способ приготовления комбинированного удобрительного грунта на основе биогумуса

Формула изобретения

Способ получения комбинированного удобрительного грунта на основе биогумуса, включающий получение биогумуса путем вермикомпостирования органических отходов с использованием дождевых червей и внесение в биогумус микроорганизмов, отличающийся тем, что в качестве органических отходов используют навоз сельскохозяйственных животных, предварительно нейтрализованный до рН 7-8, а в качестве дождевых червей используют гибрид красного калифорнийского червя с дождевыми червями кубанской природной популяции в количестве 10⁴ на 1 м², при этом вермикомпостирование осуществляют в течение 2-3 месяцев при температуре 16-32°С в естественных условиях, причем после отделения червей из биогумуса вносят штамм Bacillus megaterium var. phosphaticum 319 и штамм Agrobacterium radiobacter 204 в следующих соотношениях компонентов, %:

Штамм Bacillus megaterium var.
phosphaticum 319	10-90
Штамм Agrobacterium radiobacter 204	90-10

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскохозяйственной биотехнологии, в частности к технологии получения почвоудобрительных грунтов для растениеводства.

В последние годы все большее применение в сельском хозяйстве находит биогумус - продукт вермикомпостирования различных органических отходов промышленного и сельскохозяйственного производства специально выведенной расой дождевых червей. Биогумус содержит гуминовые и фульвокислоты, макро- и микроэлементы, аминокислоты и гиббереллины и другие биологически активные вещества в доступной растениям форме. Поэтому само по себе применение биогумуса повышает урожайность сельскохозяйственных культур и увеличивает плодородие почв.

Известен способ утилизации органических отходов в биогумус включает приготовление субстрата путем смешивания компонентов, одним из которых являются отходы животного происхождения, внесение в него червей и/или их коконов, укладку субстрата в коробку или гряды и компостирование при влажности 65-80% и аэрации, отделение червей от полученного биогумуса. В качестве главного компонента в субстрат вводят скоп, являющийся отходом производства картона, в количестве 20-80% к общей массе субстрата. В качестве отходов животного происхождения применены навоз крупного рогатого скота и/или навоз свиней и помет птиц, применены черви вида Eisenia foetida в количестве 15-25 тыс. особей на 1 м². При низком содержании азота в субстрате после смешивания компонентов вводят добавки азота минеральных удобрений в виде мочевины в количестве не более 5% от общей массы субстрата с одновременной добавкой известняковой муки в количестве, обеспечивающем рН среды готового субстрата не более 8 (пат. РФ №2057743, кл. C 05 F 3/06, 10.04.1996).

Однако данный способ имеет некоторые недостатки. Введение скопа (отходов производства картона) не всегда возможно в связи с отсутствием сырья. Кроме того, широкий диапазон величины его ввода не позволяет стандартизировать процесс вермикомпостирования, так как доля скопа влияет на активность червей. Вызывает сомнение, что мочевина может обеспечивать заявляемый эффект. Кроме того, как и в вышеуказанном аналоге, маловероятно, чтобы полученный таким способом биогумус включал в себя необходимое количество полезных микроорганизмов, в том числе и способных к азотфиксаци и повышению усвояемости фосфора.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения биоудобрения, заключающийся в получении биогумуса путем вермикомпостирования сельскохозяйственных и промышленных отходов с использованием дождевых червей, отделения биогумуса от червей и его досушивания, причем из дождевых червей используют червей "Оболенский гибрид", полученных нами путем скрещивания "Красного калифорнийского гибрида" с российской популяцией дождевых червей Eisenia foetida, при этом вермикомпостирование осуществляют при температуре 16-24°С в течение 4-6 месяцев, в полученный биогумус вносят микроорганизмы, обладающие фунгицидными свойствами. В способе микроорганизмы, обладающие фунгицидной активностью, вносят после отделения червей или после дозревания биогумуса, кроме того, в качестве их используют штамм бактерий Bacillus subtilis ИПМ-215 в концентрациях 1·10 ⁹-1·10¹² спор на 1 кг биогумуса или культуру микофильного гриба Trichoderma viride Pers ex S.F.Gray 16 в концентрациях 1·10⁴-1·10⁸ колониеобразующих единиц на 1 кг биогумуса (пат. РФ №2125549, кл. C 05 F 11/08, 1999, бюл. №3, - прототип).

