一种用于有机固废堆肥促腐保氮的菌丝体复合材料及其制备方法和应用

本发明属于生物基材料技术以及有机固废资源化处理与处置领域，具体涉及一种用于有机固废堆肥促腐保氮的菌丝体复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、堆肥是一种通过微生物将有机废物转化为稳定的有机最终产品的有效技术。氮循环是堆肥的基本生化过程，包括氨化、硝化、反硝化、厌氧氨氧化和主要受微生物活动控制的同化五个子过程，在很大程度上决定了堆肥的质量。堆肥过程中普遍存在氮素损失现象，损失量通常为35％～71％，主要表现为nh3、n2o、n2等氮素气体的逸出以及渗滤液中nox的流失，这些气体和渗滤液在污染环境的同时还会造成堆肥产物的养分损失。

2、厨余垃圾含水率高、孔隙率低，含有木质纤维素类难降解大分子物质，使得厨余垃圾堆肥仍面临许多技术挑战。而堆肥的氮含量对堆肥产品的应用至关重要，因此有必要采取措施调节氮转化影响因素，以提高碳氮保留率。研究表明，应用各种添加剂、膨胀剂和微生物菌剂可改善堆肥温度和ph值、c/n、堆积密度、纤维素酶和脱氢酶活性、控制营养元素损失等来加快堆肥进程，促进堆肥腐殖化和提升堆肥产品品质。

3、以上技术单独使用均存在一定的局限性。如膨胀剂的单独使用，虽然对堆肥具有一定的促腐效果，但还存在成本较高和本体难降解的问题；外源微生物菌剂的添加，虽然能够调节堆肥微生物的群落结构，提升特定菌群的活性，促进群落演替和有机物降解，但由于堆肥物料的组成较复杂且堆肥环境变化较大，往往在添加后难以持续发挥作用。因此，亟需开发出一种环境友好型的复合添加剂应用于堆肥中，既能提高微生物的耐受性和稳定性，又能提升堆肥过程的促腐、保氮效果。

4、在我国，生物质资源利用情况不容乐观，如棉籽壳、杨木屑、玉米秸秆和稻草等农业有机固体废物大量以堆积、焚烧等形式直接倾入农田环境，不仅浪费了宝贵的生物质资源，也导致了严重的环境问题。随着人们对环境和能源问题的关注度增加，生物基材料因其良好的可降解性逐渐受到重视。菌丝体基复合材料是一种生物基材料，将真菌菌丝体接种到农林废弃物材料等各种生物质基质上，使用菌丝体作为天然粘合剂，实现绿色生物组装合成的复合材料。相比于传统合成材料如聚丙烯材料等，菌丝体基复合材料在可持续性和环境友好方面优势显著，具有成本低廉、易于制造、碳足迹低，能耗低、可生物降解以及减少对石油、天然气等不可再生资源依赖的优势。

5、在菌丝体复合材料中，真菌菌丝体含有几丁质，其在底物粘附中起着重要作用，而含有几丁质的真菌细胞壁对于材料的结构和机械性能至关重要，因此所选真菌种类会显著影响菌丝体定植效果和最终生物基复合材料的物理机械性能。目前，已有36种真菌物种被用于生产菌丝体基复合材料，且这些真菌均属于担子菌门。担子菌门的木质纤维素降解菌，例如白腐菌、褐腐菌和软腐菌，以其高效的木质纤维素降解能力而闻名。在菌丝体定植过程中，木质纤维素降解菌通过分泌木质素过氧化物酶(lip)、锰过氧化物酶(mnp)、漆酶(laccase)等胞外酶降解木质素等底物。此外，担子菌门的木质纤维素降解菌菌丝可以在纳米水平上分裂或融合，为其营养繁殖和营养转移创建密集的运输网络，并在微观水平上穿透基质，生长几乎无限大的菌丝网络，而仅受其生长基质可用性的限制。因此，木质纤维素降解菌菌丝可以快速、强壮和致密地生长。

6、目前，国内外对菌丝体复合材料的研究与应用主要分布在医疗、包装、建筑、家具和艺术等方面，且大多数研究成果主要集中在对菌丝体复合材料性能的研究上。而菌丝体复合材料在环境领域的应用主要集中在能源资源回收、光催化、有机废水处理以及土壤改良方面，然而尚未应用于堆肥、厌氧发酵等有机固体废弃物生化处理处置领域。

