TWI538897B - 生物安定化肥料及生產其之方法 - Google Patents

Description

生物安定化肥料及生產其之方法

本發明係關於一種肥料，更具體而言係關於一種自有機廢料生產肥料之方法。

成功的生產植物，包括作物、花卉、幼樹樹苗等，涉及優化土壤肥沃度以便生產及成熟。亦希冀一段長時間維持土壤肥沃度及結構。自古以來，已使用動物糞肥作為營養來源。動物糞肥之使用亦提供良好的土壤耕作性(soil tilth)及結構。然而，其缺點為動物糞肥具有相對低的營養價值，包括容易浸出植物營養物之非安定形式，且若此糞肥被應用為原料，土壤必須提供參與糞肥降解過程的微生物的養分。此可導致栽植作物的土壤中的營養缺乏。

鄰接植物根部的土壤區稱為根際(rhizosphere)。根際通常聚居許多依生或共生使其永存的原核生物及真核生物；所有皆提供滋養植物的必須養份。然而，根際之微生物為各式各樣且有許多有害生物，即病原菌，亦與植物根部作用而於根際餵養。藉由其自己餵養，於植物根部，此種有害生物與植物競爭養分，因而引起植物成為營養不良。於作物栽培的情形，此營養失調造成大量作物損失。堆肥係一種用於反覆利用有機廢料的通常方法。堆肥法減少有機材料的體積並安定化堆肥中潛在養分，尤其 是氮。堆肥減少環境汙染且通常顯著降低需另外處理方法的可回收的有機材料的量，其通常係傾倒至垃圾掩埋場。於堆肥過程，有機材料中含碳及氮的化合物藉由連續的微生物族群被轉形成更安定的複合型，其化學上及生物學上類似腐植物質。

CN 1690020 A係關於一種複合肥料，尤其是能夠調節微量元素之複合活性有機、無機、及生化肥料。此複合肥料係由超過4wt%之有機物質、15-40wt%之氮肥料溶液、10-20wt%之磷酸鹽溶液、7-15wt%之鉀鹽(potash)肥料、4-8wt%之中及微量元素、及適量添加劑。中量元素包括Ca、Mg及S；微量元素包括Fe、Zn、Mo、Cl、B及Cu；及添加劑為消毒劑。此複合物可具有不同營養成份及濃度以符合植物生長所需且亦可透過混合其他肥料來使用。然而，生產作為時間釋放膠囊之為丸粒或顆粒形式之肥料係冀望的，能夠使養分隨著時間流出，而非如CN 1690020 A中的液態肥料所進行之養分充斥於植物的方式。

WO 2001000011 A1揭示一種生產純有機肥料丸粒之方法。有機原料如複合廢料或被認為是有機標準之材料被收集及轉化為具有已知量之氮、磷、鉀及水之生物安定化複合物。此複合物進一步歷經過篩以提供尺寸為具有150微米以下之細粒。細粒被壓製且丸粒化以減少過早的溶出及最大化植物營養停留以促進植物生長。

另一例如DE 102004017876 A1揭示一種藉由混合酒糟與有機及/或無機固體及藉由隨後的團聚來製備固態肥料之方法。固態肥料可以顆粒或丸粒的形式來生產。然而，於兩個引用的先前技術，例如WO 2001000011 A1及DE 102004017876 A1，於肥料中皆缺乏可協助養份循環及 控制植物或作物病原菌之有利微生物的存在。

