[发明专利]植物生长用金属氧化物和粘土的选择和应用

说明书

一种植物施肥方法，其包括将来自人为磷源的磷吸附到多个磷吸附剂颗粒上，然后将多个磷吸附剂颗粒施加到植物培养基。一种组合物，其包括土壤改良剂和植物培养基。所述土壤改良剂包括多个磷吸附剂颗粒和吸附在颗粒上的来自人为磷源的磷。一种方法，其包括将来自磷源的第一量的磷吸附到多个磷吸附剂颗粒上，以使磷吸附剂颗粒被磷饱和。所述方法还包括通过处理颗粒使第一量的磷保持在颗粒上并允许在颗粒上额外吸附磷。所述方法进一步包括将来自磷源的额外量的磷吸附到颗粒上，以使颗粒被磷饱和。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年3月26日提交的第62/648,066号美国临时申请的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本申请涉及水修复和植物施肥领域。更具体地说，本申请涉及从水系统中修复磷和将所述磷应用于植物施肥和生长。

背景技术

目前人类对磷的使用是不可持续的，因为它对世界上最重要水道的水生生态系统造成了破坏。此外，据一项估计，根据目前的磷去除率，全球磷储量将在不到300年内耗尽。

磷对植物生长至关重要，对协助光合作用、呼吸作用、能量储存和转移、细胞分裂和细胞增大必不可少。全球每年用5000万吨磷作为肥料，成本约为760亿美元，但研究表明，目前的工艺效率很低，超过60％的磷在使用前被冲走。磷是用于食品生产的第二大营养素，更好地利用这一关键资源的需求从未像现在这样大。虽然磷是植物生长所必需的，但植物培养基中磷的过多或过少都会损害植物的生长。因此，有利的是，肥料向植物培养基提供连续但受控的可用磷供应，从而使植物可以根据需要吸收足够的磷，但限制施用的磷的量以免由于淋溶或以不可用的形式被束缚在植物培养基中而造成浪费。

提高肥料施用中的保留量将显著减少所需的磷量，并减少排入水生生态系统的磷负荷对环境造成的影响。一些形式的肥料被认为是缓冲肥料。这些缓冲肥料包括利用金属氧化物的离子交换特性的控释机制。基于植物吸收，金属氧化物，特别是活性矾土，被施加至植物培养基后缓冲磷的能力已经被证明是有效的。

历史上人类对磷的其他使用包括在肥皂和洗衣剂中，尽管这些现在是典型的禁用成分。全球每年有6200万吨磷从人为来源排放到环境中。在水系统中甚至非常低浓度的磷的存在也可能导致该系统中藻类的爆发，并最终导致富营养化，这对该系统中的植物和动物生命可能是毁灭性的。仅美国每年就花费约50亿美元来清除磷污染，并且越来越需要在这一领域进行创新，以更有效地清除磷污染。

发明内容

示例性实施方案涉及选择磷吸附剂并将其施加到植物培养基以促进植物生长、植物肥力和/或植物健康的方法。某些材料，例如金属氧化物和/或粘土，其物理性质允许磷这种植物至关重要的常量营养素的吸附和解吸。因此，可以将金属氧化物、粘土和/或其他磷吸附剂施加到植物培养基，从而调控植物培养基中的磷的可用性和保留量。调控植物培养基中磷可用性的能力可以增加根质量、根毛发育和总根深。通过促进根生长、根深度和/或根质量，所述方法可以提升植物持久性和植物健康。此外，所述方法可以包括一种系统，其中磷吸附剂被施加到含磷的水溶液，以便溶液中的磷被部分回收用于植物施肥。

示例性实施方案采用磷吸附剂来捕获磷并将其重新施用以给植物施肥，以改善植物生长并在此过程中减少磷使用对环境的负面影响。

在一个实施方案中，植物施肥的方法包括将来自人为磷源的磷吸附到至少一种磷吸附剂的多个颗粒上，然后将多个磷吸附剂颗粒施加到植物培养基上。

在另一个实施方案中，组合物包括土壤改良剂和植物培养基。土壤改良剂包括至少一种磷吸附剂的多个颗粒和吸附在所述颗粒上的来自人为磷源的磷。

在另一个实施方案中，方法包括将来自磷源的第一量的磷吸附到至少一种磷吸附剂的多个颗粒上，使所述多个磷吸附剂颗粒被磷饱和。所述方法还包括处理颗粒以使第一量的磷保持在颗粒上，并允许额外的磷吸附到颗粒上。所述方法进一步包括将来自磷源的额外量的磷吸附到颗粒上，以使颗粒被磷饱和。