專利名稱：以蒸汽爆碎植物秸稈固態(tài)發(fā)酵制備石質(zhì)邊坡綠化基材的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備綠化基材的方法，特別涉及一種以蒸汽爆碎植物秸稈 固態(tài)發(fā)酵制備石質(zhì)邊坡綠化基材的方法背景技術(shù)近年來，隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)力度的加大及對生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求越來越高， 公路、鐵路及水電工程建設(shè)均要求對邊坡創(chuàng)面進(jìn)行生態(tài)防護(hù)。我國現(xiàn)有各種巖 土創(chuàng)面近40萬km2 ，且隨著建設(shè)與開發(fā)力度的加大逐年增加，預(yù)計(jì)到2010年 將達(dá)到50萬km2。按照工程建設(shè)與生態(tài)恢復(fù)同步的要求，巖土邊坡創(chuàng)面生態(tài)防 護(hù)技術(shù)具有巨大的市場需求空間。巖土創(chuàng)面指基本建設(shè)(如公路、鐵路、水電及市政工程建設(shè)等)及工礦業(yè) 生產(chǎn)過程(如礦區(qū)、采石場等)對地表巖土體的開挖移動(dòng)形成的裸露面。隨著 經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，由于植被破壞及表土散失，創(chuàng)面邊坡引起的水土流失及 生態(tài)破壞現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，成為生態(tài)恢復(fù)工程應(yīng)用研究的熱點(diǎn)之一。目前，主要 采用工程措施與植被結(jié)合的方式來進(jìn)行創(chuàng)面生態(tài)防護(hù)。在我國應(yīng)用的各類生態(tài)護(hù)坡技術(shù)中，TBS植被護(hù)坡技術(shù)約占有20%左右的市場。 2002年，我國自主開發(fā)了厚層基材噴射(Thick-Layer Base Material Spraying, TBS)植被護(hù)坡技術(shù)(CN1360821A)，是用植物和綠化基材與工程措施結(jié)合， 進(jìn)行巖土邊坡創(chuàng)面生態(tài)防護(hù)的生態(tài)工程技術(shù)。其核心技術(shù)是綠化基材產(chǎn)品的應(yīng) 用，該產(chǎn)品主要由高原泥炭、秸稈纖維、有機(jī)肥及其他功能材料定量配制而成。 但由于現(xiàn)有綠化基材產(chǎn)品(CN1292988A)多以泥炭等天然有機(jī)肥為主要功能材 料，對于我國的現(xiàn)實(shí)國情來說，應(yīng)用成本仍相對較高。同時(shí)，未經(jīng)任何處理的 秸稈對土壤基質(zhì)的穩(wěn)定作用有限，而秸稈經(jīng)過特定預(yù)處理后完全可以替代傳統(tǒng) 綠化基材中大部分材料的功能，可到目前為止還沒有采用秸稈預(yù)處理產(chǎn)物制造 石質(zhì)邊坡綠化基材的相關(guān)報(bào)道。因此，采用植物秸稈為主要原料制造石質(zhì)邊坡 綠化基材，可大幅降低材料成本，節(jié)省國家在巖土創(chuàng)面生態(tài)工程上的投資，在3減少天然有機(jī)材料用量的情況下，較好的滿足我國當(dāng)前及未來對生態(tài)創(chuàng)面恢復(fù) 產(chǎn)品和技術(shù)的市場需求。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的針對現(xiàn)有綠化基材需添加大量天然有機(jī)材料以及直接利 用天然植物秸稈時(shí)產(chǎn)品特性不佳，提供一種以蒸汽爆碎植物秸稈固態(tài)發(fā)酵制備 石質(zhì)邊坡綠化基材的方法，通過蒸汽爆碎和混合菌種的預(yù)處理，在滿足生態(tài)恢 復(fù)植被能夠穩(wěn)定生長的基礎(chǔ)上，得到能夠替代泥炭、有機(jī)肥并具有提高土壤穩(wěn) 定性、抗侵蝕能力和植物病害防治功效的新型綠化基材產(chǎn)品，減少應(yīng)用成本與 生態(tài)資源破壞。