Биопрепарат биава для рекультивации почв, способ его получения

Изобретение относится к средствам восстановления плодородия почв, а также раскрывает способ его получения. Биопрепарат включает пористый носитель на основе стеклообразных метафосфатов и физиологически активные микроорганизмы, искусственно иммобилизованные в поры носителя. В качестве активного зернистого носителя с плотностью 1,5-1,9 г/см³ и сообщающимися порами он содержит вспененные стеклообразные силикофосфаты переменного состава и неоднородного строения. В качестве физиологически активных микроорганизмов используют любые из перечисленных: протеолитические и амилолитические микроорганизмы - Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus, Spirillum; актиномицеты - Streptomyces, Streptoverticillium, Actinomadura, Nocardiopsis; азотфиксирующие бактерии - Azotobacter, Aerobacter, Achromobacter; целлюлозоразлагающие и гумусоразлагающие микроорганизмы - Trichoderma, Rhizoctonia, Cytophaga, Sporangium, Cellovibrio; денитрификаторы - Aerobacter, Micrococcus. Способ получения биопрепарата включает глубинное культивирование микроорганизмов на жидкой питательной среде, подготовку стерильного носителя, поверхностное культивирование и импрегнирование из растворов микроорганизмов на носителе. 2 н.п. ф-лы, 5 табл.

 

Предполагаемое изобретение, названное авторами БИАВА, относится к средствам восстановления плодородия почв.

Известны разнообразные биопрепараты на основе микроорганизмов и их ассоциаций, предназначенные для повышения урожайности сельхозпродуктов. К числу таких “бактериальных” удобрений относится известный “нитрагин” (Большой энциклопедический словарь М., Химия, 1998. Бактериальные удобрения, стр. 65), содержащий расы клубеньковых бактерий на стерилизованном питательном субстрате.

В то же время микроорганизмы, участвующие в биологических процессах, протекающих в почве, сами нуждаются в минеральном питании и микроэлементах, оказывающих каталитическое действие на основные группы почвенных микроорганизмов. Микроорганизмы участвуют в биохимических процессах, удерживаются на поверхности гранул, поскольку материал гранул обеспечивает их минеральным питанием, а области, обогащенные микроэлементами, оказывают каталитическое действие (см. Большой энциклопедический словарь, М., Химия, 1998. Ферментативный катализ, стр. 617) на основные группы физиологически активных микроорганизмов:

1. Протеолитические и амилолитические микроорганизмы. Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus, Spirillum.

2. Актиномицеты. Streptomyces, Streptoverticillium, Actinomadura, Nocardiopsis.

3. Азотофиксирующие бактерии. Azotobacter, Aerobacter, Achromobacter.

4. Целлюлозоразлагающие и гумусоразлагающие микроорганизмы. Trichoderma, Rhizoctonia, Cytophaga, Sporangium, Cellovibrio.

5. Денитрификаторы. Aerobacter, Micrococcus.

В настоящие время широко применяется различные ферменты липаза, глюкозооксидаза, католаза и др. иммобилизованные на нерастворимых в воде сорбентах - носителях, фактически являющихся гетерогенными биокатализаторами. Ферментативный катализ позволяет добиться ускорения реакций в 10³-10¹⁵ раз. Быстрое замедление реакций во времени связано с процессами отравления (ингибирования) поверхности катализатора, с отсутствием минерального питания микроорганизмов и обновления поверхности носителя. Березин И.В. “Ферментативный катализ”, ч.1, М., 1980.

Известны способы решения проблемы ингибирования процессов ферментативного катализа. В частности, в рамках патента РФ №2189961 “Способ иммобилизации физиологически активных соединений... ” предлагается использовать гранулы стеклообразных мета-фосфатов, активированные переходными элементами.

Вследствие неоднородного строения стеклообразных веществ распределение микроэлементов не подчиняется статистическому закону. Сегрегация активаторов позволяет создать центры ферментативного катализа в объеме стекла. В процессе растворения стекол такие центры последовательно выходят на поверхность, а затем переходят в раствор. В результате на поверхность выходят новые центры, что позволяет поддерживать каталитические процессы.

