БИОДОБАВКА К ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНЫМ УДОБРЕНИЯМ Российский патент 2000 года по МПК C05F11/08 A01N63/00 

Изобретение относится к области биотехнологии и сельского хозяйства, а именно к области производства органоминеральных удобрений, и может быть использовано в производстве указанных удобрений.

Известны смеси органических и минеральных удобрений, используемые при выращивании сельскохозяйственных культур. Они состоят из органических веществ (преимущественно торфа, бурых углей, сланцев, перегноя, фекалиев), обработанных аммиаком, и/или аммиачными растворами фосфатов, и/или фосфорной кислотой, и/или калийными солями. Наиболее известными органоминеральными удобрениями являются торфоаммиачные и торфоминерально-аммиачные удобрения.

Недостатком известных органоминеральных удобрений следует признать их медленно оказываемое действие на растения, поскольку процесс освобождения питательных веществ из указанных органоминеральных удобрений длителен и происходит в основном за счет сообщества микроорганизмов, присущего почве, в которую внесли указанное органоминеральное удобрение.

Поэтому предложено дополнительно вносить вместе с органоминеральными удобрениями различные биодобавки, ускоряющие процесс высвобождения питательных веществ из органоминерального удобрения, а также процесс усвоения высвобожденных веществ растениями. Кроме того, указанные биодобавки способствуют дополнительному накоплению питательных веществ в почве в легкоусвояемой растениями форме.

Известно (SU, авторское свидетельство 589238, C 05 F 11/08, 1978) введение в смесь торфа, извести и минеральных добавок предварительно обработанной водными растворами активаторов минерализации торфа водной суспензии бактериальных культур (бактериальной маточной культуры АМБ и азобактерина). Введение водной суспензии бактериальных культур повышает эффективность удобрения.

Известно (SU, авторское свидетельство 935501, C 05 F 11/08, 1982) введение в органоминеральное удобрение суспензии дрожжей и одноклеточных водорослей.

Известно (RU, патент 2055823, C 05 F 11/08, 1996) введение в смесь предварительно ферментированного птичьего помета и торфа консорциума бактерий Streptococcus thermophilus, Streptococcus bovis, Dactobacillus salivaries var salicinicus, Lactobacillus salivaries var salicinicus, Lactobacillus acidophilus).

Известно (RU, патент 2081866, C 05 F 11/08, 1997) введение в сапропель суспензии микроорганизмов в количестве 0,001 - 0,3% от массы сапропеля. Указанная суспензия содержит бактерии: азотфиксирующие (Azotobacter chroococcum), фосфаторастворяющие (Bacillus mucilaginosus), молочно-кислые в виде консорциума, содержащего Streptococcus thermophilus, Streptococcus bovis, Lactobacillus salivaries var salicinicus, Lactobacillus salivaries var salivarus, Lactobacillus acidophilus. Дополнительно могут быть внесены Trichoderma viride, Beauveria bassiana.

Недостатком всех известных решений следует признать недостаточную активность вносимой биодобавки, вызванной ее неоптимальным составом.

Техническая задача, решаемая посредством настоящего изобретения, состоит в разработке состава биодобавки, способствующей наиболее эффективному освобождению из органоминерального удобрения питательных веществ.

Технический результат, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в повышении питательной ценности органоминеральных удобрений, к уменьшению расхода органоминеральных удобрений и повышению урожайности культурных растений вследствие эффекта дополнительного накопления в почве азотсодержащих соединений, а также перевода в легкоусвояемую форму калий- и фосфорсодержащих соединений.

