[发明专利]高效有机肥料及其组分

说明书

本申请要求2011年11月23日提交的美国临时专利申请序列号61/563,355的权益，该申请在此通过引用整体并入。

本申请的主题在来自美国国家科学基金会的批准号0945724的支持下做出。政府对本发明具有一定的权利。

发明领域

本发明涉及高效有机肥料及其组分。

发明背景

用于草坪和其它用途的肥料往往由提供氮、磷和钾的盐的无机混合物组成。用于不同用途的肥料可能是液体或固体，并且含有广泛范围的氮：磷：钾(“N：P：K”)，以及根据产品预定用途的其它植物营养物。通常，肥料制品主要由无机化合物的盐组成，所以不适合于有机状态。

许多传统的肥料制品功能非常完善。然而，由于这些肥料释放高水平的硝酸盐进入地下水而导致污染水，所以这些肥料制品越来越受到关注。一种肥料制品具有32:2:8(％N:P₂O:K₂O₅)的配方。对于此包装的分析表明，在这32％中，3.8％是铵化合物，53％是尿素，39％是水溶性的N，并且3.8％是其它N。如果这些化合物没有被植物吸收，硝酸盐和尿素可立即用于渗透到地下水。不幸的是，植物通常只使用约33％的所施用总氮肥(Arnall等,“Relationship Between Nitrogen Use Efficiency and Response Index in Winter Wheat,”J.Plant Nutr.32:502-515(2009))，而其余部分可被代谢为氮氧化物，这些氮氧化物是强效的温室气体，或以硝酸盐和亚硝酸盐形式浸入土壤和地表水，在那里它们可能有毒的(饮用水的EPA极限分别是10ppm和1ppm)，并且在那里它们可能会产生藻类和其它微生物的腐烂产生厌氧区的区域，在这些区域中植物、鱼和其它栖住动物无法生存。需要不具有这些不利环境影响的肥料。

由于监管机构对于水体富营养化的关注，用于草坪用途的肥料正在被改进。出于这个原因，含磷的草坪肥料被一些地方禁止。硝酸盐是至少与磷一样严重的污染物，并且许多地方，如长岛，打算限制这个来源的水污染。问题的严重性可从以下有关切萨皮克湾的引文来说明(Dewar等,“Urban Fertilizers and the Chesapeake Bay:An Opportunity for Major Pollution Reduction,”Executive Summary,Environment Maryland,Research and Policy Center(2011))：

超过26年，在切萨皮克湾地区的各州都试图清理海湾，但它仍然因极其有害的过量污染而堵塞。为了实现清洁、可持续的海湾，在海湾流域的各州必须将海湾水域的氮水平再降低30％并且将磷再降低8％—尽管到2030年预计人口增长30％。如此规模的减少只有政府把流域的所有营养物污染来源作为目标时才是可能的。

过量的氮和磷，以及沉淀物，是海湾和流入其的水域的水质经常较差的主要原因。约30％的海湾的磷负荷来自于城市和郊区径流。那些相同已开发土地占氮污染的径流的10％。然而，减少来自已开发土地的营养物径流的措施还远远不够。

虽然马里兰州的监管机构在要求农民控制来自各自田地的负载营养物的径流方面做得更好，但是该州主要忽视了该流域的主要作物：草。纵观海湾流域，近380万英亩为现在种植草坪草，并且随着住宅开发扩展并取代农田，种植面积也在增长。草坪草是迄今为止马里兰州的最大的作物，全州栽草多达130万英亩。与此相比，2009年马里兰州所有其它作物种植面积是150万英亩。然而，它是该州的主要作物中监管程度最小的作物。

当草坪草覆盖着太多的含有氮和磷的肥料时，草坪草变成污染问题。肥料中的营养物可以帮助维持健康的草坪，但是当过量时，它们会在下雨或下雪时冲到附近水体中。过量的肥料营养物也可以直接渗入地下水。无论肥料是有机的或化学的，其营养物都会损害海湾和当地水道。

跟踪已开发土地上的肥料使用是如此不被重视以致于该州未对它进行统计，但马里兰州农业部的记录显示“非农使用”肥料销售正在迅速赶上农场肥料销售。最好的估计表明，马里兰州的土地所有者每年在该州的草坪上施用至少8600万磅氮肥。

这种肥料进入河流和海湾。在巴尔的摩市郊的一个流域，研究人员发现一个当地河流中的营养物的56％来自草坪肥料。得克萨斯州、威斯康星州、明尼苏达州、康涅狄格州和加拿大的科学家们还证实，草坪肥料中的污染物可以显著危害地表水质量。