因此，先前技術中可見存有一種提供結合有機物質、植物養分、及注入微生物之方法的需求以生產一種生物安定化之無病原菌的肥料以便促進植物生長及作物產量。

本發明之目標係由複合廢料提供肥料丸粒。

本發明之目標亦提供一種生產肥料丸粒之方法，其係藉由轉化此廢料為生物安定化複合物的微粒團。

本發明之另一目標係提供一種摻混有機物質、植物養分及注入的微生物之混合物，並使其歷經丸粒化製程以提供一種經丸粒化的生化肥料。

因此，此等目標可藉由本發明之下列教示而達成。本發明係關於一種生物安定化肥料，其特徵係包含有機廢料；微生物接種物；其中微生物接種物包含棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)、圓褐固氮菌(Azotobacter chroococcum)、生脂固氮菌(Azospirillum lipoferum)、螢光假單孢菌(Pseudomonas fluorescens)、戀臭假單胞菌(Pseudomonas putida)、枯草桿菌(Bacillus subtilis)、巨桿菌(Bacillus megaterium)、堅強桿菌(Bacillus firmus)、或其組合物；及無機化合物。本發明亦提供一種生產生物安定化肥料之方法，其特徵為下列步驟：乾燥有機廢料；分解有機廢料以形成複合物；於此複合物接種微生物接種物；於此接種的複合物混合無機化合物以形成粉末混合物；粉碎此粉末混合物及丸粒化此經粉碎的粉末混合物以形成肥料丸粒；及冷卻此肥料丸粒。

當與附隨的本發明之較佳具體例之圖式一起讀取時，本發明之特徵由下列詳細說明將更為容易了解及明瞭，其中：第1圖係呈現於例示本發明之具體例中生長玉米之實驗結果之圖表。

依據要求，於本文中揭示本發明之詳細具體例；然而，應了解所揭示的具體例僅為本發明之例示，其可以各種形式體現。因此，本文揭示的特定結構及功能的細節並未被解釋為一種限制，而僅係作為請求之基礎。又應了解圖式及詳細說明並未意圖用來限制本發明於所揭示的特定形式，相反地，如附隨請求項所定義，本發明涵括落入本發明範疇之所有修飾物、相等物及替換物。如本申請案全文所使用的，"可"一詞用於可容許的意義(即，具有潛力的意義)，而非強迫的意義(即，意指必須)。相似地，"包括(include、including及includes)"一詞意指包括但未限定。又，"一種(a或an)"意指"至少一個”，且"複數個"一詞意指一或多個，除非另有指明。於使用縮寫或技術名詞時，此等表示如此項技術領域中已知之共同被接受的意義。現參考第1圖來描述本發明。

本發明係關於一種生物安定化肥料，其特徵為包含：有機廢料；微生物接種物；其中微生物接種物包含棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)、圓褐固氮菌(Azotobacter chroococcum)、生脂固氮菌(Azospirillum lipoferum)、螢光假單孢菌(Pseudomonas fluorescens)、戀臭假單胞菌(Pseudomonas putida)、枯草 桿菌(Bacillus subtilis)、巨桿菌(Bacillus megaterium)、堅強桿菌(Bacillus firmus)、或其任一組合物；及無機化合物。

於此生物安定化肥料之較佳具體例，此有機廢料包含可可殼(cocoa shell)、咖啡渣、果渣(decanter cake)、陶土(bleaching earth)、棕櫚仁(palm kernel)萃取物、有機植物萃取物、空果串(empty fruit bunch)、棕櫚油研磨廢棄物(palm oil mill effluent)、米糠(rice bran)、稻殼(rice husk)、或其組合物。

於此生物安定化肥料之一較佳具體例，此微生物接種物係為1-20%(v/w)之比例。

於此生物安定化肥料之一較佳具體例，此微生物接種物係為1x10²至1x10¹²CFU ml^-1之範圍。

於此生物安定化肥料之一較佳具體例，無機化合物包含尿素、氯化銨、硫酸銨、磷酸二銨、磷酸硝酸銨(ammonium nitrate phosphate)、磷礦鹽(rock phosphate)、氯化鉀(muriate of potash)、硫酸鉀(sulphate of potash)、硼砂(borax)、氧化鎂、硫鎂礬(kieserite)、白雲石(dolomite)、沸石、或其組合物。

本發明亦提供一種生產生物安定化肥料之方法，其特徵為包含下列步驟：風乾有機廢料；分解有機廢料以形成複合物；以微生物接種物接種此複合物； 混合此經接種的複合物與無機化合物以形成粉末混合物；壓碎此粉末混合物及丸粒化此經壓碎的粉末混合物以形成肥料丸粒；及冷卻此肥料丸粒。

