本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)廢棄物發(fā)酵處理工藝，尤其涉及一種煙草廢棄物發(fā)酵菌劑及其使用方法和應用。
背景技術(shù)：
煙草廢棄物包括葉片采收的煙株株桿、煙株根系以及其他沒有經(jīng)濟價值的部位。目前本領域內(nèi)多將煙草廢棄物進行發(fā)酵處理并制成綠肥或者作為生物質(zhì)燃料的原料進行加工處理。煙草在常年連作生產(chǎn)方式下，會受到一些常見病毒的侵染，待煙葉采收后，這些病毒還是會寄生在煙株上，當其接觸到煙草、番茄等茄科植株后會再次爆發(fā)疾病。如煙草花葉病毒，煙草花葉病毒呈粒體桿狀，其在無菌條件下致病力達數(shù)年，并可在干燥病組織內(nèi)存活30年以上，煙草花葉病在煙草苗期和大田生長初期最易感病，主要發(fā)生在苗床期至大田現(xiàn)蕾期。溫度和光照很大程度上影響病情擴散和流行速度，高溫和強光可縮短潛育期。現(xiàn)有技術(shù)中多采用普通的發(fā)酵菌和發(fā)酵工藝對煙草廢棄物進行發(fā)酵處理，該方式缺陷如下：首先煙草廢棄物中含有煙堿成分，很多發(fā)酵菌很難適應煙堿并導致死亡，導致發(fā)酵效率大大下降；其次該方式多通過發(fā)酵生成的高溫來殺死煙草廢棄物中的蟲卵和病菌，很難保證完全殺死病毒，而施用這種夾帶病毒的發(fā)酵后肥料，會造成病毒在新種植株之間進行病毒傳染。而且最近學者發(fā)現(xiàn)煙民抽吸卷煙會額外攝入重金屬，其中煙葉從肥料中汲取重金屬離子是原因之一，因此如何降低煙葉肥料的具有毒害的重金屬離子是本領域技術(shù)人員亟待解決的問題之一。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種煙草廢棄物發(fā)酵菌劑及其使用方法和應用。本發(fā)明提供的發(fā)酵菌劑可以加快煙草廢棄物的發(fā)酵效率，同時對煙草廢棄物中的重金屬進行轉(zhuǎn)化并高效滅殺病菌。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
一種煙草廢棄物發(fā)酵菌劑，所述菌劑主要由枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、酵母菌、側(cè)孢芽孢桿菌、纖維素酶、木聚糖酶和蛋白酶配制而成。
優(yōu)選的，所述菌劑由如下質(zhì)量份原料制成：
枯草芽孢桿菌1-3份、地衣芽孢桿菌0.5-1.5份、酵母菌1-3份、側(cè)孢芽孢桿菌1-3份、纖維素酶0.5-1份、木聚糖酶0.2-1份和蛋白酶0.2-1份。
優(yōu)選的，所述菌劑由如下質(zhì)量份原料制成：枯草芽孢桿菌2份、地衣芽孢桿菌1份、酵母菌2份、側(cè)孢芽孢桿菌2份、纖維素酶1份、木聚糖酶0.5份和蛋白酶0.5份。
優(yōu)選的，采用不斷增加煙堿溶液濃度的方法，對所述菌劑進行定向馴化。不斷提高煙堿溶液的濃度，使得菌劑中的菌種對煙堿具有較高的耐受能力，最終馴化出完全可以承受煙堿的相應菌種。
上述煙草廢棄物發(fā)酵菌劑處理煙草廢棄物的方法，步驟如下，將煙草廢棄物粉碎，按照300-500g/t的質(zhì)量比向煙草廢棄物中接種所述菌劑，然后加入煙草廢棄物50wt%的水混合均勻發(fā)酵10-16天即可。
優(yōu)選的，將煙草廢棄物粉碎后于130-160℃下加熱2-3h后，按照300-500g/t的質(zhì)量比向煙草廢棄物中接種所述菌劑，然后加入煙草廢棄物50wt%的水混合均勻發(fā)酵22-24h即可。
上述煙草廢棄物發(fā)酵菌劑制備煙草有機肥方向的應用。
枯草芽孢桿菌，是芽胞桿菌屬的一種，可利用蛋白質(zhì)、多種糖及淀粉進行分解色氨酸形成吲哚，主要針對煙草廢棄物中的糖類物質(zhì)包括纖維素、木質(zhì)素等纖維結(jié)構(gòu)進行分解處理；且枯草芽孢桿菌的發(fā)酵產(chǎn)物的表面存在生物膜，這種生物膜形成了隔離層，煙草廢棄物中的污染物想要滲透入空氣或土壤中，就必須先到需要到達并且穿過該隔離層，所以該隔離層的存在可以有效地對煙草廢棄物中的污染如中重金屬離子和其他有機污染物進行吸附，防止其進入土壤和空氣之中。
