TW201824996A - 土壤改良組成物及其促進植物生長的方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種土壤改良組成物及其促進植物生長的方法，利用益生菌混合液以及藻類破壁發酵物原液所組成的土壤改良組成物，可改變土壤中微生物菌相、酸鹼值、導電度、有效性成分等特性，提升土壤的有機物量及土壤的生物效力，進而使植物根系的吸收效能獲得改善，使其耕作時不但具快速與長效的補氮作用，更可抑制病蟲害的發生。

Description

土壤改良組成物及其促進植物生長的方法

本發明係關於一種可用以改良土壤成分的土壤改良組成物，尤其是關於一種包括由微藻破壁後所收集之發酵物加上益生菌的土壤改良組成物，並藉由該組成物促進植物生長的方法。

一般情況下，無論是經濟作物例如禾穀類、瓜果類、蔬菜類或是觀賞植物盆栽，為使其開花數多、結果數多而品質好，肥料的使用是最常見且方便的方法。傳統上最常使用的肥料性質上屬於化學肥料，但化學肥料肥效單一、容易造成環境污染，長期使用更會導致土壤被破壞，使土質不再適合作物或植株生長。因此，為使農業能夠永續經營，不依賴大量化學肥料及化學農藥的農業生產體系是必要的，如此才能減少對環境生態的衝擊，此外，生產的能源及成本可以降低，但仍可維持穩定產量，甚至提高收益更是永續農業所追求的目標。

農業生產若不依賴化學肥料，就需替代以生物性肥料、有機質肥料及礦物質肥料，但以生物性肥料促進化學、有機質肥料利用效率之技術則是目前最受重視的土壤生物技術。最早的生物性肥料，是農民將蔬果採收完畢後，再焚地耕種，近年來則是利用豆科植物與穀類作物進行輪作。生物性肥料係指含具有活性微生物體(包含其休眠孢子)，如細菌、真菌、藻類等微生物之微生物體及其代謝產物的特定製劑，其具有供應植物養分的效果，例如增進植物養分和元素之供應量與總量、刺激植物生長、或促進植物對營養和元素的吸收。因此，發現並利用一含有豐富前述有效成分且易取得或保存之生物性天然有機肥料，將是土壤生物技術發展的一重要課題。

此外，因為精緻化農業的推廣使得土地被過度使用，土壤的性質產生改變、導致地力衰退，或是因為過度施肥、農藥使用所造成的土壤毒化，又或是長期休耕、廢置使土壤硬化、有機成分改變的情況下，即使可於後續施加效用良好的肥料進行補強，但先天土質不良的情況下，肥料施加之效果有限，而且容易造成植物賀爾蒙的變化，影響作物產量甚鉅。因此，若能開發出一種特殊的土壤改良配方，用於提升土壤有機物量及生物效力，兼具土壤改良與養分提供之效能，不但可恢復耕地栽種的基本能力，更可提高作物產量或品質，達成土地復育的目的，進而實現永續農業的觀念和有機農業的槪念。

本發明目的之一在於提供一種能夠將土壤三相進行調整，進而改變土壤成分與其他特性的土壤改良組成物。藉由本發明的組成物，可使土壤中的微生物相獲得改善，藉其作用改變了原有的酸鹼值、導電度、有機質含量，以及磷、鉀、鈣等有效性成分含量，並可抑制土壤中的病原菌，使植物能在合適、有利的土壤成分下生長，最終獲致高產量與高品質的作物產物。

本發明的另一目的則在於改善土壤成分同時，提供植物生長所需的有機營養物質，亦即不單是改良土壤成分，更同時使其含有更多營養成分，使於將來耕作時，讓植物的生長更為迅速而茁壯。

為了達成前述的目的，本發明提供一種土壤改良組成物，包括：一藻類破壁發酵物原液；一益生菌混合液；以及水，其中，該益生菌混合液中之菌體係包括：光合菌 (Photosynthetic bacteria )、硝化菌(Nitrifying bacteria )、枯草桿菌(Bacillus subtilis )、乳酸菌(Lactobacillus )及放線菌(Actinobacteria )。