Указанный технический результат достигают использованием биодобавки, содержащей две ассоциации бактерий, взятых в соотношении от 1-2:0,5-1, причем первая ассоциация содержит азотфиксирующие бактерии Azotobacter chroococcum и Beijerinckia fluminensis, взятые в соотношении 1-0,5:1-0,5, а вторая ассоциация содержит бактерии, разлагающие фосфор- и калийсодержащие соединения, - Bacillus megaterium и Bacillus mucilaginosus, взятые в соотношении 1-5: 0,5-2, а также консервант и микро- и макроэлементы. Предпочтительно ассоциации предварительно получают путем периодического глубинного культивирования, полунепрерывного глубинного культивирования или непрерывного глубинного культивирования, а также путем поверхностного культивирования. Обычно культивирование осуществляют на предварительно подобранных средах, а при совместном культивировании - на комплексной питательной среде. Предпочтительно культивирование осуществляют при pH 5,0 - 8,0 в присутствии макро- и микроэлементов, источника углерода и консервантов при температуре 26-34^oC и при аэрации воздуха в количестве от 0,1 - 2,0 об/об•мин. Преимущественно в качестве консерванта используют полисахариды, а в качестве микроэлементов - ионы магния, железа (II), марганца, цинка, молибдена, бора и кобальта в количестве 10^-4-10^-6 мас.%. Биодобавка представляет собой водную суспензию активных клеток бактерий или сухой порошок, содержащие активные клетки бактерий, или твердую питательную среду, содержащую активные клетки бактерий. В любом случае биодобавка предпочтительно содержит активные клетки в количестве от 10³ до 10⁹ кл/кг удобрения. Преимущественно биодобавка содержит штаммы бактерий Azotobacter chroococcum ГСБ-ТБ 4Б, Beijerinckia fluminensis ГСБ-ТБ 5Б, Bacillus megaterium ГСБ-ТБ 3Б и Bacillus mucilaginosus ГСБ-ТБ 6Б, из коллекции Государственного научно-исследовательского института биосинтеза белковых веществ ("ГСБ"). Однако могут быть использованы и другие штаммы.

Изобретение может быть реализовано следующим образом.

1. Ассоциацию бактерий Azotobacter chroococcum ГСБ-ТБ 4Б и Beijerinckia fluminensis ГСБ-ТБ 5Б, взятых в соотношении 1:1, выращивают в колбах объемом 750 мл на качалке при скорости вращения 300 об/мин (что соответствует массообмену по воздуху 0,1 об/об•мин) при температуре 30^oC на среде, содержащей (мас. %): меласса - 2,0, однозамещенный фосфорнокислый калий - 0,05, хлористый натрий - 0,01, сернокислый магний - 0,005, углекислый кальций - 0,5, сернокислые железо (II), марганец, цинк - по 5•10^-4 каждый, сернокислые молибден и кобальт - по 5•10^-5 каждый, агар - 0,5 при pH 7,0 в течение 72 часов. Ассоциацию бактерий Bacillus megaterium ГСБ-ТБ 3Б и Bacillus mucilaginosus ГСБ-ТБ 6Б, взятых в соотношении 2:1, выращивают в течение 24 часов в ферментере с механическим перемешиванием среды при n = 1400 об/мин при температуре 28-29^oC и подаче воздуха 1,0 об/об•мин на среде, содержащей (мас.%): меласса - 1,0, кукурузный экстракт - 1,0, сернокислый аммоний - 0,05, хлористый калий - 0,01, сернокислый магний - 0,005, углекислый кальций - 0,3, тартрат натрия и калия - 0,075 при значении pH 5,0. Смешивают две части (по объему) первой ассоциации и одну часть (по объему) второй ассоциации с получением биодобавки, содержащей консорциум бактерий в количестве 1•10¹⁵ кл/кг, агар в количестве 0,4 мас.%., ионы магния, железа (II), марганца и цинка в количестве 1•10^-4 мас.%, ионы молибдена, бора и кобальта в количестве 3•10^-5 мас.%. Полученную биодобавку распыляют над смесью торфа и ферментированного птичьего помета в количестве 10⁹ кл/кг удобрения. Полученное комплексное удобрение вносят в почву на опытном участке в количестве 1 кг/м². Исходное содержание азота, фосфора и калия в почве составило соответственно (г/м²): 8,0, 2,0 и 3,0. Почву в течение двух летних месяцев регулярно увлажняют и пропалывают. Затем повторно определяют содержание в ней азота, фосфора и калия. Оно составляет соответственно (г/м²): 15,0, 6,0 и 9,0. На контрольном участке вносят такое же количество той же смеси торфа и ферментированного птичьего помета. Конечное содержание азота, фосфора и калия на контрольном участке, также регулярно поливаемом и пропалываемом, через два месяца составило соответственно (г/м²): 4,2, 1,1 и 2,4. Действие комплексного удобрения было проверено при выращивании цветной капусты. При внесении комплексного удобрения в количестве 1 кг/м² участка урожай цветной капусты составил 2,55 кг. На контрольном участке при внесении 1 кг того же органоминерального удобрения, но без указанной биодобавки, урожай цветной капусты в тех же условиях составил 1,7 кг с 1 м² участка. Следовательно, эффект получения повышения урожайности составил примерно 50%.

