Биоудобрение на основе сапропеля и способ его получения

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в растениеводстве, в земледелии для повышения плодородия почвы, а также при рекультивации земель. Биоудобрение на основе сапропеля, включающее сапропель, птичий помет, эффективные микроорганизмы, воду и модифицирующий наполнитель, согласно изобретению, сапропель и помет применяется в виде вытяжек, взятых в соотношении 1:4 по сухому веществу, в качестве эффективных микроорганизмов используются культуры бактерий Azotobacter chroococcum и микромицета Trichoderma viride в пропорции 1:1, при этом в качестве модифицирующего наполнителя используется минеральная составляющая - сульфат цинка. При этом способ получения сапропелевого удобрения включает смешивание сапропеля и помета на установке обработки материалов, добавление в смесь модифицирующего наполнителя и введение в нее с помощью дозатора эффективных микроорганизмов, сапропель и помет применяется в виде вытяжек, взятых в соотношении 1:4 по сухому веществу, полученная на их основе смесь используется как субстрат для последующей ферментации, в качестве эффективных микроорганизмов используются культуры бактерий Azotobacter chroococcum и микромицета Trichoderma viride в пропорции 1:1, при этом суммарный объем рабочего раствора микроорганизмов составляет не менее 0,5% от объема ферментируемого субстрата, рН рабочей среды в течение ферментации составляет 5,5-6,7, ферментация производится аэробным способом, при котором масса субстрата периодически перемешивается в течение 15 минут с интервалом 1 час и барботируется чистым воздухом в объеме от 120 до 280 м³ на каждый кубический метр культуральной жидкости в течение всего срока ферментации. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в растениеводстве, в земледелии для повышения плодородия почвы, а также при рекультивации земель.

В настоящее время одной из актуальных является проблема повышения почвенного плодородия. Стабилизация запаса гумуса в почве определяется поступлением в нее органических веществ. В условиях сельскохозяйственного землепользования большая роль при этом отводится органическим удобрениям.

Сапропели - донные отложения пресноводных водоемов, представляющие собой органоминеральные комплексы веществ, формирующиеся из остатков растительных и животных организмов. Мощность отложений для озер лесной полосы обычно равна 3-10 м. Но встречаются отложения мощностью до 20 и даже 40 м (Германов В.П. Применение сапропелевых отложений озер Северной Карелии в качестве удобрений / В.П. Германов // Окультуривание почв и применение удобрений в Карелии. - Петрозаводск, 1988. - С. 49-56).

На дне водоемов скапливается огромное количество тонкодисперсных отложений сапропеля, в частности, только в России запасы сапропеля исчисляются 50 млрд. м³ (Лиштван И.И. Использование сапропеля в народном хозяйстве / И.И. Лиштван, М.З. Лопатко. - Минск, 1976). Добываемый из водоемов сапропель обычно применяют как удобрение.

Сапропель содержит необходимые элементы питания растений: фосфор, азот, калий, а также микроэлементы и некоторые биологически активные вещества. Групповой состав органической массы сапропелевых отложений изменяется в следующих пределах (%): гуминовые кислоты - 11,3-43,3; фульвокислоты - 2,1-23,5; гемицеллюлоза - 9,8-52,5; целлюлоза - 0,4-6,0. Сапропели также содержат все необходимые для растений питательные элементы (%): N 1,2-3,4; СаО 2,3-33,5; P₂O₅ 0,14-0,19; MgO 0,5-1,5; K₂O 0,1-0,6; микроэлементы (Васильев В.А. Справочник по органическим удобрениям / В.А. Васильев, Н.В. Филиппова. - М.: Росагропромиздат, 1988. - С. 124-125).

По общему содержанию азота (в среднем 2%) сапропель находится в одном ряду с куриным пометом (1,5-2,5%) и может рассматриваться как источник азота для растений и микроорганизмов.

Однако одной органики недостаточно, так как именно микроорганизмы и бактерии играют непосредственную роль в насыщении земли, выработке иммунитетов против ряда заболеваний и вредителей. Доказано многостороннее и эффективное влияние на улучшение работы почвы микроорганизма Azotobacter chroococcum и грибка Trichoderma viride.

Значение и функционализация Azotobacter chroococcum в круговороте всего живого следующее - это связующее для растений, которым недостает атмосферного азота, поэтому способен выделять его, как нужный компонент почвы - ион аммония. В практике встретить этот вид бактерии в чистом виде - сложно, а вот, как компонент азотных удобрений на натуральной основе - это распространенная практика, тем более что Azotobacter - это непосредственный продуцент ряда биополимеров.

