CN116981507A - 用于生产碳足迹减少的家畜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于减少生产家畜的碳足迹的组合物和方法。基于微生物的土壤处理组合物减少了来自生产家畜饲料的温室气体排放，并且进而改善了家畜动物的健康和生产力。

Description

用于生产碳足迹减少的家畜的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年11月1日提交的美国临时专利申请第63/108,392号和2020年11月30日提交的第63/119,284号提交的优先权，这两个专利申请均通过引用方式整体并入本文。

背景技术

捕获大气中热量的气体称为“温室气体”或“GHG”，包括二氧化碳、甲烷、一氧化二氮和氟化气体(EPA报告2016，6)。“碳足迹”是由个体、组织、事件或产品直接和间接引起的总GHG排放。它是通过对产品或服务的寿命(材料生产、制造、使用和寿命终止)的每个阶段产生的排放求和来计算的。在产品的整个寿命或生命周期内，可能排放不同的GHG，每种GHG都或多或少具有捕获大气中的热量的能力。通过计算每种气体的全球变暖潜能值(GWP)(以二氧化碳当量(CO₂e)为单位)，给出单一单位的碳足迹用于简单的比较(Michigan 2020)，说明这些差异。

基于来自全世界监测站的最近测量以及来自南极和格陵兰的冰层中捕获的气泡的较古老空气的测量，全球大气中GHG的浓度在过去几百年中显著上升(EPA报告2016，例如6，15)。

特别地，自从1700年代开始工业革命，人类活动通过燃烧化石燃料、砍伐森林和进行其他活动增加了大气中GHG的量。许多排放到大气中的GHG在其中停留很长时间，从十年到数千年。随着时间的推移，这些气体通过化学反应或通过排放汇点，诸如从大气中吸收GHG的海洋和植物，从大气中去除。

世界各国领导人已试图通过条约和其他国家间协议来抑制GHG排放的增加和/或减少各种活动的碳足迹。一种这样的尝试是通过使用碳信用额系统。碳信用额是表示排放一吨二氧化碳的权利的可交易证书或许可证或等价GHG的通称。在典型的碳信用额系统中，管理机构设置关于运营商可产生的GHG排放量的配额。超过这些配额要求运营商从尚未使用其所有碳信用额的其他运营商购买额外的配额。

碳信用额系统的目标是鼓励公司投资更绿色的技术、机械和实践，以便从这些信用额交易中获益。根据联合国气候变化框架公约(UNFCCC)的京都议定书，许多国家已经同意国际上通过GHG减排政策(包括通过排放信用额交易)进行约束。虽然美国不受京都议定书的约束，并且虽然在美国没有中央国家排放交易系统，但是一些州，诸如加利福尼亚州和一组东北部州，已经开始采用此类交易方案。

具有显著碳足迹的一个特定工业领域是食品生产，即农业和家畜生产，这两种生产导致主要排放二氧化碳、一氧化二氮和甲烷。

反刍家畜，特别是例如牛、绵羊、水牛、山羊、鹿和骆驼，由于它们独特的消化系统而有助于甲烷产生。反刍动物具有四个胃隔室：蜂巢胃、瘤胃、瓣胃和皱胃。特别地，瘤胃作为厌氧发酵容器用于形成生物膜的产甲烷细菌，其产生气态副产物，诸如二氧化碳和甲烷。每天可从一只奶牛中排出大约130加仑至超过250加仑的由发酵产生的瘤胃气体。

其他动物(包括非反刍动物)也有助于肠道GHG的产生。例如，猪、啮齿动物、猴、马、骡、驴、犀牛、河马、熊、家禽和某些其他鸟类的消化系统中也含有产甲烷细菌。

除了肠道发酵之外，家畜粪肥也可以是GHG排放的来源。粪肥含有在储存和加工期间可导致GHG排放的两种组分：可转化为甲烷排放的有机物质和间接导致一氧化二氮排放的氮。在粪肥被保留在污水塘、尾矿池或贮留槽中时，当产甲烷细菌分解粪肥中的有机物质时，甲烷被释放。另外，在储存和加工期间，氨(NH₃)形式的氮从粪肥和尿液中释放。氨随后可转化为一氧化二氮。(Gerber等人，2013)。

虽然存在用于减少家畜肠道和基于粪肥的甲烷排放的方法，包括例如消化系统的损坏和甚至针对产甲烷菌的疫苗接种，但是这些策略可能减少有益肠道微生物的数量，并且由于微生物的适应性，这些方法可能是短效的。其他已知策略涉及膳食改变(特别是对于家畜放牧牧场)，以便通过例如直接抑制产甲烷菌和原生动物，或通过重新引导氢离子远离产甲烷菌以减少甲烷生成来控制肠道发酵。大多数抗产甲烷化合物是昂贵、短效的，表现出不一致的结果，需要高浓度、不含H₂受体、不影响生物膜形式的产甲烷菌，并且/或者包含容易在肠道中被破坏和/或被排泄的化合物。

进一步的策略包括改善的动物管理实践。人们认为GHG排放强度与动物效率之间有直接的联系。动物的生产力越高(例如肉类和/或奶制品的生产)，环境影响将越低(基于每单位产品)。例如，更有效的动物将保留更多的膳食氮蛋白，从而在粪便和尿中排泄更少的氮。一些提高效率的方法包括选择性育种实践和遗传修饰以减少动物的营养需求。然而，选择性育种方法可能是不可预测且耗时的，并且由于遗传修饰动物的健康和舒适的后果是未知的(Gerber等人，2013)。

畜牧业的另一个重要方面是饲料生产和加工，其贡献了工业GHG排放的几乎一半。此类GHG排放来自例如土地使用的变化、肥料和杀虫剂的制造和使用、排泄和施用于田地的粪肥、农业机械和操作、饲料加工和饲料运输。

全世界收获的全球生物质(例如玉米和其他草料)的几乎60％作为饲料或垫料进入家畜子系统。土壤二氧化碳排放是由于土壤碳动力学(例如，分解植物残余物、土壤有机物质的矿化、土地使用变化等)、合成肥料和杀虫剂的制造以及在农场农业操作中使用化石燃料而产生的。当向土壤施用有机和无机肥料时，排放一氧化二氮。这些肥料在作物摄取前容易通过沥滤和脱氮作用而损失(Grossi等人，2019)。

畜牧业对于例如肉类和乳制品的生产是重要的；然而，对气候变化的日益关注和降低GHG排放的需要要求饲养家畜的改善的方法，同时降低畜牧业的碳足迹。

发明内容

本发明提供了用于生产家畜的环境友好的方法。本发明还提供了基于微生物的产品以及这些产品的用途，用于在家畜操作链内的许多环境中获得有益结果，包括在例如饲料生产方面和畜牧业方面。有利的是，本发明利用有机、非GMO组分并且环境友好的方法来减少家畜生产的碳足迹。

在某些实施方案中，本发明的方法以减少由此产生的GHG排放的方式促进家畜动物的饲养和生产，该GHG排放包括GHG，诸如二氧化碳、甲烷和一氧化二氮。

在优选的实施方案中，该方法包括农业方面和畜牧业方面，在农业方面，生长碳足迹减少的家畜饲料，在畜牧业方面，给家畜动物饲养碳足迹减少的饲料。

在一个实施方案中，农业方面包括将基于微生物的土壤处理组合物施用于一片农田，包括被自然火和规定的焚烧清除的大片农田，其中土壤处理组合物向农田的植物和/或土壤提供一种或多种直接或间接的益处。这些益处可包括例如改善植物健康和生长(地上和地下)、改善植物蛋白质和/或营养物含量、减少肥料使用、增强土壤中的碳固存、改善土壤微生物组多样性、改善水和/或营养在土壤中的分散和/或增加植物根对土壤营养物的摄取。

在某些实施方案中，土壤处理组合物包含一种或多种有益微生物。在优选的实施方案中，有益微生物是能够产生以下项中的一者或多者的非致病性的、土壤定殖真菌、酵母和/或细菌：表面活性剂，诸如脂肽和/或糖脂；具有抗菌和免疫调节作用的生物活性化合物；聚酮化合物；酸；肽；抗炎化合物；酶，诸如蛋白酶、淀粉酶和/或脂肪酶；以及氨基酸、维生素和其他营养物的来源。

在优选的实施方案中，微生物是选自以下项的非致病性细菌、酵母和/或真菌，例如木霉菌属(Trichoderma spp.)、芽孢杆菌属(Bacillus spp.)、异常威克汉姆酵母(Wickerhamomyces anomalus)、黄色粘球菌(Myxococcus xanthus)、绿针假单胞菌(Pseudomonas chlororaphis)、熊蜂生假丝酵母(Starmerella bombicola)、布拉氏酵母(Saccharomyces boulardii)、毕赤酵母(Pichia occidentalis)、库德里阿兹威毕赤酵母(Pichia kudriavzevii)、季也蒙迈耶氏酵母(Meyerozyma guilliermondii)、菌根真菌(mycorrhizal fungi)、固氮微生物(例如维涅兰德固氮菌(Azotobacter vinelandii))和/或钾动员剂(例如金黄弗拉特氏菌(Frateuria aurantia))。

组合物中微生物和其他成分的种类和比例可根据以下项来确定：例如，进行处理的地理区域、消耗植物的家畜动物的种类、处理时农田的健康状态以及其他因素。因此，可以为任何给定位置定制合成物。

在某些示例性实施方案中，土壤处理组合物包含第一微生物和第二微生物、这些微生物的生长副产物和任选的一种或多种营养物的来源。在具体的示例性实施方案中，第一微生物是哈茨木霉菌(Trichoderma harzianum)，第二微生物是解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)(例如，解淀粉芽孢杆菌NRRL B-67928)。

在一个实施方案中，土壤处理组合物还包含微生物的生长副产物，该微生物的生长副产物可包括例如微生物在其中培养的发酵培养基和/或来自培养的任何剩余营养物。生长副产物还可包括由于细胞生长而产生的代谢物或其他生物化学物质，包括例如生物表面活性剂、酶和/或溶剂。

方法还可包括在施用期间施用材料以增强微生物生长(例如，添加萌发促进剂、益生元和/或营养物以促进植物和/或微生物生长)。在一个实施方案中，营养物来源可包括例如镁、磷酸盐、氮、钾、硒、钙、硫、铁、铜、锌、蛋白质、维生素和/或碳的来源。在一个实施方案中，益生元可包括，例如海带提取物、富里酸、壳多糖、腐殖酸盐和腐殖酸中的一种或多种。

在一些实施方案中，本发明的方法还包括施用另外的农业组分，例如除草剂、肥料、杀虫剂和/或土壤改良剂。优选地，另外的组分是无毒的且环境友好的。它们确切的材料和量可由受益于本公开的土壤科学家来确定。

在某些实施方案中，土壤处理组合物与植物部位接触。在具体的实施方案中，使该组合物与植物的一个或多个根接触。该组合物可例如通过喷雾或浸泡根直接施用于根，以及/或者例如通过将该组合物施用于植物生长的土壤(例如，根际)间接施用。该组合物可在种植之前或种植时施用于植物的种子，或施用于植物的任何其他部分和/或其周围环境。

本发明的方法可利用用于农田维护的标准方法和设备。例如，土壤处理组合物可使用灌溉系统以液体形式来施用。另外，可使用手动涂布器，诸如撒播涂布器、液滴涂布器、手持涂布器或手持喷雾器来施用组合物。

在一些实施方案中，农田包括禾本科草，包括例如蓝草、狗牙根、羊茅、水牛草等。其他草料，诸如非禾本科草、杂草和灌木，以及饲料作物诸如玉米、燕麦和大麦也可用土壤处理组合物处理。在一些实施方案中，可将组合物施用于一些情况下已经进行了规定的焚烧以促进植被恢复的牧场。

在一个实施方案中，本发明方法可用于减少生产谷物饲养的家畜以及谷物喂养的家畜的碳足迹，其中谷物是根据本发明方法的农业方面生产的碳减少的谷物和/或其副产物(例如，具有可溶物的干酒糟，DDGS)。

在一个实施方案中，与常规生长的、用于饲养和/或喂养家畜而生产的高碳足迹的谷物相比，该方法的农业方面可增加禾本科草的饲料价值。

通过增强牧场或草饲养的家畜的可销售性，和/或通过使用碳足迹减少的方法生产的谷物来饲养家畜，本发明可通过以下项来减少家畜饲料工业的碳足迹：减少土地使用变化、减少肥料和杀虫剂的制造和使用，以及减少燃烧化石燃料的农业机械的操作，包括用于饲料加工和运输的农业机械的操作。

这可通过以下形式来实现：例如，增强大片农田的植物碳利用和储存、增加土壤中的碳固存、减少基于土壤的GHG排放、改善农业基于氮的施肥实践、改善土壤微生物群中的生物多样性和改善农业土壤管理。

在某些实施方案中，增强的植物碳利用可以是例如增加的植物叶、增加的茎和/或树干直径、增强的根生长和/或增加的每单位面积植物数量的形式。

在某些实施方案中，增加的土壤封存可以是例如增加的植物根生长(例如，长度和密度)、增加的微生物对植物分泌的有机化合物(包括来自植物根的分泌物)的摄取、和改善的土壤微生物定殖的形式。

在某些实施方案中，该方法可减少从土壤排放的GHG如甲烷、二氧化碳和/或一氧化二氮/其前体的量。

在某些实施方案中，改善的农业施肥实践、土壤生物多样性和/或土壤管理可以是减少富氮肥料以及用一种或多种有益微生物接种植物根际的形式。例如，在优选的实施方案中，土壤处理组合物的微生物可定殖于根际并为根在其中生长的植物提供多种益处，包括保护、水合和营养。因此，该方法可通过用一种或多种有益土壤微生物替代一些或所有肥料、杀虫剂和/或其他土壤改良剂来减少一氧化二氮排放。

在某些实施方案中，该方法还包括畜牧业方面，其包括使根据农业方面生产的植物可用于家畜动物，使得家畜动物摄取植物。在一个实施方案中，将家畜动物置于根据农业方面处理的一片农田上用于自由放牧。在一个实施方案中，植物从经处理的农田收获，并作为碳足迹减少的草料、谷物和/或其他形式的松散饲料提供给动物。