2. Консорциум бактерий, состоящий из ассоциаций бактерий Azotobacter chroococcum ГСБ-ГБ 4Б и Beijerinckia fluminensis ГСБ-ГБ 5Б, взятых в соотношении 1:2, и ассоциации бактерий Bacillus megaterium ГСБ-ГБ 3Б и Bacillus mucilaginosus ГСБ-ГБ 6Б, взятых в соотношении 1:1, при соотношении ассоциаций в консорциуме 1:1, культивируют в течение 18 часов в ферментере при перемешивании 1500 об/мин, температуре 29-30^oC и подаче воздуха 0,5 об/об•мин на среде следующего состава (мас.%): меласса - 1,0, дрожжевой экстракт - 0,01, однозамещенный фосфорнокислый калий - 0,03, сернокислый аммоний - 0,02, хлористый натрий - 0,002, сернокислый магний - 0,0002, углекислый кальций - 0,1, сернокислые железо (II), марганец, цинк - по 1•10^-4 каждый, ионы молибдена и кобальта - по 1•10^-6, желатин - 0,2, цитрат натрия - 0,04 при pH 6,0. Через 18 часов из ферментера выводят 1/5 часть суспензии, заменяя ее равной долей свежей питательной среды вышеприведенного состава. Полученную водную суспензию консорциума бактерий сгущают на центрифуге с последующим высушиванием на распылительной сушилке при добавлении 1% олеиновой кислоты. Полученную биодобавку добавляют к смеси сухого перепревшего коровьего навоза и опилок в количестве 10⁶ кл/кг удобрения. Полученное комплексное удобрение внесли на опытном поле в почву в количестве 2 кг/м². Содержание азота, фосфора и калия в почве составляет соответственно (г/м²): 7,0, 0,8 и 1,1. Почву в течение двух летних месяцев регулярно увлажняли и пропалывали. В результате содержание азота, фосфора и калия составило соответственно (г/м²): 17,0, 5,6 и 7,3. На контрольном участке в почву в аналогичных условиях внесли такое же количество смеси сухого перепревшего коровьего навоза и опилок без указанной биодобавки. Конечное содержание азота, фосфора и калия на контрольном участке составило соответственно (г/м²): 2,2, 0,4 и 0,7. Действие комплексного удобрения проверяли при выращивании картофеля. При внесении в почву комплексного удобрения с биодобавкой в количестве 2 кг/м² участка урожай картофеля составил 10,8 кг. На контрольном участке для получения такого же урожая картофеля необходимо было внести 6 кг смеси сухого перепревшего коровьего навоза и опилок. Экономия удобрения составила 200%.

