CN1914137B - 含乳清的生物肥料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物肥料的制备方法以及通过该方法可获得的生物肥料，该方法包括将乳清进行第一步发酵，然后向发酵的乳清中加入载体物质。该生物肥料可以作为现有人造肥料的替代品使用，从而减少与这些人造肥料相关的很多环境问题。另外，本发明中所述的生物肥料可用于生物农业领域，因为在这个领域，在出现该生物肥料之前，没有有效的肥料。

Description

含乳清的生物肥料

本发明涉及一种生物肥料的制备方法和由所述方法可获得的生物肥料。本发明还涉及一种包含所述的生物肥料用于土壤施肥的组合物，以及所述生物肥料或所述的组合物在植物生长基质的施肥中的应用。另外，本发明还涉及一种土壤施肥的方法。

农业的可持续形式，即一种并不一味地利用农业土壤中固有肥力而自肥的形式，基于的前提是，随作物收获带走的植物养分将得到补充。

正是定期地给植物提供充足养分，在过去的100年里，维持并甚至改善了欧洲农田的肥力。尽管欧洲的农业总面积在减少，在与动植物育种、植物保护、农业机械化和土地管理相结合的前提下，最近几年中植物营养极大地增加了欧洲的农田产量。

植物养分可得自四个不同的来源：1)土壤本身，2)家畜、城市和工业的废弃物，3)生物氮固定，和4)矿物肥料，也叫作人造肥料。

矿物肥料可以使农民对植物养分进行补充，如微量元素、矿物质、氮、碳等，从而使养分的供给与作物的需求保持一致。实际上，它们是唯一的可用来满足作物的严格要求的养分。根据和当需要时，提供保证的用量和施用的可能性，矿物肥料是一种获得可持续的作物产量和改善食物和饲料的质量的节省成本的方式。目前，不论哪个地区或是在全球范围内，矿物肥料在确保食物供应方面的地位是无可替代的。

矿物肥料的一个主要缺点是由于植物养分从矿物肥料进入土壤中的释放模式而引起的该肥料的低效率利用。矿物肥料中的养分在施到土壤中时一般是“爆炸”释放，即在相对短的时间里所有的养分都释放到土壤中。由于在植物生长过程中，通常需要几个月，由于例如冲洗或降解，养分的浓度会暂时降低，因此不得不使用相对大量的养分来确保在整个生长期中的充足植物养分浓度。因而就需要补充相对大量的矿物肥料来补偿在生长期中丧失的养分，而不是补偿对生长植物的预期的养分补给。

另外，相对大量的植物养分不会被生长植物所利用。结果是，最终没有利用的植物养分通过例如冲洗进入到环境中。冲洗是通过例如雨、洪水等将土壤中的养分洗掉或冲洗出。这种植物养分的冲洗能够带来严重的环境问题如由海藻生长引起的水中氧气耗尽、由“非天然”养分补给引起的抗原决定部位的破坏、物种间自然平衡的破坏如异常的荨麻生长，以及在物种数量上的一般减少，包括存在于一个抗原决定部位的动物和植物。

因此，本发明的目的是提供一种节省成本的肥料，它能更有效地给生长植物补充养分并且减少肥料的需要量，另外还能减少进入环境中的植物养分量，以最小化或甚至消除与这种进入相关的环境问题。因为后者的原因，相对于现有的矿物(人造)肥料，这种肥料被叫做生物友好或生物肥料。

根据本发明，该目的是通过提供一种制备生物肥料的方法来完成的，该方法包括乳清的发酵和向发酵的乳清中加入载体物质。

乳清是牛奶中的水质部分，尤其是在奶酪制造过程中，从可凝固部分或凝乳中分离出来的，它富含乳糖、矿物、维生素并含有乳白蛋白和微量的脂肪。目前，乳清被认为是一种奶酪制造工业的废产物，并通常被废弃，从而提供一种用于肥料的节省成本的原材料。

另外，由于乳清是一种“天然”产物，即该产物经历了最小限度的加工、不含有防腐剂或人造添加剂，当使用的载体物质也是一种“天然”产物时，相对于化学合成的矿物(人造)肥料，基于乳清作为原材料的肥料不会向环境中引入这些可能有毒或有害的防腐剂和/或添加剂。

这使得生物农民使用本发明的生物肥料，生物农民就是从首要观点出发不使用任何“非天然”产物如矿物肥料、除草剂或杀虫剂的农民。直到现在，没有其他的肥料可供这些农民利用，严重地限制了作物产量。

根据本发明，在第一步发酵中发酵的乳清，例如在室温下搅拌2天，虽然任何的发酵方案都能使用如升温发酵、在自动发酵装置中发酵等。

本发明的载体物质，优选从“天然”来源中获得，另外优选以固体形式获得，它能够用来1)提供一种可能的附加碳源，2)使得生物肥料的运输和加工性能得到改善，3)在施用后防止发酵的乳清被冲洗掉。

和载体物质相结合的发酵的乳清提供一种肥料，该肥料以“持续”或“连续”的释放模式给土壤提供养分，该模式即在一段相对长的时间内相对稳定的释放养分，这或许是由于肥料在施用后通过土壤微生物的后发酵。

由于只需要对不可避免的养分浓度降低的较少补偿，相比较矿物(人造)肥料的“爆炸”释放模式，“持续”的释放模式需要较少的肥料来达到在土壤中所希望的养分浓度，因此相比较于矿物(人造)肥料，提供了一种更为有效的本发明生物肥料的应用。