Наиболее близким к предполагаемому биопрепарату “БИАВА” по совокупности существенных признаков является материал для очистки объектов окружающей среды от нефти и нефтепродуктов и способ его получения, известный как биопрепарат “АВАЛОН” по патенту РФ №2181701, взятый нами за прототип.

Прототип содержит вспененные стеклообразные метафосфаты переменного состава, обеспечивающие оптимальные условия для иммобилизации и жизнедеятельности клеток нефтеокисляющих микроорганизмов, осуществляющих деструкцию пленок нефтепродуктов на поверхности водоемов. Недостатками данного материала в задачах рекультивации почв являются: малая плотность - меньше 1 г/см³, соответственно возможность вымывания и выветривания, большое количество закрытых пор, препятствующее глубокой культивации микроорганизмов, и отсутствие штаммов почвенных микроорганизмов, что не позволяет использовать препарат для рекультивации почв.

Целью данного изобретения является разработка препарата, в котором за счет большого числа сообщающихся пор и использования связующего вещества с химически близким составом по отношению к основному веществу, достигается в сухом состоянии средняя плотность 1,5-1,9 г/см³, а во влажном состоянии 2,1-2,4 г/см³. Это исключает вынос его из почвы, а также обеспечивает оптимальные условия иммобилизации и жизнедеятельности клеток микроорганизмов на активном, медленно растворяющемся носителе, содержащем все микроэлементы.

Данная цель достигается тем, что в качестве носителя используют переохлажденные закаленные расплавы метафосфатов переменного состава, включающие калий, магний, кальций, натрий, бор, кремний и микроэлементы, влияющие на скорость его растворения в водных растворах, и каталитические свойства. Процесс получения активного зернистого носителя включает: составление шихты, синтез стекломассы в стекловаренных печах при температуре 1100-1350 ° С, отливку в блок, охлаждение, отжиг стекла, механическое дробление, отсев фракции с диаметром частиц 0,5-2 мм, смешивание их с 5-10% тонкоизмельченной шихты исходного состава с удельной поверхностью порядка 100000 см²/г, спекание конечного продукта при температуре 550-700° С до достижения пористости 1000-2000 см²/г.

В качестве микробиологических препаратов для рекультивации почв, стимулирующих продуктивность, урожайность сельскохозяйственных растений и повышающих их устойчивость к неблагоприятным условиям окружающей среды, используют триходермин, бактофит, планриз, фитоспорин, а также ряд новых биопрепаратов, эффективных против широкого спектра болезней сельскохозяйственных культур: алирин Б, алирин С, гамаир, хризомал и др. согласованные с типом почв, климатическими условиями и составом активного носителя. Состав и структура зернистого стеклообразного метафосфатного носителя обеспечивают оптимальные условия для иммобилизации и жизнедеятельности клеток микроорганизмов. При этом за счет увеличения площади сообщающихся пор значительно улучшаются условия аэрации, увеличивается площадь минерального питания клеток и одновременно происходит авторегуляция каталитической активности за счет обновления поверхности носителя в процесс растворения.

Значительная часть карьеров и отвалов породы расположена в земледельческих регионах, что приводит к увеличению площади непродуктивных территорий и увеличению эрозии почвы.

Воссоздание почвенного и растительного покрова невозможно без применения технологий, включающих:

- невымываемые минеральные удобрения пролонгированного действия, имеющие развитые поверхностные слои с большой сорбционной емкостью и обладающие высокими иммобилизующими свойствами;

- микроэлементы, обеспечивающие создание физиологически активных ферментативных комплексов, создающих благоприятные условия для каталитического протекания биохимических процессов;

- физиологически активные соединения, относящиеся к гуминовым регулятором роста, поддерживающим жизнедеятельность физиологически активных микроорганизмов, улучшающих структуру почвы и ускоряющих образование гумуса за счет более эффективного использования минеральных веществ;

- микроорганизмы, мобилизующие потенциальные возможности почвы, способствующие накоплению в ней органических веществ и элементов питания в доступной для высших растений форме;

- растения, толерантные к высоким концентрациям техногенных загрязнений (тяжелых металлов и др.) и способные к аккумуляции данных загрязнений, и микроорганизмы, стимулирующие рост и развитие этих растений за счет образования биологически активных веществ.