在一个实施方案中，例如当生产谷物喂养的家畜时，按照惯例使用饲养方法的组合。

在一个实施方案中，该方法的畜牧业方面通过以减少由家畜的消化、粪肥和大规模生产所导致的GHG排放的方式增强家畜动物的健康和/或生产力来减少家畜工业的碳足迹。

这些益处可包括例如改善的饲料效率，其导致改善的动物健康和生育力、改善的肉类和乳制品的数量和营养品质，以及对高碳足迹饲料作物如常规生产的玉米的降低的依赖性。提高饲料效率的一个具体且重要的益处是增加饲料氮的使用，这导致减少消化系统中产生的氨和一氧化二氮以及家畜的废物产物。此外，改善的饲料效率可导致改善的动物生产力，这意味着需要较少的饲料和/或较少的GHG-排放动物来生产给定量的产品。

在一个实施方案中，畜牧业方面还可包括将土壤处理组合物直接施用于家畜粪肥上，以促进粪肥被微生物分解的增加，同时减少从其中排放的GHG的量。在一些实施方案中，将组合物应用于粪肥还有助于碳足迹减少，因为粪肥可代替用于农田的合成富氮肥料使用，其将最终变成家畜动物的饲料。

在一些实施方案中，本发明的方法可由家畜生产者和/或家畜饲料供应者用于减少碳信用额使用。因此，在某些实施方案中，本发明方法还可包括进行测量以评估该方法对减少甲烷、二氧化碳和/或其他有害大气气体和/或它们的前体(例如，氮气和/或氨气)的生成(由家畜生产者和/或家畜饲料供应者使用本领域的标准技术进行)的影响。

有利的是，在某些实施方案中，本发明提供了通过以下项来改善生产和消费肉类、乳制品和其他基于动物的产品的环境可持续性的解决方案：例如促进饲料作物和牧场生长和活力；提高农田土壤营养含量；促进土壤水分和水分利用效率的提高；增强土壤微生物组多样性；减少肥料用量；提高禾本科草的饲料价值，同时降低对谷物的依赖性；减少家畜动物和粪肥的肠道GHG排放；改善饲料至肌肉的转化；提高家畜动物的生产力，例如肉类和奶的数量和营养质量等。

附图说明

图1是根据本发明的实施方案的系统的流程示意图。

具体实施方式

本发明提供了用于生产碳足迹减少的家畜的环境友好的方法，其中该方法包括农业方面和/或畜牧业方面，其中：

农业方面包括生产农田，在该农田中，用于饲养家畜的植物使用以下技术生长或将要生长：增强土壤营养物和水分的含量和分散、增强植物健康和生长、提高植物蛋白质含量、减少富氮肥料使用、和/或增强土壤和/或植物物质中的碳固存；以及

畜牧业方面包括使农田中生产的植物可用于家畜动物，使得家畜动物摄取植物，

其中农业方面导致与传统农业技术相比减少的温室气体排放，并且其中在优选的实施方案中，畜牧业方面导致家畜动物的改善的健康和生产力。

有利的是，本发明可利用有机、非GMO组分且环境友好的方法来减少家畜生产的碳足迹。

“碳足迹”在本文中可被定义为由人类活动直接或间接排放或在产品或服务的整个生命周期内累积的二氧化碳(CO₂)和其他GHG总量的量度。仅作为一个示例，需要通过卡车运输许多英里的产品(例如收获的饲料谷物)可能比不需要运输的替代产品(例如在牧场中生长的草)具有更大的碳足迹。

碳足迹可使用生命周期评估(LCA)方法来计算，或者可以被限制为来自化石燃料的能量使用的直接可归因的排放。生命周期评估(LCA，也称为生命周期分析、生态平衡、和“从摇篮到墓穴”分析)是对给定产品或服务的环境影响的调查和评估，该环境影响是由于其存在而造成或必需的。碳足迹的生命周期概念意指它是全包括的并且包括引起碳排放的所有可能原因。换句话说，需要考虑所有直接(现场、内部)和间接排放(场外、外部、具体化、上游、下游)。

通常，碳足迹表示为CO₂当量。二氧化碳当量是描述对于给定混合物和GHG量，当在指定时间尺度(通常100年)内测量时具有相同全球变暖潜能值(GWP)的CO₂量的数量。二氧化碳当量因此反映时间积分的辐射强制。通过将质量和气体的GWP相乘获得气体的二氧化碳当量。通常使用以下单元：

a)UN气候变化小组IPCC：十亿公吨的CO₂当量(GtCO₂当量)；

b)工业中：百万公吨二氧化碳当量(MMTCDE)；

c)对于车辆：二氧化碳当量g/km(gCDE/km)。

例如，甲烷的GWP为21，一氧化二氮的GWP为310。这意味着1百万吨甲烷和一氧化二氮的排放分别相当于2100万公吨二氧化碳和3.1亿公吨二氧化碳的排放。

在本领域中存在用于计算或估计碳足迹的各种方法，并且可以在本发明中采用。

有利的是，在优选的实施方案中，本发明可用于减少生产家畜的碳足迹，其包括减少生产用于家畜的基于草料、基于饲料和/或基于谷物的饲料的碳足迹。

“碳足迹减少的”意指在生产家畜饲料和用所述饲料饲养家畜的整个生命周期中每单位时间排放的二氧化碳和其他GHG的量的负面改变，直到基于家畜/动物的产品最终被人类消费者消费。CO₂和/或其他GHG排放的负变化可以是例如至少0.25％、0.5％、1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或100％。

在一些实施方案中，术语“碳足迹”在本文中可与术语“碳强度”和“排放强度”互换。排放强度是给定GHG相对于特定活动或工业过程(例如，燃料燃烧、家畜动物生产、洗碗机生产)的“强度”的排放速率的量度。排放强度可包括相对于以下项的排放量：例如燃烧的燃料量、生产的家畜动物的数量、生产的工业产品的量、行驶的总距离和/或生成的经济单位的数量。

在产品的整个寿命周期上测量排放强度。例如，通过汇集沿燃料供应链排放的所有GHG排放，包括在燃料的勘探、采矿、收集、生产、运输、分配、分发和燃烧中排放的所有排放，来计算燃料的排放强度。

选择的定义

如本文所用，“农业”意指用于食品、纤维、生物燃料、药物、化妆品、补充剂、观赏目的和其他用途的植物、藻类和/或真菌的栽培和育种。根据本发明，农业也可包括园艺学、景观美化、园艺、植物保护、林业和再造林、牧场和草原恢复、果园、树木栽培和农艺学。农业中还包括土壤的护理、监测和维护。

如本文所用，“生物膜”是微生物(诸如细菌)的复杂聚集体，其中细胞彼此粘附和/或粘附到表面。生物膜中的细胞在生理学上不同于相同生物体的浮游细胞，这些浮游细胞是可在液体培养基中漂浮或游动的单细胞。

如本文所用，“常规”农业和家畜生产利用以下项中一者或多者：转基因生物(GMO)、浓缩动物饲养操作(CAFO)和合成化学品，例如肥料、杀虫剂和/或除草剂。常规农业和家畜生产通常是高度资源和能量密集型的，并且可有助于显著的GHG排放。

如本文所用，“消化系统”是指动物体内能够消化或消耗食物并将其转化为能量和废物的器官系统。消化系统可包括例如口腔、食道、嗉囊、砂囊、前胃、胃、瘤胃、蜂巢胃、瓣胃、皱胃、胰腺、肝脏、小肠、大肠(结肠)、盲肠、阑尾和/或肛门。还设想了特定动物所专有的与消化相关的其他器官或部分。

如本文所用，“促进”意指改善或增加。例如，增强的植物健康意味着改善植物的生长和茁壮成长的能力，其包括增加的种子萌发和/或出苗、改善的抵御害虫和/或疾病的能力、和改善的在环境应激物如干旱和/或过度浇水的情况下存活的能力。促进植物生长和/或促进植物生物质意指例如增加植物在地上和地下的大小和/或质量(例如增加冠层/叶片体积、高度、树干厚度、分枝长度、新枝长度、蛋白质含量、根大小/密度和/或总体生长指数)，以及/或者改善植物达到所需大小和/或质量的能力。提高产量意味着例如通过增加每株植物的果实、叶、根和/或块茎的数量和/或大小，和/或改善果实、叶、根和/或块茎的质量(例如改善味道、质地、白利糖度、叶绿素含量和/或颜色)，来改善作物中植物产生的终产物。

如本文所用，“农田”包括其中植物为了人类利益而生长、栽培和/或管理的任一片土地。农田包括：

主要含有供家畜放牧的禾本科草、豆类和非草的草本植物的牧场或土地；

草地，其通常是未放牧的大片土地，可用于收获干草或其他动物草料；

牧地，其包括供家畜或野生动物放牧的无人照料和人工照料的草原、灌丛、林地、湿地和沙漠；以及

农作物。

如本文所用，“草料”意指收获或以其他方式切割以饲养家畜动物的任何植物材料。草料可包括但不限于禾本科草、非禾本科草、灌木、苜蓿、干草、稻草、豆类、坚果、种子、水果、蔬菜和/或农作物残余物。

如本文所用，“草料”意指在一片农田中生长并且被家畜动物消耗或至少可被家畜动物食用的任何植物材料。

如本文所用，“谷物饲养的”家畜是指家畜动物在其整个生命过程中将谷物作为其常规饮食的一部分。谷物可占动物总饲料供应的例如至少10％、至少25％、至少50％、至少75％、至少85％、至少95％或100％。谷物包括但不限于玉米、燕麦、大麦、小麦、高粱、买罗高粱(milo)和大豆。

在一些实施方案中，该谷物饲养的家畜是“谷物喂养的”，意指该家畜动物生命中的大部分时间用在牧草和/或吃禾本科草和基于草料的饲料，但在最后的4至6个月里，例如，主要吃基于谷物的饮食(例如，超过50％、60％、75％或90％的热量摄入)。这种基于谷物的饮食通常包括高能量谷物，诸如玉米、小麦和买罗高粱；然而，在一些情况下，除了饲养场谷物之外，动物还消耗其他不同的饲料来源，诸如马铃薯皮、甜菜和干草。

如本文所用，“草饲养的”家畜，意指家畜动物在其整个生命中从断奶开始仅吃草和饲料。

如本文所用，“分离的”或“纯化的”核酸分子、多核苷酸、多肽、蛋白质、有机化合物诸如小分子(例如，下文描述的那些)或其他化合物基本上不含与其天然结合的其他化合物(诸如细胞物质)。例如，纯化或分离的多核苷酸(核糖核酸(RNA)或脱氧核糖核酸(DNA))不含在其天然存在状态下位于其侧翼的基因或序列。纯化或分离的多肽不含在其天然存在状态下位于其侧翼的氨基酸或序列。纯化或分离的微生物菌株是从其天然存在的环境中去除的。因此，分离的菌株可以作为例如生物学上纯净的培养物或作为与载体结合的孢子(或其他形式的菌株)而存在。

在某些实施方案中，纯化的化合物是至少60重量％的目标化合物。优选地，制剂是至少75重量％、更优选地至少90重量％并且最优选地至少99重量％的目标化合物。例如，纯化的化合物是所需化合物的至少90重量％、91重量％、92重量％、93重量％、94重量％、95重量％、98重量％、99重量％或100重量％(w/w)的化合物。通过任何合适的标准方法(例如柱色谱法、薄层色谱法或高效液相色谱法(HPLC)分析)测量纯度。

“代谢物”是指由代谢产生的任何物质(例如，生长副产物)或参与特定代谢过程所必需的物质。代谢物可以是作为代谢的起始材料、中间体或终产物的有机化合物。代谢物的示例可包括但不限于酶、毒素、酸、溶剂、醇、蛋白质、碳水化合物、维生素、矿物质、微量元素、氨基酸、聚合物、聚酮化合物和表面活性剂。

如本文所用，“产甲烷菌”是产生甲烷气体作为代谢副产物的微生物。产甲烷菌是古生菌，其可以在反刍动物和非反刍动物(例如，猪、家禽和马)的消化系统和代谢废物中发现。产甲烷菌的示例包括但不限于甲烷杆菌属(Methanobacterium spp.)(例如，甲酸甲烷杆菌(M.formicicum))、甲烷短杆菌属(Methanobrevibacter spp.)(例如，反刍甲烷短杆菌(M.ruminantium))、甲烷球菌属(Methanococcus spp.)(例如，巴氏甲烷球菌(M.paripaludis))、甲烷袋状菌属(Methanoculleus spp.)(例如，布雷斯甲烷袋状菌(M.bourgensis))、Methanoforens spp.(例如，M.stordalenmirensis)、Methanofollisliminatans、Methanogenium wolfei、甲烷微菌属(Methanomicrobium spp.)(例如，运动甲烷微菌(M.mobile))、坎德勒氏甲烷嗜热菌(Methanopyrus kandleri)、Methanoregulaboonei、鬃毛甲烷菌属(Methanosaeta spp.)(例如联合鬃毛甲烷菌(M.concilii)、嗜热鬃毛甲烷菌(M.thermophile))、甲烷八叠球菌属(Methanosarcina spp.)(例如，巴氏甲烷八叠球菌(M.barkeri)、马氏甲烷八叠球菌(M.mazeii))、斯氏甲烷球形菌(Methanosphaerastadtmanae)、亨氏甲烷螺菌(Methanospirillium hungatei)、甲烷嗜热杆菌属(Methanothermobacter spp.)和/或宋氏甲烷丝菌(Methanothrix sochngenii)。

如本文所用，术语“植物”包括但不限于任何木本、观赏或装饰物种、作物或谷类、水果或蔬菜、水果植物或蔬菜植物、花或树、大型藻类或微藻类、浮游植物和光合藻类(例如，绿藻莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii))。“植物”还包括单细胞植物(例如，微藻类)和大量分化成在植物发育的任何阶段存在的菌落(例如，团藻)或结构的多个植物细胞。此类结构包括但不限于果实、种子、芽、根、茎、叶、花等。此外，植物可以是单独的，例如在草坪或花园中，或者它可以是许多植物中的一种，例如作为果园、森林或作物的一部分。