Немалую актуальность в улучшении органолептических свойств почв играет роль грибок Trichoderma viride. Это обычный почвенный грибок, который уже более 70 лет применяют в сельском хозяйстве. Развиваясь на поверхности корней любых растений, он увеличивает их всасывающую способность, создает природный барьер для фитопатогенной флоры и усиливает иммунитет. Кроме того, в процессе питания триходерма разлагает полисахариды, переводя имеющиеся в почве питательные вещества в легкоусвояемую растениями форму. Главным же ее преимуществом является то, что обработанные триходермой гряды практически никогда не поражаются грибковыми заболеваниями.

Сульфат цинка (цинк сернокислый) - универсальное минеральное микроудобрение, применяющееся для всех типов с/х культур. Сульфат цинка применяется для повышения плодородия почвы в качестве удобрения, содержащего цинк и серу. Цинк в растениях активирует действие ферментов, входит в состав ферментативных систем, участвующих в дыхании, синтезе белков и ауксинов, повышает тепло-, засухо- и холодостойкость растений, играет важную роль в регулировании процессов роста.

Доказано, что применение свежего сапропеля путем намыва на поля вызывает ухудшение водно-воздушного режима почвы, а так же агрофизических свойств почвы (Гришина Л.А. Влияние намыва сапропелевых удобрений на агрохимические свойства и гумусное состояние дерново-глеевой почвы / Л.А. Гришина, Н.А. Курмышева // Агрохимия. - 1990. - №6. - С. 113-118). Известно, что азот в сапропеле представлен аминокислотами, протеинами и не усваивается растениями (Попов П.Д. Органические удобрения. Справочник / П.Д. Попов, В.И. Хохлов. - М.: Агропромиздат, 1988. - С. 54-55). В связи с этими фактами, сапропель применяют в виде компостов и вытяжек так как при компостировании осуществляется перевод недоступных форм питательных элементов в доступные для растений минеральные формы.

Известен, принимаемый за аналог, способ получения удобрения из сапропеля (патент RU 2245309 С02, C05F 7/00, опубл. 27.01.2005), включающий предварительную сушку в горизонтальной вращающейся печи барабанного типа, отделение инородных включений на сортировочной машине, измельчение, введение добавки, перемешивание и гранулирование в пресс-экструдере.

Недостатками известного способа являются потери в технологическом процессе части питательных свойств природного сапропеля и недостаточная стабильность размеров получаемых гранул, затрудняющая точность дозирования при внесении в почву, и связанный с этим излишний расход удобрения.

Наиболее близким техническим решением, принимаемым за прототип является способ получения удобрения из сапропеля (патент RU 2 619 472 C05F 7/00, опубл. 16.05.2017), включающий извлечение сапропеля из озера, сушку с перемешиванием и введением модифицирующего наполнителя, при этом в качестве наполнителя используется помет в количестве не менее 10%, сапропель и наполнитель подвергаются совместному перемешиванию с бактерицидным препаратом, диспергации и обеззараживанию на установке обработки материалов в проточном режиме, затем в обеззараженную массу с помощью дозатора вводится суспензия эффективных микроорганизмов.

При этом получаемое данным способом биоудобрение содержит сапропель, с добавкой не менее 10% помета и эффективные микроорганизмы в составе известной рецептуры "Восток ЭМ-1" включающей воду питьевую, сахар-песок, патоку, комплекс молочнокислых бактерий, дрожжей и продуктов их жизнедеятельности в следующей концентрации: в 1 см₃ препарата содержится не менее 1*10₃ КОЕ молочнокислых бактерий и 1*10₂ КОЕ дрожжей.

Биоудобрение на основе сапропеля включающее сапропель, птичий помет, эффективные микроорганизмы, воду и модифицирующий наполнитель, согласно изобретению сапропель и помет применяется в виде вытяжек, взятых в соотношении 1:4 по сухому веществу, в качестве эффективных микроорганизмов используются культуры бактерий Azotobacter chroococcum и микромицета Trichoderma viride в пропорции 1:1, при этом в качестве модифицирующего наполнителя используется минеральная составляющая - сульфат цинка.

Недостатком прототипа является недостаточно эффективное накопление почвообразующих микроорганизмов в биоудобрении потеря в технологическом процессе части питательных свойств природного сапропеля, а также птичьего помета.