在本發明的一實施例中，該藻類破壁發酵物係由以下方法製得：將一預定數量之微藻加入一預先培養且與該微藻具一預定比例之菌體溶液中進行發酵，其中，該菌體溶液中之菌體可分泌纖維素水解酵素；該微藻加入後使該菌體分泌該纖維素水解酵素以水解該微藻之細胞壁；以及收集該微藻於細胞壁水解後所形成之一藻類破壁發酵物原液。

在本發明一實施例的一態樣中，所述之土壤改良組成物，其中該菌體可為細菌或真菌。

在本發明的一態樣中，所述之土壤改良組成物，其中該真菌係杏鮑菇菌(Pleurotus eryngii )或秀珍菇菌(Pleurotus ostreatus )，但並不以此為限。

在本發明的一實施例中，所述之土壤改良組成物，其中該微藻可為普通小球藻(Chlorella vulgaris )、原始(核)小球藻(Chlorella protothecoides )、蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa )、橢圓核小球藻(Chlorella ellipsodiea )、微小小球藻(Chlorella minutissima )或酪蠅小球藻(Chlorella protophila )。

在本發明的一實施例中，所述之土壤改良組成物，其中該藻類破壁發酵物原液相較於水可占0.5~2%(v/v)，而該益生菌混合液相較於水可占1~3%(v/v)。較佳的，該藻類破壁發酵物原液相較於水係約占1%(v/v)，而該益生菌混合液相較於水係約占2%(v/v)。

本發明同時提供一種土壤改良與促進植物生長之方法，包括：於一待改良土地上，灌注如前述之土壤改良組成物。

在本發明的一實施例中，所述之土壤改良與促進植物生長之方法，其中該土壤改良組成物係每分地使用800~1200公升，較佳為900~1100公升，更佳為1000公升。

藉由本發明土壤改良組成物，一方面使土壤中的微生物相獲得改善，改變了原有酸鹼值、導電度、有機質以及磷、鉀、鈣等有效性成分含量，一方面也藉由該藻類所具有豐富之有機化合物，特別是胺基酸，或是發酵物中其他的有效成分，提供將來耕種作物或植栽最適當的養分以促進其生長。

以下將進一步說明本發明的實施方式，下述所列舉的實施例係用以闡明本發明，並非用以限定本發明之範圍，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

本發明所提供之土壤改良組成物，首先進行益生菌混合液與藻類破壁發酵物的製備。 實施例1 益生菌混合液的製備

分別準備光合菌 (Photosynthetic bacteria )、硝化菌(Nitrifying bacteria )、枯草桿菌(Bacillus subtilis )、乳酸菌(Lactobacillus )與放線菌(Actinobacteria )等菌液，混合各益生菌液，調配使各該菌體之菌數符合以下表1。惟，益生菌之菌數與比例並非絕對，表1僅為較佳例示，可依土壤目前狀況以及將來所欲耕種之作物調整。本實施例所製備的益生菌混合液包括光合菌、硝化菌、枯草桿菌、乳酸菌與放線菌，總菌數約為8 x 10⁹ CFU/mL，而 pH值大約5.8。 表1 實施例2 藻類破壁發酵物的製備

藻類破壁發酵物的製備，首先分別準備真菌類溶液與藻類溶液。於本實施例中所利用之菌類屬真菌類的杏鮑菇菌(Pleurotus eryngii )，將市售的杏鮑菇菌以刀子切開約5 mm正方形塊狀接種於固態培養基上(15 g/L麥芽精粉、20 g/L葡萄糖、6 g/L酵母萃取物與15 g/L 瓊脂)，培養約7天。之後將前述瓊脂培養基挖出，加入250 ml無菌水進行均質化後備用；關於藻類部分，本實施例則係取0.5 g的綠藻粉 (Chlorella vulgaris )加入10 ml (重量比約1:20)的無菌水中，攪拌均勻後備用。取前述10 ml均質化後的杏鮑菇菌液，加入80 ml的液態培養液中 (15 g/L麥芽精粉、20 g/L葡萄糖與6 g/L酵母萃取物)，再加入10 ml綠藻溶液，之後於50 L發酵桶中，於室溫下 (25~35°C)，進行厭氧發酵約3天，即可獲得藻類破壁發酵物原液。若須以乾燥狀態取用，則可將此原液以70°C進行烘乾。