术语“植物组织”包括植物的分化和未分化组织，包括存在于根、枝条、叶、花粉、种子和肿瘤或虫瘿中的那些，以及培养中的细胞(例如，单细胞、原生质体、胚、愈伤组织等)。植物组织可以在植物中、在器官培养物、组织培养物或细胞培养物中。如本文所用的术语“植物部位”是指植物结构或植物组织。

本文提供的范围应理解为该范围内的所有值的简写。例如，1至50的范围应理解为包括来自1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50的任何数字、数字组合或子范围以及介于上述整数之间的所有小数值(例如，1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8和1.9)。至于子范围，特别考虑了从该范围的任一端点延伸的“嵌套子范围”。例如，示例性范围1至50的嵌套子范围可在一个方向上包括1至10、1至20、1至30和1至40或者在另一个方向上包括50至40、50至30、50至20和50至10。

如本文所用，“减少”意指负变化，并且“增加”意指正变化，其中该正变化或负变化为至少0.25％、0.5％、1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或100％。

如本文所用，“土壤处理”、“土壤改良剂”或“土壤调理剂”是添加到土壤中以增强土壤和/或根际性质的任何化合物、材料，或者化合物或材料的组合。土壤改良剂可包括有机和无机物质，并且还可包括例如肥料、杀虫剂和/或除草剂。营养丰富、排水良好的土壤对于植物的生长和健康是必需的，因此，土壤改良剂可用于通过改变土壤的营养物和水分含量来提高植物的生物量。土壤改良剂也可用于改善土壤的许多不同品质，包括但不限于土壤结构(例如，防止压实)；提高营养物浓度和储存能力；改善干燥土壤的保水性；以及改善渍水土壤的排水性。

如本文所用，“表面活性剂”是指降低相间表面张力(或界面张力)的化合物。表面活性剂用作例如洗涤剂、湿润剂、乳化剂、发泡剂和分散剂。“生物表面活性剂”是由活生物体产生的表面活性剂。

过渡术语“包括”与“包含”或“含有”同义，是包含性的或开放式的，并且不排除另外未列举的要素或方法步骤。相比之下，过渡短语“由……组成”排除了权利要求中未指定的任何要素、步骤或成分。过渡短语“基本上由……组成”将权利要求的范围限制在指定的材料或步骤以及“那些实质上不影响本要求保护的发明的基本和新颖特征的材料或步骤”。术语“包括”的使用考虑了“由”或“基本上由”列举的组分“组成”的其他实施方案。

除非特别说明或从上下文显而易见，否则本文所用的术语“或”应理解为包含性的。除非特别说明或从上下文显而易见，否则如本文所用，术语“一”、“一个”和“该”应理解为单数或复数。

除非特别说明或从上下文显而易见，否则如本文所用，术语“大约”应理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准偏差内。大约可理解为在规定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。

本文中变量的任何定义中的化学基团列表的描述包括作为任何单个基团或所列基团的组合的变量的定义。本文中变量或方面的实施方案的描述包括作为任何单个实施方案或与任何其他实施方案或其部分组合的实施方案。

本文引用的所有参考文献都通过引用方式整体并入本文。

用于生产碳足迹减少的家畜的方法

在某些实施方案中，提供了以减少由其产生的GHG排放的方式促进家畜动物的饲养和生产的方法，GHG排放包括GHG，例如二氧化碳、甲烷和一氧化二氮。

在优选的实施方案中，该方法包括农业方面和畜牧业方面。

农业方面

在一个实施方案中，本发明的农业方面包括使用与没有这些技术的饲料生产所排放的GHG相比，能降低总GHG排放的技术来生产家畜饲料。

更具体地，在某些实施方案中，该方法的农业方面包括将包含一种或多种有益微生物和/或其生长副产物的基于微生物的土壤处理组合物施用于一片农田，在该农田中，适合饲养家畜的植物正在生长或将要生长，其中该土壤处理组合物为农田中的植物和/或土壤提供一种或多种直接或间接的益处，并且其中该一种或多种益处有助于降低来自农田栽培和/或管理的GHG排放。

这些益处可包括例如改善的植物健康和生长(地上和地下)、改善的植物蛋白质和/或营养物含量、改善的土壤微生物组多样性、改善的土壤中的水和/或营养物分散，以及/或者增加的植物根对营养物的摄取。

在一个实施方案中，该方法的农业方面通过以下项来减少生产家畜饲料的碳足迹：增强植物碳利用和在大片农田中的储存、增加土壤中的碳固存、减少土壤GHG排放、改善农业氮基施肥实践、改善土壤微生物群中的生物多样性，以及改善农业土壤管理。

在某些实施方案中，增强的植物碳利用可以是例如增加的植物叶、增加的茎和/或树干直径、增强的根生长和/或增加的每单位面积植物数量的形式。

在某些实施方案中，增加的土壤碳固存可以是例如增加的植物根生长(例如，长度和密度)、增加的微生物对植物分泌的GHG前体/有机化合物(包括来自植物根的分泌物)的摄取和增加的土壤微生物定殖的形式。

在一些实施方案中，减少土壤GHG排放包括减少从土壤中排放的甲烷、二氧化碳和/或一氧化二氮/它们的前体的量。例如，在一些实施方案中，这可通过降低水胁迫和/或提高植物的水利用效率来实现。例如，充足的土壤水分导致降低土壤温度以及增加营养物向植物的运输，这两者都有助于降低导致GHG排放的土壤呼吸，并降低土壤中的游离GHG前体分子。另外，在一些示例性实施方案中，这些方法可促进水在土壤中的流动，从而防止淹没和积水，这可能导致土壤的脱氧并促进厌氧产甲烷微生物的生长。

在某些实施方案中，改善的农业施肥实践、改善的土壤生物多样性，和/或改善的土壤管理可用一种或多种有益微生物接种植物根际的形式。例如，在优选的实施方案中，土壤处理组合物的微生物可定殖于根际并为根在其中生长的植物提供多种益处，包括保护、水合和营养。因此，这些方法可替代或减少使用产生一氧化二氮前体(诸如氮和氨)的富氮肥料、杀虫剂和/或其他土壤改良剂。

在某些实施方案中，植物的蛋白质含量由于根据本发明方法的处理而增加。蛋白质含量可以使用本领域已知的传统实验室测定来测量。

许多饲养基于谷物饮食的家畜动物需要蛋白质补充物以满足动物的营养需求。蛋白质缺乏可引起食欲降低、体重减轻、生长不良、不育和产奶量减少。因此，增加的蛋白质含量通过减少达到期望的生产力水平所需的饲养量而有益于提高家畜动物的饲养效率。

有利的是，农业方面有助于减少对为了饲养家畜而产生和运输的常规生长的谷物的依赖。在一些实施方案中，这可继而增加草的饲料价值，增加可以用于种植碳固存牧场和森林的土地空间，和/或增强草饲养的肉类和乳制品以及其他较低碳足迹动物产品的可销售性。

在一些实施方案中，当此类方法是必需的和/或比生产草饲养的家畜更经济时，该方法可减少生产谷物饲养的和/或谷物喂养的家畜的碳足迹。例如，大多数家禽是谷物饲养的家畜。

本发明方法可以用于的植物类型包括可被一种或多种家畜动物食用的任何植物物种。这些包括禾本科草，例如早熟禾(Poa annua)；一年生黑麦草(多花黑麦草(Loliummultiflorum))；加拿大早熟禾(Poa compressa)；紫羊茅(Festuca rubra)；细弱剪股颖((Agrostis tenuis))；匍匐翦股颖((Agrostis palustris))；冰草(沙生冰草(Agropyrondesertorum))；扁穗冰草(Agropyron cristatum)；硬羊茅(Festuca longifolia)；草地早熟禾(Poa pratensis)；鸭茅((Dactylis glomerate))；多年生黑麦草(Lolium perenne)；红色羊茅(Festuca rubra)；小糠草(Agrostis alba)；粗早熟禾(Poa trivialis)；羊茅(Festuca ovine)；无芒雀麦(Bromus inermis)；高羊茅(Festuca arundinacea)；梯牧草(Phleum pretense)；绒毛翦股颖(Agrostis canine)；碱茅(Puccinellia distans)；蓝茎冰草(Agropyron smithii)；狗牙根草(Cynodon spp.)；圣奥古斯丁草(Stenotaphrumsecundatum)；结缕草属(Zoysia spp.)；巴哈雀稗(Paspalum notatum)；类地毯草(Axonopus affinis)；假俭草(Eremochloa ophiuroides)；铺地狼尾草(Pennisetumclandesinum)；海滨雀稗(Paspalum vaginatum)；侧钝叶草(Stenotaphrum secundatum“Floratam”)；格兰马草(Bouteloua gracilis)；野牛草(Buchloe dactyloids)；垂穗草(Bouteloua curtipendula)；狐尾草；无芒雀麦；果园草；偃麦草；和金丝雀草。

另外的植物包括，例如，木豆、昆士兰竹芋、紫草、甘薯、旱金莲、佛手瓜、苜蓿、浮萍、车轴草、芸苔属、三叶草、小米、高粱、大豆、桑葚、玉米、燕麦、大麦、小麦、棉籽、红花、向日葵、大豆、花生、落花生、苹果、橡子和发芽的豆类。

畜牧业方面

在某些实施方案中，该方法还包括畜牧业方面，其涉及用根据农业方面生产的植物饲养家畜，以及任选地，用根据农业方面的基于微生物的土壤处理组合物处理动物粪肥。

更具体地，在某些实施方案中，畜牧业方面包括使根据农业方面生产的植物可用于家畜动物，使得家畜动物摄取植物。在一个实施方案中，将家畜动物置于根据农业方面处理的农田上用于自由放牧。

在一个实施方案中，植物从经处理的农田收获，并作为碳足迹减少的草料、谷物和/或其他形式的松散饲料提供给动物。优选地，将收获的植物运输到家畜所需的距离是最小的，例如，小于10英里。甚至更优选地，在一些实施方案中，收获的植物从家畜漫游和/或放牧的相同农田获得。

在一个实施方案中，使用组合饲养方法。例如，在一些实施方案中，家畜是谷物喂养的，其中根据本发明方法的农业方面处理放牧农田，以及供喂养家畜动物的谷物和其他饲料来源。

在一些实施方案中，根据农业方面生产的植物材料在提供给家畜动物之前进行加工。例如，在一些实施方案中，植物材料是发酵的。

在一个实施方案中，所加工的植物材料是青贮饲料，基于叶的发酵和储存草料的产品，其可在冬季月份期间用作保存的家畜饲料来源。

在一个实施方案中，加工的植物材料是发酵谷物以产生醇的副产物。在一个实施方案中，加工过的谷物是啤酒糟，即啤酒大麦的不可溶性副产物。在一个实施方案中，加工的植物材料是酒糟，蒸馏谷物如玉米和大米的未发酵谷物残余物。该酒糟还可干燥加工，以生产干酒糟及可溶物(DDGS)，其可作为家畜高蛋白饲料添加剂。

如本文所用，“家畜”动物是“驯养”动物，意指已经被人影响、繁殖、驯养和/或控制持续数代使得在动物和人之间存在共生关系的物种。特别地，家畜动物包括在农业或工业环境中饲养以产生商品(诸如食品、纤维和劳动力)的动物。术语家畜中所包括的动物类型可包括但不限于羊驼、美洲驼、猪、马、骡、驴、骆驼、狗、反刍动物、鸡、火鸡、鸭、鹅、珍珠鸡和雏鸟。

在某些实施方案中，家畜动物是“反刍动物”或者利用适于在消化之前借助于专门的肠道微生物组发酵植物基食物的区室化胃的哺乳动物。反刍动物包括例如牛、绵羊、山羊、野生山羊、长颈鹿、鹿、麋鹿、驼鹿、北美驯鹿、驯鹿、羚羊、瞪羚、黑斑羚、角马和一些袋鼠。

在具体的示例性实施方案中，家畜动物是牛类动物(牛科牛亚科的反刍动物)。牛类动物可包括驯养和/或野生的品种。具体的示例包括但不限于水牛、小野牛、民都洛水牛、原牛、爪哇野牛、白肢野牛、大额牛、牦牛、柬埔寨野牛、家养肉和奶牛(例如，黄牛(Bostaurus)、瘤牛(Bos indicus))、公牛、阉牛、瘤牛、武广牛、美洲野牛、北美野牛、欧洲野牛、紫羚、大捻角羚、西非薮羚、南非薮羚、小捻角羚、山薮羚、泽羚和巨羚羊。

在某些实施方案中，家畜动物由于根据本发明方法摄取植物而经历生长、肌肉繁殖、生育力和/或产奶量的增加。这可能是由于例如植物的蛋白质含量增加。

在某些实施方案中，当家畜动物饮食包含比其他谷物和草料更多的根据本发明方法处理的禾本科草时，家畜动物的产品对于人类消费更有营养。例如，已知草饲养的牛肉含有更高水平的ω-3脂肪酸，其对于脑和心脏健康是重要的。

土壤处理组合物

本发明方法利用了“基于微生物的”组合物，该组合物意指包含由于微生物或其他细胞培养物的生长而产生的组分的组合物。因此，基于微生物的组合物可包含微生物本身和/或微生物生长的副产物。这些微生物可呈营养状态、孢子或分生孢子形式、菌丝形式、任何其他繁殖体形式，或者这些形式的混合。这些微生物可以是浮游的或生物膜的形式或者两者的混合。这些生长副产物可以是例如代谢物、细胞膜组分、蛋白质和/或其他细胞组分。这些微生物可以是完整的或裂解的。在优选的实施方案中，这些微生物与它们生长在其中的生长培养基一起存在于基于微生物的组合物中。微生物可以例如每克或每ml组合物中至少1×10⁴、1×10⁵、1×10⁶、1×10⁷、1×10⁸、1×10⁹、1×10¹⁰、1×10¹¹、1×10¹²或1×10¹³或更多CFU的浓度存在。

本发明组合物的微生物可通过小规模至大规模的培养过程获得。这些培养方法包括但不限于深层培养/发酵、固态发酵(SSF)及其组合。

该组合物可以是例如至少1重量％、5重量％、10重量％、25重量％、50重量％、75重量％或100重量％的生长培养基。该组合物中生物质的量可以是例如0重量％至100重量％、10重量％至75重量％或25重量％至50重量％中的任何值，包括其间的所有百分比。

