專利名稱：含乳清的生物肥料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物肥料的制備方法和由所述方法可獲得的生物肥料。本發(fā)明還涉及一種包含所述的生物肥料用于土壤施肥的組合物，以及所述生物肥料或所述的組合物在植物生長基質(zhì)的施肥中的應(yīng)用。另外，本發(fā)明還涉及一種土壤施肥的方法。
農(nóng)業(yè)的可持續(xù)形式，即一種并不一味地利用農(nóng)業(yè)土壤中固有肥力而自肥的形式，基于的前提是，隨作物收獲帶走的植物養(yǎng)分將得到補(bǔ)充。
正是定期地給植物提供充足養(yǎng)分，在過去的100年里，維持并甚至改善了歐洲農(nóng)田的肥力。盡管歐洲的農(nóng)業(yè)總面積在減少，在與動植物育種、植物保護(hù)、農(nóng)業(yè)機(jī)械化和土地管理相結(jié)合的前提下，最近幾年中植物營養(yǎng)極大地增加了歐洲的農(nóng)田產(chǎn)量。
植物養(yǎng)分可得自四個不同的來源1)土壤本身，2)家畜、城市和工業(yè)的廢棄物，3)生物氮固定，和4)礦物肥料，也叫作人造肥料。
礦物肥料可以使農(nóng)民對植物養(yǎng)分進(jìn)行補(bǔ)充，如微量元素、礦物質(zhì)、氮、碳等，從而使養(yǎng)分的供給與作物的需求保持一致。實際上，它們是唯一的可用來滿足作物的嚴(yán)格要求的養(yǎng)分。根據(jù)和當(dāng)需要時，提供保證的用量和施用的可能性，礦物肥料是一種獲得可持續(xù)的作物產(chǎn)量和改善食物和飼料的質(zhì)量的節(jié)省成本的方式。目前，不論哪個地區(qū)或是在全球范圍內(nèi)，礦物肥料在確保食物供應(yīng)方面的地位是無可替代的。
礦物肥料的一個主要缺點是由于植物養(yǎng)分從礦物肥料進(jìn)入土壤中的釋放模式而引起的該肥料的低效率利用。礦物肥料中的養(yǎng)分在施到土壤中時一般是“爆炸”釋放，即在相對短的時間里所有的養(yǎng)分都釋放到土壤中。由于在植物生長過程中，通常需要幾個月，由于例如沖洗或降解，養(yǎng)分的濃度會暫時降低，因此不得不使用相對大量的養(yǎng)分來確保在整個生長期中的充足植物養(yǎng)分濃度。因而就需要補(bǔ)充相對大量的礦物肥料來補(bǔ)償在生長期中喪失的養(yǎng)分，而不是補(bǔ)償對生長植物的預(yù)期的養(yǎng)分補(bǔ)給。
另外，相對大量的植物養(yǎng)分不會被生長植物所利用。結(jié)果是，最終沒有利用的植物養(yǎng)分通過例如沖洗進(jìn)入到環(huán)境中。沖洗是通過例如雨、洪水等將土壤中的養(yǎng)分洗掉或沖洗出。這種植物養(yǎng)分的沖洗能夠帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題如由海藻生長引起的水中氧氣耗盡、由“非天然”養(yǎng)分補(bǔ)給引起的抗原決定部位的破壞、物種間自然平衡的破壞如異常的蕁麻生長，以及在物種數(shù)量上的一般減少，包括存在于一個抗原決定部位的動物和植物。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種節(jié)省成本的肥料，它能更有效地給生長植物補(bǔ)充養(yǎng)分并且減少肥料的需要量，另外還能減少進(jìn)入環(huán)境中的植物養(yǎng)分量，以最小化或甚至消除與這種進(jìn)入相關(guān)的環(huán)境問題。因為后者的原因，相對于現(xiàn)有的礦物(人造)肥料，這種肥料被叫做生物友好或生物肥料。
根據(jù)本發(fā)明，該目的是通過提供一種制備生物肥料的方法來完成的，該方法包括乳清的發(fā)酵和向發(fā)酵的乳清中加入載體物質(zhì)。
乳清是牛奶中的水質(zhì)部分，尤其是在奶酪制造過程中，從可凝固部分或凝乳中分離出來的，它富含乳糖、礦物、維生素并含有乳白蛋白和微量的脂肪。目前，乳清被認(rèn)為是一種奶酪制造工業(yè)的廢產(chǎn)物，并通常被廢棄，從而提供一種用于肥料的節(jié)省成本的原材料。
另外，由于乳清是一種“天然”產(chǎn)物，即該產(chǎn)物經(jīng)歷了最小限度的加工、不含有防腐劑或人造添加劑，當(dāng)使用的載體物質(zhì)也是一種“天然”產(chǎn)物時，相對于化學(xué)合成的礦物(人造)肥料，基于乳清作為原材料的肥料不會向環(huán)境中引入這些可能有毒或有害的防腐劑和/或添加劑。
這使得生物農(nóng)民使用本發(fā)明的生物肥料，生物農(nóng)民就是從首要觀點出發(fā)不使用任何“非天然”產(chǎn)物如礦物肥料、除草劑或殺蟲劑的農(nóng)民。直到現(xiàn)在，沒有其他的肥料可供這些農(nóng)民利用，嚴(yán)重地限制了作物產(chǎn)量。
根據(jù)本發(fā)明，在第一步發(fā)酵中發(fā)酵的乳清，例如在室溫下攪拌2天，雖然任何的發(fā)酵方案都能使用如升溫發(fā)酵、在自動發(fā)酵裝置中發(fā)酵等。
