CN118541031A - 用于分解残留物的孢子形成细菌和非孢子形成细菌的罐混助剂系统 - Google Patents
用于分解残留物的孢子形成细菌和非孢子形成细菌的罐混助剂系统 Download PDFInfo
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Abstract
一种用于施用在收割后留在田地上的植物残株或植物残留物上的组合物和方法，其中所述组合物包含：水、硫酸铵、消泡剂和烷基多糖的混合物，其在每1加仑的所述混合物的.1至3.4磅的硫酸铵中包含大约范围为10％至30％的烷基多糖；和细菌孢子混合物或非孢子形成细菌混合物，其包含适于降解所述植物残留物的细菌。
Description
技术领域
本公开涉及使用细菌(孢子形成细菌和非孢子形成细菌两者)及助剂来减少纤维质残留物并增加植物养分。
背景技术
免耕农业(有时被称为直接播种)是一种在播种前不对土壤进行干预的作物种植农业技术。简而言之，当作物被收割且农业植物的秆(stalk)或茎(stem)被切割时，经切割的植物的残株和其它植物残留物会被留在土壤上。使用覆盖作物的农民也需要处理多余的残留物。即使使用可在残株和植物残留物之下犁耕的耕作技术，一些残株和植物残留物也可能被留在土壤表面以及可能向上延伸着穿过土壤表面。当在下一个种植季节不使用免耕或直接播种技术时，该残株和植物残留物会成为适当播种的阻碍并且有时会成为障碍。如果土壤贫瘠，种子会被种植在适当的深度。但是，如果田地里有植物残留物或残株，将种子示于土壤然后将种子推入土壤的机器会行驶在残株和植物残留物的表面，导致种子无法被充分推入土壤以适当萌芽，甚至会导致种子留在残株或植物残留物上而无法萌芽。
已有一些减少残株、主要是减少残株高度的尝试。例如，定制的机器可以在较低的水平切割残株。然而，相当量的残株仍然存在，这仍维持着播种机器的障碍问题(即没有适当地播种种子以令其萌芽)。众所周知的是，在某些地理区域，农民会焚烧残株。然而，焚烧的缺点是养分的流失、对土壤微生物的有害影响、土壤结构的减少、侵蚀的增加和可能随时间推移增加的土壤酸度。
植物残留物也存在于非农业环境中，例如为住宅或商业用途(在高尔夫球场、室外体育场和类似商业应用)而种植的草地。这种天然草坪需要被持续地切割以确保草的厚度和美观性。
持续的切割会产生杂草，在某些情况下，其可能会形成活着的和死亡的茎、叶和根的紧密混合层，由于不断地切割活的草，该紧密混合层会随着时间的推移而累积。杂草过多累积会导致草坪或运动场的外观不再美观。
目前，已有一些被设计为在下一个种植季节之前减少残留物残株的微生物组合物。一个示例是俄亥俄州莫米市的Andersons股份有限公司所销售的Bio Reverse商标的产品。另一种基于微生物的生物降解产品为南达科他州Baltic市的Hefty Seed公司销售的D-Comp的商标的产品。另外两种用于分解作物残株的产品为佛罗里达州萨拉索塔市的Biodyne World股份有限公司销售的MELTDOWN和ENVIRON OC 501的产品。
发明内容
本公开描述了用于降解纤维质材料的组合物，其中所述组合物包含：水、硫酸铵、消泡剂和烷基多糖的混合物，其在每1加仑的所述混合物的.1至3.4磅的硫酸铵中的烷基多糖的范围为10％至30％；和细菌孢子混合物或非孢子形成细菌混合物，其包含适于降解植物残留物的细菌。在另一个实施例中，所述组合物包含：水、硫酸铵、消泡剂和烷基多糖的混合物，其在每1加仑的所述混合物的.1至3.0磅的硫酸铵中的烷基多糖的范围为15％至40％；和细菌孢子混合物或非孢子形成细菌混合物，其包含适于降解植物残留物的细菌。在又一个实施例中，所述组合物包含：水、硫酸铵、消泡剂和烷基多糖的混合物，其在每1加仑的所述混合物的.1至2.5磅的硫酸铵中的烷基多糖的范围为20％至55％；和细菌孢子混合物或非孢子形成细菌混合物，其包含适于降解植物残留物的细菌。
此外，所述细菌可包括细菌孢子混合物或非孢子形成细菌中的任一种或两种。
此外，所述芽孢杆菌孢子混合物包含凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtils)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilis)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)和解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)的孢子。