发酵产物可在进行或不进行提取或纯化的情况下直接使用。如果需要，采用文献中描述的标准提取和/或纯化方法或技术可以很容易地实现提取和纯化。

根据本发明有用的微生物可以是例如细菌、酵母和/或真菌的非植物致病、土壤定殖菌株。微生物可以是活性或非活性形式，或营养细胞、孢子和/或任何其他形式的繁殖体的形式。这些微生物可以是天然的或转基因微生物。例如，可用特定基因转化这些微生物以表现出特定的特征。这些微生物也可以是所需菌株的突变体。如本文所用，“突变体”意指参照微生物的菌株、遗传变体或亚型，其中与参照微生物相比，突变体具有一种或多种遗传变异(例如点突变、错义突变、无义突变、缺失、复制、移码突变或重复扩增)。制备突变体的方法是微生物学领域公知的。例如，为此目的广泛采用了UV诱变和亚硝基胍。

在优选的实施方案中，基于微生物的土壤处理组合物的有益微生物是能够产生以下项中的一者或多者的非致病性的、土壤定殖的真菌、酵母和/或细菌：表面活性剂，诸如脂肽和/或糖脂；具有抗菌和免疫调节作用的生物活性化合物；聚酮化合物；酸；肽；抗炎化合物；酶，诸如蛋白酶、淀粉酶和/或脂肪酶；以及氨基酸、维生素和其他营养物的来源。

在一个实施方案中，微生物是酵母或真菌。根据本发明适合使用的酵母和真菌物种包括短梗霉属(Aureobasidium)(例如，出芽短梗霉属(A.pullulans))、布拉氏酵母属(Blakeslea)、假丝酵母属(Candida)(例如，蜜生假丝酵母(C.apicola)、假丝酵母(C.bombicola)、野油菜短梗霉(C.nodaensis))、隐球菌属(Cryptococcus)、德巴利酵母(Debaryomyces)(例如，汉逊德巴利酵母(D.hansenii))、虫霉属(Entomophthora)、汉逊酵母(Hanseniaspora)(例如，葡萄汁有孢汉逊酵母(H.uvarum))、汉逊酵母属(Hansenula)、伊萨酵母属(Issatchenkia)、克鲁维酵母属(Kluyveromyces)(例如，法夫驹形氏酵母(K.phaffii))、被孢霉属(Mortierella)、菌根真菌、青霉属(Penicillium)、须霉属(Phycomyces)、毕赤酵母属(Pichia)(例如，异常毕赤酵母(P.anomala)、季也蒙迈耶氏酵母(P.guilliermondii)、西方毕赤酵母(P.occidentalis)、库德里阿斯德毕赤酵母(P.kudriavzevii))、侧耳属(Pleurotus spp.，例如，糙皮侧耳(P.ostreatus))、南极拟酵母(Pseudozyma)(例如，蚜虫(P.aphidis))、酵母属(Saccharomyces)(例如，布拉酵母(S.boulardii)、酿酒酵母(S.cerevisiae)、圆酵母(S.torula))、熊蜂生斯塔莫酵母(Starmerella(例如，球拟假丝酵母(S.bombicola)、球拟酵母(Torulopsis))、木霉属(Trichoderma)(例如，里氏木霉(T.reesei)、哈茨木霉(T.harzianum)、钩状木霉(T.hamatum)、绿色木霉(T.viride))、黑粉菌属(玉米瘤黑粉菌(Ustilago)(例如，U.maydis)、威克汉姆酵母属(Wickerhamomyces)(例如，异常威克汉姆酵母(W.anomalus))、拟威尔酵母属(Williopsis)(例如，土星拟威尔酵母木拉克变种(W.mrakii))、接合酵母(Zygosaccharomyces)(例如，拜耳接合酵母(Z.bailii))等。

如本文所用，“菌根真菌”包括与植物的根形成非寄生菌根关系的任何真菌物种。这些真菌可以是外生菌根真菌和/或内生菌根真菌，包括其亚型(例如，丛枝菌根、杜鹃类菌根和兰科菌根)。

根据本发明的菌根真菌的非限制性示例包括属于球囊菌目、担子菌目、子囊菌目、接合菌目、柔膜菌目和锈革孔菌目的菌种以及无柄孢子属(Acaulospora spp.)(例如，细凹无梗囊霉(A.Alpina)、巴西放线菌(A.brasiliensis)、孔窝无梗囊霉(A.foveata))、鹅膏菌属(Amanita spp.)(例如，毒蝇鹅膏(A.muscaria)、毒鹅膏(A.phalloides))、阿太菌属(Amphinema spp.)(例如，A.byssoides、A.diadema、A.rugosum)、Astraeus spp.(例如，A.hygrometricum)、棉状菌属(Byssocorticium spp.)(例如，B.atrovirens)、地生棉状菌(Byssoporia terrestris)(例如，B.terrestris sartoryi、B.terrestrislilacinorosea、B.terrestris aurantiaca、B.terrestris sublutea、B.terrestrisparksii)、Cairneyella spp.(例如，变异假丝酵母(C.variabilis)、土生空团菌属(Cenococcum spp.)(例如，土生空团菌(C.geophilum))、双核丝核菌(Ceratobasidiumspp.，例如，C.cornigerum)、丝膜菌属(Cortinarius spp.)(例如，C.austrovenetus、C.caperatus、C.violaceus)、内囊霉属(Endogone spp.)(例如，E.pisiformis)、稀有内养囊霉(Entrophospora spp.，例如，E.colombiana)、管柄囊霉属(Funneliformis spp.)(例如，F.mosseae)、Gamarada spp.(例如，G.debralockiae)、巨孢囊霉属(Gigaspora spp.)(例如，G.gigantean、G.margarita)、球囊霉属(Glomus spp.)(例如，聚丛球囊霉(G.aggregatum)、巴西球囊霉(G.brasilianum)、明球囊霉(G.clarum)、沙荒球囊霉(G.deserticola)、幼套球囊霉(G.etunicatum)、集球囊霉(G.fasciculatum)、根内球囊霉(G.intraradices)、层状球囊霉(G.lamellosum)、大果球囊霉(G.macrocarpum)、单孢球囊霉(G.monosporum)、摩西球囊霉(G.mosseae)、地表球囊霉(G.versiforme))、铆钉菇属(Gomphidius spp.)(例如，G.glutinosus)、粘滑菇属(Hebeloma spp.)(例如，H.cylindrosporum)、齿菌属(Hydnum spp.)(例如，H.repandum)、膜盘菌属(Hymenoscyphusspp.)(例如，H.ericae)、丝盖伞属(Inocybe spp.)(例如，I.bongardii、I.sindonia)、乳菇属(Lactarius spp.)(例如，L.hygrophoroides)、林氏革孔菌属(Lindtneria spp.)(例如，L.brevispora)、黑腹菌属(Melanogaster spp.)(例如，M.ambiguous)、蜜环菌属(Meliniomyces spp.)(例如，M.variabilis)、羊肚菌属(Morchella spp.)、被孢霉属(Mortierella spp.)(例如，M.polycephala)、树粉孢属(Oidiodendron spp.)(例如，O.maius)、类球囊霉属(Paraglomus spp.)(例如，P.brasilianum)、桩菇属(Paxillusspp.)(例如，P.involutus)、青霉菌属(Penicillium spp.)(例如，嗜松青霉(P.pinophilum)、P.Thomili)、盘菌属)、盘菌属(Peziza spp.)(例如，P.whitei)、胶鞘盘菌属(Pezoloma spp.)(例如，P.ericae)、牛肝菌属(Phlebopus spp.)(例如，P.marginatus)、Piloderma spp.(例如，P.croceum)、豆马勃属(Pisolithus spp.)(例如，P.tinctorius)、假小垫革菌属(Pseudotomentella spp.)(例如，P.tristis)、丝核菌属(Rhizoctoniaspp.)、Rhizodermea spp.(例如，R.veluwensis)、根孢囊霉属(Rhizophagus spp.)(例如，异形根孢囊霉(R.irregularis))、须腹菌属(Rhizopogon spp.)(例如，R.luteorubescens、R.pseudoroseolus)、柔膜菌属(Rhizoscyphus spp.)(例如，R.ericae)、红菇属(Russulaspp.)(例如，R.livescens)、硬囊霉属(Sclerocystis spp.)(例如，S.sinuosum)、硬皮马勃属(Scleroderma spp.)(例如，S.cepa、S.verrucosum)、盾孢囊霉属(Scutellospora spp.)(例如，S.pellucida、S.heterogama)、蜡壳耳属(Sebacina spp.)(例如，S.sparassoidea)、Setchelliogaster spp.(例如，S.tenuipes)、乳牛肝菌属(Suillus spp.)(例如，S.luteus)、亡革菌属(Thanatephorus spp.)(例如，T.cucumeris)、革菌属(Thelephoraspp.)(例如，T.terrestris)、棉革菌属(Tomentella spp.)(例如，T.badia、T.cinereoumbrina、T.erinalis、T.galzinii)、小垫革菌属(Tomentellopsis spp.)(例如刺孢拟小垫革菌(T.echinospora))、粗糙孔菌属(Trechispora spp.)(例如，T.hymenocystis、T.stellulata、T.thelephora)、长毛盘菌属(Trichophaea spp.)(例如，T.abundans、T.woolhopeia)、胶膜菌属(Tulasnella spp.)(例如，T.calospora)和黑灰孢属(Tylospora spp.)(例如，T.fibrillose)。

在某些实施方案中，本发明利用内生菌根真菌，包括来自球囊菌门(Glomeromycota)和球囊霉属(Glomus)、巨孢囊霉属(Gigaspora)、无梗囊霉属(Acaulospora)、硬囊霉属(Sclerocystis)和内养囊霉属(Entrophospora)的真菌。内生菌根真菌的示例包括但不限于聚丛球囊霉(Glomus aggregatum)、巴西球囊霉(Glomusbrasilianum)、明球囊霉(Glomus clarum)、沙荒球囊霉(Glomus deserticola)、幼套球囊霉(Glomus etunicatum)、集球囊霉(Glomus fasciculatum)、根内球囊霉(Glomusintraradices)(异形根孢囊霉(Rhizophagus irregularis))、层状球囊霉(Glomuslamellosum)、大果球囊霉(Glomus macrocarpum)、珠状巨孢囊霉(Gigaspora margarita)、单孢球囊霉(Glomus monosporum)、摩西球囊霉(Glomus mosseae)(摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae))、地表球囊霉(Glomus versiforme)和异配盾巨孢囊霉(Scutellospora heterogama)以及硬囊霉属(Sclerocystis spp.)。

在某些实施方案中，这些微生物是细菌，包括革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌。这些细菌可以是，例如农杆菌属(Agrobacterium)(例如，放射性农杆菌(A.radiobacter))、固氮菌属(Azotobacter)(棕色固氮菌(A.vinelandii)、圆褐固氮菌(A.chroococcum))、固氮螺菌属(Azospirillum)(例如，巴西固氮螺菌(A.brasiliensis))、芽孢杆菌属(Bacillus)(例如，解淀粉芽孢杆菌、环状芽孢杆菌(B.circulans)、坚强芽孢杆菌(B.firmus)、侧孢芽孢杆菌(B.laterosporus)、地衣芽孢杆菌(B.licheniformis)、巨大芽孢杆菌(B.megaterium)、胶冻样芽孢杆菌(B.mucilaginosus)、凝结芽孢杆菌(B.coagulans)、枯草芽孢杆菌(B.subtilis))、弗拉特氏菌属(Frateuria)(例如，金黄弗拉特氏菌(F.aurantia))、微杆菌属(Microbacterium)(例如，产左聚糖微杆菌(M.laevaniformans))、粘细菌(myxobacteria)(例如，黄色粘球菌(Myxococcus xanthus)、橙色标桩菌(Stignatellaaurantiaca)、纤维堆囊菌(Sorangiumcellulosum)、玫瑰色小胞菌(Minicystis rosea))、泛菌属(Pantoea)(例如，成团泛菌(P.agglomerans))、假单胞菌属(Pseudomonas)(例如，铜绿假单胞菌(P.aeruginosa)、绿针假单胞菌金色亚种(P.chlororaphissubsp.aureofaciens(Kluyver))、恶臭假单胞菌(P.putida))、根瘤菌属(Rhizobiumspp.)、红螺菌属(Rhodospirillum)(例如，深红红螺菌(R.rubrum))、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)(例如，少动鞘氨醇单胞菌(S.paucimobilis))和/或氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans)(Acidothiobacillus thiooxidans))。

在一个示例性实施方案中，组合物包含异常威克汉姆酵母(Wickerhamomycesanomalus)菌株NRRL Y-68030。

在另一个示例性实施方案中，组合物包含枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)B4NRRL B-68031。有利的是，在一些实施方案中，菌株B4能够产生更多的脂肽生物表面活性剂，尤其是表面活性素。在一些实施方案中，B4是“表面活性剂超产”。例如，与其他枯草芽孢杆菌相比，该菌株能够产生至少0.1g/L至10g/L(例如，0.5g/L至1g/L)生物表面活性剂，或者例如至少10％、25％、50％、100％、2倍、5倍、7.5倍、10倍、12倍、15倍或更多的生物表面活性剂。例如，在一些实施方案中，ATCC 39307可以用作参照菌株。

在示例性实施方案中，组合物包含木霉属(Trichoderma spp.)真菌和芽孢杆菌属(Bacillus spp.)细菌。在一些实施方案中，芽孢杆菌微生物可溶解土壤中的磷化合物。

在一个具体的实施方案中，该木霉菌是哈茨木霉，并且该芽孢杆菌是解淀粉芽孢杆菌NRRL B-67928

异常威克汉姆酵母NRRL Y-68030微生物的培养物已经保藏于农业研究服务北方地区研究实验室(NRRL)(1400Independence Ave.,S.W.,Washington,DC,20250,USA)。该保藏物已由保藏机构指定为登记号NRRL Y-68030，保藏日期为2021年5月10日。

枯草芽孢杆菌B4微生物的培养物已经保藏于农业研究服务北方地区研究实验室(NRRL)(1400Independence Ave.,S.W.,Washington,DC,20250,USA)。该保藏物已由保藏机构指定为登记号NRRL B-68031，保藏日期为2021年5月10日。

