Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано при получении биостимуляторов роста - жидких комплексных органических и органоминеральных удобрений из гумусосодержащих веществ, содержащих полезные почвенные микроорганизмы, а именно из вермикомпоста (биогумуса), зоокомпоста и компостов.
Хорошо известно, что биостимуляторами роста и развития растений являются водорастворимые соли природных гуминовых соединений: гуминовых кислот и фульвокислот - гуматы и фульваты Na, К или NH4 даже в низких копнет рациях (0,001-0,0001%). Научными исследованиями было показано, что чем ниже молекулярные массы гуминовых веществ, тем они эффективнее действуют на рост и развитие растений [1]. Гуминовые вещества широко распространены в природе и образуются в результате естественной деструкции органических веществ. Гуминовые вещества обладают широким спектром физиологической активности на живые организмы. В настоящее время они широко используются в качестве органических удобрений и структуроулучшителей почвы, стимуляторов роста растений и животных, а также кормовых добавок.
Наиболее богаты ими бурые угли, сланцы, торф и сапропели. В последнее время в качестве возобновляемого сырья для получения гуминовых препаратов стали использовать такие натуральные высокогумусированные органические удобрения и почвоулучшители как вермикомпосты (биогумус), компосты и зоокомпосты (биоперегной), получаемые крупномасштабной биоконверсией органических отходов с помощью использования дождевых (компостных) червей, микроорганизмов и личинок синантропных мух, соответственно. Получаемые при этом высококачественные органические удобрения кроме гуминовых веществ содержат в себе ряд полезных для почвы и растений микроорганизмов, а также комплекс биологически активных веществ: фитогормоны, пептиды. аминокислоты, жирные кислоты, витамины, ферменты, макро- и микроэлементы, природные фунгицидные и бактерицидные соединения.
Известен способ получения жидкого препарата из биогумуса путем замачивания его в воде и последующего отделения жидкой фракции [2]. Этот способ позволяет получить препарат жидкого биогумуса, содержащий водорастворимые вещества (питательные микро- и макроэлементы и некоторые физиологически активные вещества), а также сообщество полезных почвенных микроорганизмов, которое при внесении в почву размножается и способствует обогащению почвы необходимыми для роста и развития растений веществами. Данный препарат является эффективным средством повышения продуктивности растений.
Недостатком данного способа получения препарата жидкого биогумуса является то, что в готовом продукте физиологически активные вещества находятся в очень низких концентрациях и вследствие этого эксплуатационные характеристики этого жидкого удобрения при крупномасштабном применении, транспортировке и хранении являются неудовлетворительными.
Известен способ получения комплексного удобрения, включающий разбавление вермикомпоста водой, микробиологическую ферментацию полученной водной суспензии при перемешивании и последующее отделение жидкой фракции методом фильтрации при 25-30°С и при непрерывном обогащении водной суспензии кислородом в течение 150-170 часов. На конечной стадии получения конечного целевого продукта отфильтрованную жидкую фракцию обезвоживают при пониженном давлении и температуре 30-35°С. Конечный продукт обладает улучшенными эксплуатационными характеристиками и содержит в себе более высокие концентрации регуляторов роста растений физиологически активных метаболитов, продуцируемых аэробными почвенными микроорганизмами [3].
Недостатком данного способа получения комплексного удобрения является то, что при данном способе в твердой фракции вермикомпоста в водную фазу переходит незначительное количество водорастворимых соединений (не более 3-5%), а большая часть гуминовых веществ, содержащихся в самом вермикомпосте, остается в водонерастворимом осадке и удаляется при отстаивании и фильтрации водной суспензии.
