способ получения биоудобрения

Формула изобретения

Способ получения биоудобрения, включающий приготовление микробной биомассы и иммобилизацию биомассы на органическом носителе, отличающийся тем, что в качестве органического носителя используется сухой гранулированный куриный помет.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к получению биологического удобрения, и может быть использовано для борьбы с болезнями сельскохозяйственных растений и для повышения их урожайности.

Целью изобретения является разработка способа получения биологического удобрения на основе высушенного гранулированного куриного помета, обеспечивающего повышение выживаемости микроорганизмов, снижение токсичности куриного помета и повышение биологической активности почвы.

Известен способ получения бактериального удобрения на основе штамма азотфиксирующих бактерий Azotobacter chroococcum 92, способного синтезировать антифунгильный антибиотик (А.с. СССР N 922105). Способ включает ферментацию микробного штамма на жидкой питательной среде с мелассой и последующее высушивание культуральной жидкости сублимационным методом с внесением защитной среды на основе мелассы и тиомочевины либо сушкой на распылительной сушилке с поликомпонентной защитной средой, включающей мел, мелассу, тиомочевину и глутамат натрия. Способ имеет существенный недостаток, связанный с большими энергозатратами при термическом удалении большого количества влаги из культуральной жидкости. Кроме того, в процессе термического высушивания происходит потеря значительной части биологической активности и даже отмирание части бактериальной биомассы.

Известен также способ получения наполнителя для бактериального удобрения нитрагина, в котором в качестве наполнителя используют гидролизный лигнин, обработанный гашеной известью и техническим полиакриламидом (А.с. СССР N 628143). Недостатком этого способа является отсутствие в составе лигнина биогенных элементов (N, P, К), что определяет относительно слабую приживаемость микробной биомассы после внесения такого биологического удобрения в почву. Кроме того, лигнин относится к органическим веществам, деструкция которых в почве весьма затруднена в силу особо прочного строения макромолекул. Наконец, товарная форма получаемого удобрения в виде дисперсного порошка с высоким (до 50%) содержанием фракции менее 0,25 мм обусловливает неудобства при его внесении в почву (пыление) и хранении (слеживаемость).

Наиболее близким по сущности к предлагаемому является способ получения биоудобрений на основе торфа (А.с. СССР N 927789), включающий выращивание микробной биомассы и смешивание ее с торфом, отличающийся тем, что с целью повышения титра и обеспечения образования гранул с длительным сроком хранения смешивание осуществляют в присутствии клеящего вещества с одновременным гранулированием.

К недостаткам этого способа производства биоудобрений относится низкое содержание в торфяной основе биогенных элементов, прежде всего азота, фосфора и калия (соответственно 0,2, 1,0 и 0,4% от абсолютно сухого вещества), вследствие чего биологическая активность почв повышается незначительно и наблюдается относительно слабая приживаемость бактериальной микрофлоры.

Кроме того, в этом способе внесение микробной биомассы осуществляется одновременно с сушкой и грануляцией торфа. Поэтому микробная биомасса испытывает длительное механическое и температурное воздействие, вследствие чего можно ожидать резкого снижения биологической активности препарата.

Наконец, кислые и слабокислые значения величины pH (2,6 - 5,8) существенно ограничивают область применения бактериальных удобрений на основе торфа нейтральными и щелочными почвами, каковых в Российской Федерации от 40 до 60%.

Целью предлагаемого способа получения биологического удобрения является повышение эффективности их применения за счет повышения приживаемости микроорганизмов, повышения биологической активности почвы и улучшения потребительских свойств получаемого биоудобрения.

Поставленная цель достигается тем, что микробную биомассу выращивают на жидкой питательной среде, содержащей необходимые органические и минеральные вещества, отделяют от культуральной жидкости, концентрируют ее и иммобилизуют на высушенном, гранулированном и простерилизованном курином помете.

Способ осуществляется следующим образом. Штамм или сообщество микроорганизмов, используемых для приготовления биологического удобрения, стерильно культивируют на жидкой или твердой питательной среде при оптимальных значениях температуры и pH в условиях глубинного или поверхностного культивирования. При этом ведут контроль за содержанием биомассы. При достижении титра бактериальной биомассы 10⁸ - 10⁹ кл/мл или среднего веса грибной колонии 100 - 500 мг культивирование прекращают. Полученную биомассу отделяют известными способами, например фильтрованием жидкой ферментационной среды или смывом с поверхности твердой среды стерильной водой или физиологическим раствором, и клеточную суспензию концентрируют, например, центрифугированием.

