CN118234831A - 用于土壤再生以及土壤水文改善的方法和组合物 - Google Patents

Abstract

本发明提供了组合物及其用于改善土壤结构和水文的方法。有利地，本发明的组合物和方法可以表述为环境友好的、无毒的和成本效益高的解决方案，以解决日益严重的例如水资源短缺、水利用效率低、土壤健康状况下降、营养物浸出和流失以及土壤产生的温室气体排放问题。

Description

用于土壤再生以及土壤水文改善的方法和组合物

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年10月18日提交的美国临时专利申请第63/256,688号的优先权，其全文以引用方式并入本文。

背景技术

土壤是矿质、气体、液体、有机物质和微生物的复杂混合物。特定类型土壤的具体组成基于诸如人类活动、地理位置和气候等因素而变化。

土壤有机碳(SOC)是土壤物质的重要组分，主要由植物和动物组织残留物、活微生物生物质和微生物过程的副产物以及有机-矿质复合物组成。作为更广泛的碳交换循环的一部分，即便是SOC的微小变化都可以对区域中大气二氧化碳的水平产生巨大影响(1Pg土壤碳储量＝0.47ppm大气CO₂)。当CO₂通过植物和微生物残余物和其他有机材料从大气转移到土壤中时，发生SOC的隔离，这些植物和微生物残余物和其他有机材料以长的平均停留时间(MRT)储存在土壤中。SOC隔离可以通过例如增加植物生长、保留地上和地下植物生物质以及/或者保护和稳定SOC以防侵蚀和分解来实现。

退化、压实、疏水性以及低效的水和营养物运输都是在某些土壤中可能出现的问题的示例，每种问题都可能导致负面的环境影响以及对农民不利的结果。因此，对于生态学家和农民，土壤再生都已成为土壤管理的一个重要部分。土壤再生涉及通过最小化表层土的退化和侵蚀、保持比所耗尽更多的SOC、增加土壤生物多样性以及保持适当的水和营养物循环来恢复土壤健康。

土壤的退化是一个日益严重的问题，特别是对于高有机质含量的土壤诸如腐殖质土。某些类型的土壤可能由于排水而随时间退化(有时被称为“下沉”)，这导致土壤环境的氧化并加速土壤微生物和/或它们的胞外酶对有机物质的有氧分解。此外，干燥的表层土壤可能被风蚀。

另外，随着土壤中富碳有机物质的微生物分解量的增加，结果，来自这些过程的大气温室气体(GHG)(诸如二氧化碳、甲烷和一氧化二氮)的排放速率增加并且SOC量减少。

通过增加生物质碳(biomass carbon)的输入以超过由侵蚀和分解引起的SOC损失，产生正土壤碳预算。生物质的分解速率受许多因素影响，这些因素包括例如气候、水分含量和土壤中存在的植物物质(活的或死的)的类型(Lal2018)。

影响土壤碳累积速率的另一个重要因素是土壤团聚体的形成和稳定性。健康且健壮的根系对于形成和稳定碳捕获土壤团聚体是有效的，其中有机物质和矿质浸入根中。土壤微生物(例如真菌菌丝)及其生长副产物(例如多糖)也可以促进碳与土壤矿质颗粒缔合以形成和稳定这些团聚体。此外，研究已表明，土壤团聚体的尺寸越大，由消耗土壤中有机物质的微生物产生的胞外酶引起的土壤退化程度越低(Trivedi,P.等人，2017；Trivedi,P.等人，2015；Possinger等人，2020；Grandy 2007)。

颗粒尺寸分布、有机物质含量、矿物学和水含量也可能是导致土壤压实的原因，在土壤压实的情况下土壤颗粒被压在一起，从而缩小了其间的孔空间。分选良好的细砂壤土和具有高细砂部分和低碳含量的壤质细砂特别容易压实。

压实也可能由例如牲畜踩踏、使用重型机械、某些灌溉实践和管理不良的耕作实践引起。虽然免耕实践被认为可以通过增加土壤聚集来改善SOC堆积，但免耕或减耕实践实际上可能在其使用的最初几年增加土壤压实。可能需要几年由减耕引起的SOC的堆积和土壤微团聚体的生长才开始抵消因此带来的土壤压实的负面影响。

随着时间的推移，压实导致物理土壤退化，微生物群体减少，SOC减少，以及孔的尺寸、结构和数量改变。继而，土壤强度随堆密度增加而增加，而水和空气的传导性、渗透性和扩散性降低。具有高渗透阻力的土壤层降低了生根深度和密度，这导致植物营养物摄取、水摄取和水利用效率的下降。此外，低效的水和营养物运输可能引起磷酸盐和硝酸盐的流失，从而导致例如有害的藻类大量繁殖。

土壤疏水性是土壤中可能出现的另一个问题。土壤在本质上可能是天然疏水的，并且当土壤保持长时间干燥或具有高有机质含量时，这通常会加剧。火也可以诱导或加强土壤斥水性，因为土壤和落叶中的疏水物质挥发、热解并重新分布到土壤剖面的更深处。

土壤的疏水性质可以限制基于灌溉的应用的渗透和浸润。土壤疏水性可以导致水汇聚、蒸发和表面流失，这通过限制水浸润和供应至植物的根区而对植物生长具有直接后果。

可以对农业和畜牧业都有显著影响的另一个问题是水的利用。在国内某些地区，过度耕作、过度工业化和/或过度开发导致地下水和含水层水位的下降。在其他地区，会出现干旱，从而导致普遍的水资源短缺和作物产量减少。灌溉大面积农田所需的水量以及供家畜动物饮用所需的水量使得两个行业都需要增加水利用效率，在增加水利用效率的情况下需要较少的水来实现期望的生产水平。

已利用土壤表面活性剂(或润湿剂)来抵消土壤斥水性和低水利用效率的有害影响。作用模式因商业产品而不同，但通常，表面活性剂由具有疏水性尾部和亲水性头部的有机分子组成。这种化学结构允许降低水的表面张力，因此增加水在土壤颗粒之间的浸润。此外，表面活性剂使得土壤可润湿，因为润湿剂的疏水性尾部化学键合到土壤颗粒上的疏水性涂层，而亲水性头部吸引水分子并将它们运输到土壤中。虽然土壤表面活性剂可以是用于管理水的利用和土壤健康的有效工具，但是这些化合物中的许多化合物是可以在环境中持续存在的合成化学品。一些化合物甚至可能对人类和/或动物有毒。

生产作物以及护理草坪和花园的现有方法的经济成本和环境影响继续成为农业和园艺工业的可持续性的负担。土壤健康以及水和营养物利用效率是造成这种负担的重要方面。因此，需要改善的、安全的方法来解决农民、园林学家和日常消费者对土壤和水的管理。

发明内容

本发明提供了组合物及其用于改善土壤灌溉的方法。有利地，本发明的组合物和方法可以表述为环境友好的、无毒的和具有成本效益的解决方案，以解决日益严重的例如水资源短缺、水利用效率低、土壤健康状况下降、营养物浸出和流失以及土壤产生的温室气体排放问题。

在某些实施方案中，本发明的组合物和方法可以用于以下示例性有益效果中的任一种有益效果：

a)改善水和营养物在整个土壤层中的分散、渗滤和/或保留，从而改善植物根对水和营养物的摄取并降低对水和肥料的使用需求；

b)改善植物脉管系统内水和营养物的循环，甚至在较冷的气候下；

c)减少和/或防止土壤压实，从而改善水、营养物、根和微生物在整个土壤中的移动；

d)减少水在土壤上和土壤中的汇聚，从而减少蒸发、流失和内涝；以及

e)增加土壤有机质含量(SOC)和减少土壤产生的温室气体排放。

在某些实施方案中，本发明提供了包含表面活性分子的灌溉添加剂。表面活性分子可以是合成表面活性剂、微生物或植物来源的生物表面活性剂和/或使用天然来源的基质产生的表面活性剂。在优选的实施方案中，表面活性分子用作润湿剂，当与土壤中的水接触时，其增强植物(包括作物、草皮和观赏植物)的灌溉效率。

在优选的实施方案中，本发明组合物的表面活性剂具有小于100nm、小于75nm、小于50nm，并且更优选地小于25nm的胶束尺寸。在某些实施方案中，胶束尺寸小于10nm、小于8nm或小于5nm。

在优选的实施方案中，表面活性分子是微生物来源的生物表面活性剂。生物表面活性剂可以以纯化和/或粗制形式施用。粗制形式的生物表面活性剂可以包含例如生物表面活性剂和其他细胞生长产物(包括由培养产生生物表面活性剂的微生物所产生的发酵培养基)。

例如，根据本发明方法的生物表面活性剂可以选自例如低分子量糖脂(例如槐糖脂、纤维二糖脂、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、关节炎素和地衣素)、黄酮脂、磷脂(例如心磷脂)、脂肪酸酯和高分子量聚合物(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)。

在某些具体实施方案中，生物表面活性剂是槐糖脂(SLP)，诸如内酯型SLP、酸性SLP、氨基酸-SLP偶联物、盐形式SLP或这些物质中任一者的衍生物。

在某些实施方案中，灌溉添加剂可以包括另外的物质，诸如载体、pH调节剂、杀虫剂、除草剂、肥料、微生物接种剂、矿质源、植物种子、染料、稳定剂、乳化剂、益生元和/或聚合物。

在某些实施方案中，本发明提供了灌溉土壤的方法，这些方法包括将一定量的根据本发明的灌溉添加剂与水性流体组合以产生处理过的灌溉流体，以及将处理过的灌溉流体施用于土壤。在某些实施方案中，在整个灌溉过程中，灌溉添加剂与水性流体一起连续施用。有利地，本发明方法改善了土壤健康、土壤水文，并因此导致植物健康有所改善。

在一些实施方案中，该方法包括将灌溉添加剂以干燥形式或与载体混合的形式施用于土壤，而不首先将灌溉添加剂与水性流体混合，其中未处理的灌溉水和/或雨水在土壤中或在土壤上与灌溉添加剂接触时将其激活。因此，在一些实施方案中，该方法包括将灌溉添加剂施用于土壤，随后将水性灌溉流体施用于土壤。

在某些实施方案中，将灌溉添加剂施用于土壤以降低水和土壤颗粒之间的表面和/或界面张力，从而提供以下效果中的一种或多种效果：改善在灌溉期间水和营养物向土壤中的分散、渗透和/或渗滤；使坚硬或压实的土壤疏松；以及增加土壤孔隙度和通气性。有利地，这可以增加土壤内用于根生长、空气移动和水保持能力的空间。