Наиболее близким к предлагаемому способу является известный способ получения жидкого биостимулятора роста и развития растений из гумусосодержащих веществ [4]. Данный способ заключается в том, что получают бактериальную суспензию (водную вытяжку из гумусосодержащих веществ: вермикомпостов, компостов, зоогумуса, в которой содержатся водорастворимые соединения и почвенные микроорганизмы), а после отделения водной вытяжки водонерастворимую фракцию гумусосодержащих веществ, в частности вермикомпоста, подвергают щелочной экстракции при температуре 20-50°C. Щелочной экстракт после нейтрализации азотной кислотой объединяют с бактериальной суспензией (водной вытяжкой) для получения конечного целевого продукта.
Недостатками данного способа получения жидкого биостимулятора роста растений являются:
- низкое содержание гуматов и фульватов (суммарно около 0,25% на сухой вес) в конечном целевом продукте;
- недостаточное количество биомассы полезных почвенных микроорганизмов.
При этом, разовая доза при обработке, например, листовой поверхности различных сельскохозяйственных культур составляет 10-15 л/га.
Изобретение направлено на повышение качества целевого продукта за счет увеличения количества гуминовых веществ, увеличения доли низкомолекулярных фракций гуминовых веществ, а также увеличения биомассы полезных почвенных микроорганизмов, что в свою очередь повышает агрохимическую эффективность его использования.
Решение поставленной задачи достигается тем. что в предлагаемом способе, в котором биостимулятор роста и развития растений из гумусосодержащих веществ получают путем предварительного замачивания их в воде и перемешивания с последующими щелочной экстракцией, отделением щелочного экстракта и его нейтрализацией, в отличие от прототипа, после предварительного замачивания гумусосодержащих веществ в воде и перемешивания осуществляют микробиологическую ферментацию с наращиванием биомассы почвенных микроорганизмов при температуре 20-35°С в течение 3-24 часов при непрерывной аэрации, а затем отстаивают. получая при этом обогащенную водную вытяжку, отделяют ее от осадка гумусосодержащего вещества, и добавляют к нейтрализованному щелочному экстракту, полученному из гумусосодержащего осадка или тонко размолотого бурого угля или низинного торфа или сапропеля или их смеси, при этом щелочную экстракцию проводят 0,02-0,3 н. раствором щелочи при 60-100°С, а затем после отделения щелочного экстракта нейтрализуют его до значения рН, равного 8,0-9,5, после чего добавляют полученную обогащенную водную вытяжку, перемешивают, отстаивают, получая жидкий целевой продукт.
Возможно проведение экстракции 0,1-0,3 н. раствором едкого калия, или едкого натрия или щелочным раствором аммиака.
В качестве гумусосодержащих веществ используют вермикомпост, и/или компост, и/или зоогумус, и/или их смесь. При использовании в качестве гумусосодержащих веществ смеси вермикомпоста, компоста и зоогумуса их берут в следующем соответствующем весовом соотношении, равном 0,1-0,8:0,1-0,8:0,1-0,8.
Возможно добавление к осадку гумусосодержащего вещества низинного торфа или бурого угля или сапропеля или их смеси при следующем весовом соотношении осадка к одному из этих компонентов или к их смеси, равном соответственно 0,1-0,9:0,1-0,9, и проведение экстракции 0,02-0,3 н. раствором едкого калия, или едкого натрия или щелочным раствором аммиака. При использовании смеси берут смесь низинного торфа, бурого угля и сапропеля при следующем весовом соотношении этих компонентов, равном соответственно 0,1-0,8:0,1-0,8:0,1-0,8.
Нейтрализацию проводят с помощью различных органических или неорганических кислот, предпочтительно азотной кислотой.