Свежий или анаэробно сброженный куриный помет подвергают термической сушке с одновременной грануляцией, при этом достигается эффект его стерилизации. Получают высушенные гранулы размером 2-10 мм влажностью до 20%. Концентрированную суспензию клеток наносят на высушенные гранулы куриного помета из расчета 10⁹ клеток на 1 г сушеного помета, преимущественно в соотношении 20: 1-1:1, перемешивают, затем осуществляют иммобилизацию биомассы на гранулах куриного помета во влажной камере в аэробных условиях в течение 3-7 суток без перемешивания, после чего помет с иммобилизованной биомассой высушивают до воздушной влажности, преимущественно 8-20%.

Предлагаемый способ имеет следующие существенные отличия от прототипа.

В отличие от известного способа получения биологических удобрений применяется иммобилизация микробной биомассы на частицах носителя, что существенно повышает ее приживаемость в почве и длительность сохранения биологической активности.

Впервые предлагается использование куриного помета в качестве органической основы для нанесения микробной биомассы в отличие от ранее предлагаемых торфа или гидролизного лигнина.

Способ имеет следующие преимущества перед известными способами приготовления биологических удобрений.

Совместное внесение микробной биомассы и гранул куриного помета обеспечивает более высокую биологическую активность микроорганизмов, обусловленную наличием биологически активных веществ (протеин, углеводы) и дополнительных источников минерального питания (азота, фосфора, калия) в составе сухого вещества помета.

Предварительная иммобилизация клеток микроорганизмов на гранулах органического вещества способствует лучшей приживаемости их в почве и длительному сохранению биологической активности.

Получаемое биологическое удобрение имеет вид крупных (размер от 3 до 10 мм) твердых гранул с высокой механической прочностью на сжатие (до 40 кгс/см²). Такая товарная форма удобрения способствует сохранению потребительских свойств при хранении, транспортировании и использовании. Низкая влажность полученных гранул биоудобрения (8-20%) снижает непродуктивные энергетические затраты на транспортирование и внесение в пересчете на единицу веса вносимого органического вещества и микробной биомассы.

Способ можно проиллюстрировать следующими примерами.

Пример 1. Готовили питательную среду следующего состава, г/л:

Сахароза - 20

К₂HPO₄ - 0,64

KH₂PO₄ - 0,16

MgSO₄ 7Н₂O - 0,2

NaCl - 0,20

CaSO₄ 2H₂O - 0,05

Na₂MoO₄ - 0,001

FeSO₄ - 0,003

Среду стерилизовали и засевали сообществом азотфиксирующих бактерий Azotobacter chroococcum. Выращивали биомассу в течение 5 суток при t = 28^oC до достижения титра 510⁷ клеток/мл среды. Из ферментационной среды выделили путем центрифугирования суспензию микробной биомассы с титром 1,010⁹ кл/г.

К 100 г высушенного гранулированного куриного помета влажностью 15.0% добавили 100 г суспензии клеток Azotobacter crhoococcum с титром клеток 1,010⁹ кл/г, перемешали и выдержали во влажной камере в аэробных условиях в течение 7 суток при температуре 28^oC без перемешивания. После высушивания на воздухе в течение 4 суток до влажности 12% биологическое удобрение вносили в почву в количестве 1 кг/м² одновременно с семенами огурцов Cuccumis sativus в открытый грунт. После внесения удобрения и с периодичностью 1 раз в месяц определяли титр клеток азотфиксирующих микроорганизмов в почве (табл. 1) и урожайность огурцов (табл.2).

Динамика титра бактериальных клеток внесенного азотфиксатора в почве показывает, что иммобилизованная на гранулированном курином помете биомасса имеет повышенную приживаемость и устойчивость в почве по сравнению с использованием жидкого биопрепарата. При внесении стерильного куриного помета суммарный титр клеток аборигенных азотфиксирующих бактерий растет, однако достигает уровня на 3-4 порядка ниже по сравнению с применением предлагаемого биологического удобрения.