此外，所述组合物被施用于植物残留物。
此外，所述凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌各自的浓度大约为3x107CFU/克。
此外，所述细菌孢子混合物或所述非孢子形成细菌发育成足以分解所述植物残株的细菌，从而使得在与未经处理的土壤比较时，总氮、磷酸盐和钾的土壤含量增加。
本公开还包括将组合物施用到植物残留物上的方法，所述组合物包含：水、硫酸铵、消泡剂和烷基多糖的混合物，其在每1加仑的所述混合物的.1至3.4磅的硫酸铵中的烷基多糖的范围为10％至30％；和细菌孢子混合物或非孢子形成细菌混合物，其包含适于降解植物残留物的细菌。在另一个实施例中，所述组合物包含：水、硫酸铵、消泡剂和烷基多糖的混合物，其在每1加仑的所述混合物的.1至3.0磅的硫酸铵中的烷基多糖的范围为15％至40％；和细菌孢子混合物或非孢子形成细菌混合物，其包含适于降解植物残留物的细菌。在又一个实施例中，所述组合物包含：水、硫酸铵、消泡剂和烷基多糖的混合物，其在每1加仑的所述混合物的.1至2.5磅的硫酸铵中的烷基多糖的范围为20％至55％；和细菌孢子混合物或非孢子形成细菌混合物，其包含适于降解植物残留物的细菌。
此外，所述方法包括的所述芽孢杆菌孢子混合物包含凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌的孢子。
此外，所述方法包括的凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌各自的浓度大约为3x107CFU/克。
具体实施方式
本公开包括用于施用在田地中以分解收割后留在田地间的作物残留物或来自覆盖作物的残留物的组合物，从而提升播种机的性能并将养分释放回土壤中。该组合物还可用于分解任何类型的植物残留物或含有植物材料的残留物(例如粪肥)。该组合物在少耕(其中作物残留物在收割后仍留在田地上并且未被犁耕)的情况下最为有益。这样的作物残留物阻碍了一致的和选定种子的种植。该组合物还可用于减少住宅和商业环境两者的草坪中的杂草。就本专利申请的目的而言，术语“植物残留物”应指收割后留在田地间的作物残留物或植物残株，或者来自覆盖作物、杂草、粪肥或其他含有纤维质材料的其他残留物。
当施用于作物收割后的土壤时(其为最常见的情况)，本公开的组合物分解残株以及作物收割后留下的所有作物残留物。该组合物将植物残株或植物残留物分解至一定程度，以使得种子可以以一致的选定深度和一致的选定种子间距种植在种植沟中。选定的种子深度可因植物种类而异，例如玉米和大豆种子被以不同的深度种植。由于先前收割的残株和其他残留物已被分解和消除，因此土壤与种子的接触得到改善。土壤类型和湿度也是种子深度的考虑因素。在选定的最佳深度一致地播种大幅度地改善了种子的萌芽，从而提升了产量。此外，如果残株或其他作物残留物阻碍了将种子放置入土壤中，则种子行内会出现非生产性空间。如果这种非生产性空间频繁出现，产量可能会受到很大影响。
还发现了如果将本公开的组合物与草甘膦(glyphosate)一起使用，则会增加草甘膦的除草效果。可见本公开的组合物及其细菌孢子混合物或如下文所详述的本公开的非孢子形成细菌的混合物不仅分解作物残留物，其还与控制野草的草甘膦具有协同作用。草甘膦或其他除草剂通常在春季施用，但也可以在收割后的秋季施用，以控制可能出现的野草。因此，使用本公开的组合物及其细菌孢子混合物或非孢子形成细菌的混合物不仅减少了植物残株，而且提供了更有效的对野草的控制。
本公开的组合物包含用于施用在收割后留在田地上的植物残株或植物残留物上的组合物，其中该组合物包含：水、硫酸铵、消泡剂和烷基多糖的混合物，其在每1加仑的所述混合物的.1至3.4磅的硫酸铵中的烷基多糖的范围为10％至30％；和细菌孢子混合物或非孢子形成细菌混合物，其包含适于降解植物残留物的细菌。在另一个实施例中，该组合物包含：水、硫酸铵、消泡剂和烷基多糖的混合物，其在每1加仑所述混合物的.1至3.0磅的硫酸铵中的烷基多糖的范围约为15％至40％；和细菌孢子混合物或非孢子形成细菌混合物，其包含适于降解植物残留物的细菌。在又一个实施例中，该组合物包含：水、硫酸铵、消泡剂和烷基多糖的混合物，其在每1加仑的所述混合物的.1至2.5磅的硫酸铵中的烷基多糖的范围约为20％至55％；和细菌孢子混合物或非孢子形成细菌混合物，其包含适于降解植物残留物的细菌。