本發(fā)明的思路本發(fā)明以植物秸稈類可再生資源科學(xué)有效的進(jìn)入自然界 的碳循環(huán)為出發(fā)點(diǎn)，針對現(xiàn)有綠化基材對產(chǎn)品屬性的特定需求，希望通過預(yù)處 理手段的耦合使秸稈不僅成為綠化基材的載體，而且構(gòu)成基材中具有特定活性 的主要功能材料。通過初步蒸汽爆碎處理，秸稈纖維被膨化及腐殖化，吸水性 和腐殖酸含量得到提高，可減少以往產(chǎn)品中泥炭的用量。進(jìn)行復(fù)合菌系固態(tài)發(fā) 酵后，產(chǎn)品富集了大量土壤有益菌，具有生態(tài)肥料的功效及防治植物病害的能 力，有機(jī)質(zhì)和腐殖酸含量進(jìn)一步提高，免除或降低了以往產(chǎn)品對無機(jī)肥料的依 賴，能夠滿足巖土邊坡創(chuàng)面恢復(fù)對涵養(yǎng)量和持水能力的要求，可有效降低應(yīng)用 成本。本發(fā)明的技術(shù)路線本發(fā)明提供的以蒸汽爆碎植物秸稈固態(tài)發(fā)酵制備石質(zhì)邊坡綠化基材的方法，其技術(shù)路線為1. 蒸汽爆碎植物秸稈的制備將整株植物秸稈粗切至3~5厘米，根據(jù)原料重量1:1加水浸潤10 20分鐘， 將濕潤后的原料加入汽爆罐中，通入高壓水蒸汽，將汽爆罐壓力控制在1.5 1.7MPa，維壓時(shí)間3 8分鐘，然后迅速打開出料閥泄去罐中壓力，秸稈從 出料口噴出并爆碎，制得蒸汽爆碎處理的秸稈原料；2. 混合菌種固態(tài)發(fā)酵a.固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)為蒸汽爆碎秸稈和其重量10 30%的麩皮混合攪拌而成，200810102981.5說明書第3/6頁然后加入無菌水，調(diào)整固液比為1: 4~6，然后接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量3~6%的 綠色木霉種子液，進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為25 28'C，培養(yǎng)2 3天；b. 上步發(fā)酵結(jié)束后，接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量3~7%的褐色球形固氮菌種子 液、3~7%的棕色固氮菌種子液、3~5%的解磷巨大芽孢桿菌種子液、3~5%的凍 膠樣芽孢桿菌種子液、5~7%的哈茨木霉種子液，進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度 為25 28。C，培養(yǎng)4 5天；c. 上步發(fā)酵結(jié)束后，接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量2~4%的野油菜黃單胞菌種子 液，25 28'C培養(yǎng)2 3天；3.添加固態(tài)發(fā)酵后物料重量2 4倍的粘土，補(bǔ)加其他功能性材料，攪拌均 勻后常溫下干燥，即制得蒸汽爆碎植物秸稈固態(tài)發(fā)酵制備的石質(zhì)邊坡綠化基材。所述的植物秸稈原料為農(nóng)業(yè)廢棄物玉米秸稈、小麥秸稈、水稻秸稈或油菜 稈。固態(tài)發(fā)酵時(shí)先接入綠色木霉進(jìn)行培養(yǎng)，再同時(shí)接入褐色球形固氮菌、棕色 固氮菌、解磷巨大芽孢桿菌、凍膠樣芽孢桿菌、哈茨木霉進(jìn)行培養(yǎng)，最后接入 野油菜黃單胞菌培養(yǎng)。其中，野油菜黃單胞菌發(fā)酵產(chǎn)生的黃原膠可增加基材的粘性及吸水性。制得的石質(zhì)邊坡綠化基材中，有機(jī)質(zhì)含量>50%，腐殖酸含量〉10%，有效 活菌總數(shù)>2億/克。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例11. 