7、所以，利用真菌菌丝在基质原料中的生长特性以及“天然粘合剂”作用，制备木质纤维素降解菌菌丝体复合材料，将其应用于厨余垃圾等有机固体废弃物堆肥中，可提高微生物存活率，保持有益微生物的组成，不仅提高微生物的耐受性和稳定性，还促进了农林废弃物等生物质基质的降解，此外，菌丝体复合材料还具备良好的吸附性，有望吸附堆肥中的nh3/nh4+-n，减少氮损失，将其作为生物质材料在改善有机固体废弃物堆肥品质具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对堆肥腐熟效果不佳、堆肥过程氮素损失以及单独使用微生物添加剂难以持续发挥作用等问题，提出了一种用于有机固废堆肥促腐保氮的菌丝体复合材料及其制备方法和应用。

2、本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：

3、一种用于有机固废堆肥促腐保氮的菌丝体复合材料的制备方法，步骤如下：

4、s1：将农林废弃物自然风干，粉碎，获得农林废弃物粉碎料；将农林废弃物粉碎料、石膏粉和石灰粉混匀，用灭菌水调节含水率至60％～70％，装袋，高压蒸汽灭菌，冷却至室温，获得生物质培养基；

5、s2：将白腐真菌液体菌种接种到生物质培养基中并混匀，在25℃恒温、无光、含氧量20％～35％条件下培养，直至白色菌丝充满培养基，获得第一次菌丝培养产物；

6、s3：将第一次菌丝培养产物粉碎至不见白色菌丝，加入外源营养液并混匀，在25℃恒温、无光、含氧量20％～35％条件下培养，直至白色菌丝转色，获得第二次菌丝培养产物；

7、s4：将第二次菌丝培养产物烘烤以定型、灭活，然后取出晾干，获得用于有机固废堆肥促腐保氮的菌丝体复合材料。

8、步骤s1中，所述农林废弃物由棉籽壳、杨木屑、玉米秸秆和稻草以质量比35～40：20～25：20～25：5～10组成。

9、步骤s1中，所述农林废弃物粉碎料、石膏粉和石灰粉的质量比为80～100：2.5～5：2.5～5。

10、步骤s2中，所述白腐真菌为黄孢原毛平革菌。

11、步骤s2中，所述白腐真菌液体菌种与生物质培养基的比例为1：10v/m。

12、步骤s3中，所述第一次菌丝培养产物与外源营养液的比例为100：2～5m/v。

13、步骤s3中，所述外源营养液由葡萄糖、酵母粉、kh2po4和灭菌水以质量比4.7：1：0.3：94组成。

14、步骤s4中，所述烘烤的温度为50～70℃、时间为1～1.5h。

15、一种由上述的制备方法制得的菌丝体复合材料。

16、上述一种菌丝体复合材料在堆肥中的应用。

17、本发明的显著优点在于：

18、1)本发明制得的菌丝体复合材料以担子菌门中的木质纤维素降解菌菌丝体作为生物粘合剂，与农林废弃物为主要原料的培养基质复配发酵而成，实现了农林废弃物的再利用；

19、2)本发明制得的菌丝体复合材料具有质量轻、吸附性能好等诸多优点，应用于有机固废堆肥中能够提高堆体的堆积密度、自由空域，调节堆体水分含量至60％左右，为微生物活动提供有利条件；

20、3)采用本发明提供的技术方案，能够提升堆肥过程的腐殖酸含量。堆肥结束后，添加不同钝化温度(50℃、60℃和70℃)的菌丝体复合材料(mbc-50、mbc-60和mbc-70)使得堆肥腐殖酸含量分别增加至78.39mg/g、66.81mg/g和72.15mg/g，大于对照组(53.60mg/g)。说明采用含有木质纤维素降解菌的菌丝体复合材料用于有机固废堆肥能够促进堆肥发酵腐熟；

21、4)采用本发明提供的技术方案，能够减少堆肥体系中的氮素损失。堆肥结束后，添加不同钝化温度(50℃、60℃和70℃)的菌丝体复合材料(mbc-50、mbc-60和mbc-70)处理组的总氮含量分别为31.13mg/g、30.03mg/g和28.90mg/g，大于对照组(26.04mg/g)。说明采用含有木质纤维素降解菌的菌丝体复合材料用于有机固废堆肥具有良好的保氮效果；

22、5)本发明制得的菌丝体复合材料作为调理剂用于有机固废堆肥，具有促腐和保氮效果，在堆肥结束时复合材料能够回收利用，且在废弃时也可自行降解，净化并修复土壤，从而实现成本节约和环境友好；

23、6)本发明采用两次菌丝培养的方法，通过第一次菌丝培养，使得木质纤维素降解菌菌丝体得以充分生长和发育，从而提高其生物基复合材料的质量和均匀性。随后进行第二次菌丝培养，进一步优化菌丝体的结构和性能，使得复合材料的力学性能更加出色，具有更高的强度和韧性，方便实现材料的定型加工。