为了帮助选定的细菌混合物附着至残株和作物残留物，使用了表面活性剂，例如烷基多糖。本公开的表面活性剂通过充当涂层，极大地增强了细菌功能，从而提供了将细菌孢子附着至残株和作物残留物上的方法，并且还为芽孢杆菌提供了碳水化合物来源，使其从休眠期萌发到进入增殖阶段并繁殖至足够数量以分解如本文所述的残株和作物残留物。
选定的细菌孢子混合物在施用于田地时会恢复为细菌，然后其充分地增殖以刺激和强化分解残株和其他作物残株的生物活性，从而将可用的养分直接释放到田地中。
为了更好地帮助选定的细菌混合物附着至残株和作物残留物，使用了表面活性剂，例如烷基多糖。本公开的表面活性剂通过充当与残株或作物残留物相关的涂层，极大地增强了细菌功能，从而提供了将细菌孢子附着至残株和作物残留物上的方法，并且还为芽孢杆菌提供了碳水化合物来源，使其从休眠期萌发到进入增殖阶段、并繁殖至足够数量以分解如本文所述的残株和作物残留物。
当与作物残株接触时，表面活性剂可改善喷雾溶液的润湿性和渗透性。这导致渗透到作物残株中的微生物增加，从而显著提高了微生物的性能和活力。表面活性剂是一种减少两种液体之间、或液体和固体之间的界面张力的化合物。在分子水平上，表面活性剂通常是包含一个极性部分和一个非极性部分的分子。极性、水溶性部分有时被称为亲水性的(hydrophilic)(“亲水的(water loving)”)，而非极性、不溶于水的部分有时被称为疏水性的(hydrophobic)(“疏水的(water hating)”)或亲脂性的(lipophilic)(“亲脂的(fatloving)”)。由于它们所具有的双重特性，表面活性剂有时被称为两亲性的(amphiphilic)。
合适的表面活性剂是可溶于水的，具有大于约10的亲水-亲脂平衡值(hydrophilic-lipophilic balance，HLB)，是环境友好(对动植物的毒性相对较低)的，并且对微生物和微生物孢子是无毒的。
在实施例中，考虑了由BASF公司制造并销售的名称为Agrimule PG APG的烷基多糖。Agrimule PG包含烷基多糖苷聚合物，其具有9个碳原子的烷基链(含量为20重量百分比)、10个碳原子的烷基链(含量为40重量百分比)和11个碳原子的烷基链(含量为40重量百分比)。烷基多糖苷的平均聚合度为1.6。烷基多糖苷是一种非离子表面活性剂。烷基多糖苷是非胶凝的(non-gelling)、可生物降解的并且可溶于高盐浓度的分散体。
烷基多糖的另一供应商为英国东约克郡的Croda国际公司。Croda制造的烷基多糖以商品名AT PLUS出售。这种烷基多糖是基于植物来源的葡萄糖和脂肪醇。
其他合适的非离子表面活性剂为由Stepan Northbrook IL制造的以商品名Amphosol DMX销售的甜菜碱表面活性剂。比利时布鲁塞尔的Solvay也制造了合适的非离子表面活性剂。
“溶液”具有约为0至5的pH，优选在1.5至4之间，其具有在2至4.5的pH值之间的缓冲能力。溶液应包括足够的缓冲剂，以在以1：5至高至1：200的比例在水中稀释时，将pH保持在1.5至4之间。
“溶液”中所需的pH是通过包含合适的缓冲液来实现的。合适的缓冲液将具有至少一个功能基团，其具有在2.5至5之间的pKa值。pKa值被定义为反应平衡常数Ka的对数的负数。
即,
Ka＝[H+][A-]/[HA]
其中[H+]等表示相应核素的浓度，单位为mol/L。它遵循pKa＝pH+log[HA]–log[A-]，因此解离率为50％的溶液具有的pH值等于该酸的pKa。
合适的缓冲液包括但不限于氨基酸、羧酸、磷酸及其衍生物、膦(phosphonic)酸及其衍生物、磺酸及其衍生物。
优选的缓冲剂的成本相对较低，易于获得且环境友好(对植物和动物的毒性相对较低)。优选的缓冲剂包括乳酸、柠檬酸、富里酸、木质素磺酸、亚磷(phosphorus)酸、磷(phosphoric)酸、乙酸、苹果酸、柠檬酸、乙醇酸、葡萄糖酸、葡萄糖庚酸(glucoheptonicacid)、富里酸、腐殖酸和水杨酸。