Техническим результатом заявляемого изобретения является устранение указанных недостатков и улучшение обеспечения культурных растений всем комплексом минеральных веществ, обеспечение накопления гумуса в почве, улучшение структуры почвы и ее супрессивности.

Технический результат достигается тем, что в способе получения сапропелевого удобрения, включающем смешивание сапропеля и помета на установке обработки материалов, добавление в смесь модифицирующего наполнителя и введение в нее с помощью дозатора эффективных микроорганизмов, согласно изобретению сапропель и помет применяется в виде вытяжек, взятых в соотношении 1:4 по сухому веществу, полученная на их основе смесь используется как субстрат для последующей ферментации, в качестве эффективных микроорганизмов используются культуры бактерий Azotobacter chroococcum и микромицета Trichoderma viride в пропорции 1:1, при этом суммарный объем рабочего раствора микроорганизмов составляет не менее 0,5% от объема ферментируемого субстрата, рН рабочей среды в течение ферментации составляет 5,5-6,7, ферментация производится аэробным способом при котором масса субстрата периодически перемешивается в течение 15 минут с интервалом 1 час и барботируется чистым воздухом в объеме от 120 до 280 м³ на каждый кубический метр культуральной жидкости в течение всего срока ферментации. При этом в качестве модифицирующего наполнителя используется минеральная составляющая - сульфат цинка.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с известными способами получения сапропелевого удобрения позволяет сделать вывод, о его соответствии критерию «НОВИЗНА», так как в результате проведенного патентно-информационного поиска, предлагаемая совокупность существенных признаков изобретения не обнаружена.

Сопоставление заявленного технического решения с известными позволили выявить признаки, не являющиеся очевидными для специалиста средней квалификации в связи с достигаемым всей совокупностью существенных признаков техническим результатом. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ».

Заявляемое техническое решение соответствует критерию «ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ», так как может быть использовано в сельском хозяйстве в условиях существующих предприятий.

Соотношение вытяжки сапропеля, вытяжки птичьего помета: 1:4 по сухому веществу и внесением культуральных микроорганизмов в пропорции 1:1 в количестве не менее 0,5% суммарного объема рабочего раствора микроорганизмов от объема ферментируемого субстрата.

Технологические параметры культивирования микроорганизмов: 18-24 часа при температуре 24-28°C с последующим снижением температуры до 14-16°С и продолжительностью последующей ферментацией в течение 28-36 часов. Поддержка рН среды в течение ферментации на уровне 5,5-6,7.

Сущность изобретения раскрывается примером конкретного выполнения на основе проведенного опыта.

Опыт проводили в отделе кормления и физиологии сельскохозяйственных животных ФГБНУ «Краснодарский научный центр по зоотехнии и ветеринарии».

Целью исследований являлось изучение применения биопрепарата «Сашами», приготовленного по заявляемому способу, предполагающее повышение урожайности сельскохозяйственных культур, улучшение структуры почвы, обогащение ее органическим веществом, доступным азотом и, как следствие, устойчивости к антропогенным факторам.

Чтобы достичь намеченной цели, выполнены следующие задачи:

1) определить в лабораторных условиях путем проращивания в чашах Петри энергию прорастания и всхожесть семенного материала четырех сортов озимой вики без обработки и с обработкой их биопрепаратами «Сашами» приготовленными по заявляемому способу;

2) произвести агрохимический анализ почвы до применения биопрепарата «Сашами», приготовленного по заявляемому способу, и после.

В таблице 1, 2 представлены экспериментальные данные опыта по проращиванию семян четырех сортов озимых вик в чашах Петри, в котором установлена положительная динамика энергии прорастания и всхожести семян при их обработке раствором биопрепарата «Сашами» приготовленного по заявляемому способу.

Исследования проводились по нижеприведенной схеме (табл. 1).

Объектом исследований являлись семена четырех сортов озимых вик (Орлан, Луговская 2, Черноморская, Глинковская) и биоудобрение «Сашами». Исследования проводились согласно «Методике полевого опыта» Б.А. Доспехова (М.: Альянс, 2014) и Методическим указаниям ВНИИ кормов им. В.Р. Вильямса (Москва, 1989).

Микрополевой опыт заложен 18 октября 2019 г., на территории опытного поля ФГБНУ КНЦЗВ в пос. Знаменском. Предшественником является люцерна синегибридная. Повторность делянок трехкратная. Фактическая площадь делянки 5 м², учетная площадь 1 м².

По данным таблицы 2, можно судить о значительном увеличении энергии прорастания семян при обработке их биопрепаратом «Сашами», приготовленного по заявляемому способу (в среднем на 20%).