蒸汽爆碎玉米秸稈的制備將整株玉米秸稈粗切至3 5厘米，根據(jù)原料重量l: 1加水浸潤15分鐘，將浸潤后的原料加入汽爆罐中，通入高壓蒸汽，將汽爆罐壓力控制在1.5MPa， 壓力維持時(shí)間7分鐘，然后迅速打開出料閥泄去罐中壓力，秸稈從出料口噴出 并爆碎，制得蒸汽爆碎處理的玉米秸稈；2. 混合菌種固態(tài)發(fā)酵a.固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)為蒸汽爆碎玉米秸稈和其重量20%的麩皮混合攪拌而成， 加水調(diào)整固液比為l: 6，滅菌后接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量6%的綠色木霉種子液，進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為28'C，培養(yǎng)2天；b. 上步發(fā)酵結(jié)束后，接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量7%的褐色球形固氮菌種子液、 4%的棕色固氮菌種子液、5%的解磷巨大芽孢桿菌種子液、5%的凍膠樣芽孢桿 菌種子液、7%的哈茨木霉種子液，進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度28。C，培養(yǎng)4 天；c. 上步發(fā)酵結(jié)束后，接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量3%的野油菜黃單胞菌種子液， 28。C培養(yǎng)2天；3.添加固態(tài)發(fā)酵后物料重量2倍的粘土、 6%的陽離子乳化瀝青、0.4%的聚 丙烯腈，攪拌均勻后常溫下干燥，即制得以蒸汽爆碎玉米秸稈固態(tài)發(fā)酵制備的 石質(zhì)邊坡綠化基材。使用時(shí)與2%的混合草種混合施用。制得的蒸汽爆碎玉米秸稈石質(zhì)邊坡綠化基材中，有機(jī)質(zhì)含量為61%，腐殖 酸含量為18%，有效活菌總數(shù)約為2.94億/克。實(shí)施例21. 蒸汽爆碎小麥秸稈的制備將整株小麥秸稈粗切至3~5厘米，根據(jù)原料重量l: 1加水浸潤10分鐘， 將浸潤后的原料加入汽爆罐中，通入高壓蒸汽，將汽爆罐壓力控制在1.5MPa， 壓力維持時(shí)間5分鐘，然后迅速打開出料閥泄去罐中壓力，秸稈從出料口噴出 并爆碎，制得蒸汽爆碎處理的小麥秸稈；2. 混合菌種固態(tài)發(fā)酵a. 固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)為蒸汽爆碎小麥秸稈和其重量10%的麩皮混合攪拌而成， 加水調(diào)整固液比為l: 4，滅菌后接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量6%的綠色木霉種子液， 進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為26'C，培養(yǎng)3天；b. 上步發(fā)酵結(jié)束后，接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量5%的褐色球形固氮菌種子液、 7%的棕色固氮菌種子液、4%的解磷巨大芽孢桿菌種子液、4%的凍膠樣芽孢桿 菌種子液、6%的哈茨木霉種子液，進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度26。C，培養(yǎng)5 天；c. 上步發(fā)酵結(jié)束后，接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量4%的野油菜黃單胞菌種子液， 26。C培養(yǎng)3天；3.添加固態(tài)發(fā)酵后物料重量4倍的粘土、 5%的陽離子乳化瀝青、0.7%的聚 丙烯腈，攪拌均勻后常溫下干燥，即制得以蒸汽爆碎小麥秸稈固態(tài)發(fā)酵制備的 石質(zhì)邊坡綠化基材。使用時(shí)與2%的混合草種混合施用。制得的蒸汽爆碎小麥秸稈石質(zhì)邊坡綠化基材中，有機(jī)質(zhì)含量為53%，腐殖 酸含量為16%,有效活菌總數(shù)約為2.68億/克。