在某些实施方案中，由于灌溉添加剂的纳米颗粒胶束尺寸，其特别有助于降低水和土壤之间的表面和/或界面张力，以及增加压实土壤的孔隙度。灌溉添加剂的超小胶束尺寸允许水渗透到坚硬且紧密堆积的土壤中的微米和纳米尺寸的孔中，从而使孔疏松并允许增加空气、营养物和水流动。这可以进一步帮助防止由过量水引起的根腐病，根腐病可以引起有害真菌在土壤中和在根上过度生长。

在某些实施方案中，灌溉添加剂降低了水和根细胞之间的表面和/或界面张力，从而有助于促进水和营养物向植物维管系统中和在整个植物维管系统的运输。

有利地，与不使用灌溉添加剂的灌溉相比，该方法可以将实现期望的灌溉水平所需要的用水量降低至少15％、至少20％、至少25％或至少30％。

有利地，在某些实施方案中，灌溉添加剂在宽泛的温度范围内有效。因此，在一些实施方案中，虽然由于温度较低造成植物休眠、细胞代谢降低和/或水运输效率降低，但将灌溉添加剂施用于较冷位置和气候(例如，离赤道更远的位置、高海拔的位置和在冬季月份期间的温和位置)中的土壤可以促进其循环。此外，在一些实施方案中，将灌溉添加剂施用于较温暖气候(例如，离赤道更近的位置、沙漠区域中的位置和在夏季月份期间的温和位置)中的土壤可以特别有助于减少由于高温引起的水汇聚和蒸发。

这些方法可有效改善土壤在多种条件下的灌溉，这些条件包括例如压实土壤、干旱土壤、侵蚀土壤、营养物耗尽的土壤、渍水土壤、火损土壤、疏水土壤和/或植物在其中生长的土壤。

在某些实施方案中，本发明方法可以通过施用一种或多种微生物土壤处理组合物而进一步增强。例如，在某些实施方案中，首先将灌溉添加剂施用于土壤，随后在一段时间(例如30天)后施用微生物土壤处理组合物。该循环可以无限重复和/或可以重复直到实现期望的灌溉水平和/或期望的土壤健康、土壤水文和/或植物健康改善水平。

在某些实施方案中，土壤处理组合物包含一种或多种定殖于土壤的微生物和/或其生长副产物，诸如生物表面活性剂、酶和/或其他代谢物。该组合物还可包含其中产生微生物的发酵培养基。

在某些实施方案中，微生物是细菌、酵母和/或真菌。在一些实施方案中，组合物包含多于一种类型和/或物种的微生物。

在一个实施方案中，土壤处理组合物包含芽孢杆菌属(Bacillus)细菌，诸如解淀粉芽孢杆菌(B.amyloliquefaciens)NRRL B-67928或枯草芽孢杆菌(B.subtilis)NRRL B-68031。在一个实施方案中，该组合物包含木霉属(Trichoderma)真菌，诸如哈茨木霉(T.harzianum)T-22。在某些实施方案中，芽孢杆菌属和木霉属一起使用。

在一个实施方案中，组合物包含一种或多种酵母，诸如异常威克汉姆酵母(Wickerhamomyces anomalus)、季也蒙迈耶氏酵母(Meyerozyma guilliermondii)、卡利比克迈耶氏酵母(Meyerozyma caribbica)(例如卡利比克迈耶氏酵母MEC14XN，又名卡利比克迈耶氏酵母Locus亚种)、布拉迪酵母(Saccharomyces boulardii)、汉斯德巴氏酵母(Debaryomyces hansenii)、西方毕赤酵母(Pichia occidentalis)和/或库德里阿兹威毕赤酵母(Pichia kudriavzevii)。

有利地，在一些实施方案中，微生物定殖于土壤并将根渗出物和消化的有机物质转化成大体积、富碳的微生物生物质和死亡生物质(死细胞)。在一些实施方案中，微生物形成生物膜。在一些实施方案中，与未处理的土壤和/或植物相比，该一种或多种微生物定殖于植物根，并有助于例如溶解营养物以供植物根摄取，将水和盐分散在整个根际，以及/或者增加地上和地下植物生物质。

在某些实施方案中，本发明方法可以用于减少压实，同时通过例如增加地上和地下植物生物质、增加微生物生物质和/或死亡生物质以及/或者增加土壤团聚体的尺寸和/或稳定性来增强SOC隔离。此外，在一些实施方案中，本发明方法可以与免耕或减耕实践组合使用，以减轻由这些实践导致的土壤压实。

另外，在某些实施方案中，本发明方法可以减少土壤产生的温室气体(诸如二氧化碳、甲烷和一氧化二氮)排放，该排放由例如肥料的过度使用和/或低生物利用度以及/或者土壤被低碳利用效率(CUE)微生物分解引起。

本发明的方法和组合物可以单独使用或与其他组合物和方法组合使用，以有效增强土壤和/或植物健康。例如，在一些实施方案中，该方法包括将另外的组分(诸如除草剂、肥料、杀虫剂和/或其他土壤改良剂)施用于土壤和/或植物。确切的材料及它们的量可以由例如受益于本公开的种植者或土壤科学家来确定。

有利地，本发明组合物和方法可以帮助再生传统上认为是不可再生的土壤资源，同时提高水利用效率、抑制和/或避免土壤GHG排放并减少对合成肥料的需要。

具体实施方式

本发明提供了组合物及其用于改善土壤灌溉的方法。有利地，本发明的组合物和方法可以表述为环境友好的、无毒的和具有成本效益的解决方案，以解决日益严重的例如水资源短缺、水利用效率低、土壤健康状况下降、营养物浸出和流失以及土壤产生的温室气体排放问题。

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的栽培和育种。根据本发明，农业也可以包括园艺学、景观美化、园艺、植物保护、林业和重新造林、牧场和草原修复、果园栽培、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，“发酵液”、“培养液”或“发酵培养液”是指至少包含营养物和微生物细胞的培养基。

如本文所用，术语“碳利用效率”或“CUE”是指微生物分配被吸收用于生长和生物质生产相比于用于呼吸作用的碳的效率的一般性量度。CUE可以计算为生长(生物质生产)除以CO₂生产/排放和生长的总和。微生物通常被分类为“低CUE”或“高CUE”，其中大于0.50的CUE被认为是高CUE，而低于0.50的CUE被认为是低CUE。

除非上下文另有要求，否则本文所用的短语“发酵”、“发酵过程”或“发酵反应”等旨在涵盖该方法的生长阶段和产物生物合成阶段两者。

如本文所用，“分离的”或“纯化的”化合物基本上不含与其天然相关的其他化合物(诸如细胞物质)。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。在微生物菌株的上下文中，“分离的”是指将菌株从其天然存在的环境中取出。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。

如本文所用，“生物学上纯净的培养物”是已经从与其天然相关的材料中分离的培养物。在一个优选的实施方案中，该培养物已经从所有其他活细胞中分离出来。在进一步优选的实施方案中，与天然存在的相同微生物的培养物相比，生物学上纯净的培养物具有有利的特征。例如，这些有利的特征可为，提高了一种或多种生长副产物的产量。

在某些实施方案中，纯化的化合物至少是60重量％的所需化合物。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％的所需化合物。例如，纯化的化合物是指按重量计占期望化合物的至少85％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、98％、99％或100％(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。

如本文所用，“促进”意指改善或增加。例如，促进植物健康意指改善植物的生长和茁壮成长的能力，其包括增加种子发芽和/或出苗；改善针对有害物和/或疾病的免疫性；以及提高在干旱和/或过度灌溉等环境压力因素中生存的能力。促进植物生长和/或促进植物生物质意指增加植物在地上和/或地下的大小和/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)，和/或改善植物达到期望大小和/或质量的能力。提高产量意指例如通过提高每株植物的果实、叶、根和/或块茎的数量和/或大小以及/或者提高果实、叶、根和/或块茎的质量来改善作物中由植物生产的终产物(例如，改善味道、质地、白利糖度、叶绿素含量和/或颜色)。

“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。代谢物的示例包括但不限于生物表面活性剂、生物聚合物、酶、酸、溶剂、醇、蛋白质、维生素、矿质、微量元素和氨基酸。

本发明利用“微生物基组合物”，其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，这些微生物基组合物可包含微生物本身和/或微生物生长的副产物。微生物可以营养状态、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。微生物可为浮游的或生物膜的形式或者两者的混合。例如，这些生长副产物可为代谢物、细胞膜成分、蛋白质和/或其他细胞成分。微生物可为完整的或裂解的。在优选的实施方案中，微生物与它们生长在其中的生长培养基一起存在于微生物基组合物中。微生物可以例如每克或每毫升组合物中至少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。

本发明还提供了“微生物基产品”，这些微生物基产品是将在实践中应用以实现期望结果的产品。微生物基产品可以仅仅是从微生物培养过程中收获的微生物基组合物。另选地，微生物基产品可包含已添加的其他成分。例如，这些附加的成分可以包括稳定剂、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。微生物基产品还可包含微生物基组合物的混合物。微生物基产品还可包含微生物基组合物的一种或多种组分，已经以某种方式(诸如但不限于过滤、离心、裂解、干燥、纯化等)对该一种或多种组分进行了加工。

如本文所用，术语“植物”包括但不限于任何类型的木本、观赏或装饰物种、作物或谷物、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群体(例如，团藻)或结构的多个植物细胞。这样的结构包括但不限于果实、种子、新枝、茎、叶、根、花瓣等。植物可以是独立的，例如在花园中，或者可以是许多植物中的一者，例如作为果园、作物或牧场的一部分。

如本文所用，“作物植物”是指任何种类的植物或藻类，为人类、动物或水生生物体的盈利和/或生计而种植，或被人类使用(例如，纺织品、化妆品和/或药物生产)，或被人类观赏以获得乐趣(例如，在景观美化或花园中的花或灌木)，或用于工业、商业或教育的任何植物或藻类或其部分。作物植物可以是通过传统的育种和优化方法或通过生物技术和重组方法或这些方法的组合而获得的植物，包括转基因植物和植物变种。