Предлагаемый биопрепарат “БИАВА” для повышения урожайности растений, рекультивации техногенного нарушенных почв и восстановления экологического статуса объектов окружающей среды, в отличие от прототипа “АВАЛОН”, содержит крупнопористый носитель, клетки физиологически активных микроорганизмов, иммобилизованные в сообщающиеся поры носителя, и имеет высокую влагоемкость, позволяющую импрегнировать в него водорастворимые гуминовые регуляторы роста, извлекаемые из торфа, сапропеля и продуктов переработки древесины.

Биопрепарат отличается тем, что в качестве пористого носителя с плотностью 1,5-1,9 г/см³ и сообщающимися порами он содержит вспененные стеклообразные силикофосфаты переменного состава и неоднородного строения, обеспечивающие оптимальные условия для иммобилизации и жизнедеятельности клеток физиологически активных микроорганизмов на пористой структуре, со следующей формулой, описывающей микронеоднородное строение стекол:

Am· Вn· [РO₄]_р·[SiO₄]_q·Z· Х· Н₂O,

где А - одновалентные щелочные катионы;

В - двухвалентные щелочноземельные катионы;

m, n, р, q - простые целые числа - стехиометрические коэффициенты, отражающие число частиц, входящих в надмолекулярные образования переменного состава и размера;

р, q - характеризуют полианионный каркас и зависят от состава, температуры синтеза и закалки, принимая значения:

р=6-120, a q=1-10

m, n - характеризуют число катионов, участвующих в электростатическом взаимодействии с полианионным каркасом, исходя из принципа электронейтральности, и поэтому принимают значения 2m+n≈ 4 р, зависящие от размера и структуры надмолекулярных образований;

Z - легирующие микроэлементы, сегрегированные в центры ферментативного катализа [Zn, Mn, Fe, Сu, Со, Ni, Мо, V, Se, Ag в концентрации: 0,01-0,3% мас. каждого].

Суммарное содержание Z(РО₃)₂-1-3, % мас.

Х - добавки, влияющие на кинетику растворения, % мас.:

В₂O₃ - 1,0-5,0;

Аl₂O₃ - 0,1-5,0;

V₂O₅ - 0,1-0,3;

SO₃ - 0,2-2,0;

Nb₂O₅ - 0,1-0,3;

SеO₃ - 0,1-0,3;

Соотношение основных компонентов % мас. следующее:

КРО₃ - 10-35;

Mg(PO₃)₂ - 2-10;

Са(РО₃)₂ - 20-50;

Na₂SiO₃ - 2-12;

а в качестве физиологически активных микроорганизмов используют любые из перечисленных микроорганизмов:

1. Протеолитические и амилолитические микроорганизмы. Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus, Spirillum.

2. Актиномицеты. Streptomyces, Streptoverticillium, Actinomadura, Nocardiopsis.

3. Азотофиксирующие бактерии. Azotobacter, Aerobacter, Achromobacter.

4. Целлюлозоразлагающие и гумусоразлагающие микроорганизмы. Trichoderma, Rhizoctonia, Cytophaga, Sporangium, Cellovibrio.

5. Денитрификаторы. Aerobacter, Micrococcus.

Наиболее близким к предлагаемому способу получения биопрепарата “БИАВА” по совокупности существенных признаков является способ получения биопрепарата для очистки объектов окружающей среды от нефти и нефтепродуктов по патенту РФ №2181701, в котором осуществляют культивирование штаммов - биодеструкторов на жидкой питательной среде, подготовку стерильного носителя на основе вселенных стеклообразных метафосфатов переменного состава, обеспечивающих оптимальные условия для иммобилизации и жизнедеятельности микроорганизмов: Serzatia marcescens PL-1, Pseudomonas fluorescens biovar II 10-1 и Acidovorax delafieldii 3-1.