實(shí)施例31. 蒸汽爆碎水稻秸稈的制備將整株水稻秸稈粗切至3~5厘米，根據(jù)原料重量l: 1加水浸潤15分鐘， 將浸潤后的原料加入汽爆罐中，通入高壓蒸汽，將汽爆罐壓力控制在1.7MPa， 壓力維持時(shí)間4分鐘，然后迅速打開出料閥泄去罐中壓力，秸稈從出料口噴出 并爆碎，制得蒸汽爆碎處理的水稻秸稈；2. 混合菌種固態(tài)發(fā)酵a. 固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)為蒸汽爆碎水稻秸稈和其重量25%的麩皮混合攪拌而成， 加水調(diào)整固液比為l: 5，滅菌后接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量5%的綠色木霉種子液， 進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為27'C，培養(yǎng)2天；b. 上步發(fā)酵結(jié)束后，接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量5%的褐色球形固氮菌種子液、 6%的棕色固氮菌種子液、5%的解磷巨大芽孢桿菌種子液、4%的凍膠樣芽孢桿 菌種子液、6%的哈茨木霉種子液，進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度27'C，培養(yǎng)4 天；c. 上步發(fā)酵結(jié)束后，接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量2%的野油菜黃單胞菌種子液， 27'C培養(yǎng)3天；3. 添加固態(tài)發(fā)酵后物料重量3倍的粘土、 5.5%的陽離子乳化瀝青、0.8%的 聚丙烯酸酯，攪拌均勻后常溫下干燥，即制得以蒸汽爆碎水稻秸稈固態(tài)發(fā)酵制 備的石質(zhì)邊坡綠化基材。使用時(shí)與2%的混合草種混合施用。制得的蒸汽爆碎水稻秸稈石質(zhì)邊坡綠化基材中，有機(jī)質(zhì)含量為56%，腐殖 酸含量為14%，有效活菌總數(shù)約為2.82億/克。實(shí)施例41. 蒸汽爆碎油菜秸稈的制備將整株油菜秸稈粗切至3 5厘米，根據(jù)原料重量l: 1加水浸潤12分鐘，將浸潤后的原料加入汽爆罐中，通入高壓蒸汽，將汽爆罐壓力控制在1.6MPa， 壓力維持時(shí)間6分鐘，然后迅速打開出料閥泄去罐中壓力，秸稈從出料口噴出并爆碎，制得蒸汽爆碎處理的油菜秸稈；2. 混合菌種固態(tài)發(fā)酵a. 固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)為蒸汽爆碎油菜秸稈和其重量15%的麩皮混合攪拌而成， 加水調(diào)整固液比為l: 5，滅菌后接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量4%的綠色木霉種子液， 進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為28'C，培養(yǎng)3天；b. 上步發(fā)酵結(jié)束后，接入固態(tài)^:酵基質(zhì)重量7%的褐色球形固氮菌種子液、 5%的棕色固氮菌種子液、5%的解磷巨大芽孢桿菌種子液、3%的凍膠樣芽孢桿 菌種子液、5%的哈茨木霉種子液，進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度28。C，培養(yǎng)5 天；c. 上步發(fā)酵結(jié)束后，接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量4%的野油菜黃單胞菌種子液， 25'C培養(yǎng)3天；3. 添加固態(tài)發(fā)酵后物料重量3倍的粘土、 6.5%的陽離子乳化瀝青、0.7%的 聚丙烯酸酯，攪拌均勻后常溫下干燥，即制得以蒸汽爆碎油菜稈固態(tài)發(fā)酵制備 的石質(zhì)邊坡綠化基材。使用時(shí)與2%的混合草種混合施用。 制得的蒸汽爆碎油菜稈石質(zhì)邊坡綠化基材中，有機(jī)質(zhì)含量為55%，腐殖酸含量 為16%，有效活菌總數(shù)約為2.56億/克。