經檢測，本發明實施例所製備之藻類破壁發酵物原液中之總氮約為8.9 g/mL，水解胺基酸與游離胺基酸分別為3.48 g/mL與2.76g/mL，並含有1.46 g/mL的綠藻生長因子(CGF)。

前述藻類破壁發酵物的製備，係利用菌體所分泌的纖維素水解酵素對藻類細胞壁進行水解，相較於研磨或切割的機械方式，或是利用反覆冷凍、超音波震盪的物理方法、還是利用特殊酵素分解、有機溶劑滲透的化學方法，利用本發明生物自然分泌的纖維素水解酵素，更能夠在高效率分解細胞壁的同時，較為完整並保留該藻類內含的所有成分，而可充分利用其內容物所帶來的功效。

前述所利用的綠藻粉中之綠藻又稱小球藻、綠球藻，係一種微藻，生長在新鮮、無污染的水域，屬單細胞植物，細胞大小約只有2～8 µm。綠藻具有植物的兩大特徵：具有葉綠體及細胞壁，其葉綠體中含有葉綠素a及b、葉紅素、葉黃素等，而其光合作用的方式和高等植物相同。綠藻在分類學上屬植物界(Kingdom Plantae)、綠藻門(Division Chlorophyta)、綠球藻綱(Class Chlorophyceae)、綠球藻目(OrderChlorocaccales)、綠球藻科(Family Chlorellaceae)的綠球藻屬(GeneraChlorella)。可利用的綠球藻除前述普通小球藻(Chlorella vulgaris )外，尚包括：原始(核)小球藻(Chlorella protothecoides )、蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa )、橢圓核小球藻(Chlorella ellipsodiea )、微小小球藻(Chlorella minutissima )或酪蠅小球藻(Chlorella protophila )等，但並不僅限於此。

前述纖維素水解酵素，可將不具溶解性的纖維素分解成單糖。該些酵素可包括但不限於：內切型纖維素纖維分解酵素(endo-β-1,4-glucanase) E.C.3.2.1.4 (又稱β-1,4-D-glucanhydrolase或carboxymethylcellulase (CMCase))、外切型纖維素纖維分解酵素(exo-β-1,4-glucanase) E.C.3.2.1.91 (又稱β-1,4-glucancellobiohydrolase或cellulose-β-1,4- glucancellobiosidase)、β-葡萄糖甘酵素(β-1,4-glucosidase) E.C.3.2.1.21(又稱β-1,4-glucohydrolase或cellobiase)。

前述纖維素水解酵素可由不同的菌體所分泌，例如秀珍菇菌(Pleurotus ostreatus) 可分泌水解羧甲基纖維素(Carboxymethylcellulose, CMC)。

前述杏鮑菇菌僅為例示，其亦可為真菌類的秀珍菇菌(Pleurotus ostreatus )，或其他可以分泌前述將藻類細胞壁加以水解的酵素的菌株。

前述微藻溶液與菌體溶液的比例並未設有特別的限制，可在0.5：1~1：5的範圍內，較佳為1：1~1：3之間，更佳為1：1。 實施例3 土壤改良組成物之製備

本發明之土壤改良組成物，主要係將藻類破壁發酵物原液、益生菌混合液與水進行一預定比例之混合。所使用之水並無特別的限制，可為一般灌溉用水、地下水或井水。藻類破壁發酵物原液、益生菌混合液與水的比例分別約為0.5~2%(v/v)與1~3%(v/v)。較佳的，藻類破壁發酵物原液、益生菌混合液與水的比例分別約為1%(v/v)與2%(v/v)。 實施例4 土壤改良施作

選取二塊相近但相隔約100公尺，地質相同、地像相近約1000平方公尺面積之土地，分別作為實驗組與對照組。首先檢測實驗組與對照組土地之酸鹼值、導電度、有機質以及以下表2所列有效性成分。檢測時可將各塊土地畫作九宮格，而分別至少於四角落與中央區域取樣檢測。取樣時，分為以表土(0~15公分)與底土(15~30公分)採取土壤樣本。檢測週期為實驗前進行第1次檢測，而後分別於實驗後1、2、3個月時各檢測一次，故共檢測四次。