解淀粉芽孢杆菌“B.amy”微生物的培养物已经保藏于农业研究服务北方地区研究实验室(NRRL)(1400Independence Ave.,S.W.,Washington,DC,20250,USA)。该保藏物已由保藏机构指定为登记号NRRL B-67928，保藏日期为2020年2月26日。

本发明的每种培养物都在一定条件下保藏，这些条件确保在本专利申请未决期间，待授权的专利和商标专员确定的人可以根据37CFR 1.14和35U.S.C122获得培养物。该保藏物可根据外国专利法的要求在提交本申请的对应物或其后代的国家中获得。然而，应当理解的是，保藏物的可用性不构成在减损政府行为授予的专利权的情况下实践本发明的许可。

此外，将根据《布达佩斯微生物保藏条约》的规定，本发明的培养物保藏物将被储存并向公众开放。即，在最近一次要求提供保藏物样本之后的至少五年的时间内以及任何情况下在保藏日期之后至少30(三十)年的时间内或者在可能发布的公布培养物的任何专利的可实施期限内，应极其小心地储存该培养物保藏物，以保持其存活且未受污染。如果保藏机构因保藏物的状况而无法按要求提供样本，则保藏机构应承认有责任更换保藏物。一旦公开本发明的专利授权，对公众获得本发明的培养物保藏物的所有限制就将被不可撤回地解除。

在一个实施方案中，该组合物可包含1重量％至99重量％的木霉菌和99重量％至1重量％的芽孢杆菌。在一些实施方案中，木霉菌与芽孢杆菌的细胞计数比为约1:9至约9:1、约1:8至约8:1、约1:7至约7:1、约1:6至约6:1、约1:5至约5:1或者约1:4至约4:1。

在一个实施方案中，该组合物包含约1×10⁶CFU/mL至1×10¹²CFU/mL、1×10⁷CFU/mL至1×10¹¹CFU/mL、1×10⁸CFU/mL至1×10¹⁰CFU/mL或者1×10⁹CFU/mL的木霉菌。

在一个具体的实施方案中，该组合物包含约1×10⁶CFU/mL至1×10¹²CFU/mL、1×10⁷CFU/mL至1×10¹¹CFU/mL、1×10⁸CFU/mL至1×10¹⁰CFU/mL或者1×10⁹CFU/mL的芽孢杆菌。

在某些实施方案中，该微生物是能够固定和/或溶解土壤中的氮、钾、磷和/或其他微量营养素的微生物。

在一个实施方案中，该微生物是固氮微生物或固氮生物，其选自以下项的物种，例如固氮螺菌属、固氮菌属、绿菌科、蓝藻科、弗兰克氏菌属、克雷伯氏菌属、根瘤菌属、木霉菌属、芽孢杆菌属和一些古细菌。在一个具体的实施方案中，该固氮细菌是维涅兰德固氮菌。在另一个具体的实施方案中，该固氮微生物是解淀粉芽孢杆菌或菌株B4。

在另一个实施方案中，微生物是钾动员微生物，或KMB，选自例如异常威克汉姆酵母、胶质芽孢杆菌、橙黄弗朗斯特氏菌或摩西球囊霉。在一个具体的实施方案中，该钾动员微生物是金黄弗拉特氏菌。在另一个具体的实施方案中，钾动员微生物是异常威克汉姆酵母，例如菌株NRRL Y-68030。

在某些实施方案中，微生物是磷动员微生物，例如异常威克汉姆酵母。该微生物产生有益的有机酸和生物表面活性剂，以帮助营养物和水在土壤中的转移、溶解和吸收。另外，异常威克汉姆酵母产生植酸酶，它将磷酸盐动员成可用的无机磷形式。此外，异常威克汉姆酵母产生乙酸乙酯，在某些实施方案中，该乙酸乙酯可分解生物膜，例如由许多植物维管细菌病原体形成的那些。

其他具体的示例包括但不限于糙皮侧耳、汉逊德巴利酵母、酿酒酵母、布拉酵母和地衣芽孢杆菌。

在具体的实施方案中，该一种或多种微生物以各自1×10⁶CFU/mL至1×10¹²CFU/mL、1×10⁷CFU/mL至1×10¹¹CFU/mL、1×10⁸CFU/mL至1×10¹⁰CFU/mL或者1×10⁹CFU/mL的浓度添加。

在一个实施方案中，本发明组合物的微生物包含总组合物的约5重量％至20重量％，或约8重量％至15重量％，或约10重量％至12重量％。

该组合物中微生物和其他成分的种类和比例可根据例如被处理的植物、植物生长的土壤类型、处理时植物的健康以及其他因素来定制。

在一个实施方案中，施用于植物和/或其周围环境的微生物组合针对给定的植物和/或环境来定制。有利的是，在一些实施方案中，微生物的组合彼此协同工作以增强植物健康、生长和/或产量。

本发明的微生物和基于微生物的组合物具有许多对增强植物健康、生长和/或产量有用的有益性质。例如，这些组合物可包含由微生物生长产生的产物，诸如生物表面活性剂、蛋白质和/或酶，以纯化的或粗制的形式。

在一个实施方案中，本发明组合物的微生物能够产生生物表面活性剂。在另一个实施方案中，生物表面活性剂可由其他微生物单独产生，并以纯化的形式或以粗制的形式添加到组合物中。粗制形式的生物表面活性剂可包含例如，生物表面活性剂和由培养产生生物表面活性剂的微生物所产生的剩余发酵培养基中的其他细胞生长产物。该粗制形式的生物表面活性剂组合物可包含约0.001％至约90％、约25％至约75％、约30％至约70％、约35％至约65％、约40％至约60％、约45％至约55％或约50％的纯净的生物表面活性剂。

生物表面活性剂形成由多种微生物如细菌、真菌和酵母产生的一类重要的次级代谢产物。作为两亲性分子，微生物表面活性剂降低了液体、固体和气体的分子之间的表面和界面张力。此外，根据本发明的生物表面活性剂是可生物降解的，具有低毒性，在溶解和降解土壤中的不可溶性化合物方面是有效的，并且可使用低成本和可再生资源来生产。生物表面活性剂可抑制不良的微生物粘附到多种表面上，防止生物膜的形成，并且可具有强大的乳化和破乳性质。此外，生物表面活性剂还可用于改善润湿性并且实现土壤中的肥料、营养物和水的均匀溶解和/或分布。

例如，根据本发明方法的生物表面活性剂可选自例如，低分子量糖脂(例如槐糖脂、纤维二糖脂质、鼠李糖脂、甘露糖赤藓糖醇脂和海藻糖脂)、脂肽(例如表面活性素、伊枯草菌素、丰原素、关节素和地衣素)、黄酮脂、磷脂(例如心磷脂)和高分子量聚合物(诸如脂蛋白、脂多糖-蛋白质复合物和多糖-蛋白质-脂肪酸复合物)。

该组合物可包括0.001重量％至10重量％、0.01重量％至5重量％、0.05重量％至2重量％和/或0.1重量％至1重量％浓度的一种或多种生物表面活性剂。

有利的是，根据本发明，土壤处理组合物可包含这些微生物中的每种微生物在其中生长的培养基。该组合物可以是例如至少1重量％、5重量％、10重量％、25重量％、50重量％、75重量％或100重量％的生长培养基。

发酵培养基可含有活的和/或无活性的培养物、纯化的或粗制形式的生长副产物(诸如生物表面活性剂、酶和/或其他代谢物)和/或任何残余的营养物。该组合物中生物质的量可以是例如约0.01重量％至100重量％、约1重量％至90重量％、约5重量％至约80重量％或者约10重量％至约75重量％中的任何值。

在一个实施方案中，不同种类的微生物单独生长，然后混合在一起以产生该土壤处理组合物。在一个实施方案中，可以共培养微生物(例如，解淀粉芽孢杆菌和黄色粘球菌(M.xanthus.))。

在某些实施方案中，土壤处理组合物包含用于增强土壤处理组合物中所用的孢子形式微生物的萌发促进剂。在具体的实施方案中，萌发促进剂是氨基酸，例如L-丙氨酸和/或L-亮氨酸。在一个实施方案中，萌发促进剂是锰。

在一个实施方案中，组合物包含一种或多种脂肪酸。脂肪酸可由组合物的微生物产生，并且/或者单独产生并作为附加组分包括在内。在某些优选的实施方案中，该脂肪酸是饱和长链脂肪酸，具有14个至20个碳的碳主链，例如肉豆蔻酸、棕榈酸或硬脂酸。在一些实施方案中，组合物中包含两种或更多种饱和长链脂肪酸的组合。在一些实施方案中，饱和长链脂肪酸可抑制甲烷生成和/或增加产甲烷菌的细胞膜渗透性。

在一个实施方案中，组合物包含任意组合的维生素和/或矿物质。用于本发明组合物的维生素可包括例如维生素A、E、K3、D3、B1、B3、B6、B12、C、生物素、叶酸、泛酸、烟酸、氯化胆碱、肌醇和对氨基苯甲酸。矿物质可包括例如钙、镁、磷、钾、钠、氯、硫、铬、钴、铜、碘、铁、锰、钼、镍、硒和锌。其他组分可包括但不限于抗氧化剂、β-葡聚糖、胆汁盐、胆固醇、酶、类胡萝卜素和许多其他组分。

在一些实施方案中，该组合物可包含已知的通过产甲烷菌减少甲烷产生的组分，例如海藻(例如，紫杉状海门冬(Asparagopsis taxiformis))、大型褐藻、3-硝基氧丙醇、蒽醌、离子载体(例如，莫能菌素(monensin)和/或拉沙里菌素(lasalocid))、多酚(例如，皂苷(saponins)、鞣质(tannins))、西地格丝兰(Yucca schidigera)提取物(产生甾体皂苷的植物物种)、皂树(Quillaja saponaria)提取物(产生三萜皂苷的植物物种)、有机硫(例如，大蒜提取物)、类黄酮(例如，槲皮素、芸香苷、山奈酚、柚皮苷和花青素；来自绿色柑橘类水果、玫瑰果和黑醋栗的生物类黄酮)、羧酸和/或萜烯(例如，d-柠檬烯、蒎烯和柑橘提取物)。

在一个实施方案中，该组合物优选地被配制成用于施用于土壤、种子、整株植物或植物部位(包括但不限于根、块茎、茎、秆、芽、花和叶)。在某些实施方案中，该组合物被配制成例如液体、粉末、颗粒、微颗粒、丸粒、可湿性粉末、可流动粉末、乳液、微胶囊、油或气溶胶。

为了改善或稳定该组合物的效果，如果需要，可将该组合物与合适的佐剂混合，然后原样使用或稀释后使用。在优选的实施方案中，该组合物被配制成液体、浓缩液体或者干粉末或颗粒，该干粉末或颗粒可与水和其他组分混合以形成液体产品。

在一个实施方案中，该组合物可包含葡萄糖(例如，呈糖蜜的形式)、甘油和/或丙三醇，可作为渗压剂物质或者作为渗压剂物质的补充，以在储存和运输该干燥产品期间促进渗透压。

这些组合物可单独使用或与其他化合物和/或方法组合使用，以有效地促进植物健康、生长和/或产量，以及/或者补充微生物的生长。例如，在一个实施方案中，该组合物可包含用于促进植物和/或微生物生长的营养物和/或微量营养素(诸如镁、磷酸盐、氮、钾、硒、钙、硫、铁、铜和锌)和/或一种或多种益生元(诸如海带提取物、富里酸、壳多糖、腐殖酸盐和/或腐殖酸)，以及/或者可与这些营养物和/或微量营养素和/或该一种或多种益生元同时施用。在一些实施方案中，该组合物的微生物产生和/或提供这些物质。它们确切的材料和数量可由受益于本公开的种植者或农业科学家来确定。

这些组合物还可与其他农业化合物和/或作物管理系统组合使用。在一个实施方案中，该组合物可任选地包含例如，天然和/或化学杀虫剂、驱虫剂、除草剂、肥料、水处理剂、非离子表面活性剂和/或土壤改良剂，或者与它们一起施用。然而，优选地，该组合物不包含苯菌灵、十二烷基二甲基氯化铵、过氧化氢/过氧乙酸、抑霉唑、丙环唑、戊唑醇或氟菌唑，以及/或者不与它们一起使用。

如果该组合物与相容的化学添加剂混合，则优选地在添加本发明组合物之前用水稀释这些化学品。

可向组合物中添加其他组分，例如，缓冲剂、载体、在相同或不同设施中生产的其他基于微生物的组合物、粘度调节剂、防腐剂、微生物生长的营养物、跟踪剂、灭微生物剂、其他微生物、表面活性剂、乳化剂、润滑剂、溶解度控制剂、pH调节剂、防腐剂、稳定剂和抗紫外光剂。

该基于微生物的组合物的pH应适合目标微生物。在优选的实施方案中，该组合物的pH为约3.5至约7.0、约4.0至约6.5或约5.0。

任选地，该组合物可在使用前储存。优选地，储存时间较短。因此，储存时间可以小于60天、45天、30天、20天、15天、10天、7天、5天、3天、2天、1天或12小时。在优选的实施方案中，如果该产品中存在活细胞，则将该产品储存在较冷的温度(例如低于20℃、15℃、10℃或5℃)下。

然而，该基于微生物的组合物可在不进行进一步稳定、保存和储存的情况下使用。有利的是，这些基于微生物的组合物的直接使用保持了微生物的高活力，降低了外来试剂和不良的微生物造成污染的可能性，并且保持了微生物生长副产物的活性。

在其他实施方案中，考虑到例如预期用途、预期施用方法、发酵罐的尺寸以及从微生物生长设施到使用位置的任何运输模式，可将该组合物置于适当尺寸的容器中。因此，其中放置了该基于微生物的组合物的容器可以是例如1品脱至1,000加仑或更大。在某些实施方案中，这些容器是1加仑、2加仑、5加仑、25加仑或更大。

施用模式

有利的是，在优选实施方案中，根据本发明的基于微生物的组合物是无毒的，并且可以高浓度施用而不会引起例如对人或其他非有害动物的皮肤或消化道的刺激。因此，当在活生物体(诸如种植者和家畜)存在的情况下施用该基于微生物的组合物时，本发明尤其有用。