Известный способ не позволяет получить биопрепарат для рекультивации техногенно-разрушенных территорий и повышения плодородия почв, т.к. в его состав не включены физиологически активные микроорганизмы, размер пор носителя не лимитируется, плотность носителя меньше 1 г/см³, чтобы обеспечить его удержание на поверхности воды, а наличие сквозных пор, влагоудержание, возможность импрегнировать носитель водными растворами физиологически активных соединений и обеспечить плотность 1,5-1,9 г/см³ не предусматриваются.

Способ получения биопрепарата для рекультивации техногенно разрушенных объектов окружающей среды и восстановления плодородия почв, включающий глубинное культивирование физиологически активных микроорганизмов на жидкой питательной среде, подготовку стерильного носителя, поверхностное культивирование и импрегнирование из растворов микроорганизмов на носителе, отличается тем, что в качестве носителя используют пористые вспененные стеклообразные силикофосфаты переменного состава с плотностью 1,5-1,9 г/см³, со сквозными сообщающимися порами, обеспечивающие оптимальные условия для иммобилизации и жизнедеятельности клеток физиологически активных микроорганизмов на пористой структуре в процессе их поверхностного культивирования со следующей структурной формулой:

Am· Вm· [РO₄]_р·[SiO₄]_q·Z· Х· Н₂O,

где А - одновалентные щелочные катионы,

В - двухвалентные щелочноземельные катионы,

m, n, р, q - простые целые числа - стехиометрические коэффициенты, отражающие число частиц входящих в надмолекулярные образования переменного состава и размера;

р, q - характеризуют полианионный каркас и зависят от состава, температуры синтеза и закалки, принимая значения:

р=6-120, a q=1-10;

m, n - характеризуют число катионов, участвующих в электростатическом взаимодействии с полианионным каркасом, исходя из принципа электронейтральности, и поэтому принимают значения 2m+n ≈ 4р, зависящие от размера и структуры надмолекулярных образований;

Z - легирующие микроэлементы, сегрегированные в центры ферментативного катализа [Zn, Mn, Fe, Сu, Со, Ni, Мо, V, Se, Ag в концентрации: 0,01-0,3% мас. каждого ].

Суммарное содержание Z(РО₃)₂-1-3; % мас.

Х - добавки, влияющие на кинетику растворения % мас.:

В₂О₃ - 1,0-5,0;

Аl₂O₃ - 0,1-5,0;

V₂O₅ - 0,1-0,3;

SO₃ - 0,2-2,0;

Nb₂O₅ - 0,1-0,3;

SeO₃ - 0,1-0,3.

Соотношение основных компонентов % мас. следующее:

КРО₃ - 10-35;

Мg(РО₃)₂ - 2-10;

Са(РО₃)₂ - 20-50;

Na₂SiO₃ - 2-12;

а в качестве физиологически активных микроорганизмов используют любые из перечисленных микроорганизмов:

1. Протеолитические и амилолитические микроорганизмы. Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus, Spirillum.

2. Актиномицеты. Streptomyces, Streptoverticillium, Actinomadura, Nocardiopsis.

3. Азотофиксирующие бактерии. Azotobacter, Aerobacter, Achromobacter.

4. Целлюлозоразлагающие и гумусоразлагающие микроорганизмы. Trichoderma, Rhizoctonia, Cytophaga, Sporangium, Cellovibrio.

5. Денитрификаторы. Aerobacter, Micrococcus.