施作時，取970公升的水體，加上20公升於實施例1中所製備的益生菌混合液，以及10公升於實施例2中所製備的藻類破壁發酵物原液，均勻混合後，即可平均灌注於實驗組之土地上，對照組則灌以1000公升的水體。灌注時，每7天灌注1次，持續灌注3個月，共12次。3個月後，最終檢測之結果如表2~表4與圖1所示。 表2 表3 表4

由表2~表4與第1圖之結果可知，土壤改良前土地結塊的現象獲得改善。就酸鹼值部分，使原本偏鹼的土質往中性降低，約略在pH 6.2~6.8，而導電度(ec)則明顯由約0.37~0.45降低至0.24~0.28，可知過多金屬離子部分已被代謝後降低。至於有機質(om)部分，由於本發明土壤組成分中包括藻類破壁發酵物原液，透過益生菌的作用或利用，大幅由原本的0.21~0.32增加至5.31~7.6，為土壤提供了豐富的基礎養分。此外，在調整植物生長必須元素部分，將原本過高的磷含量降低至43~59，將鉀降低至57~79，將鎂降至74~63，而鈣則增加至830~956。其他重金屬部分，則調整至一般之標準值的範圍內。由此實驗結果可知，藉由本發明土壤改良組成物，的確具有顯著土壤改質的效果，並同時預先補充了該基地植物生長所需的養分。 實施例5 土壤改良後之植物生長測試-一條根

取1000株品種為闊葉大豆(Glyine tomentella Hayata.)的一條根，分別於50平方公尺(播種2行，株距10公分)進行實驗組(經土壤改良)與對照組之試驗。土壤改良施作時，取970公升的水體，加上20公升於實施例1中所製備的益生菌混合液，以及10公升於實施例2中所製備的藻類破壁發酵物原液，均勻混合後，即可平均灌注於實驗組之土地上，對照組則灌以1000公升的水體。灌注時，每7天灌注1次，持續灌注3個月，共12次。3個月後觀察最終土壤檢測結果及種植一條根後其植株生長狀況，結果如表5~表7與圖2所示。 表5 表6 表7

由表5~表7與第2圖之結果可知，未經土壤改良的土地，土壤肥力極度不足，植株生長情形惡劣，葉子極度短小。但相較之下，經土壤改良後，土壤肥力均勻，葉子生長茂盛，植株生長狀況良好。一條根1週芽點數對照組僅有5.00%，經土壤改良後之實驗組植株，大幅增加至85.00%。植株生長率由原本的8.75%增加至63.25%，提高其生長速率約54.50%。由此實驗結果可知，藉由本發明土壤改良組成物，的確具有顯著土壤改良的效果，並同時預先補充了該基地植物生長所需的養分。 實施例6 土壤改良後之植物生長測試-高粱

取1000株品種為豐糯四號的高粱，分別於50平方公尺(播種2行，株距10公分)進行實驗組(經土壤改良)與對照組之試驗。土壤改良施作時，取970公升的水體，加上20公升於實施例1中所製備的益生菌混合液，以及10公升於實施例2中所製備的藻類破壁發酵物原液，均勻混合後，即可平均灌注於實驗組之土地上，對照組則灌以1000公升的水體。灌注時，每7天灌注1次，持續灌注3個月，共12次。3個月後觀察最終土壤檢測結果及種植高粱後其植株生長狀況，其結果如表8~表10與圖3所示。 表8 表9 表10

由表8~表10與第3圖之結果可知，未經土壤改良的土地，土壤肥力明顯不足且營養不均，使作物用地無法有效利用，導致植株生長不佳。但相較之下，經土壤改良後，土壤肥力平均健康，高粱植株的生長狀況良好。高粱實驗組中，每一植株的體型要比未經土壤改良之對照組壯大許多，植株長增加了10公分，其開花生長速率增加了約41.50%，使整體的產量大幅提高。由此實驗結果可知，藉由本發明土壤改良組成物，的確具有顯著土壤改良的效果，並同時預先補充了該基地植物生長所需的養分。 實施例7 土壤改良後之植物生長測試-溫室葉菜類