如本文所用，将组合物或产品“施用”到场所是指使组合物或产品与场所接触，使得组合物或产品可在该场所上具有作用。该作用可能是由于例如微生物生长和定殖，和/或代谢物、酶、生物表面活性剂或其他微生物生长副产物的作用。施用模式取决于该组合物的配方，并且可包括例如喷雾、倾倒、喷洒、注射、铺洒、混合、浸泡、雾化和起雾。制剂可包括例如液体、干燥和/或可湿性粉末、可流动粉末、粉末、颗粒、丸粒、乳液、微胶囊、肉排、油、凝胶、糊剂和/或气溶胶。在示例性实施方案中，在通过例如将该组合物溶解在水中制备该组合物之后施用该组合物。

在一些实施方案中，在将该组合物施用于一片农田之前，该方法包括评估局部条件的场所，确定针对局部条件来定制的该组合物的优选配方(例如，微生物和/或生长副产物的类型、组合和/或比例)，以及生产具有优选配方的该组合物。

局部条件可包括例如土壤条件(例如，土壤类型、土壤微生物群的种类、土壤有机物含量的量和/或类型、土壤中GHG前体基质的量和/或类型、存在的肥料或其他土壤添加剂或改良剂的量和/或类型)；作物和/或植物条件(例如，生长的植物的类型、数量、年龄和/或健康)；环境条件(例如，当前气候、一年中的某个季节或时间)；在场所处GHG排放的量和类型；该组合物的施用模式和/或速率，以及与该场所相关的其他方面。

在评估之后，可确定用于该组合物的优选配方，使得该组合物可针对这些本地条件来定制。然后优选在距施用场所300英里内，优选200英里内，甚至更优选100英里内的微生物生长设施处培养该组合物。

在一些实施方案中，定期评估本地条件，例如每年一次、每年两次或甚至每月一次。这样，可根据需要实时改变该组合物配方以满足变化的本地条件的唯一需要。

在一个实施方案中，施用该组合物的场所是将种植或生长植物(例如，作物、田地、果园、树林、牧场/草原或森林)的土壤(或根际)。本发明的组合物可与灌溉流体预混合，其中该组合物渗透通过土壤并且可被递送到例如植物的根部以影响根微生物组。

在一个实施方案中，将组合物施用于有水或无水的土壤表面，其中土壤施用的有益效果可以通过降雨、喷灌、漫灌或滴灌来激活。

在一个实施方案中，该场所是植物或植物部位。该组合物可以作为种子处理剂直接施用于其上，或施用于植物或植物部位的表面(例如，施用于根、块茎、茎、花、叶、果实或花的表面)。在具体的实施方案中，使该组合物与植物的一个或多个根接触。该组合物可例如通过喷雾或浸泡根直接施用于根，以及/或者例如通过将该组合物施用于植物生长的土壤(或者根际)间接施用。该组合物可在种植之前或种植时施用于植物的种子，或施用于植物的任何其他部分和/或其周围环境。

在一个实施方案中，其中该方法用于大规模环境，诸如大型牧场或农业作物，该方法可包括将该组合物施用于连接至用于供应水、肥料、杀虫剂或其他液体组合物的灌溉系统的罐中。因此，植物和/或植物周围的土壤可用该组合物处理，例如通过土壤注射、土壤淋湿、使用中心枢轴灌溉系统、在种子犁沟上喷洒、使用微喷头、使用淋湿喷雾器、使用喷杆喷雾器、使用喷洒器和/或使用滴灌器。有利的是，该方法适用于处理数百英亩土地。

在一个实施方案中，其中该方法用于较小规模的环境中，诸如用于较小的农场或家畜牧场中，该方法可包括使用手持式草坪和花园喷雾器或铺洒机以及/或者使用手持式喷壶来施用组合物。

植物和/或它们的环境可在栽培植物的过程中的任何时间点进行处理。例如，可在将种子种植于土壤中之前、同时或之后将该组合物施用于土壤。也可在此后植物发育和生长期间的任何时间点(包括在植物开花、结果时，以及在叶子脱落期间和/或之后)施用该土壤处理组合物。

碳足迹减少

有利的是，在某些实施方案中，本发明提供了通过生产和消费肉类、乳制品和其他基于动物的产品改善环境可持续性的解决方案，例如促进饲料作物和牧场生长和活力；提高农业、牧场土壤的营养含量；促进土壤水分和水分利用效率的提高；增强土壤微生物组多样性；减少肥料使用；降低饲养家畜对粮食的依赖性；减少家畜动物和粪肥的肠道GHG排放；提高饲料效率；提高肉类、奶的营养品质；以及其他。

在优选的实施方案中，本发明的方法可用于减少生产基于家畜和动物产品(诸如肉类、下水、乳制品、皮革、毛皮、羽毛、胶原、蛋和粪肥)的碳足迹。

如本文所用，“减少”是指负变化，并且术语“增加”是指正变化，其中该负变化或正变化为至少0.01％、0.1％、0.25％、0.5％、1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或100％。

在一些实施方案中，在相对短的时间段内，例如在1周、2周、3周或4周内实现期望的减少。在一些实施方案中，在采用本发明方法后，在例如1个月、2个月、3个月、4个月、5个月或6个月内实现期望的减少。在一些实施方案中，在采用本发明方法后，在1年、2年、3年、4年或5年内实现期望的减少。

在一些实施方案中，根据本发明方法的碳足迹的减少通过增强的植物碳利用和储存以及土壤中增加的碳固存来实现。例如，增强的植物碳利用可以是例如增加的植物叶、增加的茎和/或树干直径、增强的根生长和/或增加的植物数量的形式。

另外，增加的土壤封存可以是例如增加的植物根生长、增加的微生物对植物分泌的有机化合物(包括来自植物根的分泌物)的摄取和改善的土壤和根的微生物定殖的形式。

在一个具体的实施方案中，该方法减少大气二氧化碳。通过增加地上和地下的植物生物质，植物通过在光合作用期间固定碳并将碳储存为生物质而充当碳汇。此外，增加的植物根生物量不仅增加了微生物可以在其上沉降的根结构，而且增加了从植物根中渗出的糖和其他营养物的分泌速率和量，这些营养物为所施用的和天然的微生物生物量提供食物。微生物又将基于植物的材料转化成存储在土壤中的增加的碳水平。因此，地下受刺激的微生物群体(添加的和天然的)进一步用作碳的储存系统。在具体的实施方案中，微生物细胞生物质是酵母生物质。

在某些实施方案中，碳足迹的减少通过改善的农业施肥实践和改善的农业土壤管理来实现。

改善的农业施肥实践可以是例如减少富氮肥料以及用包含一种或多种环境友好的土壤微生物的组合物替代一些或所有肥料、杀虫剂和/或其他土壤改良剂的形式。有利的是，减少肥料和其他化学品的施用减少了这些化学品的量，这些化学品在未被植物吸收时污染土壤和地下水，并且进一步减少了它们进入其他水源的流失。此外，减少肥料施用减少了由此类施用产生的一氧化二氮和二氧化碳土壤排放物的量。

在一些实施方案中，改善的农业施肥可以是利用家畜动物产生的肥料来为农田施肥的形式，其中将饲养家畜的植物正在或将要生长。在某些实施方案中，该土壤处理组合物可在其储存时与粪肥混合。该微生物可促进粪肥分解的增加，同时减少从其中排放的GHG的量，例如甲烷、二氧化碳和/或一氧化二氮。例如，在一个实施方案中，当该组合物包含生物表面活性剂和/或产生生物表面活性剂的微生物时，该组合物可表现出针对产甲烷菌的抗菌性质。在另一个实施方案中，当组合物包含杀伤酵母例如异常威克汉姆酵母时，由于杀伤酵母分泌的外毒素，组合物可有效控制产甲烷微生物。

此外，在一些实施方案中，将组合物应用于粪肥增强了粪肥作为有机肥料的价值，这是由于微生物接种最终施用粪肥的农田土壤的能力。因为产生粪肥的家畜将具有增加的饲料氮利用率，它们的废物将产生较少的氮和氨；因此，循环效应包括碳足迹较低的肥料和对合成富氮肥料的降低的需要。

本发明方法可增加植物的地上和地下生物量，包括例如增加的叶体积、增加的茎和/或树干直径、增强的根生长和/或密度以及/或者增加的植物数量。在一个实施方案中，这通过改善植物根生长的根际的总体可沉淀性，例如通过改善根际的营养和/或水分保持性质来实现。

因此，本发明能够有益于由于人为原因，诸如家畜过度放牧、伐木、商业、城市和/或住宅发展和/或倾倒而枯竭的农田的重建和/或恢复。在一些实施方案中，植物的量由于火、疾病或其他天然和/或环境应激物而耗尽。

另外，在一个实施方案中，该方法可用于用有益微生物接种土壤和/或植物根际。本发明的基于微生物的组合物的微生物可通过例如需氧细菌、酵母和/或真菌促进植物的根和/或根际以及维管系统的定殖。

在某些实施方案中，该方法可用于直接从空气和/或土壤中去除一氧化二氮。例如，根据本发明的某些微生物(例如，成对杆菌属发酵剂(Dyadobacter fermenters))能够在没有脱氮作用的情况下将土壤中的一氧化二氮还原为氮。脱氮作用是硝酸盐和亚硝酸盐还原成分子氮。还原过程的中间产物包括氮氧化物产物，诸如一氧化二氮，其可能泄漏到大气中。

在一个实施方案中，定殖的促进可导致土壤微生物组的生物多样性改善。如本文所用，改善生物多样性是指增加土壤中微生物物种的种类。优选地，改善的生物多样性包括增加土壤中需氧细菌物种、酵母物种和/或真菌物种与厌氧微生物的比例。

例如，在一个实施方案中，本发明组合物的微生物可定殖在根、土壤和/或根际，并促进其他固定养分的微生物定殖，诸如根瘤菌(Rhizobium)和/或菌根(Mycorrhizae)，以及促进植物生物质累积的其他内源和/或外源微生物。

在一个实施方案中，土壤生物多样性和根定殖可通过向土壤施用生物刺激物或促进微生物生长速率增加的物质来进一步增强。

在一个实施方案中，改善的土壤生物多样性促进增强的营养物溶解和/或摄取。例如，某些需氧细菌物种可酸化土壤并溶解NPK肥料成为植物可用的形式。

在另一个实施方案中，该方法可用于抵抗和/或阻止有害或可能与有益土壤微生物竞争的土壤微生物在根际定殖。例如，当土壤中存在更多的需氧微生物时，更少的厌氧微生物(诸如硝酸盐还原微生物)能够茁壮成长并产生有害的大气副产物，诸如一氧化二氮。

在一个实施方案中，该方法可用于增强有益分子穿透根细胞外层，例如在根际的根-土壤界面处。

本发明可用于改善任何类型的土壤(例如，粘土、沙土、淤泥、泥炭、白垩质、壤质土和/或它们的组合)的任何数量的品质。此外，这些方法和组合物可用于改善干燥、渍水、多孔、贫瘠、压实土壤和/或它们的组合的质量。土壤可包括存在于根际的土壤或位于根际之外的土壤。

在一个实施方案中，该方法可用于改善渍水土壤的排水性和/或散水性。在一个实施方案中，该方法可用于改善干燥土壤的保水性。

在一个实施方案中，该方法可用于改善多孔和/或贫瘠土壤的营养物保留性。

在一个实施方案中，该方法可用于改善受侵蚀土壤的结构和/或营养物含量。

在一个实施方案中，该方法可用于减少和/或替代化学肥料或合成肥料，其中该组合物包含能够固定、溶解和/或动员土壤中的氮、钾、磷(或磷酸盐)和/或其他微量营养素的微生物。

在某些实施方案中，通过减少动物和环境来源的产甲烷微生物来实现有害大气气体的减少。产甲烷菌的减少可以是例如增强的粪肥和/或有机废物的管理和处理以及增强的土地和作物管理的形式。

在一个实施方案中，该方法的畜牧业方面通过以减少由家畜的消化、粪肥和高度浓缩的大量生产所导致的GHG排放的方式增强家畜动物的健康和/或生产力来减少家畜产业的碳足迹。

这些益处可包括例如改善的饲料效率，改善的饲料效率导致改善的动物健康和生育力、改善的肉类和乳制品的量和营养品质，以及降低的对高碳足迹饲料作物(诸如运输的谷物)的依赖性。提高饲料效率的一个具体且重要的益处是增加的饲料氮的使用，这导致减少的消化系统中产生的氨和一氧化二氮以及家畜的废物产物。

在一些实施方案中，家畜生产者或家畜饲料供应者可利用本发明的方法来减少碳信用额使用。因此，在某些实施方案中，本发明方法还可包括使用本领域的标准技术进行测量以评估该方法对减少二氧化碳和/或其他有害大气气体和/或它们的前体(例如，氮气和/或氨气)的生成的影响。

可在将该基于微生物的组合物施用于一片农田后的某个时间点进行测量。在一些实施方案中，在约1周或更短、2周或更短、3周或更短、4周或更短、30天或更短、60天或更短、90天或更短、120天或更短、180天或更短和/或1年或更短之后进行测量。

此外，测量可随时间重复。在一些实施方案中，测量每日、每周、每月、双月、半月、半年和/或每年重复。

在某些实施方案中，评估GHG生成可采取测量来自一个场所的GHG排放的形式。气相色谱和电子捕获通常用于在实验室环境中测试样品。在某些实施方案中，GHG排放还可在现场使用例如通量测量和/或原位土壤探测来进行。通量测量分析从土壤表面到大气的气体排放，例如，使用包围土壤区域的室，然后通过观察在一段时间内室内气体的累积来估计通量。探针可用于生成土壤气体分布，从测量土壤中某一深度处的所关注气体的浓度开始，并直接在探针和周围表面条件之间进行比较(Brummell和Sicilano 2011，118)。

测量GHG排放还可包括其他形式的直接排放测量和/或燃料输入的分析。直接排放测量可包括例如识别污染操作活动(例如，燃烧燃料的汽车)和直接通过连续排放监测系统(Continuous Emissions Monitoring Systems，CEMS)测量那些活动的排放。燃料输入分析可包括计算所使用的能源的量(例如，消耗的电量、燃料量、木材量、生物量等)，确定燃料源中例如碳的含量，并将该碳含量应用于所消耗的燃料量以确定排放量。