Для промышленной реализации предлагаемого изобретения используется типовое биотехнологическое оборудование и материалы. Рассмотрим применение предлагаемых решений на следующих примерах:

ПРИМЕР 1

В первом примере рассматриваются экспериментальные результаты лабораторного исследования пористости, влагоудержания и растворимости носителя “БИАВА”. При определении числа и размеров открытых пор использовали стереоскопический микроскоп МБС-10. Полученное изображение со случайно взятой в пространстве между зернами вспененной поверхности ≈ 20 мм² выводилось на монитор ЭВМ с помощью ПЗС-матрицы и производился визуальный подсчет.

ТАБЛИЦА 1
Размер пор мм2	Количество пор
0,03	19	Образец 1
0,05	4
0,20	5
0,50	1
0,01	30
0,05	15	Образец 2
0,1-0,12	5
0,01	10
0,025	34	Образец 3
0,04	4
0,05	7

Измеренная средняя плотность образцов 1-3 в кубике размером 1 см³ составляла” ≈ 1,7; 1,8; 1,9 г/см³.

Указанные образцы помещались в дистиллированную воду при t-20° С для определения их влагоемкости и растворимости на время до 100 часов. Данные представлены в таблице 2, 3.

ТАБЛИЦА 2
Увеличение веса образцов 1,2, 3 при нахождении их в воде.
Время, час	Δ Р/Р0 %	Δ Р/Р0 %	Δ Р/Р0 %
	Образец 1	Образец 2	Образец 3
0,25	18,25	6,14	7,0
0,5	18,29	6,68	7,06
1,00	18,28	6,56	7,66
100	18,32	6,74	11,10

Приведенные в таблице 2 данные доказывают, что поглощение воды происходило за очень короткий промежуток времени (менее одного часа), что связано со сквозной пористостью. Дальнейшее изменение веса связано с двумя противодействующими процессами: увеличением пористости и потерей веса за счет выхода компонентов носителя в водной раствор, что подтверждает таблица 3.

ТАБЛИЦА 3

Потеря веса образцов 1, 2, 3 в гранулах диаметром 2-5 мм при растворении их в воде при t-60° С с последующим высушиванием при t-90° С в течение 6 часов.

ТАБЛИЦА 3
	Δ Р/Р0 %	Δ Р/Р0 %	Δ Р/Р0 %	Δ Р/Р0 %
Время, час	Образец 1	Образец 2	Образец 3	исходные
	Исходная плотность 1,7 г/см3	Исходная плотность 1,8 г/см3	Исходная плотность 1,9 г/см3	гранулы без
				вспенивания 2-4 мм
				Исходная плотность 2,6 г/см3
2	4,06	3,41	1,6	0,34
4	6,24	6,00	1,9	0,42
6	7,16	6,85	1,86	0,46

Таким образом, увеличение пористости повышает скорость растворения.

ПРИМЕР 2

Во втором конкретном примере раскрыт способ подбора и адаптации микроорганизмов к конкретному типу почвы, заключающийся в выделении ассоциаций микроорганизмов из почв определенного состава и последующим их культивировании на органоминеральных средах, подобранных к данной почве. После внесения препарата “БИАВА” был проведен количественный и качественный микробиологический анализ почвы для учета содержания численности основных физиологических групп микроорганизмов. Состав микрофлоры (протеолитические, амилолитические бактерии, актиномицеты, азотфиксирующие бактерии, целлюлозоразлагающие микроорганизмы, гумусоразлагающие микроорганизмы, микроскопические грибы, денитрификаторы) определяли методом серийных разведений при выращивании почвенных рассевов на специфических диагностических питательных средах.

Исследования были проведены на дерново-подзолистой почве слабой окультуренности (агрохимические показатели следующие: рН водн. - 6,65, рН солевой - 6,1, азот общий - 0,36%, гумус - 7,3, подвижные К и Р(К₂О) - 38,3% (P₂O₅) - 20,0%. Обменные кальций и магний - 16,8 и 9,6 соответственно, в сумме - 26,4 мг-экв./100 г количество углерода - 12,6%. В почву вносили биопрепарат “БИАВА” с плотностью 1,8 г/см³ в количестве 15 г/м².

Контролем являлась неудобренная почва.

