山东泰安市、枣庄市调查发现，90%的马铃薯秸秆未被有效利用，随处堆放或干后就地焚烧，使本来的“资源”变为“污染源”，严重污染了环境；严重破坏了农村和城镇居民的生活环境。马铃薯光合作用的产物有一半左右存在于马铃薯秸秆，含有大量的有机物及丰富的矿物质，是一种良好的、巨大的可利用的资源。如何科学利用马铃薯秸秆这一具有潜在利用价值的资源对于实现可持续发展战略意义重大。

虽然中国有农业秸秆资源化的传统，但是创新的技术少，有自主知识产权、有很好适应性和推广价值的技术更少。目前，我国秸秆利用方式主要以秸秆能源化利用、肥料化利用、饲料化利用、材料化利用及燃料为主。传统的堆肥技术、沼气技术由于发酵过程中的微生物筛选、沼气的产气率和设备、堆肥的设备和氮素损失等问题没有得到很好的解决，限制了其广泛应用。我国在生物质利用的很多方面未能掌握其核心技术，并且存在设备老化严重、维护费用高、后期服务不到位等问题，以及出现二次污染的可能性，制约了我国生物质资源利用水平和生物质产业发展。农业秸秆微生物处理生产有机肥及动物饲料成为目前农业秸秆综合利用较好的一个发展方向。国内外的研究主要集中在纤维素利用菌的开发，特别是利用基因重组技术，构建高效降解纤维素、木质素的菌株，且大多采用单菌株纯培养，没有发挥多菌协同作用，导致秸秆利用率较低。目前有关农业秸秆微生物处理多集中在在小麦、玉米、高粱、大豆等秸秆的利用。高含水分的马铃薯秸秆基本没有得到任何利用，未见马铃薯秸秆理化性质及其微生物处理技术的相关研究。因此，急需马铃薯秸秆综合利用技术，实现有利于环境的秸秆高值化加工模式。

本发明，因地制宜，利用现代科学技术并与传统农业技术相结合，按照“整体、协调、循环、再生”的原则，运用系统工程方法，将各种技术优化组合，构建马铃薯秸秆资源化高效利用生态模式。建立和完善马铃薯秸秆资源化利用标准技术体系和技术保障体系。

发明内容

（1）马铃薯秸秆的主要分类和理化性质分析，为进一步细化马铃薯秸秆利用工艺方案和复合微生物菌群选择、工艺参数确定和产品利用方案提供理论参考。

（2）复合微生物发酵剂菌种主要代谢机制和关键酶，特别是纤维素降解酶的代谢和酶学分析，为进一步确定降解机制、高效改造微生物奠定基础。

（3）确定复合微生物发酵剂菌种降解马铃薯秸秆和生成有效目标产物的代谢机制，以便人工控制降解，做到马铃薯秸秆的可控降解利用。

（4）马铃薯秸秆固态发酵工艺优化，进一步缩短发酵周期，确定复合微生物发酵剂菌种降解马铃薯秸秆和生成有效目标产物的工艺方法。包括：纤维素分解菌对马铃薯秸秆分解能力的研究；菌剂中微生物菌群协同作用对秸秆纤维素分解能力的研究；温度对高效复合菌剂处理马铃薯秸秆的影响；发酵时间与发酵形式对高效复合菌剂处理马铃薯秸秆的影响；通风量对高效复合菌剂处理马铃薯秸秆的影响；复合菌剂加量对马铃薯秸秆处理的影响和工艺参数对高效复合菌剂处理马铃薯秸秆的影响。

   

主要创新点、先进性

马铃薯秸秆既是一种污染源，又是一种巨大的可利用的资源。随着社会的发展，人类的进步及地球自然资源的消耗，充分利用每一种可利用自然资源形成良性的生态资源生物链，是今后发展的必然趋势。本项目立足马铃薯秸秆利用现状，采用微生物分离、纯化、改造技术筛选高效马铃薯秸秆处理菌剂；该菌剂含有多种有益菌，通过现代微生物发酵、处理技术，解决了多菌种共生及活力难保持的难题。利用现代发酵技术，探索以马铃薯秸秆为主要基质的固体发酵的动力学模型，人工可控生产天然有机肥或动物饲料等产品，并在马铃薯种植区设计马铃薯秸秆处理示范点，有望得到一种社会效益、环境效益以及经济效益三者兼顾的秸秆高值化加工模式，实现马铃薯秸秆绿色环保生物链式循环。

分解纤维素是处理马铃薯秸秆最重要的一个技术关键点，目前国内外用于纤维素分解的微生物大多采用单菌株纯培养，而我们此次研究利用多菌株联合协同分解纤维素，分解纤维素的酶属多酶体系，酶组份之间存在着明显的协同作用。

研究方法