在某些实施方案中，植物生长的场所例如农业场所、作物、草皮或草地、牧场/草原或森林的碳含量可通过例如量化植物的地上和/或地下生物量来测量。通常，例如树木的碳浓度被假定为生物质的约40％至50％。

生物质定量可采取例如在样品区收获植物并测量干燥前后植物不同部分的重量的形式。生物质定量还可使用非破坏性的观察方法进行，如测量例如树干直径、高度、体积和植物的其他物理参数。还可使用远程定量，例如激光仿形和/或无人机分析。

在一些实施方案中，一个场所的碳含量还可包括取样和测量取样区的垫料、木质碎屑和/或土壤的碳含量。特别地，可通过以下项来分析土壤：例如，使用干烧来确定总有机碳(TOC)百分比；通过高锰酸钾氧化分析检测活性炭；以及通过堆密度测量(每单位体积的重量)将碳百分比转化为吨/英亩。

在一些实施方案中，测量来自家畜的GHG水平可根据本领域已知的方法进行(参见，例如Storm等人，2012年，通过引用方式并入本文)，这些方法包括例如气体捕获和定量、色谱发、呼吸室(其测量个体动物呼出的甲烷的量)和体外气体产生技术(其中饲料在受控的实验室和微生物条件下发酵以确定每克干物质排放甲烷和/或一氧化二氮的量)。测量还可测试动物中的微生物群体的形式进行，例如通过对奶、粪便和/或胃内容物取样并使用例如DNA测序和/或细胞接种来确定其中存在的产甲烷微生物的数量。

可在施用该基于微生物的组合物之后的某个时间点进行测量。在一些实施方案中，在约1周或更短、2周或更短、3周或更短、4周或更短、30天或更短、60天或更短、90天或更短、120天或更短、180天或更短和/或1年或更短之后进行测量。

此外，测量可随时间重复。在一些实施方案中，测量每日、每周、每月、双月、半月、半年和/或每年重复。

根据本发明的微生物的生长

本发明利用了用于培养微生物和生产微生物代谢物和/或其他微生物生长副产物的方法。本发明还利用了适于按所需规模培养微生物和生产微生物代谢产物的培养过程。这些培养过程包括但不限于深层培养/发酵、固态发酵(SSF)及其变型、混合和/或组合。

如本文所用，“发酵”是指在受控条件下培养或培育细胞。该生长可以是好氧的或厌氧的。在优选的实施方案中，使用SSF和/或其改变的形式使微生物生长。

在一个实施方案中，本发明提供了用于生产生物质(例如活细胞材料)、细胞外代谢物(例如小分子和分泌的蛋白质)、残余营养物和/或细胞内组分(例如酶和其他蛋白质)的材料和方法。

根据本发明采用的微生物生长容器可以是任何工业使用的发酵罐或培养反应器。在一个实施方案中，该容器可具有功能性调节装置/传感器或者可与功能性调节装置/传感器连接以测量培养过程中的重要因素(诸如pH、氧气、压力、温度、湿度、微生物密度和/或代谢物浓度)。

在另一个实施方案中，该容器还能够监测容器内微生物的生长(例如测量细胞数量和生长期)。另选地，可从容器中取出每日样本，并通过本领域已知的技术(诸如稀释平板涂布技术)进行计数。稀释平板涂布是用于估计样品中的生物体数量的简单技术。该技术还可提供一个指数，通过该指数可比较不同的环境或处理。

在一个实施方案中，该方法包括在培养过程中补充氮源。例如，氮源可以是硝酸钾、硝酸铵、硫酸铵、磷酸铵、氨、尿素和/或氯化铵。这些氮源可单独使用或两种或两种以上组合使用。

该方法可对生长中的培养物进行充氧。一个实施方案利用空气的缓慢运动来去除包括含氧量低的空气并引入充氧空气。在深层发酵的情况下，充氧空气可以是通过机构每天补充的环境空气，该机构包括用于机械搅动液体的叶轮以及用于向液体供应气泡以将氧气溶解到液体中的空气喷布器。

该方法还可包括在培养过程中补充碳源。碳源可以是碳水化合物(诸如葡萄糖、蔗糖、乳糖、果糖、海藻糖、甘露醇和/或麦芽糖)、有机酸(诸如乙酸、富马酸、柠檬酸、丙酸、苹果酸、丙二酸和/或丙酮酸)、醇(诸如乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、异丁醇和/或甘油)和脂肪和油(诸如大豆油、芥花油、米糠油、橄榄油、玉米油、芝麻油和/或亚麻籽油)等等。这些碳源可单独使用或者两种或两种以上组合使用。

在一个实施方案中，培养基中含有微生物的生长因子和微量营养物。当培育不能生长它们需要的维生素中的所有维生素的微生物时，这尤其是优选的。培养基中还可含有无机营养物，包括微量元素(诸如铁、锌、铜、锰、钼和/或钴)。此外，维生素、必需氨基酸和微量元素的来源可例如以面粉或粗粉(诸如玉米粉)的形式，或者以提取物(诸如酵母提取物、马铃薯提取物、牛肉提取物、大豆提取物和香蕉皮提取物)的形式等，或者以纯化的形式包含在内。也可含有氨基酸，例如那些用于蛋白质生物合成的氨基酸。

在一个实施方案中，还可含有无机盐。可使用的无机盐可为磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸氢二钠、硫酸镁、氯化镁、硫酸铁、氯化铁、硫酸锰、氯化锰、硫酸锌、氯化铅、硫酸铜、氯化钙、氯化钠、碳酸钙和/或碳酸钠。这些无机盐可单独使用或两种或两种以上组合使用。

在一些实施方案中，培养方法还可包括在培养过程之前和/或期间在培养基中添加另外的酸和/或抗菌剂。抗菌剂或抗生素用于保护该培养物免受污染。

另外，还可添加消泡剂以防止在深层培养期间形成和/或累积泡沫。

混合物的pH应适合目标微生物。缓冲剂和pH调节剂(诸如碳酸盐和磷酸盐)可用于将pH稳定在优选的值附近。当存在高浓度金属离子时，可能需要在培养基中使用螯合剂。

微生物可以浮游形式或作为生物膜生长。在生物膜的情况下，容器内可具有基质，微生物可在该基质上以生物膜状态生长。该系统还可具有例如施加刺激(诸如剪切应力)的能力，该刺激可促进和/或改善生物膜生长特性。

在一个实施方案中，在约5℃至约100℃(优选地15℃至60℃，更优选地25℃至50℃)下实施该用于培养微生物的方法。在另一个实施方案中，可在恒温下连续进行培养。在另一个实施方案中，培养过程中可改变温度。

在一个实施方案中，该方法和培养过程中使用的设备是无菌的。培养设备(诸如反应器/容器)可与灭菌装置(例如高压釜)分离，但与之相连。培养设备还可具有在开始接种之前进行原位灭菌的灭菌单元。可通过本领域已知的方法对空气进行灭菌。例如，环境空气在被引入容器之前可穿过至少一个过滤器。在其他实施方案中，可对培养基进行巴氏灭菌，或者任选地根本不进行加热，其中可利用低水活度和低pH来控制不需要的细菌生长。

在一个实施方案中，本发明还提供了一种用于通过在适于生长和代谢物生产的条件下培养本发明的微生物菌株来生产微生物代谢物(例如生物表面活性剂、酶、蛋白质、乙醇、乳酸、β-葡聚糖、肽、代谢中间物、多不饱和脂肪酸和脂质)和任选地纯化代谢物的方法。例如，通过该方法生产的代谢物含量可以是至少20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％。

由目标微生物产生的微生物生长副产物可保留在微生物中或分泌到生长培养基中。该培养基可含有稳定微生物生长副产物活性的化合物。

例如，发酵培养基的生物质含量可以是5g/L至180g/L或更高，或者10g/L至150g/L。

例如，细胞浓度可以是至少1×10⁶CFU/mL至1×10¹³CFU/mL、1×10⁷CFU/mL至1×10¹²CFU/mL、1×10⁸CFU/mL至1×10¹¹CFU/mL，或1×10⁹CFU/mL至1×10¹⁰CFU/ml。

用于培养微生物和生产微生物副产物的方法和设备可分批、准连续或连续进行。

在一个实施方案中，在培养完成时(例如，在例如达到所需细胞密度或特定代谢物的密度时)去除所有微生物培养组合物。在这个分批过程中，在收获第一批次时，开始一个全新的批次。

在另一个实施方案中，在任一时间仅去除一部分发酵产物。在该实施方案中，具有活细胞、孢子、分生孢子、菌丝和/或菌丝体的生物质作为新培养批次的接种剂保留在容器中。被取出的该组合物可以是无细胞培养基或者含有细胞、孢子或其他生殖繁殖体和/或它们的组合。这样，产生了准连续系统。

有利的是，该方法不需要复杂的设备或很高的能量消耗。目标微生物可以小规模或大规模进行就地培养和利用，甚至仍与它们的培养基混合在一起。

有利的是，该基于微生物的产品可在远端位置产生。微生物生长设施可通过利用例如太阳能、风能和/或水力发电而离网运行。

基于微生物的产品的制备

本发明还提供了“基于微生物的产品”，这些基于微生物的产品是将在实践中应用以实现所需结果的产品。该基于微生物的产品可以仅仅是从微生物培养过程中收获的基于微生物的组合物。另选地，该基于微生物的产品还可包含已添加的其他成分。例如，这些附加的成分可包括稳定剂、缓冲剂、合适的载体(诸如水、盐溶液或任何其他合适的载体)、为支持微生物进一步生长而添加的营养物、非营养生长促进剂和/或有助于在其所施用的环境中跟踪微生物和/或组合物的试剂。该基于微生物的产品还可包括基于微生物的组合物的混合物。该基于微生物的产品还可包含基于微生物的组合物中的一种或多种组分，该一种或多种组分已经以某种方式(诸如但不限于过滤、离心、裂解、干燥、纯化等)进行了加工。

本发明的基于微生物的产品仅仅是含有微生物和/或由微生物产生的微生物代谢物和/或任何残余营养物的发酵培养基。发酵产物可在不进行提取或纯化的情况下直接使用。如果需要，采用文献中描述的标准提取和/或纯化方法或技术可以很容易地实现提取和纯化。

该基于微生物的产品中的微生物可呈活性或无活性形式，或呈营养细胞、生殖孢子、分生孢子、菌丝体、菌丝的形式，或呈微生物繁殖体的任何其他形式。该基于微生物的产品还可含有微生物的这些形式中的任一种的组合。

在一个实施方案中，不同的微生物菌株单独生长，然后将它们混合在一起以生产该基于微生物的产品。微生物可任选地与它们生长在其中的培养基混合，并在混合前干燥。

在一个实施方案中，不同菌株未混合在一起，而是作为单独的基于微生物的产品施用于植物和/或其环境。

该基于微生物的产品可在不进行进一步稳定、保存和储存的情况下使用。有利的是，这些基于微生物的产品的直接使用保持了微生物的高活力，降低了外来试剂和不良的微生物造成污染的可能性，并且保持了微生物生长副产物的活性。

在从生长容器中收获该基于微生物的组合物时，可在将所收获的产物置于容器中或以其他方式运输以供使用时添加另外的组分。例如，这些添加剂可以是缓冲剂、载体、在相同或不同设施中生产的其他基于微生物的组合物、粘度调节剂、防腐剂、微生物生长营养物、表面活性剂、乳化剂、润滑剂、溶解度控制剂、跟踪剂、溶剂、抗微生物剂、抗生素、pH调节剂、螯合剂、稳定剂、抗紫外光剂、其他微生物以及常用于此类制剂的其他合适的添加剂。

在一个实施方案中，可添加缓冲剂，包括有机酸和氨基酸或它们的盐。合适的缓冲剂包括柠檬酸盐、葡糖酸盐、酒石酸盐、苹果酸盐、乙酸盐、乳酸盐、草酸盐、天冬氨酸盐、丙二酸盐、葡庚糖酸盐、丙酮酸盐、半乳糖二酸盐、葡糖二酸盐、丙醇二酸盐、谷氨酸盐、甘氨酸、赖氨酸、谷氨酰胺、甲硫氨酸、半胱氨酸、精氨酸以及它们的混合物。也可采用磷酸和亚磷酸或它们的盐。合成缓冲剂适合使用，但优选地使用天然缓冲剂(诸如上面列出的有机酸和氨基酸或它们的盐)。

在另一个实施方案中，pH调节剂包括氢氧化钾、氢氧化铵、碳酸钾或碳酸氢钾、盐酸、硝酸、硫酸或混合物。

该基于微生物的组合物的pH应适合目标微生物。在优选的实施方案中，该组合物的pH为约3.5至约7.0、约4.0至约6.5或约5.0。

在一个实施方案中，制剂中可包含另外的组分，诸如盐(诸如碳酸氢钠或碳酸钠、硫酸钠、磷酸钠、磷酸二氢钠)的水性制剂。

在某些实施方案中，可将粘附物质添加到组合物中以延长产品与植物部位的粘附。可使用聚合物(诸如带电荷的聚合物)或基于多糖的物质(例如，黄原胶、瓜尔胶、果聚糖、木聚糖、结冷胶、凝胶多糖、支链淀粉、葡聚糖等)。

在优选的实施方案中，商品级黄原胶用作粘附剂。树胶的浓度应基于商业产品中树胶的含量进行选择。如果黄原胶是高纯度的，则0.001％(w/v-黄原胶/溶液)就足够了。

在一个实施方案中，可将葡萄糖、甘油和/或丙三醇添加到该基于微生物的产品中，以在储存和运输期间用作例如渗压剂。在一个实施方案中，可含有糖蜜。

在一个实施方案中，可将益生元添加到该基于微生物的产品中，以及/或者与该基于微生物的产品同时施加，以促进微生物生长。合适适的益生元包括例如海带提取物、富里酸、壳多糖、腐殖酸盐和/或腐殖酸。在一个具体的实施方案中，益生元的施用量为约0.1L/英亩至约0.5L/英亩，或约0.2L/英亩至约0.4L/英亩。

在一个实施方案中，将特定营养物添加到基于微生物的产品中，以及/或者与基于微生物的产品同时施用，以促进微生物接种和生长。这些可包括例如可溶性钾碱(K2O)、镁、硫、硼、铁、锰和/或锌。营养物可衍生自例如氢氧化钾、硫酸镁、硼酸、硫酸亚铁、硫酸锰和/或硫酸锌。