本公开组合物中的流变改性剂和/或助悬剂优选地一同发挥作用以将芽孢杆菌孢子维持为混悬物，并使芽孢杆菌孢子对抗聚积。就本申请的目的而言，术语“流变改性剂和/或助悬剂”被用于指代本文所述的一种或几种试剂，其提供使芽孢杆菌孢子混悬的功能。
孢子的聚积增加了它们的有效粒径，使其更难保持混悬状态。流变改性剂和/或助悬剂通过对粘度产生有限影响的高屈服-应力流体的机制或通过粘度机制，可发挥作用以使芽孢杆菌孢子颗粒混悬。
流变改性剂既可以在低粘度下产生高性能，也可以产生具有高剪切稀化性能，并且具有非常假塑性或触变性的高粘度流体。助悬剂可以是非离子的、阳离子的或阴离子的。
合适的阴离子助悬和/或流变改性剂包括但不限于黄原胶、瓜尔胶、丙烯酸酯共聚物、碱溶胀乳剂(alkali swellable emulsion,ASE)和(马来酸酐癸二烯)交联聚合物。
合适的非离子助悬剂包括但不限于疏水改性聚氨酯(hydrophobically modifiedpolyurethanes,HEUR)、疏水改性聚醚(hydrophobically modified polyethers,HPME)、纤维素醚，例如羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、和甲基纤维素、微纤化纤维素、化学改性纤维素。
合适的无机助悬剂包括但不限于有机粘土，例如凹凸棒石(attapulgite)和气相二氧化硅。
合适的助悬剂包括但不限于木质素磺酸盐、萘磺酸盐甲醛缩合物、EO-PO-EO嵌段共聚物、EO-PO嵌段共聚物、三苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚、磷酸酯、丙烯酸接枝共聚物、苯乙烯丙烯酸共聚物。
也可以采用上述助悬剂和/或流变改性剂的组合。
助悬剂和/或流变改性剂可构成组合物聚集产物的约0.01至5.0重量百分比。助悬剂和/或流变改性剂的所选择的有效量很大程度上取决于助悬剂的活性。
富里酸钾形式的富里酸是本公开的组合物的一部分，其大概水平为组合物的约1.00重量百分比。富里酸的合适有效量约为组合物的.5至1.5重量百分比。
本公开的组合物包括最初来源于土壤的芽孢杆菌联合体。在一个实施例中，芽孢杆菌细菌联合体包括如下细菌，其浓度均为每克3x107CFU。此联合体中的细菌共同作用以分解植物残留物的纤维素和其他结构成分。芽孢杆菌细菌联合体包括如下以及具有该联合体中每种芽孢杆菌细菌的功能：
地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)：地衣芽孢杆菌产生的酶会破坏残株和作物残留物中碳分子之间的化学键。
凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)：在该细菌联合体中，凝结芽孢杆菌控制乳酸的产生和微生物所游动于的溶液的pH值。在凝结芽孢杆菌的存在下，微生物能够更有效地分解纤维素和不易溶解的复杂碳结构。
枯草芽孢杆菌(Bacillus subtills)：枯草芽孢杆菌提供保护作用以避免病原体和捕食性微生物消耗联合体中的其他微生物。
短小芽孢杆菌(Bacillus pumilis)：短小芽孢杆菌从残株、作物残留物和土壤中释放磷酸盐和钾。
巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)：巨大芽孢杆菌产生的酶可溶解和分解残株和作物残留物中的碳键。
解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)：解淀粉芽孢杆菌产生的酶可溶解和分解残株和作物残留物中的碳键。产生的该酶可以分解坚韧的纤维素。
本公开组合物的芽孢杆菌细菌联合体分解植物细胞。随着植物细胞的分解，细胞会渗出氮、钾、磷酸盐、锌、锰、铜、硫和其他养分。在给定的时间内释放的养分量取决于温度、残株和作物残留物的养分含量以及为该反应供应(feed)的氮量。
一般而言，已发现本公开的组合物所释放的磷酸盐量是对照水平的约五倍至十倍。钾的释放量比对照组的释放量高出约50％至100％。还发现，作物残株所释放的钾的形式的植物可利用率是普通钾肥中钾的约3倍。经本公开的组合物处理的作物残株的渗滤液中的氮含量高达约5倍。
下表显示了使用本公开组合物对作物残株和残留物进行的一项测试的结果，测试了土壤中的所示的养分。
表
上表中的值以百万分之一为单位。