Химический и микробиологический анализ почвенных образцов показали следующие результаты:

При внесении биопрепарата “БИАВА” происходило повышение содержания аммиачного и валового азота, нитратный азот не был обнаружен. Происходила активизация нитрификационных процессов, увеличивалось количество окисленного азота как в I, так и во II фазе нитрификации. Количество окисленного азота в I фазе нитрификации увеличилось с 1,78 (в контроле) до 8,06 мг, N-NО₂/100 мл (на удобренном фоне), а во II фазе соответственно с 0 до 2,56 мг, N–NО₃ / 100 мл.

Был обнаружен стимулирующий эффект биопрепарата практически на все группы микроорганизмов. Происходило увеличение численности азотфиксирующих микроорганизмов, амилолитических и протолитических бактерий. Активизировались все процессы трансформации азота в почве. Активизация I и II фазы нитрификации, образование большого количества нитратов, однако, не привели к накоплению их в почве. Накопление нитритов, напротив, стимулировало деятельность денитрификаторов, количество которых возросло в опытном варианте в 6 раз. Отмечено, что увеличивается и видовое разнообразие азотфиксирующих бактерий.

Активизация деятельности азотфиксирующих бактерий способствовала некоторому увеличению в почве аммонийного и валового азота. Биопрепарат “БИАВА” способствовал увеличению количества полезных микроорганизмов в почвенной микрофлоре и расширению их видового разнообразия. Выявлено присутствие грибов рода Trichoderma, принимающих участие в разложении органических остатков, и два вида грибов рода Penicillium, часто являющихся антагонистами возбудителей болезней растений. В опытном варианте, кроме перечисленных выше культур грибов, обнаружен представитель рода Paecilomyces, близкий по своим свойствам к роду Penicillium (см. табл.4).

ТАБЛИЦА 4
Численность физиологических групп микроорганизмов (млн/г почвы)
Показатели	Контроль	15г/м2 “БИАВА”
Общая численность	14	54,9
Азотфиксаторы (среда Эшби)	3,3	8,2
Азотфиксаторы (среда Доберейнера)	1,6	4,9
Протеолитические бактерии (МПА)	2,3	7,4
Амилолитические бактерии (КАА)	0,7	0,9
Актиномицеты (КАА)	0,2	1,0
Денитрификаторы (среда Березовой)	0,15	0,95
Минерализаторы гумуса (нитритный агар)	0,09	0,02
Грибы (среда Чапека)	3,7	28,7

Таким образом, проведенные исследования показали эффективность внесения биопрепарата “БИАВА” в подверженную эрозии почву с низким содержанием органического вещества. Происходит стимуляция жизнедеятельности всех полезных групп микроорганизмов: азотофиксирующих, амилолитических и протеолитических. Применение “БИАВА” в условиях почвы с низким содержанием органического вещества стимулирует деятельность всех изученных групп микроорганизмов. Макро- и микроэлементы, входящие в состав носителя, увеличивают численность азотофиксирующих бактерий, что способствует накоплению аммиачного и валового азота в почве. Усиление процессов нитрификации и денитрификации уравновешивается процессами азотфиксации, при этом возникает положительный баланс по азоту. Положительное действие “БИАВА” на почву выражается в увеличении видового разнообразия микрофлоры, содержащейся в ней.

ПРИМЕР 3

В течение мая - сентября 2002 года были проведены вегетационные опыты с использованием образцов грунтов отвалов шахты “Северная” ПО “Кизелуголь”, сложенных токсичными породами, состоящими из аргиллитов, алевролитов с включением пирита и кварцевого песчаника. Порода была представлена в основном макроструктурой, 50% которой приходилось на фракции 4,5-5 мм.

В керамические сосуды, содержащие по 1 кг воздушно-сухого грунта, вносили биопрепарат “БИАВА”, содержащий вспененные метафосфаты и отселектированные штаммы микроорганизмов М-22 и Т-36 раздельно и совместно. После перемешивания и увлажнения грунта производили посев семян тимофеевки луговой в количестве 100 шт. на повторность. В контроле биопрепарат не вносили. Опыт проводили в теплице в условиях естественной температуры и равномерного увлажнения. Дозировки компонентов и результаты опытов представлены в таблице 5.