任选地，该产品可在使用前储存。优选地，储存时间较短。因此，储存时间可以小于60天、45天、30天、20天、15天、10天、7天、5天、3天、2天、1天或12小时。在优选的实施方案中，如果该产品中存在活细胞，则将该产品储存在较冷的温度(例如低于20℃、15℃、10℃或5℃)下。

基于微生物的产品的本地生产

在本发明的某些实施方案中，微生物生长设施按所需规模生产新鲜的高密度微生物和/或目标微生物生长副产物。微生物生长设施可位于施用场所或其附近。该设施以分批、准连续或连续培养的方式生产高密度基于微生物的组合物。

本发明的微生物生长设施可位于将使用基于微生物的产品的位置(例如，畜牧场)。例如，微生物生长设施可距离使用位置不到300、250、200、150、100、75、50、25、15、10、5、3或1英里。

因为基于微生物的产品可在不借助于传统微生物生产的微生物稳定、保存、储存和运输过程的情况下在本地生成，所以可生成密度高得多的微生物，从而需要体积更小的基于微生物的产品用于现场应用，或者在必要时允许密度高得多的微生物应用，以实现期望的功效。这允许生物反应器按比例缩小(例如，较小的发酵容器和更少的起始材料、营养物和pH控制剂的供应)，这使得该系统效率很高，并且可不再需要对细胞进行稳定或将细胞从其培养基分离出来。基于微生物的产品的本地生成也有助于将生长培养基包含在产品中。培养基可含有在发酵期间产生的尤其适合本地使用的试剂。

本地生产的高密度健壮微生物培养物在现场比那些在供应链中停留了一段时间的微生物培养物更有效。本发明的基于微生物的产品与传统产品相比尤其有利，在传统产品中，细胞已经与发酵生长培养基中存在的代谢物和营养物分离。运输时间的缩短实现了按照本地需求所要求的时间和体积生产和交付新鲜批次的微生物和/或其代谢物。

本发明的微生物生长设施生产新鲜的基于微生物的组合物，该基于微生物的组合物包含微生物本身、微生物代谢物和/或微生物在其中生长的培养基的其他组分。如果需要，该组合物可具有高密度的营养细胞或繁殖体或者营养细胞和繁殖体的混合物。

在一个实施方案中，微生物生长设施位于或靠近将使用基于微生物的产品的场所(例如，柑橘园)，例如在300英里内、200英里内或甚至在100英里内。有利的是，这允许该组合物被定制用于特定的位置。基于微生物的组合物的配方和效力可针对在施用时特定的本地条件来定制，例如，正在处理的土壤类型、植物和/或作物；施用组合物时的季节、气候和/或时间；以及所利用的施用模式和/或速率。

有利的是，分布式微生物生长设施提供了一种针对当前依赖于远距离的工业规模生产者的问题的解决方案。由于上游处理延迟、供应链瓶颈、不适当的储存和妨碍了及时交付和施用的其他意外事件(例如活的高细胞计数产品和细胞最初生长于其中的相关培养基和代谢物)，因此，这些生产者的产品质量受到影响。

此外，通过本地生产组合物，可依据特定位置和施用时存在的条件来实时调节配方和效力。这提供了优于在中心位置预先制备并具有例如对于给定位置可能不是最优的固定比例和配方的组合物的优点。

微生物生长设施能够定制基于微生物的产品，以提高与目的地区的协同作用，从而提供了制造的灵活性。有利的是，在优选的实施方案中，本发明的系统利用天然存在的本地微生物及其代谢副产物的力量来改善GHG管理。

单个容器的培养时间可以为例如1至7天或更长。培养产物可以许多不同方式中的任一种方式收获。

在例如发酵24小时的时间内进行本地生产和交付可得到纯净的高细胞密度组合物并显著降低运输成本。考虑到在开发更有效和更强大的微生物接种剂方面的快速发展前景，消费者将从这种快速交付基于微生物的产品的能力中受益匪浅。

实施例

从以下通过举例说明的方式给出的实施例中，可更好地理解本发明及其许多优点。以下实施例说明了本发明的一些方法、应用、实施方案和变型。它们不应被认为是对本发明的限制。可以对本发明进行许多更改和修改。

实施例1-碳足迹减少的家畜

图1描绘了如何以减少整个操作的碳足迹的方式生产家畜的一个实施方案的流程图100。

作为本发明方法(05、10、11、11a、11b、12)的农业方面的一部分，将选择的基于微生物的土壤处理剂施用于农田10。在一些任选的实施方案中，农田先前已经经历了规定的焚烧05，并且需要植被重建和/或土壤再生。

由于施用了产品10，产品的微生物定殖于根际和植物根部，并产生协同增强土壤中的营养物和水分含量/分散、促进植物健康和生长、并提高农田中生长的植物蛋白质含量11的有益代谢物。有利的是，这导致：减少的肥料使用11a和增强的土壤和植物物质11b中的碳固存，这两者都有助于减少大气30中的GHG。

作为本发明方法(12、20、20a、20b)的畜牧业方面的一部分，向家畜动物提供植物物质，该植物物质已在用基于微生物的土壤处理组合物10处理的农田中生长，使得动物可摄取该植物物质20。这可以是农田的自由放牧形式，其具有通过施用土壤处理组合物10提供的益处11。可选地，或另外地，可向家畜动物提供从农田12收获的草料或饲料。

由于消耗了根据本发明方法20生产的植物物质，动物可经历改善的饲料效率，这意指更少的饲料需求和更多产量的动物，例如，在所生产的肉类和乳制品的数量和质量方面。这还包括消化期间改善的氮利用，这导致家畜废物20a中减少的一氧化二氮和氨排放。

有利的是，通过草饲养家畜动物和/或利用根据本发明方法生产的饲料作物，该方法允许降低对仅为家畜饲料20b生产的高碳足迹谷物作物如玉米、小麦、大麦和燕麦的依赖性。除了帮助减少畜牧业的碳足迹30，这还可帮助减少对抗生素(例如，离子载体)的依赖性，该抗生素是基于谷物的饮食饲养牛所需要的。

参考文献

Gerber,P.J.,et al.(2013).“Tackling climate change through livestock–Aglobal assessment of emissions and mitigation opportunities.”Food andAgriculture Organization of the United Nations,Rome.Viewed April 5,2019.http://www.fao.org/3/i3437e/i3437e.pdf.(“Gerberetal.2013”).

Grossi,G.,et al.(2019).“Livestock and climate change:impact oflivestock on climate and mitigation strategies.”Animal Frontiers,Volume 9,Issue 1,Pages 69–76.https://academic.oup.com/af/article/9/1/69/5173494. (“Grossi et al.2019”).

Government of Western Australia.(2018).“Carbon farming:reducingmethane emissions from cattle using feed additives.”https://www.agric.wa.gov.au/climate-change/carbon-farming-reducing-meth ane-emissions-cattle-using-feed-additives.(“Carbon Farming 2018”).

Holtshausen,L.et al.(2009).“Feeding saponin-containing Yuccaschidigera and Quillaja saponaria to decrease enteric methane production indairy cows.”J.Dairy Sci.92:2809-2821.

Ishler,V.A.,(2016).“Carbon,Methane Emissions and the Diary Cow.”PennState College of Agricultural Sciences.https://extension.psu.edu/carbon-methane-emissions-and-the-dairy-cow.(“Ishler 2016”).

Pidwirny,M.(2006).“The Carbon Cycle”.Fundamentals of PhysicalGeography,2nd Edition.Viewed October 1,2018.http://www.physicalgeography.net/fundamentals/9r.html.(“Pidwirny 2006”).

Storm,Ida M.L.D.,A.L.F.Hellwing,N.I.Nielsen,and J.Madsen.(2012).“Methods for Measuring and Estimating Methane Emission from Ruminants.”Animals(Basel).Jun.2(2):160-183.doi:10.3390/ani2020160.

United States Environmental Protection Agency.(2016).“Climate ChangeIndicators in the United States.”https://www.epa.gov/sites/production/files/2016-08/documents/climate_indic ators_2016.pdf.(“EPA Report 2016”).

United States Environmental Protection Agency.(2016).“Overview ofGreenhouse Gases.”Greenhouse Gas Emissions.https://www.epa.gov/ghgemissions/overview-greenhouse-gases.(“Greenhouse Gas Emissions 2016”).

Center for Sustainable Systems,University of Michigan.(2020)."CarbonFootprint Factsheet."Pub.No.CSS09-05.http://css.umich.edu/factsheets/carbon- footprint-factsheet.(“Michigan 2020”).

Claims (29)

1.一种用于生产碳足迹减少的家畜的方法，其中所述方法包括农业方面和畜牧业方面，其中：

所述农业方面包括使用以下技术栽培种植或将要种植用于饲养家畜的植物的农田：增强土壤养分和水分含量及分散，增强植物健康和生长，提高植物蛋白质含量，减少富氮肥料使用，减少土壤温室气体排放，以及/或者增强土壤和/或植物物质中的碳固存；并且

所述畜牧业方面包括使所述农田中生产的所述植物可用于家畜动物，使得所述家畜动物摄取所述植物；

其中所述农业方面导致与传统农业技术相比减少的温室气体排放，从而减少生产家畜饲料和/或基于动物的产品的所述碳足迹。

2.根据权利要求1所述的方法，其中用于生长所述植物的所述技术包括将基于微生物的土壤处理组合物施用于所述农田，所述基于微生物的土壤处理组合物包含一种或多种土壤定殖微生物和/或微生物生长副产物，其中所述一种或多种微生物选自芽孢杆菌属Bacillus spp.、木霉属Trichoderma spp.、侧耳属Pleurotus spp.、酵母菌属Saccharomyces spp.、德巴利氏酵母属Debaryomyces spp.、香菇属Lentinula spp.、异常威克汉姆酵母属Wickerhamomyces spp.、熊蜂生假丝酵母属Starmerella spp.、季也蒙迈耶氏酵母属Meyerozyma spp.、毕赤酵母属Pichia spp.、红曲霉属Monascus spp.、枝顶孢属Acremonium spp.和粘球菌属Myxococcus spp.。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述微生物是解淀粉芽孢杆菌NRRL B-67928和哈茨木霉菌。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述微生物是异常威克汉姆酵母NRRL Y-68030、季也蒙迈耶氏酵母属或枯草芽孢杆菌NRRL B-68031。

5.根据权利要求2所述的方法，其中所述组合物还包含其中培养所述一种或多种微生物的发酵培养基。

6.根据权利要求2所述的方法，其中所述组合物包含所述生长副产物，所述生长副产物不含所述微生物。

7.根据权利要求2所述的方法，其中所述微生物生长副产物是选自糖脂和脂肽的生物表面活性剂。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述糖脂选自槐糖脂、甘露糖赤藓糖醇脂、鼠李糖脂和海藻糖脂。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述脂肽选自表面活性素、伊枯草菌素、丰原素、关节素和地衣素。

10.根据权利要求1所述的方法，其中将所述家畜动物置于所述农田上以进食所述植物。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述植物从所述农田收获，并且作为碳足迹减少的草料和/或谷物提供给所述家畜动物。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述碳足迹减少的草料包括禾本科草、非禾本科草、灌木、干草、稻草、苜蓿、水果、坚果、种子、蔬菜和/或作物残余物。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述草料经加工以产生碳足迹减少的青贮饲料，并且其中将所述碳足迹减少的青贮饲料作为饲料提供给所述家畜动物。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所述家畜动物是谷物饲养的或谷物喂养的家畜动物，并且其中与向所述家畜动物提供常规生产的谷物相比，向所述家畜动物提供所述碳足迹减少的谷物减少了生产谷物饲养的和谷物喂养的家畜的所述碳足迹。

15.根据权利要求11所述的方法，其中所述碳足迹减少的谷物包括玉米、燕麦、小麦、大麦、高粱、买罗高粱和/或大豆。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述碳足迹减少的谷物通过蒸馏或酿造加工以产生醇和碳足迹减少的谷物副产物，并且其中将所述碳足迹减少的谷物副产物作为饲料提供给所述家畜动物。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述碳足迹减少的谷物副产物是酿酒酒糟、酒糟和/或含有可溶物的干酒糟DDGS。

18.根据权利要求1所述的方法，其中所述农业方面导致所述植物的蛋白质含量增加。

19.根据权利要求1所述的方法，其中所述农业方面导致来自土壤的二氧化碳、甲烷和/或一氧化二氮的排放减少。

20.根据权利要求1所述的方法，其中所述家畜动物由于摄入所述植物而经历改善的饲料效率和改善的肉类和乳制品数量和/或质量。

21.根据权利要求1所述的方法，其中所述家畜动物经历改善的饲料氮利用，导致所述动物废物中的一氧化二氮和氨排放减少。

22.根据权利要求1所述的方法，其中降低了对用于饲养家畜的常规生长的谷物作物的依赖性。

23.根据权利要求22所述的方法，其中对常规生长的谷物作物的所述降低的依赖性增加了草饲养的家畜的可销售性和价值。

24.根据权利要求22所述的方法，其中对常规生长的谷物作物的所述降低的依赖性减少了生产谷物饲养的和谷物喂养的家畜的所述碳足迹。

25.根据权利要求1所述的方法，其中减少了生产选自以下项的基于动物的产品的所述碳足迹：肉类、下水、乳制品、皮革、毛皮、胶原、蛋、羽毛和粪肥。

26.根据权利要求1所述的方法，其中所述组合物的所述一种或多种微生物定殖于所述土壤和/或生长在所述土壤中的植物的根部，并且其中所述定殖引起：

叶体积、茎直径、树干直径、根生长和/或所述植物数量的增加，

所述植物中蛋白质含量的增加，

所述土壤中微生物生物量的增加，

土壤生物多样性的改善，和

微生物对有机植物分泌物的摄取的增加。

27.根据权利要求26所述的方法，其中生物多样性的改善包括增加所述土壤中的需氧细菌物种、酵母物种和/或真菌物种与所述土壤中的厌氧微生物的比率。

28.根据权利要求26所述的方法，其中通过增强植物碳的利用和储存来减少大气中的二氧化碳。

29.根据权利要求26所述的方法，其中碳固存得到增强。