在深度为0至12英寸处，采集施用本公开组合物处理15天后的土壤样品(TR)和未经处理的土壤样品(UT)。处理后30天，同样采集了经处理的土壤和未经处理的土壤的样品。如表所示，在处理后的15天和30天土壤中的总氮、NH4、磷酸盐和钾含量均极大增加。与未经处理的土壤相比，15天后总氮增加到6倍，铵(NH4)增加到30倍，磷酸盐增加到34倍，并且钾增加到1.5倍。而在处理30天后，与未经处理的土壤相比，总氮增加到4倍以上，铵(NH4)增加到31倍，磷酸盐增加到50倍，并且钾增加到3倍。
Claims (12)
1.一种用于施用在收割后留在田地上的植物残株或植物残留物上的组合物，所述组合物包含：
用于施用在收割后留在田地上的植物残株或植物残留物上的组合物，其中所述组合物包含水、硫酸铵、消泡剂和烷基多糖的混合物，其在每1加仑的所述混合物的.1至3.4磅的硫酸铵中包含大约范围为10％至30％的烷基多糖；和细菌孢子混合物或非芽孢形成细菌混合物，其包含适于降解所述植物残留物的细菌。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述水、硫酸铵、消泡剂和烷基多糖的混合物在每1加仑的所述混合物的.1至3.0磅的硫酸铵中包含大约范围为15％至40％的烷基多糖。
3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述水、硫酸铵、消泡剂和烷基多糖的混合物在每1加仑的所述混合物的.1至2.5磅的硫酸铵中包含大约范围为20％至55％的烷基多糖。
4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述细菌孢子混合物包含凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtils)、短小芽孢杆菌(Bacilluspumilis)、巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)和解淀粉芽孢杆菌(Bacillusamyloliquefaciens)的孢子。
5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌各自的浓度大约为3x107CFU/克。
6.根据权利要求1所述的组合物，其中所述细菌孢子混合物发育成足以分解所述植物残株或植物残留物的细菌混合物，从而使得在与未经处理的土壤比较时，总氮、磷酸盐和钾的土壤含量增加。
7.一种用于减少收割后留在田地上的植物残株或植物残留物并增加土壤中来自分解所述植物残株或植物残留物的养分的方法，所述方法包括：
将组合物施用到所述收割后留在田地上的植物残株或植物残留物上，其中所述组合物包含水、硫酸铵、消泡剂和烷基多糖的混合物，其在每1加仑的所述混合物的.1至3.4磅的硫酸铵中包含大约范围为10％至30％的烷基多糖；和细菌孢子混合物或非芽孢形成细菌混合物，其包含适于降解所述植物残留物的细菌。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述大约范围包括在每1加仑的所述混合物的.1至3.0磅的硫酸铵中的15％至40％的烷基多糖。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述大约范围包括在每1加仑的所述混合物的.1至2.5磅的硫酸铵中的20％至55％的烷基多糖。
10.根据权利要求5所述的方法，其中所述细菌孢子混合物包含凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌的孢子。
11.根据权利要求6所述的方法，其中所述凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌各自的浓度大约为3x107CFU/克。
12.根据权利要求5所述的方法，其中所述细菌孢子混合物发育成足以分解所述植物残株或植物残留物的细菌混合物，从而使得在与未经处理的土壤比较时，总氮、磷酸盐和钾的土壤含量。
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2023
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