本發(fā)明的載體物質(zhì)，優(yōu)選從“天然”來源中獲得，另外優(yōu)選以固體形式獲得，它能夠用來1)提供一種可能的附加碳源，2)使得生物肥料的運輸和加工性能得到改善，3)在施用后防止發(fā)酵的乳清被沖洗掉。
和載體物質(zhì)相結(jié)合的發(fā)酵的乳清提供一種肥料，該肥料以“持續(xù)”或“連續(xù)”的釋放模式給土壤提供養(yǎng)分，該模式即在一段相對長的時間內(nèi)相對穩(wěn)定的釋放養(yǎng)分，這或許是由于肥料在施用后通過土壤微生物的后發(fā)酵。
由于只需要對不可避免的養(yǎng)分濃度降低的較少補(bǔ)償，相比較礦物(人造)肥料的“爆炸”釋放模式，“持續(xù)”的釋放模式需要較少的肥料來達(dá)到在土壤中所希望的養(yǎng)分濃度，因此相比較于礦物(人造)肥料，提供了一種更為有效的本發(fā)明生物肥料的應(yīng)用。
另外，由于需要用于補(bǔ)償?shù)姆柿陷^少，引入環(huán)境中的肥料也較少，所以消除或減少了與這種引入相關(guān)的環(huán)境問題。
優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的生物肥料中，發(fā)酵乳清和載體物質(zhì)的比例為10-15，如10，11，12，13，14，或15(乳清∶載體)。使用這些比例，由載體物質(zhì)提供足夠的結(jié)構(gòu)，同時保持發(fā)酵乳清的最佳益處。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，在發(fā)酵之前和/或發(fā)酵過程中，用微生物的培養(yǎng)物來接種乳清，該微生物包括單一的微生物或者生物體的混合物。通過加入一種特定的微生物的培養(yǎng)物，第一發(fā)酵過程能夠更快進(jìn)行和/或該過程取得較好控制。另外，依據(jù)選擇的微生物能夠影響發(fā)酵的乳清的特性如氮和/或碳的含量。
乳清的發(fā)酵優(yōu)選在pH為5-7進(jìn)行，如pH為5、5.5、6、6.5或7，更優(yōu)選在pH為4-4.5，如pH為4、4.1、4.2、4.3、4.4或4.5，由于在這些pH值下能取得最佳的發(fā)酵。
在本發(fā)明的第二個實施方案中，在加入載體物質(zhì)之前，過濾發(fā)酵的乳清來分離微生物量。優(yōu)選地，重力自流進(jìn)料的原理被大量應(yīng)用。這可以降低過濾步驟的成本。
根據(jù)本發(fā)明的第三個實施方案，在加入載體物質(zhì)之后，將制得產(chǎn)品進(jìn)行第二步發(fā)酵。該第二步發(fā)酵進(jìn)一步提高了在生物載體中養(yǎng)分的有效性。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，向生物肥料中加入石灰。除了改善生物肥料的結(jié)構(gòu)外，向生物肥料中加入石灰來增加鈣源。
因為樹膠脂對任選的第二步發(fā)酵和對可能的后發(fā)酵過程的負(fù)面影響，根據(jù)本發(fā)明的載體物質(zhì)優(yōu)選為樹膠脂含量低的載體物質(zhì)。另外，在發(fā)酵過程中通過使用富含纖維素的載體物質(zhì)能夠進(jìn)一步優(yōu)化生物量的累積。根據(jù)本發(fā)明的載體物質(zhì)的具體實例為鋸屑、山毛櫸鋸屑、橡樹鋸屑、干蕁麻等。
為了滿足具體的要求和依據(jù)所期望的用途，可以向生物肥料中加入添加劑，如微量元素、養(yǎng)分、礦物、生長激素、穩(wěn)定劑、有機(jī)化合物、抗生素等。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的生物肥料呈粉末、顆粒、懸浮液、分散液、含纖維物質(zhì)，溶液、混合物或其組合的形式。
生物肥料可以組合物形式使用，該組合物包含生物肥料和一般能夠在農(nóng)田中使用的任何物質(zhì)。
如上面所述，因為“持續(xù)”的釋放模式，根據(jù)本發(fā)明的生物肥料尤其適合用于給植物生長的基質(zhì)施肥。合適的基質(zhì)實例為土壤、蛭石、玻璃纖維、石棉和/或水產(chǎn)養(yǎng)殖。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，將生物肥料用于土壤施肥的方法，包括在土壤表面和/或土壤內(nèi)施用根據(jù)本發(fā)明的生物肥料或組合物。
令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，不僅養(yǎng)分有效地補(bǔ)充到土壤中，而且土壤組成和/或土壤結(jié)構(gòu)也得到了改善。導(dǎo)致這種的觀察到的改善的一種可能機(jī)理是微生物添加到土壤中。微生物增強(qiáng)了動植物區(qū)系對疾病、蠕蟲的抵抗力，并且增強(qiáng)了對其他有機(jī)物質(zhì)的消化功能等。
在下面的實施例中將進(jìn)一步描述本發(fā)明。這些實施例不應(yīng)被看作是對本發(fā)明的限制。