於丸粒化生物安定化肥料之方法之一較佳具體例，有機廢料於固態發酵中以通氣量10-25m³ min^-1之範圍及30-100rpm之轉速被需氧分解。

以下為生物安定化肥料丸粒及生產其之方法之例，由此本發明之優點可更容易被了解。應了解下列實例僅係用以說明，不應以任何方式解釋為限制本發明。

實施例

一種生物安定化肥料，其包含有機廢料、微生物接種物及化學化合物。此生物安定化肥料較佳為丸粒、顆粒、錠劑、或粉末之形式。

於一較佳具體例，提供有機廢料並於溫室下風乾。此有機廢料較佳為衍生自植物的有機廢料，包含可可殼、咖啡渣、果渣、陶土、棕櫚仁萃取物、有機植物萃取物、空果串、棕櫚油研磨廢棄物、米糠、稻殼、或其組合物。然後使用3-10號篩目之振動篩網將此有機廢料過篩。

於一較佳具體例，此有機廢料依下列濃度隨後與其他有機廢料預混合。例如，有機廢料之混合物包含示範濃度0-95%(w/w)之可可殼、示範濃度0-95%(w/w)之咖啡渣、示範濃度0-99.5%(w/w)之果渣、示範濃度0-50%(w/w)之陶土、示範濃度0-95%(w/w)之棕櫚仁萃取物、示範濃度0-95%(w/w)之有機植物萃取物、示範濃度0-75%(w/w)之空果串、示範濃度 0-95%(w/w)之棕櫚油研磨廢棄物、示範濃度0-95%(w/w)之米糠、示範濃度0-95%(w/w)之稻殼。於一較佳具體例，然後於周溫下培養此有機廢料1至4週。

然後將此有機廢料轉移至固態發酵區。使此有機廢料於固態發酵中分解7至45日以形成安定的無病原菌複合物。此固態發酵區裝配鼓風機(blower)及頂部旋轉器。較佳地，9至40個鼓風機均勻分布整個固態發酵區。分解製程之通氣量較佳為10-25m³ min^-1之範圍。於固態發酵區之有機廢料使用頂部旋轉器以30-100rpm之旋轉速度被連續地充分混合。

於一較佳具體例，此固態發酵區包含8至15個發酵線。於一發酵線中此頂部旋轉器約花一小時完成此混合，然後移至下一發酵線。此分解過程之完成係由複合物之溫度來指示。較佳低於40℃之溫度的複合物自固態發酵區被移出並用於微生物接種製程。收集此複合物並接種微生物接種物，較佳接種比率為1-20%(v/w)。此複合物作為載體及用於微生物接種物之營養來源。此外，此複合物亦用來促進水及養分停留於土壤中。

於一較佳具體例，使用自動噴霧器將此微生物接種物噴灑至此複合物。該微生物接種物包含棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)、圓褐固氮菌(Azotobacter chroococcum)、生脂固氮菌(Azospirillum lipoferum)、螢光假單孢菌(Pseudomonas fluorescens)、戀臭假單胞菌(Pseudomonas putida)、枯草桿菌(Bacillus subtilis)、巨桿菌(Bacillus megaterium)、堅強桿菌(Bacillus firmus)、或其組合物。微生物接種物各株具有1x10²至1x10¹²CFU ml^-1之量。表1顯示微生物接種物各株之菌落形成單位(colony-forming unit，CFU)且其作為本發明例示的具體例。

然後使用螺旋式混合機將此經接種的複合物與無機化合物混合以形成粉末混合物。此無機化合物包含尿素、氯化銨、硫酸銨、磷酸二銨、磷酸硝酸銨、磷礦鹽、氯化鉀、硫酸鉀、硼砂、氧化鎂、硫鎂礬、白雲石、沸石、或其組合物。表2呈示本發明之例示的具體例之無機化合物及其功能。

以1-10rpm之速率，使用錘擊研磨機(hammer mill)壓碎此粉末混合物，隨後使用具3-10網目之振動或旋轉篩網過篩。然後將此粉末混合物進行丸粒化製程以形成肥料丸粒。於一較佳具體例，使用具直徑0.5mm至10mm範圍之多個孔之環模製粒機，較佳以每小時1.5至10公噸的速率將此經過篩的粉末混合物丸粒化。然後於4℃至15℃之冷卻室，於包裝前將生成的肥料丸粒冷卻至最終溫度30℃至40℃。於一較佳具體例，此肥料丸粒較佳為長度5mm至20mm，且直徑2mm至7.5mm。