ТАБЛИЦА 5
Влияние “БИАВА” на рост и развитие тимофеевки луговой на грунт отвалов угледобывающих шахт.
№ п/п	Варианты	Кол-во проросших семян, шт.	Длина стеблей мм.	Длина корней мм.	Вес стеблей г.	Вес корней г.
1.	Контроль без обработки	34,50	89,12	35,84	0,24	0,26
2.	1 г. БИАВА + Н2O	65,67	96,67	31,67	0,47	0,53
3.	3 г. БИАВА + Н2О	61,33	105,00	31,67	0,43	0,36
4.	10 мл. Т-36	60,33	95,00	35,00	0,39	0,47
5.	1 г. БИАВА + 10 мл. Т-36	63,67	84,33	28,33	0,29	0,48
6.	3 г. БИАВА + 10 мл. Т-36	68,00	88,33	31,67	0,32	0,60
7.	10 мл. М-22	60,67	100,00	30,0	0,28	0,53
8.	1 г. БИАВА + 10 мл. М-22	60,00	95,00	26,67	0,39	0,57
9.	3 г. БИАВА + 10 мл. М-22	61,00	86,67	28,33	0,38	0,64
Примечание: все показатели - среднее из пяти повторений.

Полученные данные свидетельствуют, что растения в опытных вариантах по всем основным показателям роста и развития заметно опережали контроль. Особенно существенно увеличивало внесение биопрепарата “БИАВА” всхожесть семян, вес стеблей и корней. Экспериментальные результаты показали возможность создания на основе предложенных методов рекультивации комплексной технологии, направленной на восстановление плодородия техногенно нарушенных земель, в частности биоценозов в карьерах угледобывающих предприятий.

1. Биопрепарат для рекультивации техногенно нарушенных объектов окружающей среды и восстановления плодородия почв, включающий пористый носитель на основе стеклообразных метафосфатов и физиологически активные микроорганизмы, искусственно иммобилизованные в поры носителя и подобранные к типу почв, отличающийся тем, что в качестве пористого носителя с плотностью 1,5-1,9 г/см³ и сообщающимися порами содержит вспененные стеклообразные силикофосфаты переменного состава и неоднородного строения, обеспечивающие оптимальные условия для иммобилизации и жизнедеятельности клеток физиологически активных микроорганизмов на пористой структуре со следующей структурной формулой:

Am· Вn· [РO₄]_р·[SiO₄]_q·Z· Х· Н₂O, где

А - одновалентные щелочные катионы;

В - двухвалентные щелочноземельные катионы;

m, n, р, q - простые целые числа - стехиометрические коэффициенты, отражающие число частиц, входящих в надмолекулярные образования переменного состава и размера;

р, q - характеризуют полианионный каркас и зависят от состава, температуры синтеза и закалки, принимая значения:

р=6÷ 120, а q=1÷ 10;

m, n - характеризуют число катионов, участвующих в электростатическом взаимодействии с полианионным каркасом, исходя из принципа электронейтральности, и поэтому принимают значения 2m+n≈ 4р, зависящие от размера и структуры надмолекулярных образований;

Z - легирующие микроэлементы, сегрегированные в центры ферментативного катализа [Zn, Mn, Fe, Сu, Со, Ni, Мо, V, Se, Ag в концентрации 0,01-0,3 мас.% каждого];

суммарное содержание Z(РО₃)₂-1÷ 3 мас.%;

Х - добавки, влияющие на кинетику растворения, мас.%:

В₂O₃ - 1,0÷ 5,0;

Аl₂O₃ - 0,1÷ 5,0;

V₂O₅ - 0,1÷ 0,3;

SO₃ - 0,2÷ 2,0;