3. Ассоциацию бактерий Azotobacter chroococcum ГСП-ТБ 4Б и Beijerinckia fluminensis ГСП-ТБ 5Б, взятых в соотношении 2:1, выращивают поверхностным способом в плоских бутылях при температуре 30^oC на среде состава (мас.%): сахар - 2,0, однозамещенный фосфорнокислый калий - 0,05, дрожжевой экстракт - 0,1, углекислый кальций - 0,5, сернокислые железо (II), марганец, цинк - по 5•10^-4 каждый, ионы молибдена и кобальта - по 5•10^-5 каждый, агар 0,5 при pH 7,0 в течение 24 часов. Ассоциацию бактерий Bacillus megaterium ГСП-ТБ 3Б и Bacillus mucilaginosus ГСП-ТБ 6Б, взятых в соотношении 2:1, выращивают в течение 16 часов в ферментере при температуре 28-29^oC и подаче воздуха 1,0 об/об•мин на среде следующего состава (мас.%): меласса - 1,0, кукурузный экстракт - 1,0, сернокислый аммоний - 0,05, хлористый калий - 0,01, сернокислый магний - 0,005, углекислый кальций - 0,3, тартрат калия и натрия - 0,075 при pH 5,0. Смешивают две части (по объему) первой ассоциации и одну часть (по объему) второй ассоциации с получением биодобавки, содержащей консорциум бактерий в количестве 10 кл/г, агар в количестве 0,4 мас.%, ионы магния, железа (II), марганца и цинка в количестве 10^-4 мас.%. каждый, ионы молибдена и кобальта в количестве 3•10^-5 мас.% каждый. Полученную биодобавку добавляют к смеси торфа и неперепревшего коровьего навоза в количестве 10³ кл/кг удобрения. Образец указанной смеси с биодобавкой хранили в течение двух зимних месяцев при комнатной температуре и увлажнении. В весеннее время указанный образец полученного комплексного удобрения вносят на опытном участке в количестве 1 кг/м² участка. Содержание азота, фосфора и калия в почве составило соответственно (г/м²): 22,0, 14,0 и 16,0. Действие комплексного удобрения проверяли при выращивании белокочанной капусты. При внесении указанного комплексного удобрения в количестве 1 кг/м² урожай белокочанной капусты составил 22,5 кг. На контрольном участке при внесении такого же количества удобрения без указанной биодобавки урожай белокочанной капусты составил 12,5 кг. Эффект применения биодобавки по урожайности белокочанной капусты составил 80%.

4. Ассоциацию бактерий Azotobacter chroococcum ГСП-ТБ 4Б и Beijerinckia fluminensis ГСП-ТБ 5Б, взятых в соотношении 2:1, выращивают поверхностным способом в плоских бутылях при температуре 30^oC и на среде следующего состава (мас.%): сахар - 2,0, однозамещенный фосфорнокислый калий - 0,05, дрожжевой экстракт - 0,1, углекислый кальций - 0,5, сернокислые железо (II), марганец, цинк - по 5•10^-4 каждый, ионы молибдена и кобальта по 5•10^-5 каждый, агар - 2,0 при pH 7,0 в течение 120 часов. Ассоциацию бактерий Bacillus megaterium ГСБ-БТ 3Б и Bacillus mucilaginosus ГСБ-ГБ 6Б, взятых в соотношении 1: 2, выращивают поверхностным способом в плоских бутылях при температуре 30^oC на среде, содержащей смесь мясопептонового агара и сусло-агара в соотношении 1: 1 при pH 7,0 в течение 120 часов. Смешивают одну часть (по объему) первой ассоциации и одну часть (по объему) второй ассоциации с получением биодобавки, содержащей консорциум бактерий в количестве 10¹⁵ кл/кг, агар в количестве 1,8 мас.%, ионы магния, железа, марганца и цинка в количестве 4•10^-4 мас.%, ионы молибдена и кобальта в количестве 3•10^-5 мас.%. Полученную биодобавку в количестве 10⁷ кл/кг наносят на смесь пометоторфяного компоста и суперфосфата. Образовавшееся комплексное удобрение вносят на опытном участке в почву в количестве 1 кг/м² участка. Исходное содержание азота, фосфора и калия в почве составляет соответственно (г/м²): 8,0, 2,0 и 3,0. Почву в течение двух летних месяцев регулярно увлажняли и пропалывали. Содержание фосфора, азота и калия составило соответственно (г/м²): 15,0, 6,0 и 9,0. На контрольный участок внесли то же количество пометоторфяного компоста и суперфосфата без указанной биодобавки. После обработки в аналогичных условиях содержание фосфора, азота и калия на контрольном участке составило соответственно (г/м²): 4,2, 1,1 и 2,4. Действие комплексного удобрения проверяли при выращивании цветной капусты. При внесении в почву комплексного удобрения в количестве 1 кг/м² урожайность цветной капусты составила 2,5 кг. На контрольном участке для получения подобной урожайности необходимо было внести 3,5 кг/м² смеси пометоторфяного компоста и суперфосфата. Экономия удобрения составила 250%.

Кроме экономии удобрения и увеличения урожайности использование биодобавки позволяет уменьшить количество вводимых в почву балластных веществ, что улучшает структуру почвы.