於一較佳具體例，生成的生物安定化肥料被調配為不同比率之氮、磷、及氧化鉀(NPK)且添加不同濃度之微生物接種物以促進植物生長。表3呈示用來生長玉米之實驗設計。

參照表3，於此實驗提供5個處理區，即A、B、C、D、E、及F。各區提供玉米作物。A區作為對照組且對玉米未施予處理；而B區以表3所列較佳比率之市售NPK肥料處理。E區僅以尿素處理。本發明之生物 安定化肥料被試驗於C、D及F區之玉米。於一較佳具體例，生物安定化肥料被調配為較佳之NPK比率5：5：5、11：11：11、及8：8：20。於D及F區，用來處理玉米之生物安定化肥料被調配為具有額外濃度之具高固氮性之微生物接種物，例如棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)及圓褐固氮菌(Azotobacter chroococcum)。

於一較佳具體例，處理各區具有5次處理施用於玉米。於各區之處理施用為以表3所示處理施用之預定間隔時間對玉米連續處理。

表4呈示生物安定化肥料之例示組成物，其分別以較佳NPK比率5：5：5、11：11：11、及12：12：17被調配。此生物安定化肥料所含微生物接種物包含棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)、圓褐固氮菌(Azotobacter chroococcum)、生脂固氮菌(Azospirillum lipoferum)、螢光假單孢菌 (Pseudomonas fluorescens)、戀臭假單胞菌(Pseudomonas putida)、枯草桿菌(Bacillus subtilis)、巨桿菌(Bacillus megaterium)、及堅強桿菌(Bacillus firmus)。

實驗結果

參照第1圖，D區處理分別產出8775.1kg ha^-1及21776.71kg ha^-1之最高穀粒產量及生物量產量，相較於A、B及E區處理。結論，併入本發明之生物安定化肥料(參照表3之C、D及F)之處理顯示生物量及榖粒產量增加，相較於A、B及E區之處理。

儘管本發明已參照特定具體例加以描述，本項技術領域之技藝人士顯然可知，如本說明書所述及下列申請專利範圍之定義，於本發明之範疇可進行許多變化及修飾。

Claims (5)

1. 一種生物安定化肥料，其特徵為包含：有機廢料；微生物接種物；其中此微生物接種物包含棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)、圓褐固氮菌(Azotobacter chroococcum)、生脂固氮菌(Azospirillum lipoferum)、螢光假單孢菌(Pseudomonas fluorescens)、戀臭假單胞菌(Pseudomonas putida)、枯草桿菌(Bacillus subtilis)、巨桿菌(Bacillus megaterium)、堅強桿菌(Bacillus firmus)、或其組合物；及無機化合物；其中有機廢料包含可可殼、咖啡渣、果渣、陶土、棕櫚仁萃取物、有機植物萃取物、空果串、棕櫚油研磨廢棄物、米糠、稻殼、或其組合物；其中微生物接種物之含量範圍為1x10²至1x10¹²CFU ml^-1。
2. 如請求項1之生物安定化肥料，其中微生物接種物之比率為1-20%(v/w)。
3. 如請求項1之生物安定化肥料，其中無機化合物包含尿素、氯化銨、硫酸銨、磷酸二銨、磷酸硝酸銨(ammonium nitrate phosphate)、磷礦鹽(rock phosphate)、氯化鉀(muriate of potash)、硫酸鉀(sulphate of potash)、硼砂(borax)、氧化鎂、硫鎂礬(kieserite)、白雲石(dolomite)、沸石、或其組合物。
4. 一種生產如請求項1之生物安定化肥料之方法，其特徵為包含下列步驟：風乾有機廢料；分解有機廢料以形成複合物；以微生物接種物接種此複合物；混合此經接種的複合物與無機化合物以形成粉末混合物；壓碎此粉末混合物並丸粒此經壓碎的粉末混合物以形成肥料丸粒；及冷卻此肥料丸粒。
5. 一種丸粒化如請求項4之生物安定化肥料之方法，其中此有機廢料係以通氣量範圍為10-25m³ min^-1及旋轉速度30-100rpm之固態發酵中經需氧分解。