地衣芽孢桿菌，其細胞形態(tài)和排列呈桿狀、單生，具有較強的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶的活性，可以有效促進煙草廢棄物中纖維素類、脂類物質(zhì)降解。同時地衣芽孢桿菌可以防治煙葉煙草黑脛病，降解擬除蟲菊酯類農(nóng)藥殘留，吸附重金屬等。
酵母菌為單細胞真菌，可在有氧環(huán)境下將糖類物質(zhì)分解為CO2和H2O。
側(cè)孢芽孢桿菌屬于常規(guī)的肥料發(fā)酵菌種，屬于芽孢桿菌屬，革蘭氏染色陽性，可變?yōu)殛幮?，芽孢為橢圓形，側(cè)生、中生或近中生，孢囊膨大，游離芽孢一邊比另一邊厚（獨木舟形）。其分泌大量蝕幾丁質(zhì)酶，破壞真菌的細胞壁和線蟲卵壁，使得原生質(zhì)體外流失活造成死亡；對弧菌、大腸桿菌和桿狀病毒等有害細菌具有很強的抑制作用。
纖維素酶為復合酶，針對煙草廢棄物中的纖維素類物質(zhì)處理，并將其轉(zhuǎn)化成葡萄糖。
木聚糖酶針對煙草廢棄物中的半纖維素類物質(zhì)進行講解和處理，并將其轉(zhuǎn)化為單糖。
蛋白酶針對煙草廢棄物中的蛋白質(zhì)類物質(zhì)處理，并將其轉(zhuǎn)化為氨基酸。
本發(fā)明所述煙草廢棄物發(fā)酵菌劑在對煙草廢棄物進行發(fā)酵分解處理時，包括有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化、煙草廢棄物原帶微生物滅殺和重金屬轉(zhuǎn)化，具體的如下：
1）有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化
煙草廢棄物中的有機質(zhì)在菌劑的作用下進行復雜的轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)化包括兩個過程即：①有機質(zhì)的礦質(zhì)化過程，即把復雜的有機質(zhì)分解成為簡單的物質(zhì)，最后生成二氧化碳、水和礦質(zhì)養(yǎng)分等；②有機質(zhì)的腐殖化過程，即有機質(zhì)經(jīng)分解再合成，生成更復雜的腐殖質(zhì)。上述兩個過程是同時進行的，但方向相反，且在不同條件下，各自進行的強度有明顯的差別。
①有機質(zhì)的礦化作用
不含氮有機物如多糖化合物（淀粉、纖維素、半纖維素）等首先在蛋白酶、纖維素酶和淀粉酶的作用下水解成單糖。葡萄糖在通氣良
好的條件下被地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、酵母菌、側(cè)孢芽孢桿菌等迅速分解，且不易積累酒精、醋酸和草酸等中間產(chǎn)物，最終形成CO2和H2O，同時放出大量熱能；
含氮有機物如蛋白質(zhì)、氨基酸、生物堿、腐殖質(zhì)等。除腐殖質(zhì)外，大部分都會被上述菌劑容易被分解。例如蛋白質(zhì)，在蛋白酶作用下，
逐級降解并產(chǎn)生各種氨基酸，再經(jīng)氨化作用、硝化作用而分別形成銨鹽、硝酸鹽等可以被植物吸收利用的氮化合物；
含磷有機物可以在地衣芽孢桿菌的作用下，形成磷酸，成為植物能夠吸收利用的磷化合物；
含硫有機物經(jīng)菌劑的作用生成硫化氫，硫化氫在通氣良好的條件下被地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、酵母藺、側(cè)孢芽孢桿菌氧化成硫酸，并和生成的鹽基作用形成硫酸鹽，不僅消除了硫化氫的毒害，還成為植物能夠吸收的硫素養(yǎng)料。
脂類及芳香類有機物如單寧、樹臘等結(jié)構(gòu)復雜，分解較慢，其最終產(chǎn)物也是CO2和水：木質(zhì)素是含植物性原料（如樹皮、木屑等），其結(jié)構(gòu)復雜且穩(wěn)定，含芳香核，并以多聚形式存在于植物組織中，但在通氣良好的條件下，通過酵母菌、木聚糖酶、纖維素酶的作用下可以進行分解，其芳香核可變?yōu)轷突衔?，屬于再合成腐殖質(zhì)的原料之一。