Результаты определения прорастания были следующие: все результаты достоверны (р<0,001), у сорта Орлан энергия прорастания была выше по сравнению с контролем на 20,0%, у сорта Луговская 2 - на 20,3%, у Черноморской на 23,5%, у Глинковской на 17,3%.

Определение всхожести семян (табл. 2) показало высокую достоверность практически во всех вариантах исследований.

Увеличение количества всхожих семян так же наблюдалось в вариантах с применением биопрепарата «Сашами»: у сорта Орлан на 11,8%, Луговская 2 - на 10,5%, у Черноморской - на 12,0%, по сравнению с контрольными показателями (р<0,001). Семена сорта Глинковская показали всхожесть по отношению к контролю была выше на 8,8% (р<0,01). На основании полученных данных, можно говорить об эффективности применения биопрепарата, приготовленного по заявляемому способу, уже на стадии предпосевной обработки семян (в среднем на 11,0%).

Биопрепарат «Сашами» применялся так же и в полевых условиях. Исследования проводились в центральной зоне Краснодарского края на опытной делянке ФГБНУ КНЦЗВ, характеризующейся по климатическим условиям, как зона неустойчивого увлажнения. Почвы представлены мощным выщелоченным черноземом с тяжелосуглинистым гранулометрическим составом. Под озимую вико-тритикалевую смесь (озимая вика сорт Луговская 2 совместно с озимым тритикале сорта Сват) ранней весной (01.04.2020 г.) была произведена подкормка биоудобрением «Сашами» из расчета 5 мл/10 л воды. Также 15.04.2020 г. была произведена некорневая подкормка (опрыскивание), так как это наиболее эффективный способ снабдить растение необходимыми полезными веществами. Концентрация раствора 3 мл/10 л воды.

Агрохимические показатели почвы были взяты до проведения исследования и после уборки урожая. Данные представлены в таблице 4.

Эффект от применения биоудобрения «Сашами» наблюдался, прежде всего, по количеству нитратов, которые с применением удобрения, приготовленного по заявляемому способу, увеличились в почве в 3 раза, а также обменного аммония (на 19,0%), подвижного калия (на 5,0%), подвижного фосфора (на 34,8%) и органического вещества - гумуса (на 1,3%). Результаты агрохимического исследования указывают на целесообразность применения биопрепарата «Сашами», приготовленного по заявляемому способу, его положительное влияние, прежде всего, на питательную составляющую почвы.

Полученное по заявляемому способу биоудобрение удобно в использовании, обогащено минеральным компонентом, полезными микроорганизмами и микромицетами, подвижными формами питательных элементов и органическим веществом, что позволяет сделать вывод о достижении заявляемым изобретением поставленной технической задачи.

1. Биоудобрение на основе сапропеля, включающее сапропель, птичий помет, эффективные микроорганизмы, воду и модифицирующий наполнитель, отличающееся тем, что сапропель и помет применяются в качестве субстрата для последующей ферментации и представляют собой смесь вытяжек, взятых в соотношении 1:4 по сухому веществу, в качестве эффективных микроорганизмов используются культуры бактерий Azotobacter chroococcum и микромицета Trichoderma viride в пропорции 1:1, при этом суммарный объем рабочего раствора микроорганизмов составляет не менее 0,5% от объема ферментируемого субстрата, а в качестве модифицирующего наполнителя используется минеральная составляющая - сульфат цинка.

2. Способ получения сапропелевого удобрения, включающий смешивание сапропеля и помета на установке обработки материалов, добавление в смесь модифицирующего наполнителя и введение в нее с помощью дозатора эффективных микроорганизмов, отличающийся тем, что в качестве модифицирующего наполнителя используют минеральную составляющую - сульфат цинка, сапропель и помет применяют в виде вытяжек, взятых в соотношении 1:4 по сухому веществу, полученную на их основе смесь используют как субстрат для последующей ферментации, в качестве эффективных микроорганизмов используют культуры бактерий Azotobacter chroococcum и микромицета Trichoderma viride в пропорции 1:1, при этом суммарный объем рабочего раствора микроорганизмов составляет не менее 0,5% от объема ферментируемого субстрата, рН рабочей среды в течение ферментации составляет 5,5-6,7, ферментацию производят аэробным способом, при котором массу субстрата периодически перемешивают в течение 15 мин с интервалом 1 ч и барботируют чистым воздухом в объеме от 120 до 280 м³ на каждый кубический метр культуральной жидкости в течение всего срока ферментации.