Однако данный способ имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, использование указанного гибрида не позволяет повсеместно получать качественный биогумус, так как климатические условия нашей страны очень разнообразны. Во-вторых, вызывает сомнение возможность использования данной технологии в южных регионах России, так как указанный диапазон температур не позволяет в теплые месяцы проводить культивирование данного гибрида, а время культивирование (4-6 месяцев) не позволяет получать достаточное количество биогумуса. Кроме того, дефицит азота и доступного фосфора во многих агроландшафтах требует дополнительного азотного и фосфорного питания, что не может обеспечить предлагаемый препарат.

Известные способы не позволяют получать биопрепарат с высоким титром полезных микроорганизмов и обладающий комбинированной азотфиксирующей и фосфоролитической активностями.

Техническим решением задачи является расширение ассортимента грунтов, повышение их биологической активности комбинированного спектра действия за счет нескольких штаммов в их составе, улучшение агрохимических показателей за счет питательных веществ, находящихся в биогумусе, наличия у препарата ассоциативной азотфиксирующей и фосфоролитической активностей и высокого титра полезных микроорганизмов за счет стимуляции друг друга.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения комбинированного удобрительного грунта на основе биогумуса, включающем получение биогумуса путем вермикомпостирования органических отходов с использованием дождевых червей и внесение в биогумус микроорганизмов, причем в качестве органических отходов используют навоз сельскохозяйственных животных, предварительно нейтрализованный до рН 7-8, а в качестве дождевых червей используют гибрид красного калифорнийского червя с дождевыми червями кубанской природной популяции, в количестве 10⁴ на м², при этом вермикомпостирование осуществляют в течение 2-3 месяцев при температуре 16-32°С в естественных условиях, причем после отделения червей из биогумуса вносят штамм Bacillus megaterium var. phosphaticum 319 и штамм Agrobacterium radiobacter 204 в следующих соотношениях компонентов, %:

штамм Bacillus megaterium var. phosphaticum 319	10-90
штамм Agrobacterium radiobacter 204	90-10

Заявленный способ получения комбинированного удобрительного грунта на основе биогумуса отличается от прототипа режимами изготовления биогумуса, видами и комбинацией используемых микроорганизмов.

Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемых технических решений критерию "новизна".

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, направлены на достижение поставленной задачи и не выявлены при изучении патентной и научно-технической литературы в данной и смежной областях науки и техники и, следовательно, соответствуют критерию "изобретательский уровень".

Способ получения комбинированного удобрительного грунта на основе биогумуса реализуется следующим образом.

Пример 1. Навоз крупного рогатого скота складируется в бурты размером 1·5·1,5 метров. Навоз перелопачивается до достижения им температуры окружающей среды. Для регуляции кислотности используется мел или гашеная известь. Защелачивание проводят послойно до достижения навозом рН 7-8. Если кислотность навоза будет менее 7 ед., то черви развиваться в нем не будут, а значит, биогумус не будет образовываться. Если кислотность навоза будет более 8 ед., то черви развиваться также в нем не будут, так как это значение рН для них также не оптимально, кроме того, будет перерасход защелачивающего агента, что приведет к дополнительным расходам на подготовке субстрата для червей. Таким образом, оптимальной кислотностью навоза для развития червей является рН, равная 7,5 ед.

В качестве кольчатых червей используется гибрид красного калифорнийского червя с дождевыми червями кубанской природной популяции, полученный при совместном культивировании гибрида красного калифорнийского червя с кубанской популяцией кольчатых навозных червей. Это связано с тем, что гибрид красного калифорнийского червя очень чувствителен к условиям внешней среды и требует оптимальной температуры, определенных качеств субстрата, что делает его нетехнологичным в наших условиях. В то же время кольчатые навозные черви, обитающие в почве, хотя и всеядны, но низкопродуктивны и сохраняют инстинкт к миграции, что делает их неудобным объектом для вермикомпостирования. Поэтому использование адаптированной породы обеспечивает достаточно высокую степень продуктивности червей и одновременно низкую восприимчивость к внешним условиям среды.