所有植物和植物部分均可以受益于本发明。在本文中，植物应理解为意指所有植物和植物种群，诸如期望的和不期望的野生植物或作物植物(包括天然存在的作物植物)。

植物组织和/或植物部分应理解为意指植物的所有地上和地下部分和器官，诸如新枝、叶、花、根、针叶、秆、茎、果实、种子、块茎和根茎。植物部分还包括作物材料和无性与有性繁殖材料，例如扦插、块茎、根茎、切片和种子。

如本文所用，“预防”状况或事件或状况或事件的“预防”意指延迟、抑制、压制、阻止和/或最大程度地降低状况或事件的发生、广泛性或发展。预防可以包括但不要求无限期、绝对或完全预防，这意味着其仍可能在以后发展。预防可以包括降低这种状况或事件的发作的严重程度，以及/或者停止其发展成更严重或更广泛的状况或事件。

本文提供的范围应理解为该范围内的所有值的简写。例如，范围1至20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的任何数字、数字组合或子范围以及所有介于上述整数之间的小数值(例如诸如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”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0.25％、0.5％、1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或100％。

如本文所用，“参考”是指标准或对照条件。

如本文所用，“土壤改良剂”或“土壤调节剂”是添加到土壤中以增强土壤和/或根际的性质的任何化合物、材料或者化合物或材料的组合。土壤改良剂可以包括有机和无机物质，并且还可以包括例如肥料、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，土壤改良剂可以通过改变土壤的营养物和水分含量来促进植物生物质。土壤改良剂也可以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、润湿剂、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，并且不排除其他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”可以理解为在规定值的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。

灌溉土壤的方法

本发明提供了组合物及其用于改善土壤健康、结构和水文的方法。有利地，本发明的组合物和方法可以表述为环境友好的、无毒的和具有成本效益的解决方案，以解决日益严重的例如水资源短缺、水利用效率低、土壤健康状况下降、营养物浸出和流失以及土壤产生的温室气体排放问题。

在某些实施方案中，本发明的组合物和方法可以用于以下示例性有益效果中的任一种有益效果：

a)改善水和营养物在整个土壤层中的分散、渗滤和保留，从而改善植物根对水和营养物的摄取并降低对水和肥料的使用需求；

b)改善植物脉管系统内水和营养物的循环，甚至在较冷的气候下；

c)减少和/或防止土壤压实，从而改善水、营养物、空气、根和微生物在整个土壤中的移动；

d)减少水在土壤上和土壤中的汇聚，从而减少蒸发、流失和内涝；以及

e)增加土壤有机质含量(SOC)和减少土壤产生的温室气体排放。

本发明提供了灌溉添加剂组合物，以及灌溉土壤的方法，其中这些方法包括将灌溉添加剂施用于土壤。有利地，本发明组合物和方法改善了土壤健康、土壤水文，并因此改善了植物健康。

在某些实施方案中，根据本发明的灌溉添加剂是土壤改良剂或土壤调节剂。

在某些实施方案中，灌溉添加剂包含表面活性分子。表面活性分子可以是合成表面活性剂、微生物或植物来源的生物表面活性剂和/或使用天然来源的基质产生的表面活性剂。在优选的实施方案中，表面活性分子用作润湿剂，当与土壤中的水接触时，其增强植物(包括作物、草皮和观赏植物)的灌溉效率。

在优选的实施方案中，表面活性分子是微生物来源的生物表面活性剂。生物表面活性剂可以以纯化和/或粗制形式施用。粗制形式的生物表面活性剂可以包含例如，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。

例如，根据本发明方法的生物表面活性剂可以选自例如低分子量糖脂(例如槐糖脂、纤维二糖脂、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、关节炎素和地衣素)、黄酮脂、磷脂(例如心磷脂)、脂肪酸酯和高分子量聚合物(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)。

在某些具体实施方案中，生物表面活性剂是槐糖脂(SLP)，诸如内酯型SLP、酸性SLP、盐形式SLP或这些物质中任一者的衍生物。

如本文所用，术语“槐糖脂”、“槐糖脂分子”、“SLP”或“SLP分子”包括SLP分子的所有形式及其异构体，包括例如酸性(线性)SLP(ASL)和内酯型SLP(LSL)。还包括单乙酰化SLP、二乙酰化SLP、酯化SLP、具有不同疏水链长的SLP、连接有脂肪酸-氨基酸复合物的阳离子和/或阴离子SLP、酯化SLP、SLP-金属复合物、SLP盐衍生物(例如，线性SLP的钠盐)、SLP氨基醇、从脂族链上除去羰基基团的SLP，以及其他形式，包括本公开中描述和/或未描述的那些。

在优选的实施方案中，根据本发明的SLP由通式(1)和/或通式(2)表示，并作为多个结构同系物的集合而获得：

其中R¹和R^1′独立地表示具有8个至20个、具体地12个至18个碳原子、更优选地14个至18个碳原子的饱和烃链或者单不饱和或多不饱和(具体地单不饱和)烃链，其可以是直链或支链的，并且可以包含一个或多个羟基基团；R²和R^2′独立地表示氢原子或具有1个至9个碳原子、更优选地1个至4个碳原子的饱和烷基官能团或者单不饱和或多不饱和(具体地单不饱和)烷基官能团，其可以是直链或支链的，并且可以包含一个或多个羟基基团；；并且R³、R^3′、R⁴和R^4′独立地表示氢原子或-COCH₃。R⁵通常为H。

SLP通常由酵母产生，这些酵母诸如斯塔莫酵母属(Starmerella)酵母和/或假丝酵母菌属(Candida)酵母，例如熊蜂生斯塔莫酵母(假丝酵母)(Starmerella(Candida)bombicola)、蜜生假丝酵母(Candida apicola)、巴蒂斯塔念珠菌(Candida batistae)、居花假丝酵母(Candida floricola)、瑞奥多念珠菌(Candida riodocensis)、星状念珠菌(Candida stellate)和/或钜念珠菌(Candida kuoi)。在一个具体实施方案中，微生物是熊蜂生斯塔莫酵母，例如菌株ATCC 22214。SLP在宽温度、pH和盐度范围的条件下具有环境相容性、高生物可退化性、低毒性、高选择性和比活性。

在一些实施方案中，表面活性分子是另一种类型的表面活性剂(包括合成的和/或可商购的表面活性剂)。这些表面活性剂可以包括例如TWEEN 20、TWEEN 40、TWEEN 60、TWEEN 80、TWEEN 21、SPAN、INCROCAS 30、INCROCAS 35、INCROCAS 40、ACCONON C-10、ACCONON CA-15、ACCONON CA-9、ACCONON CC-6、CROVAL A-40、CROVAL A-70、GELUCIRE 44/14、GELUCIRE 50/13、LABRASOL、SOLUTOL HS15、VOLPO 10、VOLPO 20、PLURONIC F108、PLURONIC F127、PLURONIC F68、PLURONIC F87、PLURONIC L44、PLURONIC R 17R4、TETRONIC304、OP-10、Calfoam ES-603、Nonidet P40、Triton X-100、TERGITOL 15-S-9、聚乙二醇40硬脂酸酯、聚乙二醇50硬脂酸酯、环氧乙烷/环氧丙烷/环氧乙烷的三嵌段共聚物、脱水山梨糖醇单棕榈酸酯、脱水山梨糖醇单硬脂酸酯、甘油单硬脂酸酯、聚氧乙烯硬脂酸酯、聚氧乙烯40山梨糖醇羊毛脂衍生物、聚氧乙烯75山梨糖醇羊毛脂衍生物、聚氧乙烯6山梨糖醇蜂蜡衍生物、聚氧乙烯20山梨糖醇蜂蜡衍生物、聚氧乙烯20山梨糖醇羊毛脂衍生物、聚氧乙烯50山梨糖醇羊毛脂衍生物、聚氧乙烯23月桂醚、聚氧乙烯23月桂醚、聚氧乙烯2鲸蜡醚、聚氧乙烯10鲸蜡醚、聚氧乙烯20鲸蜡醚、聚氧乙烯2硬脂醚、聚氧乙烯10硬脂醚、聚氧乙烯20硬脂醚、聚氧乙烯21硬脂醚、聚氧乙烯20油醚、聚氧乙烯40硬脂酸酯、聚氧乙烯50硬脂酸酯、聚氧乙烯100硬脂酸酯、脱水山梨糖醇单月桂酸酯、脱水山梨糖醇倍半油酸酯、脱水山梨糖醇三油酸酯、聚氧乙烯脱水山梨糖醇单月桂酸酯、聚氧乙烯脱水山梨糖醇单硬脂酸酯、脱水山梨糖醇单棕榈酸酯、脱水山梨糖醇单硬脂酸酯、脱水山梨糖醇三单硬脂酸酯、聚氧乙烯4脱水山梨糖醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯20脱水山梨糖醇三硬脂酸酯、月桂基硫酸钠、十二烷基硫酸钠、月桂基硫酸铵、烷基苯酚乙氧基化物(例如，辛基苯氧基聚乙氧基乙醇)、聚乙二醇单油酸酯、聚乙二醇烷基化物、聚氧乙烯烷基醚、聚乙二醇二醚、月桂酰二乙醇酰胺、脂肪酸异丙醇酰胺、麦芽糖醇羟基脂肪酸醚、烷基化多糖、烷基葡糖苷、糖酯、亲油性甘油单硬脂酸酯、自乳化甘油单硬脂酸酯、聚甘油单硬脂酸酯、聚甘油烷基化物、脱水山梨糖醇单油酸酯、聚乙二醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯脱水山梨糖醇单油酸酯、聚氧乙烯鲸蜡醚、聚氧乙烯甾醇、聚氧乙烯羊毛脂、聚氧乙烯蜂蜡和聚氧乙烯氢化蓖麻油、醇乙氧基化物、直链伯醇乙氧基化物、脂族烷氧基化伯醇、壬基苯酚乙氧基化物、伯烷基聚(氧乙烯醚)、烷基多聚糖苷、聚(环氧乙烷-共-环氧丙烷)、硬脂基二甲基苄基氯化铵、硬脂基三甲基氯化铵、苯扎氯铵和月桂胺氧化物、氯化烷基氨乙基甘氨酸、卵磷脂、硬脂酸钠、棕榈酸钾、辛基硫酸钠、月桂基磷酸钠、聚氧乙烯月桂基硫酸钠、三乙醇胺棕榈酸酯、聚氧乙烯月桂基磷酸钠和N-酰基谷氨酸钠或它们的组合。