Определение урожайности огурцов (см. табл. 2) во всех сравниваемых вариантах также показывает преимущества предлагаемого способа как перед куриным пометом, так и жидким биопрепаратом.

Итак, применение биологического удобрения на основе Azotobacter chroococcum, приготовленного по предлагаемому способу, способствует более высокой приживаемости микроорганизмов и повышению урожайности культуры огурца по сравнению с известными способами.

Пример 2. Для приготовления биоудобрения использовали чистую культуру микромицета Trichoderma harzianum (штамм депонирован за N 18 в ВКПМ ВНИИГенетика), обладающую фунгицидной активностью к ряду патогенных грибов и ростстимулирующей активностью по отношению к ряду микроорганизмов и высших растений.

Выращивали биомассу гриба на агаризованной среде Чапека на чашках Петри в течение 7 суток при t = 28^oC до достижения средней массы колонии 200 мг. После этого культивирование прекращали и производили смыв биомассы стерильным физиологическим раствором объемом 10 мл на одну колонию. Получили 360 мл суспензии клеток с титром 1,810⁷ клеток/мл, которые сгустили на лабораторной центрифуге. Полученную концентрированную суспензию биомассы микромицета в количестве 50 г с титром 2,010⁹ кл/г смешали со 100 г высушенного гранулированного помета влажностью 15,0%. Гранулы с нанесенной биомассой в количестве 1,010⁹ кл/г выдержали в аэробных условиях влажной камеры в течение 4 суток, после чего высушили на воздухе до влажности 15%.

Полученное биологическое удобрение триходермин вносили в почву в количестве 1 кг/м² одновременно с семенами томатов Lycopersicon escutentum, выращиваемых в тепличных условиях. Непосредственно после внесения удобрения в почву и с периодичностью 1 раз в месяц определяли содержание жизнеспособных зачатков (пропагул) гриба и урожайность плодов томата.

Данные по изменению содержания клеток Trichoderma harzianum после внесения удобрения в почву представлены в табл. 3.

Динамика содержания клеток внесенной биомассы в почве показывает преимущества иммобилизованного на гранулированном курином помете гриба по сравнению с жидким триходермином.

Определение урожайности культуры томатов (см. табл. 4) во всех вариантах показывает более высокую урожайность при использовании иммобилизованного на курином помете биологического удобрения по сравнению с куриным пометом и жидким биопрепаратом.

Как видно из данных табл. 3 и 4, внесение в почву биологического удобрения на основе микромицета Trichoderma harzianum, приготовленного по предлагаемому способу, способствует улучшению приживаемости микроорганизмов и повышению урожайности растительной культуры.

Пример 3. На питательных средах, описанных в примерах 1 и 2, выращивали биомассу азотфиксирующих бактерий Azotobacter chroococcum и культуру микромицета Trichoderma harzianum. Выделяли биомассу бактерий и микромицета и концентрировали ее, как было описано ранее. Смешали 100 г суспензии микроорганизмов с титром 510⁸ клеток/мл, 100 г суспензии микромицета с титром 510⁸ клеток/мл и 100 г сушеного гранулированного куриного помета влажностью 15%, перемешали и выдержали во влажной камере при t = 28^oC в течение 5 суток

После высушивания на воздухе в течение 4 суток до влажности 12% смешанное биоудобрение вносили в почву в количестве 1 кг/м² под огурцы Cuccumis sativus в открытый грунт. Для сравнения вносили иммобилизованный на гранулированном помете азотобактер и иммобилизованный триходермин с титром клеток 1,010⁹ в количестве 1 кг/м².

После внесения биологических удобрений определяли титр клеток азотфиксирующих микроорганизмов Azotobacter chroococcum, титр жизнеспособных зачатков Trichoderma harzianum и урожайность растительной культуры. Результаты количественного определения микроорганизмов в почве представлены в табл. 5.

Сравнение титра бактериальных клеток и пропагул микромицета в почве с течением времени показывает, что совместное внесение азотфиксирующих бактерий и микромицетов с фунгицидной и целлюлолитической активностью способствует установлению симбиотических отношений в микробном сообществе, что увеличивает приживаемость клеток в почве и в конечном счете повышает урожайность сельскохозяйственной растительной культуры (табл.6).