另外，由于需要用于补偿的肥料较少，引入环境中的肥料也较少，所以消除或减少了与这种引入相关的环境问题。

优选地，在根据本发明的生物肥料中，发酵乳清和载体物质的比例为10-15，如10，11，12，13，14，或15(乳清∶载体)。使用这些比例，由载体物质提供足够的结构，同时保持发酵乳清的最佳益处。

根据本发明的一个实施方案，在发酵之前和/或发酵过程中，用微生物的培养物来接种乳清，该微生物包括单一的微生物或者生物体的混合物。通过加入一种特定的微生物的培养物，第一发酵过程能够更快进行和/或该过程取得较好控制。另外，依据选择的微生物能够影响发酵的乳清的特性如氮和/或碳的含量。

乳清的发酵优选在pH为5-7进行，如pH为5、5.5、6、6.5或7，更优选在pH为4-4.5，如pH为4、4.1、4.2、4.3、4.4或4.5，由于在这些pH值下能取得最佳的发酵。

在本发明的第二个实施方案中，在加入载体物质之前，过滤发酵的乳清来分离微生物量。优选地，重力自流进料的原理被大量应用。这可以降低过滤步骤的成本。

根据本发明的第三个实施方案，在加入载体物质之后，将制得产品进行第二步发酵。该第二步发酵进一步提高了在生物载体中养分的有效性。

根据本发明的另一个实施方案，向生物肥料中加入石灰。除了改善生物肥料的结构外，向生物肥料中加入石灰来增加钙源。

因为树胶脂对任选的第二步发酵和对可能的后发酵过程的负面影响，根据本发明的载体物质优选为树胶脂含量低的载体物质。另外，在发酵过程中通过使用富含纤维素的载体物质能够进一步优化生物量的累积。根据本发明的载体物质的具体实例为：锯屑、山毛榉锯屑、橡树锯屑、干荨麻等。

为了满足具体的要求和依据所期望的用途，可以向生物肥料中加入添加剂，如微量元素、养分、矿物、生长激素、稳定剂、有机化合物、抗生素等。

优选地，根据本发明的生物肥料呈粉末、颗粒、悬浮液、分散液、含纤维物质，溶液、混合物或其组合的形式。

生物肥料可以组合物形式使用，该组合物包含生物肥料和一般能够在农田中使用的任何物质。

如上面所述，因为“持续”的释放模式，根据本发明的生物肥料尤其适合用于给植物生长的基质施肥。合适的基质实例为：土壤、蛭石、玻璃纤维、石棉和/或水产养殖。

根据本发明的另一个实施方案，将生物肥料用于土壤施肥的方法，包括：在土壤表面和/或土壤内施用根据本发明的生物肥料或组合物。

令人惊讶地发现，不仅养分有效地补充到土壤中，而且土壤组成和/或土壤结构也得到了改善。导致这种的观察到的改善的一种可能机理是微生物添加到土壤中。微生物增强了动植物区系对疾病、蠕虫的抵抗力，并且增强了对其他有机物质的消化功能等。

在下面的实施例中将进一步描述本发明。这些实施例不应被看作是对本发明的限制。

实施例

根据本发明的生物肥料的制备

根据本发明的生物肥料是如下制得的：将从奶酪生产设备中获得的乳清进行第一步发酵。将乳清在室温下搅拌两天，使乳清中的养分如钙、钾、氮、碳等掺入形成的生物量(the forming biomass)。在两天之后，在第一步发酵制得的产物通过重力过滤来过滤，目的是增加制备物中的干物质含量。在弃去液相后，向过滤器上的残留物中加入锯木屑，在室温下使合并物在第二步发酵中发酵。

测定化学元素的百分比，结果如表1所示。

表1.根据本发明的生物肥料的元素分析

元素	C	O	H	N	P	K	Ca	S	其他矿物
										百分比	34	31	5	8	2	1	3	3	180

Claims (16)

1.一种生物肥料的制备方法，包括：对乳清进行第一步发酵，然后向发酵的乳清中加入载体物质，其中发酵的乳清∶载体物质的比例为10-15，其中在pH为5-7进行第一步发酵，其中载体物质是一种富含纤维素的载体物质，所述载体物质选自锯屑、干荨麻和其组合。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述的锯屑是山毛榉锯屑或橡树锯屑。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括，在乳清的第一步发酵之前和/或发酵过程中，用微生物的培养物接种乳清。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，还包括，在加入载体物质之前，过滤发酵的乳清。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括，在加入载体物质之后，进行第二步发酵。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括添加石灰。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括：加入微量元素、养分、矿物、生长激素、稳定剂、有机化合物和/或抗生素。

8.根据权利要求1所述的方法，其中生物肥料呈选自下列的形式：粉末、颗粒、悬浮液、分散液、含纤维物质，溶液、混合物和其组合。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法可获得的生物肥料。

10.发酵的乳清和载体物质用于制备生物肥料的用途，其中发酵的乳清∶载体物质的比例为10-15，其中载体物质是一种富含纤维素的载体物质，所述载体物质选自锯屑、干荨麻和其组合。

11.根据权利要求10所述的用途，其中所述的锯屑是山毛榉锯屑或橡树锯屑。

12.包含权利要求9所述生物肥料的用于生物性土壤施肥的组合物。

13.权利要求9所述的生物肥料或权利要求12所述的组合物在植物生长基质的施肥中的应用。

14.根据权利要求13的应用，其中植物生长基质选自土壤、蛭石、玻璃纤维、石棉和水产养殖。

15.根据权利要求9所述的生物肥料或权利要求12的组合物在改善土壤组成和/或土壤结构中的应用。

16.土壤施肥的方法，包括：在土壤表面或土壤内施用权利要求9所述的生物肥料或施用权利要求12所述的组合物。