在某些优选的实施方案中，表面活性剂不是月桂基硫酸盐。

在优选的实施方案中，本发明组合物的表面活性剂具有小于100nm、小于75nm、小于50nm，并且更优选地小于25nm的胶束尺寸。在某些实施方案中，胶束尺寸小于10nm、小于8nm或小于5nm。

例如，一些商业和/或合成的表面活性剂具有小于20nm的胶束尺寸，这些表面活性剂包括Triton X-100(7.5nm)、Tween-20(8.5nm)、Tween-80(11.7nm)、Nonidet P40(15.4nm)和十二烷基硫酸钠(3.5nm-6nm)。另外，在一些实施方案中，槐糖脂生物表面活性剂的胶束尺寸小于10nm。

在某些实施方案中，具有小胶束尺寸(例如，小于20nm)或更优选地具有超小胶束尺寸(例如，小于10nm)的灌溉添加剂特别有助于降低水和土壤之间的表面和/或界面张力，以及增加压实土壤的孔隙度。灌溉添加剂的胶束尺寸允许水渗透到紧密堆积的土壤中的微米和纳米尺寸的孔中，从而使孔疏松并允许增加根移动、微生物移动以及空气、营养物和水流动。

在某些实施方案中，灌溉添加剂可以包括另外的物质，诸如载体、pH调节剂、杀虫剂、除草剂、肥料、微生物接种剂、矿质源、土壤改良剂、土壤调节剂、植物种子、染料、稳定剂、乳化剂、益生元和/或聚合物。

在某些实施方案中，本发明提供了灌溉土壤的方法，这些方法包括将一定量的根据本发明的灌溉添加剂与水性流体组合以产生处理过的灌溉流体，以及将处理过的灌溉流体施用于土壤。在某些实施方案中，在土壤的整个灌溉过程中连续施用灌溉添加剂。

在一些实施方案中，该方法包括将灌溉添加剂以干燥形式或与载体混合的形式施用于土壤，而不首先将灌溉添加剂与水性流体混合，其中未处理的灌溉水和/或雨水在土壤中与灌溉添加剂接触时将其激活。在此类实施方案中，该方法包括在将灌溉添加剂施用于土壤之前或之后，例如在施用于土壤之前或之后的24小时内、优选地在12小时内、更优选地在60分钟内，将灌溉流体施用于土壤。

水性灌溉流体可以包括任何可用的水源，或已经与本文教导的任何添加剂组合以增强处理过的灌溉水的性能的处理过的水。水可以来自任何常见的水源，诸如河流、湖泊和地下水，并且可以包括例如任何饮用水、一些非饮用水和再循环水，诸如径流水。

在某些实施方案中，与所施用的灌溉液体的总量相比，表面活性剂以按重量计约0.001％至约50％、约0.01％至约25％、约0.5％至约15％、约2％至约12％、约3％至约10％或其中任何范围的浓度使用。

在某些实施方案中，与灌溉液体中的水量相比，表面活性剂以约1ppm至1,000ppm、约5ppm至500ppm或约10ppm至约100ppm的浓度使用。

在某些实施方案中，将灌溉添加剂施用于土壤以降低水和土壤内容物之间的表面和/或界面张力，从而提供以下效果：改善在灌溉期间水和营养物向土壤中的分散、渗透和/或渗滤；以及减少水在土壤上和土壤中的汇聚，从而减少蒸发、流失和内涝。

在某些实施方案中，将灌溉添加剂施用于土壤以通过渗透紧密的土壤孔来使坚硬或压实的土壤疏松，从而导致土壤孔隙度和通气性增加。有利地，这可以增加土壤内用于根生长和水保持能力的空间。

有利地，与不使用灌溉添加剂的灌溉相比，该方法可以将实现期望的灌溉水平所需要的用水量降低至少15％、至少20％、至少25％或至少30％。

在一些实施方案中，灌溉添加剂降低了水和根细胞之间的表面和/或界面张力，从而有助于促进水和营养物向植物维管系统中和在整个植物维管系统的运输。

有利地，在某些实施方案中，灌溉添加剂在宽泛的温度范围内有效。因此，在一些实施方案中，虽然由于温度较低造成休眠、代谢降低和/或水运输效率降低，但将灌溉添加剂施用于较冷位置和气候(例如，离赤道更远的位置、高海拔的位置和在冬季月份期间的温和位置)中的土壤可以促进其循环。此外，在一些实施方案中，将灌溉添加剂施用于较温暖气候(例如，离赤道更近的位置、沙漠区域中的位置和在夏季月份期间的温和位置)中的土壤可以特别有助于减少由于高温引起的水汇聚和蒸发。

在某些实施方案中，这些方法可有效改善多种土壤条件的灌溉，这些土壤条件包括例如压实土壤、干旱土壤、侵蚀土壤、营养物耗尽的土壤、渍水土壤、火损土壤、疏水土壤和/或植物在其中生长的土壤。

在某些实施方案中，本发明方法可以通过施用一种或多种微生物土壤处理组合物而进一步增强。例如，在某些实施方案中，首先将灌溉添加剂施用于土壤，随后在一段时间(例如20天至60天或约30(+/-10)天)后施用微生物土壤处理组合物。在某些实施方案中，首先施用微生物土壤处理组合物，随后在一段时间(例如20天至60天或约30(+/-10)天)后施用灌溉添加剂。这些交替施用中任一种交替施用的循环可以无限重复和/或可以重复直到实现期望的灌溉水平和/或期望的土壤健康、土壤水文和/或植物健康改善水平。

在某些实施方案中，微生物土壤处理组合物包含一种或多种定殖于土壤的微生物和/或其生长副产物，诸如生物表面活性剂、酶和/或其他代谢物。该组合物还可包含其中产生微生物的发酵培养基。

在某些实施方案中，微生物是细菌、酵母和/或真菌。在一些实施方案中，组合物包含多于一种类型和/或物种的微生物。

在一个实施方案中，土壤处理组合物包含芽孢杆菌属细菌，诸如解淀粉芽孢杆菌NRRL B-67928或枯草芽孢杆菌NRRL B-68031。在一个实施方案中，该组合物包含木霉属真菌，诸如哈茨木霉T-22。在某些实施方案中，芽孢杆菌属和木霉属一起使用。

在一个实施方案中，组合物包含一种或多种酵母，诸如异常威克汉姆酵母、季也蒙迈耶氏酵母、卡利比克迈耶氏酵母(例如卡利比克迈耶氏酵母MEC14XN，又名卡利比克迈耶氏酵母Locus亚种)、布拉迪酵母、汉斯德巴氏酵母、西方毕赤酵母和/或库德里阿兹威毕赤酵母。也设想了其他微生物，诸如下文描述的那些。

有利地，在一些实施方案中，微生物定殖于土壤并将根渗出物和消化的有机物质转化成大体积、富碳的微生物生物质和死亡生物质(死细胞)。在一些实施方案中，微生物形成生物膜。在一些实施方案中，与未处理的土壤和/或植物相比，该一种或多种微生物定殖于植物根，并有助于例如溶解营养物以供植物根摄取，将水和盐分散在整个根际，以及/或者增加地上和地下植物生物质。

在某些实施方案中，本发明方法可以用于减少压实，同时通过例如增加地上和地下植物生物质、增加微生物生物质和/或死亡生物质以及/或者增加土壤团聚体的尺寸和/或稳定性来增强SOC隔离。此外，在一些实施方案中，本发明方法可以与旨在促进土壤聚集和SOC堆积的免耕或减耕实践组合使用，以便减轻由这些实践导致的任何土壤压实。

在一些实施方案中，本发明方法增加了植物的地上和地下生物质，其包括例如叶体积增加、茎和/或树干直径增加、根生长和/或密度提高以及/或者植物总数量增加。在一个实施方案中，这通过提高植物根生长的根际的总体适宜性，例如通过改善土壤的孔隙度、根际的营养物和/或水分保留性质来实现。在一个实施方案中，土壤处理组合物增强了水和有益分子例如在根际的根-土壤界面处通过根细胞外层的渗透。

在一些实施方案中，这些方法可以导致土壤微生物组的生物多样性的改善。如本文所用，改善生物多样性是指增加土壤内微生物物种的种类。在一些实施方案中，生物多样性的改善包括增加高CUE微生物与低CUE微生物的比例，以及/或者将低CUE微生物转化为高CUE微生物。

在一些实施方案中，这些方法可以导致由潮湿、排水不良的土壤引起根腐病的情况减少。根无法吸收足够的氧气，导致氧气匮乏和根腐烂。渍水土壤条件也产生了促进有害真菌的孢子形成和茁壮成长的增加的环境，这些有害真菌可以包括例如蜜环菌(Armillaria mellea)、易逝杯伞(Clitocybe tabescens)、镰刀菌属(Fusarium)、腐霉属(Pythium)、疫霉属(Phytophthora)和丝囊霉属(Aphanomyces)。

另外，在某些实施方案中，本发明方法可以减少土壤产生的温室气体(诸如二氧化碳、甲烷和一氧化二氮)排放，该排放由例如肥料的过度使用和/或低生物利用度以及/或者土壤被低碳利用效率(CUE)微生物分解引起。

在一些实施方案中，在将组合物施用于地点之前，该方法包括评估地点的本地条件，确定针对本地条件自定义的组合物的优选配方(例如，灌溉添加剂和/或微生物土壤处理组合物的类型、组合和/或比例)，以及用优选配方生产组合物。

本地条件可以包括例如土壤条件(例如，土壤类型、压实水平、土壤微生物群的种类、土壤有机质含量的量和/或类型、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/或植物状况(例如，培育的植物的类型、数量、苗龄和/或健康)；环境条件(例如，当前气候、季节或时间)；现场GHG排放的量和类型；组合物的施用模式和/或速率，以及与地点相关的其他条件。

在评估之后，可确定用于组合物的优选配方，使得组合物可针对这些本地条件来自定义。然后优选地在距施用地点300英里内、优选地200英里内、甚至更优选地100英里内的微生物生长设施处培养组合物。

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，可以根据需要实时改变组合物配方以满足变化的本地条件的独特需要。

在一些实施方案中，本发明方法还包括执行一种或多种测量以评估本发明的方法对增加土壤水分保留和分散、减少压实、GHG产生和/或减少GHG产生以及/或者土壤中碳积累的影响。在一个实施方案中，该方法包括简单地对土壤取样并测试其水分和组成。