Готовый к использованию навоз заселяют червями из расчета 10 тыс. червей на 1 м² , предварительно проверив тестом "50 червей", который позволяет оценить качество субстрата. Заселение производится вечером или в пасмурный день, так как черви не выносят прямых солнечных лучей. Навалы с заселенным червями субстратом сверху накрывают травой для защиты от солнца и снижения испарения воды. Навалы периодически поливают, рыхлят верхний слой субстрата. Вермикомпостирование осуществляют в течение 2-3 месяцев. Если время компостирования составляет менее 2 месяцев, то используемый гибрид не переработает субстрат, а значит, выход биогумуса будет незначительный. Если время компостирования составляет более 3 месяцев, то используемый гибрид, переработав весь субстрат, начтет угнетаться и терять продуктивность, а кроме того, это увеличивает время процесса приготовления биопрепарата, что увеличивает его себестоимость. Поэтому оптимальное время культивирования червей в субстрате составляет 2,5 месяцев. Оптимальное культивирование червей в субстрате осуществляют при температуре 24°С. Если температура культивирования составляет менее 16°С, то метаболизм и рост гибридных червей замедляется, а значит и эффективность конверсии субстрата в биогумус будет низкая. Если температура культивирования составляет более 32°С, то рост вермикультуры также будет низким.

В результате роста и размножения червей происходит переработка навоза в биогумус. Отделение червей осуществляют на механических виброситах, причем остающиеся на сите черви используются для последующего получения биогумуса из следующей партии навоза. Полученный биогумус подсушивается на открытом воздухе до влажности 60-70% и складируется в бурты.

При этом биогумус используется одновременно в качестве как носителя, так субстрата для развития и размножения не только микроорганизмов, обладающих фунгицидной активностью, но и для азотфиксирующих и фосфоролитических бактерий.

Для засева биогумуса используют посевной материал из коллекции чистых культур Федерального государственного учреждения "Краснодарский биоцентр". Пробирку с лиофилизированной чистой культурой фосфоролитических микроорганизмов вида Bacillus megaterium var. phosphaticum штамм 319 оживляют с помощью питательного раствора. Производят засев оживленной культуры в колбы на 750 мл по 200-250 мл питательной среды, представляющей собой раствор кукурузного экстракта, мелассы, сульфата аммония и мела. Затем полученный маточный раствор засевают в бутыли объемом 5 литров, содержащих по 2,0-2,5 литра питательной среды того же состава. Пробирку с чистой культурой Agrobacterium radiobacter штамм 204 оживляют, производят засев в питательную среду, представляющую собой раствор кукурузного экстракта, мелассы и минеральных солей. Аналогичным образом оживляют и Bacillus subtilis ИПМ-215, обладающий фунгицидной активностью.

Полученные таким образом рабочие растворы штаммов вида Bacillus subtilis ИПМ-215, Bacillus megaterium var. phosphaticum штамм 319 и Agrobacterium radiobacter штамм 204 высевают в забуртованный биогумус. При этом важно соотношение микроорганизмов вида Bacillus megaterium var. phosphaticum штамм 319 и Agrobacterium radiobacter штамм 204. Если микроорганизмов вида Agrobacterium radiobacter штамм 204 будет менее 10%, то эффективного ассоциативного процесса азотфиксации с растениями не произойдет. Если микроорганизмов вида Agrobacterium radiobacter штамм 204 будет более 90%, то соотношение азотфиксирующего вида микроорганизмов, а также фосфоролитической бактерии Bacillus megaterium var. phosphaticum штамм 319 будет неоптимальным и эффективного взаимодействия с растениями этих штаммов не произойдет, и качество препарата будет низким. Таким образом, оптимальным содержанием в препарате представителей вида Agrobacterium radiobacter штамм 204 будет 50%. Если микроорганизмов вида Bacillus megaterium var. phosphaticum штамм 319 будет менее 10%, то эффективного лизиса труднорастворимых форм фосфора не происходит, и качество препарата будет низким. Если микроорганизмов вида Bacillus megaterium var. phosphaticum штамм 319 будет более 90%, то соотношение штаммов азотфиксирующих бактерий и фосфоролитических микроорганизмов будет не оптимальным и эффективного лизиса труднорастворимых форм фосфора препарат производить не будет, а значит, качество его будет низким. Таким образом, оптимальным содержанием в препарате представителей вида Bacillus megaterium var. phosphaticum штамм 319 будет 50%.