Nb₂O₅ - 0,1÷ 0,3;

SеO₃ - 0,1÷ 0,3;

соотношение основных компонентов, мас.%, следующее:

КРО₃ - 10÷ 35;

Mg(PO₃)₂ - 2÷ 10;

Са(РО₃)₂ - 20÷ 50;

Na₂SiO₃ - 2÷ 12;

а в качестве физиологически активных микроорганизмов используют любые из перечисленных микроорганизмов:

1. Протеолитические и амилолитические микроорганизмы - Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus, Spirillum;

2. Актиномицеты - Streptomyces, Streptoverticillium, Actinomadura, Nocardiopsis;

3. Азотфиксирующие бактерии - Azotobacter, Aerobacter, Achromobacter;

4. Целлюлозоразлагающие и гумусоразлагающие микроорганизмы - Trichoderma, Rhizoctonia, Cytophaga, Sporangium, Cellovibrio;

5. Денитрификаторы - Aerobacter, Micrococcus.

2. Способ получения биопрепарата для рекультивации техногенно разрушенных объектов окружающей среды и восстановления плодородия почв, включающий глубинное культивирование физиологически активных микроорганизмов на жидкой питательной среде, подготовку стерильного носителя, поверхностное культивирование и импрегнирование из растворов микроорганизмов на носителе, отличающийся тем, что в качестве носителя используют пористые вспененные стеклообразные силикофосфаты переменного состава с плотностью 1,5-1,9 г/см³, со сквозными сообщающимися порами, обеспечивающие оптимальные условия для иммобилизации и жизнедеятельности клеток физиологически активных микроорганизмов на пористой структуре в процессе их поверхностного культивирования со следующей структурной формулой:

Am· Вn· [РO₄]_р·[SiO₄]_q·Z· Х· Н₂О, где

А - одновалентные щелочные катионы;

В - двухвалентные щелочноземельные катионы;

m, n, р, q - простые целые числа - стехиометрические коэффициенты, отражающие число частиц, входящих в надмолекулярные образования переменного состава и размера;

р, q - характеризуют полианионный каркас и зависят от состава, температуры синтеза и закалки, принимая значения:

р=6÷ 120, a q=1÷ 10;

m, n - характеризуют число катионов, участвующих в электростатическом взаимодействии с полианионным каркасом, исходя из принципа электронейтральности, и поэтому принимают значения 2m+n≈ 4p, зависящие от размера и структуры надмолекулярных образований;

Z - легирующие микроэлементы, сегрегированные в центры ферментативного катализа [Zn, Mn, Fe, Сu, Со, Ni, Мо, V, Se, Ag в концентрации 0,01-0,3 мас.% каждого],

суммарное содержание Z(РО₃)₂-1÷ 3; мас.%,

Х - добавки, влияющие на кинетику растворения, мас.%:

В₂O₃ - 1,0÷ 5,0;

Аl₂O₃-0,1÷ 5,0;

V₂O₅ - 0,1÷ 0,3;

SO₃ - 0,2÷ 2,0;

Nb₂O₅ - 0,1÷ 0,3;

SеO₃ - 0,1÷ 0,3;

соотношение основных компонентов, мас.%, следующее:

КРО₃ - 10÷ 35;

Mg(PO₃)₂ - 2÷ 10;

Са(РО₃)₂ - 20÷ 50;

Na₂SiO₃ - 2÷ 12;

а в качестве физиологически активных микроорганизмов используют любые из перечисленных микроорганизмов:

1. Протеолитические и амилолитические микроорганизмы - Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus, Spirillum;

2. Актиномицеты - Streptomyces, Streptoverticillium, Actinomadura, Nocardiopsis;

3. Азотфиксирующие бактерии - Azotobacter, Aerobacter, Achromobacter;

4. Целлюлозоразлагающие и гумусоразлагающие микроорганизмы - Trichoderma, Rhizoctonia, Cytophaga, Sporangium, Cellovibrio;

5. Денитрификаторы - Aerobacter, Micrococcus.