在某些实施方案中，本发明方法还包括执行一种或多种测量以评估本发明的方法对GHG产生和/或减少GHG产生以及/或者对植物和/或土壤中SOC积累的影响。

可以在将土壤处理组合物施用于地点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天或更短以及/或者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生成可以采取测量现场GHG排放的形式。通常使用气相色谱与电子捕获检测在实验室环境中测试样品。在某些实施方案中，GHG排放也可以在现场使用例如通量测量和/或原位土壤探测进行测试。通量测量分析从土壤表面到大气的气体排放(例如使用封闭一定面积土壤的腔室)，然后通过观察在一段时间内腔室内部气体的积聚来估计通量。可以使用探针生成土壤气体分布，首先测量土壤中某一深度处的所需气体的浓度，然后直接比较探针和周围表面条件之间的浓度(Brummell和Siciliano，2011年，第118页)。

测量GHG排放也可以包括其他形式的直接排放测量、气相色谱-质谱法(GC-MS)和/或燃料输入的分析。直接排放测量可以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(CEMS)测量那些活动的排放。燃料输入分析可以包括计算所使用的能源的量(例如，消耗的电力、燃料、木材、生物质等的量)，确定燃料源中例如碳的含量，以及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，植物生长的地点例如农业地点、作物、草皮层或草皮农场、牧场/草原或森林的碳含量可以通过例如定量植物的地上和/或地下生物质来测量。通常，假设例如树木的碳浓度为生物质的约40％至50％。

生物质定量可以采取例如收获样品区域中的植物并测量植物干燥前后不同部分的重量的形式。生物质定量也可以使用非破坏性的观察方法进行，诸如测量例如树干直径、高度、体积和植物的其他物理参数。还可以使用远程定量，诸如激光分析和/或无人操作分析。

在一些实施方案中，地点的碳含量还可以包括采样和测量采样区的垫草、木质碎屑和/或土壤的碳含量。具体地，可以通过以下方式分析土壤：例如，使用干烧法来确定总有机碳(TOC)百分比；通过高锰酸钾氧化分析来检测活性炭；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，本发明可以用于减少例如农业、家畜生产、林业/重新造林和湿地管理中涉及的操作者所使用的碳信用额。

本发明的方法和组合物可以单独使用或与其他化合物组合使用，以有效增强土壤和/或植物健康。例如，在一些实施方案中，该方法包括将另外的组分(诸如除草剂、肥料、杀虫剂和/或其他土壤改良剂)施用于土壤和/或植物。确切的材料及它们的量可以由例如受益于本公开的种植者或土壤科学家来确定。

在一些实施方案中，这些方法与现有的土壤再生实践(诸如免耕或低耕耕作、轮作和/或非季节性覆盖作物的种植)组合使用。

施用模式

如本文所用，将组合物或产品“施用”于部位是指使组合物或产品与部位接触，使得该组合物或产品可以对该部位产生作用。施用模式取决于组合物的配方，并且可以包括例如喷雾、倾倒、喷洒、注射、铺洒、混合、浸泡、雾化和起雾。用于灌溉添加剂和/或微生物土壤处理组合物的配方可以包括例如液体、干燥和/或可润湿粉末、可流动粉末、粉剂、颗粒、丸粒、乳液、微胶囊、厚片、油、凝胶、糊剂和/或气溶胶。

在一个实施方案中，施用本发明的组合物的地点是土壤(或根际)，包括将种植植物或植物将生长(例如，作物、田地、果园、树林、牧场/草原或森林)的土壤。本发明的组合物可以与灌溉流体预混合，并且/或者可以将该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、洒水、洪水、滴灌或其他形式的灌溉来激活。

在一个实施方案中，地点是植物或植物部分。组合物可以作为种子处理物直接施用于其中，或施用于植物或植物部分的表面(例如，施用于根、块茎、茎、花、叶、果实或花的表面)。在一个实施方案中，可以使组合物与植物的一个或多个根接触。组合物可以在种植之前例如通过喷雾或浸泡根直接施用于根，以及/或者例如通过将组合物施用于植物生长的土壤间接施用。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，其中该方法用于田地、柑桔园、牧场或草原、森林、草皮层或草皮农场、草坪或另一种农作物，该方法可以包括将组合物施用到用于供应水、肥料、杀虫剂或其他液体组合物的灌溉系统中。因此，植物和/或土壤可以用组合物经由例如土壤注射、土壤灌注、使用中心枢轴灌溉系统进行处理，用在种子犁沟上的喷雾器进行处理，用微型喷射器进行处理，用灌注喷雾器进行处理，用喷管式喷雾器进行处理，用喷洒器或用滴灌器进行处理。有利地，该方法适用于处理数百或更多英亩的土地。

在一个实施方案中，其中该方法用于较小规模的环境中，该方法可以包括将组合物(与水和其他任选的添加剂混合)倒入手持式草坪和花园喷雾器的罐中，并用组合物喷雾土壤或另一地点。组合物也可以在标准的手持式喷壶中混合并倾倒在地点上。

土壤、植物和/或它们的环境可以在栽培植物的过程中的任何时间点进行处理。例如，可以在将种子或植物种植于土壤中之前、同时或之后将组合物施用于土壤。也可以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)施用组合物。

在一个实施方案中，与在未处理的环境中生长的植物相比，根据本发明的方法和组合物导致以下项中的一者或多者的增加：植物的根质量、茎直径、植物高度、冠层密度、叶绿素含量、花数、芽大小、芽密度、叶表面积和/或营养物摄取，增加了至少1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、150％、200％或更多。

在一个实施方案中，与类似的未处理区域相比，根据本发明的方法和组合物导致土壤区域中的SOC增加至少1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、150％、200％或更多。

在一个实施方案中，与类似的未处理区域相比，根据本发明的方法和组合物导致土壤保水性增加至少1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、150％、200％或更多。

在一个实施方案中，与类似的未处理区域相比，根据本发明的方法和组合物导致用水量降低至少1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、150％、200％或更多。

在一个实施方案中，与类似的未处理土壤相比，根据本发明的方法和组合物导致土壤产生的GHG(诸如CO₂、N₂O和/或CH₄)排放降低至少1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％或更多。

微生物土壤处理组合物

在某些实施方案中，本发明提供了微生物土壤处理组合物，该微生物土壤处理组合物包含一种或多种定殖于土壤的微生物和/或其生长副产物，诸如生物表面活性剂、酶、多糖和/或其他代谢物。组合物还可包含其中产生微生物的发酵液/发酵培养基。

在一些实施方案中，本发明的微生物具有比施用它们的土壤中已经存在的微生物更大的CUE。在一些实施方案中，本发明组合物的微生物是“高CUE”的，这意味着它们分配到生物质生产的碳的百分比大于分配到呼吸的百分比。

在某些实施方案中，微生物是细菌、酵母和/或真菌。在一些实施方案中，组合物包含多于一种类型和/或物种的微生物。有利地，在一些实施方案中，微生物定殖于根际并将根渗出物和消化的有机物质转化成大体积、富碳的微生物生物质和死亡生物质(死细胞)。

在优选的实施方案中，根据本发明的微生物基组合物是无毒的，并且可以以高浓度施用而不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(诸如种植者和牲畜)存在的情况下施用微生物基组合物时，本发明尤其有用。

在一个实施方案中，多种微生物可以一起使用，其中微生物对植物和根健康产生协同有益效果，以及增加SOC，防止土壤退化和/或重建退化的土壤。

组合物中微生物和其他成分的种类和比例可以针对在施用时特定的本地条件而自定义和优化，诸如，所处理的土壤类型、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。因此，组合物可以针对任何给定的地点而自定义。

植物健康促进组合物中的微生物可以为活性或非活性形式，或者为营养细胞、孢子和/或任何其他形式的繁殖体的形式。

例如，根据本发明有用的微生物可为细菌、酵母和/或真菌的非植物致病菌株。这些微生物可为天然的或转基因微生物。例如，可用特定基因转化微生物以表现出特定的特征。微生物还可以是期望菌株的突变体。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。

在某些实施方案中，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(A.pullulans))、布拉霉属(Blakeslea)、假丝酵母菌属(例如，蜂生假丝酵母菌(C.apicola)、水解假丝酵母菌(C.bombicola)、诺达假丝酵母菌(C.nodaensis))、隐球菌属(Cryptococcus)、德巴利酵母属(Debaryomyces)(例如，汉逊德巴利酵母(D.hansenii))、虫霉属(Entomophthora)、有孢汉逊酵母属(Hanseniaspora)(例如，葡萄有孢汉逊酵母(H.uvarum))、汉逊酵母属(Hansenula)、伊萨酵母属(Issatchenkia)、克鲁维酵母属(Kluyveromyces)(例如，法弗克鲁维酵母(K.phaffii))、迈耶氏酵母属(Meyerozyma)(例如，季也蒙迈耶氏酵母、卡利比克迈耶氏酵母、MEC14XN)、被孢霉属(Mortierella)、菌根真菌(Mycorrhiza)、青霉属(Penicillium)、须霉属(Phycomyces)、毕赤酵母属(Pichia)(例如，异常毕赤酵母(P.anomala)、季也蒙毕赤酵母(P.guilliermondii)、西方毕赤酵母和库德里阿兹威毕赤酵母)、侧耳属(Pleurotus)(例如，糙皮侧耳(P.ostreatus))、拟酵母属(Pseudozyma)(例如，蚜虫拟酵母(P.aphidis))、酵母属(Saccharomyces)(例如，布拉迪酵母后继产物(S.boulardii sequela)、酿酒酵母(S.cerevisiae)和圆酵母(S.torula))、斯塔莫酵母属(Starmerella)(例如，熊蜂生斯塔莫酵母(S.bombicola))、球拟酵母属(Torulopsis)、木霉菌属(Trichoderma)(例如，里氏木霉(T.reesei)、哈茨木霉(T.harzianum)、钩状木霉(T.hamatum)和绿色木霉(T.viride))、黑粉菌属(Ustilago)(例如，玉米黑粉菌(U.maydis))、威克汉姆酵母属(Wickerhamomyces)(例如，异常威克汉姆酵母)、拟威尔酵母属(Williopsis)(例如，姆拉克拟威尔酵母(W.mrakii))、结合酵母属(Zygosaccharomyces)(例如，拜耳结合酵母(Z.bailii))和菌根真菌。