Перемешивание биогумуса, инокулированного полезными микроорганизмами, обладающими фунгицидными, азотфиксирующими и фосфоролитическими свойствами, производят механически два раза в день.

По истечении 10-14 дней проверяют титр посеянных микроорганизмов, который должен увеличиться на 2-3 порядка за счет совместного роста бактерий на биогумусе.

Дальнейшее хранение грунта (более 1 месяца) не снижало суммарного титра полезных микроорганизмов. По истечении указанного времени грунты смешивались с почвой для выращивания овощных культур и использовались для выращивания рассады.

Пример 2. Согласно способу получения комбинированного удобрительного грунта на основе биогумуса по примеру 1 в качестве сырья для культивирования червей используют куриный помет с добавлением измельченной соломы.

Пример 3. Согласно способу получения комбинированного удобрительного грунта на основе биогумуса по примеру 1 в качестве сырья для культивирования червей используют конский навоз.

Пример 4. Согласно способу получения комбинированного удобрительного грунта на основе биогумуса по примеру 1 в качестве сырья для культивирования червей используют навоз телят на откорме с добавлением измельченной соломы.

Результаты определений количества бактерий в 1 кг биогумуса Agrobacterium radiobacter штамм 204, Bacillus subtilis ИПМ-215 и Bacillus megaterium var. phosphaticum штамм 319 в биогумусе разного происхождения представлены в таблице 1.

Таблица 1 Общее количество бактерий Agrobacterium radiobacter штамм 204, Bacillus subtilis ИПМ-215 и Bacillus megaterium var. phosphaticum штамм 319 в 1 кг биогумуса при использовании в биогумуса разного качества
№	Вариант	Количество бактерий Agrobacterium radiobacter штамм 204, Bacillus subtilis ИПМ-215 и Bacillus megaterium var. phosphaticum штамм 319 в 1 кг биогумуса
1	вариант 1	4,2·1012
2	вариант 2	8,3·10 11
3	вариант 3	7,9·1011
4	вариант 4	6,8·1012

Результаты лабораторных испытаний по примерам 1, 2, 3, 4 показали, что независимо от происхождения отходов животноводства биогумусом, полученным на его основе, обеспечивается высокий титр азотфиксирующих и фосфоролитических бактерий при высокой фунгицидной активности, необходимый для получения качественного комбинированного микробиологического удобрения на основе биогумуса.

Кроме того, следует отметить, что технология получения биогумуса это простой процесс, а сырье (органические отходы сельского хозяйства) общедоступно. Одновременно с получением биогумуса решается и проблема защиты окружающей среды, что актуально особенно в аграрных регионах с развитым животноводством.

Результаты анализа химического состава биогумуса и перегноя, полученных из навоза крупного рогатого скота, представлены в таблице 2.

Таблица 2 Химическая характеристика биогумуса и перегноя (%)
Наименование	Биогумус	Перегной
Кислотность среды	6,7	7,8
Органические вещества	44,9	23,6
Гуминовые кислоты	3,4	2,3
Фульвокислоты	2,2	0,6
Органический углерод	3,31	1,7
Азот	3,22	1,54
Фосфор	0,49	0,35
C:N	1,04	1,10
Электрическая проводимость	12,1	3,60

Как видно из таблицы, использование биогумуса позволяет не только обеспечить высокие показатели концентрации азотфиксирующих и фосфоролитических бактерий, но и использовать биогумус как высокоэффективный источник питательных веществ для роста растений (данные химического состава биогумуса приводятся в сравнении с составом перегноя).

He следует забывать и о том, что использование биогумуса в качестве наполнителя для препарата, получаемого предлагаемым способом, не только обеспечивает растения полезными микроорганизмами, но и само по себе является источником питательных веществ за счет биогумуса.

Таким образом, способ получения комбинированного удобрительного грунта на основе биогумуса не только позволяет получить высокий титр азотфиксирующих и фосфоролитических микроорганизмов и удовлетворительной фунгицидной активности за счет наличия в нем питательных веществ, а также этот эффект обеспечивается одновременным культивированием трех родов микроорганизмов, которые способны стимулировать рост и развитие друг друга. Кроме того, грунт, полученный по предлагаемому способу, позволит частично решить проблемы утилизации отходов животноводства за счет возможности размещения малотоннажных производств непосредственно в регионах.