Изобретение относится к биотехнологии и сельскому хозяйству, а именно к производству органоминеральных удобрений. Биодобавка состоит из двух ассоциаций бактерий, взятых в соотношении от 1 - 2 : 0,5 - 1. Первая ассоциация содержит азотфиксирующие бактерии Azotobacter chroococcum и Beijerinckia fluminensis, взятые в соотношении 1 - 0,5 : 1 - 0,5. Вторая ассоциация содержит бактерии, разлагающие фосфор- и калийсодержащие соединения, Bacillus megaterium и Bacillus mucilaginosus, взятые в соотношении 1 - 5 : 0,5 - 2. Биодобавка дополнительно содержит консервант - полисахариды, а также микро- и макроэлементы. Из азотфиксирующих бактерий добавка содержит штамм Azotobacter chroococcum ГСБ-ТБ 4Б и Beijerinckia fluminensis ГСБ-ТБ 5Б, из бактерий, разлагающих фосфор- и калийсодержащие соединения, штаммы Bacillus megaterium ГСБ-ТБ 3Б и Bacillus mucilaginosus ГСБ ТБ 6Б. 15 з.п. ф-лы.

1. Биодобавка к органоминеральным удобрениям, отличающаяся тем, что она содержит две ассоциации бактерий, взятых в соотношении 1 - 2 : 0,5 - 1, причем первая ассоциация содержит азотфиксирующие бактерии Azotobacter chroococcum и Beijerinckia fluminensis, взятые в соотношении 1 - 0,5 : 1 - 0,5, а вторая ассоциация содержит бактерии, разлагающие фосфор и калийсодержащие соединения Bacillus megaterium и Bacillus mucilaginosus, взятые в соотношении 1 - 5 : 0,5 - 2, консервант, а также микро- и макроэлементы. 2. Биодобавка по п.1, отличающаяся тем, что ассоциации предварительно получают путем периодического глубинного культивирования. 3. Биодобавка по п.1, отличающаяся тем, что ассоциации предварительно получают путем полунепрерывного глубинного культивирования. 4. Биодобавка по п.1, отличающаяся тем, что ассоциации предварительно получают путем непрерывного глубинного культивирования. 5. Биодобавка по п.1, отличающаяся тем, что ассоциации предварительно получают путем поверхностного культивирования. 6. Биодобавка по любому из пп.2 - 5, отличающаяся тем, что культивирование осуществляют на предварительно подобранных для каждой ассоциации питательных средах. 7. Биодобавка по любому из пп.2 - 5, отличающаяся тем, что культивирование ассоциаций осуществляют совместно на комплексной питательной среде. 8. Биодобавка по любому из пп.2 - 7, отличающаяся тем, что культивирование осуществляют при pH 5,0 - 8,0 в присутствии макро- и микроэлементов, источника углерода и консервантов. 9. Биодобавка по п.8, отличающаяся тем, что культивирование осуществляют при температуре 26 - 34^oC. 10. Биодобавка по любому из пп.2 - 9, отличающаяся тем, что культивирование осуществляют при аэрации воздухом в количестве от 0,1 - 2,0 об/об • мин. 11. Биодобавка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве консервантов используют полисахариды, а в качестве микроэлементов используют ионы магния, железа (II), марганца, цинка, молибдена, бора и кобальта в количестве 10^-4 - 10^-6%. 12. Биодобавка по п.1, отличающаяся тем, что представляет собой водную суспензию активных клеток бактерий. 13. Биодобавка по п. 1, отличающаяся тем, что она представляет собой сухой порошок, содержащий активные клетки бактерий. 14. Биодобавка по п. 1, отличающаяся тем, что она представляет собой твердую питательную среду, содержащую активные клетки бактерий. 15. Биодобавка по любому из пп.12 - 14, отличающаяся тем, что она содержит активные клетки в количестве от 10³ до 10⁹ кл/кг удобрения. 16. Биодобавка по п.1, отличающаяся тем, что она содержит в качестве Azotobacter chroococcum штамм Azotobacter chroococcum ГСБ-ТБ 4Б, в качестве Beijerinckia fluminensis штамм Beijerinckia fluminensis ГСБ-ТБ 5Б, в качестве Bacillus megaterium штамм Bacillus megaterium ГСБ-ТБ 3Б и в качестве Bacillus mucilaginosus штамм Bacillus mucilaginosus ГСБ-ТБ 6Б.