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。这些真菌可为外生菌根真菌和/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以下的物种：球囊菌门(Glomeromycota)、担子菌门(Basidiomycota)、子囊菌门(Ascomycota)、接合菌门(Zygomycota)、柔膜菌目(Helotiales)和锈革孔菌目(Hymenochaetales)以及无柄孢子属(Acaulospora)(例如，高山南芥(A.alpina)、巴西曲霉(A.brasiliensis)、孔窝无梗囊霉(A.foveata))、鹅膏菌属(Amanita)(例如，毒蝇伞(A.muscaria)、毒鹅膏(A.phalloides))、Amphinema属(例如，A.byssoides、A.diadema、假芝(A.rugosum))、硬皮地星属(Astraeus)(例如，A.hygrometricum)、棉状菌属(Byssocorticium)(例如，红蒴真藓(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属(例如，变异藤山柳(C.variabilis))、鸡油菌属(Cantherellus)(例如，鸡油菌(C.cibarius)、小鸡油菌(C.minor)、朱红鸡油菌(C.cinnabarinus)、弗瑞氏拟鬼伞(C.friesii))、土生空团菌属(Cenococcum)(例如，土生空团菌(C.geophilum))、角担菌属(Ceratobasidium)(例如，喙角担菌(C.cornigerum))、丝膜菌属(Cortinarius)(例如，C.austrovenetus、皱盖丝膜菌(C.caperatus)、紫绒丝膜菌(C.violaceus))、内囊霉属(Endogone)(例如，E.pisiformis)、内养囊霉属(Entrophospora)(例如，E.colombiana)、管柄囊霉属(Funneliformis)(例如，摩西管柄囊霉(F.mosseae))、Gamarada属(例如，G.debralockiae)、巨孢囊霉属(Gigaspora)(例如，巨大巨孢囊霉(G.gigantean)、珠状巨孢囊霉(G.margarita))、球囊菌属(Glomus)(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)(例如，粘铆钉菇(G.glutinosus))、滑锈伞属(Hebeloma)(例如，H.cylindrosporum)、齿菌属(Hydnum)(例如，卷缘齿菌(H.repandum))、膜盘菌属(Hymenoscyphus)(例如，H.ericae)、丝盖伞属(Inocybe)(例如，I.bongardii、I.sindonia)、乳菇属(Lactarius)(例如，稀褶乳菇(L.hygrophoroides))、林氏孔菌属(Lindtneria)(例如，L.brevispora)、黑腹菌属(Melanogaster)(例如，M.ambiguous)、Meliniomyces属(例如，刺茶美登木(M.variabilis))、羊肚菌属(Morchella)、被孢霉属(Mortierella)(例如，多头被孢霉(M.polycephala))、树粉孢属(Oidiodendron)(例如，O.maius)、类球囊霉属(Paraglomus)(例如，巴西类球囊霉(P.brasilianum))、桩菇属(Paxillus)(例如，卷边桩菇(P.involutus))、青霉菌属(Penicillium)(例如，嗜松青霉(P.pinophilum、P.thomili)、盘菌属(Peziza)(例如，P.whitei)、Pezoloma属(例如，P.ericae)、脉柄牛肝菌属(Phlebopus)(例如，P.marginatus)、Piloderma属(例如，橘黄罂粟(P.croceum))、豆马勃属(Pisolithus)(例如，彩色豆马勃(P.tinctorius))、拟棉革菌属(Pseudotomentella)(例如，P.tristis)、丝核菌属(Rhizoctonia)、Rhizodermea属(例如，R.veluwensis)、根孢囊霉属(Rhizophagus)(例如，异形根孢囊霉(R.irregularis))、须腹菌属(Rhizopogon)(例如，R.luteorubescens、R.pseudoroseolus)、Rhizoscyphus属(例如，R.ericae)、红菇属(Russula)(例如，R.livescens)、硬囊霉属(Sclerocystis)(例如，S.sinuosum)、硬皮马勃属(Scleroderma)(例如，光硬皮马勃(S.cepa)、疣硬皮马勃(S.verrucosum))、盾巨孢囊霉(Scutellospora)(例如，薄翅猪毛菜(S.pellucida)、异配盾巨孢囊霉(S.heterogama)、蜡壳耳属(Sebacina)(例如，S.sparassoidea)、Setchelliogaster属(例如，S.tenuipes)、乳牛肝菌属(Suillus)(例如，褐环乳牛肝菌(S.luteus))、亡革菌属(Thanatephorus)(例如，水稻纹枯病菌(T.cucumeris))、革菌属(Thelephora)(例如，疣革菌(T.terrestris))、小垫革菌属(Tomentella)(例如，T.badia、T.cinereoumbrina、T.erinalis、T.galzinii)、拟小垫革菌属(Tomentellopsis)(例如，T.echinospora)、粗糙孔菌属(Trechispora)(例如，T.hymenocystis、T.stellulata、T.thelephora)、长毛盘菌属(Trichophaea)(例如，茂长毛盘菌(T.abundans)、束长毛盘菌(T.woolhopeia))、胶膜菌属(Tulasnella)(例如，美孢胶膜菌(T.calospora))和Tylospora属(例如，T.fibrillose))。

在某些实施方案中，本发明利用内生菌根真菌，包括来自球囊菌门和球囊菌属、巨孢囊霉属、无柄孢子属、硬囊霉属和内养囊霉属的真菌。内生菌根真菌的示例包括但不限于聚丛球囊霉、巴西球囊霉、明球囊霉、沙荒球囊霉、幼套球囊霉、集球囊霉、根内球囊霉(异形根孢囊霉)、层状球囊霉、大果球囊霉、珠状巨孢囊霉、单孢球囊霉、摩西球囊霉(摩西管柄囊霉)、地表球囊霉和异配盾巨孢囊霉以及硬囊霉属。

在某些实施方案中，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，放射形农杆菌(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(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)、胶质芽孢杆菌(B.mucilaginosus)、枯草芽孢杆菌、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(Stignatella aurantiaca)、纤维堆囊菌(Sorangium cellulosum)、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.chlororaphis subsp.aureofaciens)(Kluyver)、恶臭假单胞菌(P.putida))、根瘤菌(Rhizobium)、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)(嗜酸氧化硫硫杆菌(Acidothiobacillus thiooxidans))。

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

在一个实施方案中，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(Chlorobiaceae)、蓝藻科(Cyanothece)、弗兰克氏菌属(Frankia)、克雷伯氏菌属(Klebsiella)、根瘤菌属、束毛藻属(Trichodesmium)、季也蒙迈耶氏酵母、卡利比克迈耶氏酵母、枯草芽孢杆菌“B4”NRRL B-68031和解淀粉芽孢杆菌NRRLB-67928。在一个具体实施方案中，固氮细菌是维涅兰德固氮菌(Azotobactervinelandii)、季也蒙迈耶氏酵母、MEC14XN、枯草芽孢杆菌B4或解淀粉芽孢杆菌NRRL B-67928。有利地，在一些实施方案中，使用固氮微生物可以增强土壤中的氮摄取、降低肥料需求和/或减少一氧化二氮土壤排放。

在另一个实施方案中，微生物是钾动微生物或KMB，其选自例如异常威克汉姆酵母、胶冻样芽孢杆菌、金黄弗拉特氏菌或摩西球囊霉。在一个具体实施方案中，钾动微生物是异常威克汉姆酵母NRRL Y-68030或金黄弗拉特氏菌。

在某些实施方案中，微生物是磷动微生物，例如，异常威克汉姆酵母。这种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动员、溶解和吸收。在一些实施方案中，异常威克汉姆酵母可以溶解土壤中的钾。另外，异常威克汉姆酵母产生酶，即植酸酶，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，其可以分解生物膜诸如由许多植物血管细菌病原体形成的生物膜。在一个实施方案中，使用异常威克汉姆酵母菌株NRRL Y-68030。

在一个实施方案中，组合物可包含一种或多种芽孢杆菌属微生物。例如，在一个实施方案中，组合物包含枯草芽孢杆菌(例如，菌株NRRL B-68031“B4”)和解淀粉芽孢杆菌(例如，菌株NRRL B-67928“B.amy”)。

在一个实施方案中，组合物可包含木霉属真菌，例如哈茨木霉T-22。

在某些实施方案中，组合物包含哈茨木霉和解淀粉芽孢杆菌。在一个具体实施方案中，芽孢杆菌是B.amy。

在一个实施方案中，组合物可以包含1体积％至99体积％的木霉菌和99重量％或体积％至1重量％或体积％的芽孢杆菌。在一些实施方案中，木霉菌与芽孢杆菌的比例为约1:100至约100:1、约1:50至约50:1、约1:25至约25:1、约1:10至约10:1、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，本发明组合物的微生物占总组合物的约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％。在一个实施方案中，组合物包含约1×10⁶至1×10¹²、1×10⁷至1×10¹¹、1×10⁸至1×10¹⁰或者1×10⁹CFU/mL的木霉菌。在一个具体的实施方案中，组合物包含约1×10⁶至1×10¹²、1×10⁷至1×10¹¹、1×10⁸至1×10¹⁰或者1×10⁹CFU/mL的芽孢杆菌。

其他示例性微生物可以包括例如绿针假单胞菌、熊蜂生斯塔莫酵母、布拉迪酵母、汉斯德巴氏酵母、西方毕赤酵母和/或库德里阿兹威毕赤酵母。

组合物中微生物和其他成分的种类和比例可以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、影响植物的害虫或病原体的物种以及其他因素来自定义。

有利地，在一些实施方案中，微生物的组合彼此协同工作以促进植物健康、生长和/或产量。在一个示例性实施方案中，哈茨木霉和B.amy作为一种组合彼此协同工作以促进植物健康。哈茨木霉是一种附着于根并使根延长的有益真菌，其有助于增加营养物摄取。B.amy是一种产生有机酸的有益根际细菌，这些有机酸有助于使土壤中的营养物(诸如NPK)溶解和移动，最终进入根区，在该根区中植物根可以吸收这些营养物。在一些实施方案中，B.amy还可用于固氮。这两种微生物也产生生物表面活性剂，这些生物表面活性剂提高水利用效率以及水和营养物通过根的渗透和摄取。

在一个实施方案中，组合物包含解淀粉芽孢杆菌NRRL B-67928“B.amy”。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。