實施例根據(jù)本發(fā)明的生物肥料的制備根據(jù)本發(fā)明的生物肥料是如下制得的將從奶酪生產(chǎn)設(shè)備中獲得的乳清進(jìn)行第一步發(fā)酵。將乳清在室溫下攪拌兩天，使乳清中的養(yǎng)分如鈣、鉀、氮、碳等摻入形成的生物量(the forming biomass)。在兩天之后，在第一步發(fā)酵制得的產(chǎn)物通過重力過濾來過濾，目的是增加制備物中的干物質(zhì)含量。在棄去液相后，向過濾器上的殘留物中加入鋸木屑，在室溫下使合并物在第二步發(fā)酵中發(fā)酵。
測定化學(xué)元素的百分比，結(jié)果如表1所示。
表1.根據(jù)本發(fā)明的生物肥料的元素分析
權(quán)利要求
1.一種生物肥料的制備方法，包括將乳清進(jìn)行第一步發(fā)酵，然后向發(fā)酵的乳清中加入載體物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中發(fā)酵的乳清載體物質(zhì)的比例為10-15。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，還包括，在乳清的第一步發(fā)酵之前和/或發(fā)酵過程中，用微生物的培養(yǎng)物接種乳清。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其中在pH為5-7，優(yōu)選pH為4-4.5完成第一步發(fā)酵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，還包括，在加入載體物質(zhì)之前，過濾發(fā)酵的乳清。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的方法，還包括，在加入載體物質(zhì)之后，進(jìn)行第二步發(fā)酵。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的方法，還包括添加石灰。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的方法，其中載體物質(zhì)是一種樹膠脂含量低的載體物質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的方法，其中載體物質(zhì)是一種富含纖維素的載體物質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項所述的方法，其中載體物質(zhì)選自鋸屑、山毛櫸鋸屑、橡樹鋸屑、干蕁麻和其組合。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項所述的方法，還包括加入微量元素、養(yǎng)分、礦物、生長激素、穩(wěn)定劑、有機(jī)化合物和/或抗生素。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項所述的方法，其中生物肥料呈選自下列的形式粉末、顆粒、懸浮液、分散液、含纖維物質(zhì)，溶液、混合物和其組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項所述的方法可獲得的生物肥料。
14.用于制備權(quán)利要求13所述的生物肥料的發(fā)酵的乳清。
15.包含權(quán)利要求13所述生物肥料的用于生物性土壤施肥的組合物。
16.權(quán)利要求13所述的生物肥料或權(quán)利要求15所述的組合物在植物生長基質(zhì)的施肥中的應(yīng)用。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的應(yīng)用，其中植物生長基質(zhì)選自土壤、蛭石、玻璃纖維、石棉和水產(chǎn)養(yǎng)殖。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的生物肥料或權(quán)利要求15的組合物在改善土壤組成和/或土壤結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。
19.土壤施肥的方法，包括在土壤表面或土壤內(nèi)施用權(quán)利要求13所述的生物肥料，或施用權(quán)利要求15所述的組合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生物肥料的制備方法以及通過該方法可獲得的生物肥料，該方法包括將乳清進(jìn)行第一步發(fā)酵，然后向發(fā)酵的乳清中加入載體物質(zhì)。該生物肥料可以作為現(xiàn)有人造肥料的替代品使用，從而減少與這些人造肥料相關(guān)的很多環(huán)境問題。另外，本發(fā)明中所述的生物肥料可用于生物農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，因為在這個領(lǐng)域，在出現(xiàn)該生物肥料之前，沒有有效的肥料。
文檔編號C05D9/02GK1914137SQ200380110710
公開日2007年2月14日 申請日期2003年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月20日
發(fā)明者W·A·范德韋德 申請人:康迪特國際有限公司