取1000株小白菜，分別於50平方公尺(播種2行，株距10公分)進行實驗組(經土壤改良)與對照組之試驗。土壤改良施作時，取970公升的水體，加上20公升於實施例1中所製備的益生菌混合液，以及10公升於實施例2中所製備的藻類破壁發酵物原液，均勻混合後，即可平均灌注於實驗組之土地上，對照組則灌以1000公升的水體。灌注時，每7天灌注1次，持續灌注3個月，共12次。3個月後觀察最終土壤檢測結果及種植小白菜後其植株生長狀況，結果如表11~表13與圖4所示。 表11 表12 表13

由表11~表13與第4圖之結果可知，未經土壤改良的土地，土壤肥力明顯不足且營養不均，使作物用地無法有效利用，導致植株生長不佳，根系的擴展有限。但相較之下，經土壤改良後，土壤肥力平均健康，小白菜植株的生長狀況良好。小白菜實驗組中，無論葉長、葉寬、莖長、莖粗都增加了約25%~80%，且葉片數目也增加了83%，使整體的產量大幅提高。此外，觀察菜株上之蛀蟲，也發現實驗組的部分減少了7%，因此，由此實驗結果可知，藉由本發明土壤改良組成物，的確具有顯著土壤改質的效果，並同時預先補充了該基地植物生長所需的養分及提高了植株對蛀蟲的抵抗力。

藉由上述試驗可知，本發明土壤改良組成物，除了可改善並調整土壤之成分與特性外，亦可藉由該藻類破壁發酵物所含有之其他有效成分，提供植株生長所需之養分或元素，因此能進一步促進植物之發育與成長，是一種較以往有限效果的單純土壤改良，具有更優秀土壤改質效果且更能促進植物生長之方法。

無

第1圖係本發明實施例之土壤改良組成物將土壤改良後之土地照片比較。 第2圖係本發明實施例之土壤改良組成物將土壤改良後進行一條根施作之照片比較。 第3圖係本發明實施例之土壤改良組成物將土壤改良後進行高粱施作之照片比較。 第4圖係本發明實施例之土壤改良組成物將土壤改良後進行溫室葉菜類施作之照片比較。

Claims (10)

1. 一種土壤改良組成物，包括： 一藻類破壁發酵物原液； 一益生菌混合液；以及 水。
2. 如申請專利範圍第1項所述之土壤改良組成物，其中該益生菌混合液中之菌體係包括：光合菌 (Photosynthetic bacteria )、硝化菌(Nitrifying bacteria )、枯草桿菌(Bacillus subtilis )、乳酸菌(Lactobacillus )及放線菌(Actinobacteria )。
3. 如申請專利範圍第1項所述之土壤改良組成物，其中該藻類破壁發酵物係由以下方法製得： 將一預定數量之微藻加入一預先培養且與該微藻具一預定比例之菌體溶液中進行發酵，其中，該菌體溶液中之菌體可分泌纖維素水解酵素；該微藻加入後使該菌體分泌該纖維素水解酵素以水解該微藻之細胞壁；以及收集該微藻於細胞壁水解後所形成之一藻類破壁發酵物原液。
4. 如申請專利範圍第3項所述之土壤改良組成物，其中該微藻係普通小球藻(Chlorella vulgaris )、原始(核)小球藻(Chlorella protothecoides )、蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa )、橢圓核小球藻(Chlorella ellipsodiea )、微小小球藻(Chlorella minutissima )或酪蠅小球藻(Chlorella protophila )。
5. 如申請專利範圍第3項所述之土壤改良組成物，其中該菌體係杏鮑菇菌(Pleurotus eryngii )或秀珍菇菌(Pleurotus ostreatus )。
6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之土壤改良組成物，其中該藻類破壁發酵物原液相較於水係占0.5~2%(v/v)，而該益生菌混合液相較於水係占1~3%(v/v)。
7. 如申請專利範圍第6項所述之土壤改良組成物，其中該藻類破壁發酵物原液相較於水係約占1%(v/v)，而該益生菌混合液相較於水係約占2%(v/v)。
8. 一種土壤改良與促進植物生長之方法，包括： 於一待改良土地上，灌注如申請專利範圍第1項所述之土壤改良組成物。
9. 如申請專利範圍第8項所述之土壤改良與促進植物生長之方法，其中該土壤改良組成物係每分地使用800~1200公升。
10. 如申請專利範圍第9項所述之土壤改良與促進植物生長之方法，其中該土壤改良組成物係每分地使用1000公升。