在一个实施方案中，组合物包含枯草芽孢杆菌NRRL B-68031“B4”。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6日。

在一个实施方案中，组合物包含异常威克汉姆酵母NRRL Y-68030。该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6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。

在一个具体实施方案中，组合物中包含的每种微生物的浓度为1×10⁶至1×10¹³CFU/g、1×10⁷至1×10¹²CFU/g、1×10⁸至1×10¹¹CFU/g或1×10⁹至1×10¹⁰CFU/g的组合物。

在一个实施方案中，组合物的总微生物细胞浓度为至少1×10⁶CFU/g，包括至多1×10⁹CFU/g、1×10¹⁰、1×10¹¹、1×10¹²和/或1×10¹³或更多CFU/g。在一个实施方案中，本发明组合物的微生物占总组合物的约5体积％或重量％至20体积％或重量％，或约8体积％或重量％至15体积％或重量％，或约10体积％或重量％至12体积％或重量％。

组合物可以包含剩余的发酵基质和/或纯化的或未纯化的生长副产物，诸如酶、生物表面活性剂和/或其他代谢物。微生物可以是活的或无活性的。

本发明的微生物和微生物基组合物具有许多对例如增加植物生物质和/或形成/稳定碳-矿质土壤团聚体有用的有益性质。例如，这些组合物可包含由微生物生长产生的纯化的或粗制形式的产物，诸如生物表面活性剂、蛋白质和/或酶。此外，微生物可以促进植物生长，诱导生长素产生，使得土壤中的营养物能够溶解、吸收和/或平衡，并且保护植物免受害虫和病原体的侵害。

组合物可以包含发酵培养基，该发酵培养基含有活的和/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/或任何残留营养物。

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。

组合物中的微生物可为活性或非活性形式，或者为营养细胞、生殖孢子、菌丝体、菌丝、分生孢子或任何其他形式的微生物繁殖体的形式。组合物还可含有这些微生物形式中的任一微生物形式的组合。

在一个实施方案中，当组合物中包含微生物菌株的组合时，使不同的微生物菌株单独生长，然后混合在一起以产生组合物。

有利地，根据本发明，组合物可包含微生物在其中生长的培养基。组合物可为例如至少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。组合物中生物质的量可为例如0重量％至100重量％(包括其间的所有百分比)。

在一个实施方案中，组合物优选地被配制成用于施用至土壤、种子、整株植物或植物部分(包括但不限于根、块茎、茎、花和叶)。在某些实施方案中，组合物被配制为例如液体、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。

为了改善或稳定组合物的效果，如果需要，可以将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，组合物被配制为液体、浓缩液体或者干粉或颗粒，该干粉或颗粒可以与水和其他组分混合以形成液体产品。在一个实施方案中，组合物除了包含渗压剂物质之外还可以包含葡萄糖(例如，以糖蜜的形式)，以在储存和运输该干燥产品期间确保最优的渗透压。

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微生物基组合物、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)。

组合物的pH值应当适合于所需的微生物以及适合于其将施用的土壤环境。在一些实施方案中，pH为约2.0至约10.0、约2.0至约9.5、约2.0至约9.0、约2.0至约8.5、约2.0至约8.0、约2.0至约7.5、约2.0至约7.0、约3.0至约7.5、约4.0至约7.5、约5.0至约7.5、约5.5至约7.0、约6.5至约7.5、约3.0至约5.5、约3.25至约4.0，或为约3.5。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。

任选地，组合物可以在使用前储存。优选地，储存时间较短。因此，储存时间可小于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。在一个优选的实施方案中，如果产品中存在活细胞，则将产品储存在较冷的温度(诸如低于20℃、15℃、10℃或5℃)下。

然而，微生物基组合物可在不进行进一步稳定、保存和储存的情况下使用。有利地，这些微生物基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、预期的应用方法、发酵容器的尺寸和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(微生物、生长培养基或微生物和培养基)置于适当尺寸的容器中。因此，其中放置了微生物基组合物的容器可以是例如1品脱至1000加仑或更大。在某些实施方案中，容器是1加仑、2加仑、5加仑、25加仑或更大。

这些组合物可以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，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、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，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。

在一个实施方案中，本发明组合物与表征为以下项的农业化合物相容使用：防垢剂，诸如羟基亚乙基二膦酸；

杀菌剂，诸如硫酸链霉素和/或(放射形农杆菌菌株K84)；

抗微生物剂，诸如二氧化氯、二癸基二甲基氯化铵、卤化杂环和/或过氧化氢/过氧乙酸；

肥料，诸如N-P-K肥料、硝酸铵钙17-0-0、硫代硫酸钾、氮(例如，10-34-0、KuglerKQ-XRN、Kugler KS-178C、Kugler KS-2075、Kugler LS 6-24-6S、UN 28、UN 32)和/或钾；

杀真菌剂，诸如百菌清、代森锰锌六亚甲基四胺、三氧化二铝、嘧菌酯、芽孢杆菌属(例如，地衣芽孢杆菌菌株3086、枯草芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌菌株QST 713)、苯菌灵、啶酰菌胺、唑菌胺酯、克菌丹、萎锈灵、地茂散、百菌清、硫酸铜、氰霜唑、氯硝胺、烯酰吗啉，土菌灵、甲基硫菌灵、咪唑菌酮、氯苯嘧啶醇、咯菌腈、氟啶酰菌胺、氟酰胺、异菌脲、代森锰锌、代森锰、甲霜灵、咯菌腈、甲霜灵、甲霜灵、腈菌唑、氟噻唑吡乙酮、五氯硝基苯(五氯硝基苯)、磷酸、霜霉威、敌稗、唑菌胺酯、Reynoutria sachalinensis、链霉菌属(Streptomyces)(例如，灰绿链霉菌(S.griseoviridis)菌株K61、利迪链霉菌(S.lydicus)WYEC 108)、硫、尿素、噻苯咪唑、甲基硫菌灵、福美双、三唑酮、三唑醇和/或乙烯菌核利；

生长调节剂，诸如嘧啶醇、矮壮素、二氨基叠氮化物、多效唑和/或烯效唑；

除草剂，诸如草甘膦、乙氧氟草醚和/或二甲戊乐灵；

杀虫剂，诸如乙酰甲胺磷、印楝素、苏云金芽孢杆菌(B.thuringiensis)(例如，以色列亚种菌株(israelensis)AM 65-52)、球孢白僵菌(Beauveria bassiana)(例如，菌株GHA)、西维因、毒死蜱、氰虫酰胺、环丙氨嗪、三氯杀螨醇、二嗪农、呋虫胺、吡虫啉、玫烟色棒束孢(Isaria fumosorosae)(例如，Apopka菌株97)、林丹和/或马拉硫磷；

水处理物，诸如过氧化氢(30％至35％)、膦酸(5％至20％)和/或亚氯酸钠；

以及糖脂、脂肽、避蚊胺、硅藻土、香茅、精油、矿物油、大蒜提取物、辣椒提取物和/或任何已知的商业和/或自制杀虫剂，这些杀虫剂受益于本公开的技术人员确定其是相容的。

优选地，组合物不包含以下化合物和/或不与以下化合物同时施用，或在以下化合物施用之前或之后7天至10天内施用：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。

在某些实施方案中，这些组合物和方法可用于增强其他化合物的效力，例如通过促进杀虫化合物渗透到植物或有害物中，或增强营养物对植物根部的生物利用度。微生物基产品还可用于补充其他处理，例如抗生素处理。有利地，本发明有助于减少为了有效治疗和/或预防细菌感染而必须施用于作物或植物的抗生素的量。

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制备微生物代谢物和/或其他微生物生长副产物的方法。本发明还利用了适于按期望规模培养微生物和制备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/或其改变的形式培养微生物。

在一个实施方案中，本发明提供了用于制备生物质(例如活细胞材料)、细胞外代谢物(例如小分子和蛋白质)、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为任何工业用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的数量的简单技术。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，氮源可为硝酸钾、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，或将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，充氧空气可为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)、脂肪和油(诸如大豆油、芥花油、米糠油、橄榄油、玉米油、葵花油、芝麻油和/或亚麻籽油)等等。这些碳源可单独使用，或将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。当培育不能产生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。还可含有氨基酸，诸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，或将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/或期间在培养基中加入其他的酸和/或抗微生物剂。抗微生物剂或抗生素用于保护培养物免受污染。

另外，还可添加消泡剂以防止在深层培养期间形成和/或积聚泡沫。

混合物的pH应适合所需的微生物。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，微生物可以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。

培养物的pH值应当适合于所需的微生物以及适合于其将施用的土壤环境。在一些实施方案中，pH为约2.0至约10.0、约2.0至约9.5、约2.0至约9.0、约2.0至约8.5、约2.0至约8.0、约2.0至约7.5、约2.0至约7.0、约3.0至约7.5、约4.0至约7.5、约5.0至约7.5、约5.5至约7.0、约6.5至约7.5、约3.0至约5.5、约3.25至约4.0，或为约3.5。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。

在一个实施方案中，培养方法在约5℃至约100℃、约15℃至约60℃、约20℃至约50℃、约20℃至约45℃、约25℃至约40℃、约25℃至约37℃、约25℃至约35℃、约30℃至约35℃、约24℃至约28℃或约22℃至约25℃下进行。在一个实施方案中，培养可在恒定温度下连续进行。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产生的条件下培养本发明的微生物菌株来产生微生物代谢物(诸如生物表面活性剂、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)和任选地纯化该代谢物的方法。通过该方法产生的代谢物含量可以为例如至少20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％。

由所需的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。

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

细胞浓度可为例如至少1×10⁶至1×10¹³、1×10⁷至1×10¹²、1×10⁸至1×10¹¹或1×10⁹至1×10¹⁰CFU/mL。

用于培养微生物和制备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，在例如达到期望的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。被取出的组合物可为无细胞培养基或者含有细胞、孢子或其他生殖繁殖体和/或其组合。这样，产生了准连续系统。

有利地，该方法不需要复杂的设备或很高的能量消耗。所需微生物可小规模或大规模地就地培养和利用，甚至仍与它们的培养基混合在一起。

有利地，微生物基产品可以在远程位置产生。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。

微生物基产品的制备

本发明的一种微生物基产品仅仅是含有微生物和/或由微生物产生的微生物代谢产物和/或任何残留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。