②有機質(zhì)的腐殖化過程
本發(fā)明所述菌劑對煙草廢棄物中的有機質(zhì)進行兩個階段的作用：第一階段，將有機殘體分解形成組成腐殖質(zhì)分子的原始材料，如多元酚、含氮有機物（氫基酸、肽）等；第二階段，先由菌劑分泌的多酚氧化酶將多酚氧化成醌，然后醌與氨基酸或肽縮合而成腐殖質(zhì)單體。腐殖質(zhì)單體再進一步相互縮合成為大小不等的分子。
2）煙草廢棄物原帶微生物滅殺
本發(fā)明所述菌劑處理煙草廢棄物時，除了利用發(fā)酵生成的高溫對煙草廢棄物原帶微生物進行滅殺之外，菌劑中的地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、酵母菌、側(cè)孢芽孢桿菌還可對煙草廢棄物原帶微生物起到競爭、抗生和溶菌三方面的滅殺作用。
①競爭滅殺，主要包括營養(yǎng)競爭和位點競爭。營養(yǎng)和空間位點的競爭是指存在于同一微小生物環(huán)境中的兩個或兩個以上微生物之間爭奪這一環(huán)境內(nèi)的空間、營養(yǎng)、氧氣等的現(xiàn)象。地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、酵母菌、側(cè)孢芽孢桿菌等具有較強的競爭和定殖能力，從而搶占病原菌的侵染位點，消耗其周圍養(yǎng)分，同時地衣芽孢桿菌具有獨特的生物奪氧作用機制，能抑制致病菌的生長繁殖，從而阻止和干擾病原菌的擴大繁殖，起到滅殺作用；
②抗生滅殺，經(jīng)過發(fā)明人的研究發(fā)現(xiàn)，地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、酵母菌、側(cè)孢芽孢桿菌的菌株代謝產(chǎn)物中存在多種有效的抗菌物質(zhì)。這些抗菌物質(zhì)可以在低濃度下就能溶解病原菌孢子的細胞壁或細胞膜，致使細胞壁穿孔、畸形等現(xiàn)象從而抑制孢子萌發(fā)，對病原微生物的生長和代謝產(chǎn)生抑制作用，從而來影響病原微生物的生存和活動，進而起到滅殺效果。
③溶菌滅殺，經(jīng)過發(fā)明人的研究發(fā)現(xiàn)，地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、酵母菌、側(cè)孢芽孢桿菌可以吸附在病原菌的菌絲上，并隨著菌絲生長而生長，而后產(chǎn)生溶菌物質(zhì)造成病原菌的原生質(zhì)泄露使得其菌絲體斷裂，進而實現(xiàn)滅殺效果。
（三）重金屬的的轉(zhuǎn)化
煙草廢棄物中往往含有重金屬，主要包括汞、鉻、鎘、鉛、砷等。本發(fā)明菌劑中的地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、酵母菌、側(cè)孢芽孢桿菌可以在重金屬的生物轉(zhuǎn)化中起到重要作用，通過直接和間接的作用去除重金屬。如重金屬一汞，菌劑通過無機汞(Hg2+)的甲基化、無機汞(Hg2+)還原成HgO、甲基汞和其他有機汞化合物的裂解并還原成HgO三個步驟，能夠?qū)o機汞和有機汞轉(zhuǎn)化為單質(zhì)汞。本發(fā)明所述菌劑雖然無法直接降解重金屬，但通過對重金屬的轉(zhuǎn)化，可以有效減輕煙草廢棄物處理后產(chǎn)物的毒性。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點：
1）針對煙草廢棄物的組成進行菌劑復配，采用枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、酵母菌、側(cè)孢芽孢桿菌、木聚糖酶、纖維素酶和蛋白酶組成的菌劑，可以有效提高煙草廢棄物的分解效率和質(zhì)量；
2）本發(fā)明所述菌劑，在對煙草廢棄物中的有機物進行分解的同時對煙草廢棄物中的原帶微生物進行競爭、抗生和溶菌作用，配合發(fā)酵的高溫對原帶微生物如煙草花葉病毒和根結(jié)線蟲卵進行高效滅殺，提高煙草廢棄物處理后生成的腐殖質(zhì)品質(zhì)；