權(quán)利要求
1. 以蒸汽爆碎植物秸稈固態(tài)發(fā)酵制備石質(zhì)邊坡綠化基材的方法，其步驟為1)蒸汽爆碎植物秸稈的制備將整株植物秸稈粗切至3～5厘米，根據(jù)原料重量1∶1加水浸潤10～20分鐘，將浸潤后的原料加入汽爆罐中，通入高壓蒸汽，將汽爆罐壓力控制在1.5～1.7MPa，壓力維持時(shí)間3～8分鐘，然后迅速打開出料閥泄去罐中壓力，秸稈從出料口噴出并爆碎，制得蒸汽爆碎處理的秸稈原料；2)混合菌種固態(tài)發(fā)酵a.固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)為蒸汽爆碎秸稈和其重量10～30％的麩皮混合攪拌而成，加水調(diào)整固液比為1∶4～6，滅菌后接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量3～6％的綠色木霉種子液，進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為25～28℃，培養(yǎng)2～3天；b.上步發(fā)酵結(jié)束后，接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量3～7％的褐色球形固氮菌種子液、3～7％的棕色固氮菌種子液、3～5％的解磷巨大芽孢桿菌種子液、3～5％的凍膠樣芽孢桿菌種子液、5～7％的哈茨木霉種子液，25～28℃培養(yǎng)4～5天；c.上步發(fā)酵結(jié)束后，接入固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)重量2～4％的野油菜黃單胞菌種子液，25～28℃培養(yǎng)2～3天；3)添加固態(tài)發(fā)酵后物料重量2～4倍的粘土，補(bǔ)加其他功能性材料，攪拌均勻后常溫下干燥，即制得蒸汽爆碎植物秸稈固態(tài)發(fā)酵制備的石質(zhì)邊坡綠化基材。
2、 如權(quán)利要求1所述的以蒸汽爆碎植物秸稈固態(tài)發(fā)酵制備石質(zhì)邊坡綠化基 材的方法，其特征在于所述的植物秸稈原料為農(nóng)業(yè)廢棄物玉米秸稈、小麥秸稈、水稻秸稈或油菜稈。
3、 如權(quán)利要求1所述的以蒸汽爆碎植物秸稈固態(tài)發(fā)酵制備石質(zhì)邊坡綠化基 材的方法，其特征在于固態(tài)發(fā)酵時(shí)先接入綠色木霉進(jìn)行發(fā)酵，再同時(shí)接入褐色 球形固氮菌、棕色固氮菌、解磷巨大芽孢桿菌、凍膠樣芽孢桿菌、哈茨木霉進(jìn)行 發(fā)酵，最后接入野油菜黃單胞菌發(fā)酵。
4、如權(quán)利要求1所述的以蒸汽爆碎植物秸稈固態(tài)發(fā)酵制備石質(zhì)邊坡綠化基材的方法，其特征在于野油菜黃單胞菌發(fā)酵產(chǎn)生的黃原膠可增加基材的粘性及吸水性。
全文摘要
本發(fā)明涉及的一種以蒸汽爆碎植物秸稈固態(tài)發(fā)酵制備石質(zhì)邊坡綠化基材的方法首先將整株植物秸稈切短、浸潤、進(jìn)行蒸汽爆碎，制得蒸汽爆碎處理的秸稈原料；然后進(jìn)行復(fù)合菌系固態(tài)發(fā)酵；發(fā)酵完成后按比例添加粘土和必要的功能材料，拌勻后常溫干燥制得以蒸汽爆碎植物秸稈固態(tài)發(fā)酵制備的石質(zhì)邊坡綠化基材。制得產(chǎn)品中，有機(jī)質(zhì)含量＞50％，腐殖酸含量＞10％，有效活菌總數(shù)＞2億/克。不僅能夠替代以往大量使用的泥炭，具有生態(tài)肥料的功效，而且還具有防治植物病害的能力，能夠滿足邊坡創(chuàng)面恢復(fù)對涵養(yǎng)量和持水能力的要求。
文檔編號C05F11/10GK101255073SQ20081010298
公開日2008年9月3日 申請日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者宋永民, 張建興, 陳洪章 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所