微生物基产品中的微生物可为活性或非活性形式，或者为营养细胞、生殖孢子、分生孢子、菌丝体、菌丝或任何其他形式的微生物繁殖体的形式。微生物基产品还可含有这些形式中任何形式的微生物的组合。

在一个实施方案中，不同的微生物菌株单独生长，然后混合在一起以产生微生物基产品。微生物可以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，而是作为单独的微生物基产品施用于植物和/或其环境。

微生物基产品可在不进行进一步稳定、保存和储存的情况下使用。有利地，这些微生物基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。

在从生长容器收获微生物基组合物时，可以在将收获的产物放置到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，添加剂可以为缓冲剂、载体、在相同或不同设施中制备的其他微生物基组合物、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。

在一个实施方案中，配方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分的粘附。可使用聚合物(诸如带电荷的聚合物)或多糖基物质(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％(重量/体积—黄原胶/溶液)就足够了。

在一个实施方案中，可以将葡萄糖、甘油和/或甘油配制品添加到微生物基产品中，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，益生元可添加到微生物基产品中和/或与微生物基产品同时施加，以促进微生物生长。例如，合适的益生元包括海带提取物、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微生物基产品中和/或与微生物基产品同时施用，以促进微生物接种和生长。这些营养物质可以包括例如可溶性钾碱(K₂O)、镁、硫、硼、铁、锰和/或锌。营养物可以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。在一个优选的实施方案中，如果产品中存在活细胞，则将产品储存在较冷的温度(诸如低于20℃、15℃、10℃或5℃)下。

在本发明的某些实施方案中，微生物生长设施按期望规模制备新鲜的高密度微生物和/或所需的微生物生长副产物。微生物生长设施可位于施用地点或其附近。该设施以分批、准连续或连续培养的方式制备高密度的微生物基组合物。

本发明的微生物生长设施可以位于将使用微生物基产品的位置(例如，柑桔园)。例如，微生物生长设施可距离使用位置不到300英里、250英里、200英里、150英里、100英里、75英里、50英里、25英里、15英里、10英里、5英里、3英里或1英里。

因为微生物基产品可在不借助于传统微生物制备的微生物稳定、保存、储存和运输过程的情况下在本地产生，所以可产生密度高得多的微生物，从而在现场应用中可用到体积更小的微生物基产品，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。微生物基产品的本地生产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。

本地制备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。本发明的微生物基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制备新鲜的微生物基组合物，该微生物基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，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微生物基产品的地点(例如，柑桔园)，例如，在300英里、200英里内，或甚至在100英里内。有利地，这允许组合物被定制用于特定的场所。微生物基组合物的配方和效力可以针对在施用时特定的本地条件而自定义，诸如，所处理的土壤类型、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。

有利地，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的及时交付和施用的其他意外事件，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微生物基产品，以提高与目的地区的协同作用，从而提供了制造的灵活性。有利地，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微生物基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—组合物

本文例示的是根据本发明的某些实施方案的组合物，其用于减少GHG、改善碳利用和/或增强碳固存。该实施例不旨在作为限制。该组合物中可包含这样的配方作为本文所例示的那些的替代或补充，该配方包含其他微生物物种。

组合物包含微生物接种剂，该微生物接种剂包含木霉属真菌和芽孢杆菌属细菌。在具体的情况下，组合物包含哈茨木霉和解淀粉芽孢杆菌。甚至更具体地，解淀粉芽孢杆菌的菌株可以是解淀粉芽孢杆菌NRRL B-67928。

在一个实施方案中，组合物可以包含1体积％至99体积％的木霉菌和99体积％至1体积％的芽孢杆菌。在一些实施方案中，木霉菌与芽孢杆菌的比例为约1:100至约100:1、约1:50至约50:1、约1:25至约25:1、约1:10至约10:1、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，本发明组合物的微生物占总组合物的约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％。在一个实施方案中，组合物包含约1×10⁶至1×10¹²、1×10⁷至1×10¹¹、1×10⁸至1×10¹⁰或者1×10⁹CFU/mL的木霉菌。在一个具体的实施方案中，组合物包含约1×10⁶至1×10¹²、1×10⁷至1×10¹¹、1×10⁸至1×10¹⁰或者1×10⁹CFU/mL的芽孢杆菌。

组合物可以与另外的“起始物”材料混合以及/或者与它们同时施用，以促进组合物中微生物的初始生长。这些起始物材料可包括例如益生元和/或纳米肥料(例如，Aqua-Yield,NanoGro^TM)。

这种促进生长的“起始物”材料的一种示例性配方包含：

可溶性钾碱(K₂O)(1.0％至2.5％，或约2.0％)

镁(Mg)(0.25％至0.75％，或约0.5％)

硫(S)(2.5％至3.0％，或约2.7％)

硼(B)(0.01％至0.05％，或约0.02％)

铁(Fe)(0.25％至0.75％，或约0.5％)

锰(Mn)(0.25％至0.75％，或约0.5％)

锌(Zn)(0.25％至0.75％，或约0.5％)

腐殖酸(8％至12％，或约10％)

海带提取物(5％至10％，或约6％)

水(70％至85％，或约77％至80％)

将微生物接种剂和/或任选的促进生长的“起始物”材料与水在灌溉系统罐中混合并施用于土壤。

在具体的情况下，组合物包含10.0重量％的微生物接种剂和90重量％的水，其中接种剂包含1×10⁸CFU/mL的哈茨木霉和1×10⁹CFU/mL的解淀粉芽孢杆菌。

实施例2—微生物菌株

本发明利用有益的微生物菌株。在某些实施方案中，微生物是木霉属的菌株，诸如哈茨木霉、绿色木霉、长枝木霉(T.longibrachia)、棘孢木霉(T.asperellum)、钩状木霉、康宁木霉(T.koningii)、里氏木霉、贵州木霉(T.guizhouse)和/或其他微生物的菌株。

示例性哈茨木霉菌株可以包括但不限于：T-315(ATCC 20671)、T-35(ATCC20691)、1295-7(ATCC 20846)、1295-22[T-22](ATCC 20847)、1295-74(ATCC 20848)、1295-106(ATCC 20873)、T12(ATCC 56678)、WT-6(ATCC 52443)、Rifa T-77(CMI CC 333646)、T-95(60850)、T12m(ATCC 20737)、SK-55(No.13327、BP 4326NIBH(日本))、RR17Bc(ATCCPTA9708)、TSHTH20-1(ATCC PTA10317)、AB 63-3(ATCC 18647)、OMZ 779(ATCC 201359)、WC47695(ATCC 201575)、m5(ATCC 201645)、(ATCC 204065)、UPM-29(ATCC 204075)、T-39(EPA119200)和/或F11Bab(ATCC PTA 9709)。

在一些实施方案中，微生物是芽孢杆菌属菌株，诸如枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌(B.polymyxa)和/或其他菌株。

枯草芽孢杆菌菌株可以包括例如枯草芽孢杆菌B1(ATCC PTA-123459)和/或B4(NRRL B-68031)。

解淀粉芽孢杆菌菌株可以包括但不限于：NRRL B-67928、FZB24(EPA 72098-5、BGSC 10A6)、TA208、NJN-6、N2-4、N3-8，和具有ATCC登录号23842、23844、23843、23845、23350(菌株DSM 7)、27505、31592、49763、53495、700385、BAA-390、PTA-7544、PTA-7545、PTA-7546、PTA-7549、PTA-7791、PTA-5819、PTA-7542、PTA-7790和/或PTA-7541的那些菌株。

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Claims (16)

1.一种灌溉土壤和/或改善土壤的一种或多种性质的方法，所述方法包括将灌溉添加剂施用于土壤，其中所述灌溉添加剂包含表面活性分子，并且其中所述灌溉添加剂降低了施用于所述土壤的水性流体的表面张力，从而改善了所述水性流体在整个所述土壤中的分散、渗透和/或渗滤。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述表面活性分子是合成表面活性剂、微生物或植物来源的生物表面活性剂或源自天然存在的基质的表面活性剂，并且其中所述表面活性分子具有小于25nm的胶束尺寸。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述表面活性分子是选自糖脂、脂肽、黄酮脂、磷脂、脂肪酸酯、脂蛋白、脂多糖-蛋白质复合物和多糖-蛋白质-脂肪酸复合物的生物表面活性剂。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述生物表面活性剂是槐糖脂。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述灌溉添加剂与所述水性液体混合，并通过灌溉系统施用于所述土壤。

6.根据权利要求1所述的方法，其中在用水性液体灌溉所述土壤之前或之后将所述灌溉添加剂施用于土壤。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述灌溉添加剂以相对于水性流体的量为10ppm至100ppm的浓度施用。

8.根据权利要求1所述的方法，其中被改善的土壤的所述性质是土壤压实，并且其中所述灌溉添加剂通过渗透所述土壤内的孔并增加所述土壤的孔隙度来改善所述土壤的压实。

9.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括将微生物土壤处理组合物施用于所述土壤，其中所述微生物土壤处理组合物包含一种或多种能够定殖于土壤和/或植物根的有益微生物。

10.根据权利要求9所述的方法，其中在施用所述灌溉添加剂后约30天施用所述微生物土壤处理组合物。

11.根据权利要求10所述的方法，其中在施用所述微生物土壤处理组合物后约30天再次施用所述灌溉添加剂，随后在又30天后再施用所述微生物土壤处理组合物，并且其中这一过程无限重复，直到实现期望的灌溉水平和/或土壤的所述一种或多种性质的改善水平。

12.根据权利要求9所述的方法，其中所述一种或多种有益微生物选自哈茨木霉、绿色木霉、康宁木霉、贵州木霉、解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、侧孢短芽孢杆菌(Brevibacillus laterosporus)、季也蒙迈耶氏酵母、西方毕赤酵母、库德里阿兹威毕赤酵母、异常威克汉姆酵母和汉斯德巴氏酵母。

13.根据权利要求9所述的方法，其中所述有益微生物是解淀粉芽孢杆菌NRRL B-67928和哈茨木霉。

14.根据权利要求9所述的方法，其中所述有益微生物是异常威克汉姆酵母NRRL Y-68030。

15.根据权利要求9所述的方法，其中所述有益微生物是枯草芽孢杆菌B4 NRRL B-68031。

16.根据权利要求1所述的方法，其中与不使用所述灌溉添加剂灌溉的土壤相比，用水量减少至少25％。