3）本發(fā)明所述菌劑，可以對煙草廢棄物中的有機物進行分解的同時將呈毒副狀態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)化為低毒和無毒狀態(tài)，如將二價汞離子轉(zhuǎn)化為汞單質(zhì)、將六價鉻離子轉(zhuǎn)化為三價鉻離子等，提高煙草廢棄物處理后生成的腐殖質(zhì)安全性。
附圖說明
圖1為效果例中處理組和對照組的發(fā)酵溫度變化曲線圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
實施例1
按質(zhì)量配比取枯草芽孢桿菌1份、地衣芽孢桿菌0.5份、酵母菌1份、側(cè)孢芽孢桿菌1份、纖維素酶0.5份、木聚糖酶0.2份和蛋白酶0.2份。
將煙草廢棄物粉碎，按照300g/t的質(zhì)量比向煙草廢棄物中加入所述菌劑，然后加入煙草廢棄物50wt%的水混合均勻即可，其中每克菌劑中活菌數(shù)不低于200億。
實施例2
按質(zhì)量配比取枯草芽孢桿菌3份、地衣芽孢桿菌1.5份、酵母菌3份、側(cè)孢芽孢桿菌3份、纖維素酶1份、木聚糖酶1份和蛋白酶1份。
將煙草廢棄物粉碎，按照500g/t的質(zhì)量比向煙草廢棄物中加入所述菌劑，然后加入煙草廢棄物50wt%的水混合均勻即可，其中每克菌劑中活菌數(shù)不低于200億。
實施例3
按質(zhì)量配比取枯草芽孢桿菌2份、地衣芽孢桿菌1份、酵母菌2份、側(cè)孢芽孢桿菌2份、纖維素酶1份、木聚糖酶0.5份和蛋白酶0.5份。
將煙草廢棄物粉碎，按照400g/t的質(zhì)量比向煙草廢棄物中加入所述菌劑，然后加入煙草廢棄物50wt%的水混合均勻即可，其中每克菌劑中活菌數(shù)不低于200億。
效果例：
將同一產(chǎn)地的煙草廢棄物打碎，均分后作為處理組和對照組的處理物進行發(fā)酵發(fā)酵處理。對照組為自然發(fā)酵處理，處理組在自然發(fā)酵第3天接種實施例3所述菌劑4kg并攪拌均勻繼續(xù)發(fā)酵。處理組和對照組在溫度環(huán)境為31-35℃的室外空地進行發(fā)酵，每天翻堆3次進行通風，發(fā)酵期間天氣良好均為晴天。
1）發(fā)酵溫度和時間
每天用溫度計測量對照組和處理組的發(fā)酵物中心溫度并作記錄如圖1所示，處理組在發(fā)酵處理的第9天到達最高溫度69.5℃，并在后續(xù)發(fā)酵過程中溫度下降，基本在第16天完成發(fā)酵。對照組在發(fā)酵處理的第7天到達最高溫度49℃，但是后續(xù)發(fā)酵溫度不穩(wěn)定且在第16天時繼續(xù)保持發(fā)酵狀態(tài)。經(jīng)過統(tǒng)計，對照組約在發(fā)酵1.5個月后溫度降至室溫且實現(xiàn)完全發(fā)酵。所以實施例3所述菌劑可以極大程度提高煙草廢棄物的發(fā)酵效率并縮短發(fā)酵時間。
2）發(fā)酵后產(chǎn)物的重金屬含量檢測
根據(jù)有機肥NY525-2012的國標檢測標準，分別對處理組發(fā)酵16天后產(chǎn)物及對照組發(fā)酵3個月后的產(chǎn)物進行重金屬檢測，結(jié)果如表1所示：
表1
由表1可知，經(jīng)過實施例3所述菌劑處理后的煙草廢棄物，其中的砷、汞、鉛、鎘和鉻的含量有大幅度下降，這是由于菌劑對重金屬離子進行了轉(zhuǎn)化和固化的結(jié)果。
3）發(fā)酵后產(chǎn)物的中微生物含量檢測
選取最具代表性的煙草花葉病毒和根結(jié)線蟲卵死亡率兩個項目，分別對處理組發(fā)酵16天后產(chǎn)物及對照組發(fā)酵3個月后的產(chǎn)物進行檢測，結(jié)果如表2所示：
由表2可得，經(jīng)過實施例3所述菌劑處理后的煙草廢棄物，未檢出煙草花葉病毒且根結(jié)線蟲卵死亡率大幅度提升，這是由于菌劑對煙草廢棄物中的原帶微生物進行高效滅殺的結(jié)果。