При использовании заявляемого способа получения биостимулятора роста и развития растений из гумусосодержащих веществ но сравнению с прототипом:
- увеличивается содержание гуминовых веществ в 8-20 раз за счет уменьшения в 2 раза количества используемого при экстракции щелочного реагента (раствора едкого калия или раствора едкого натрия, или щелочного раствора аммиака), а также за счет уменьшения в 2 раза объема воды, используемой при промывке осадка, оставшегося после перекачки щелочного экстракта в резервуар-накопитель, и исключения стадии второй промывки этого осадка водой;
- увеличивается содержание низкомолекулярных фракций гуминовых веществ после щелочной отработки в 2-3 раза за счет проведения щелочной экстракции при более высоких температурах от 60 до 100°С, при которой происходит не только более полная экстракция биополимеров гуминовых веществ из твердой фракции гумусосодержащих субстратов, но и их фрагментация, то есть исходные полимеры гуминовых веществ расщепляются на структурные фрагменты и компоненты, что приводит к увеличению доли молекул, имеющих более низкие молекулярные массы;
- увеличивается содержание почвенных микроорганизмов в 10-30 раз за счет аэрации водной суспензии гумусосодержащих веществ.
Вce это, в свою очередь, повышает агрохимическую эффективность его использования, при этом разовая доза при обработке конечным продуктом, например, листовой поверхности различных сельскохозяйственных культур снижается с 10-15 л/га (у прототипа) до 1,0-3,0 л/га.
Заявляемое изобретение иллюстрируется примерами
Пример 1. Для получения заявляемого биостимулятора роста и развития растений 20 кг гумусосодержащего субстрата (вермикомпоста) с влажностью 60-80% загружают в ферментер, добавляют 60 л водопроводной воды, подогретой до 30-35°С, гомогенизируют (перемешивают) суспензию мешалкой в течение 3-5 мин, а затем ферментируют суспензию в течение 3 часов в зависимости от температуры и вида гумусосодержащего субстрата при температуре 20°С при непрерывной аэрации (подаче кислорода воздуха в ферментер). После ферментации суспензию отстаивают 30-60 мин и полученную обогащенную водную вытяжку (суспензию, в которой содержатся водорастворимые соединения и почвенные микроорганизмы) сливают в отдельную емкость. К осадку добавляют 100 л 0,02 н. раствора едкого калия при температуре 60°С, смесь перемешивают и отстаивают в течение 30-60 мин, щелочной экстракт (щелочную гуминовую вытяжку) сливают (перекачивают) в резервуар-накопитель. К оставшемуся щелочному осадку вновь доливают 100 л воды с температурой 80°С. перемешивают н отстаивают 30-60 мин, а надосадочную жидкость сливают (перекачивают) в резервуар-накопитель. Общий щелочной экстракт после охлаждения нейтрализуют раствором азотной кислоты до значения рН среды, равного 8,0. Затем в эту объединенную щелочную вытяжку добавляют слитую в отдельную емкость обогащенную водную вытяжку, перемешивают, отстаивают и разливают полученный целевой продукт в тару.
В качестве гумусосодержащих веществ для получения биостимулятора роста и развития растений могут быть использованы следующие материалы: вермикомпосты, компосты и зоогумус или их смеси. Смесь вермикомпоста, компоста и зоогумуса используют при следующем весовом соотношении этих компонентов, равном соответственно 0,1-0,8:0,1-0,8:0,1-0,8. Возможно использование смеси из двух компонентов: вермикомпоста и компоста или вермикомпоста и зоогумуса или зоогумуса и компоста при весовом соотношении компонентов в каждой из этих смесей, равном 0,1-0,9:0,1-0,9.
Нейтрализацию проводят с помощью различных органических или неорганических кислот, предпочтительно азотной кислотой.
Пример 2. То же, что и в примере 1, но только (ферментацию и аэрацию осуществляют при температуре 28°С в течение 13 часов, а вместо 0,02 н. раствора едкого калия к осадку замоченного сырья добавляют 100 л 0,3 н. раствора едкого натрия при температуре 80°С. смесь перемешивают 3-5 минут, отстаивают в течение 30-60 мин, получая щелочной экстракт, который нейтрализуют раствором азотной кислоты до значения рН среды, равного 8,5.
Для щелочной экстракции может использоваться не только едкий калий или едкий натрий, но и едкий литий или щелочной раствор аммиака.
Пример 3. То же, что и в примере 1, но к гумусосодержащему осадку, из которого получают щелочную вытяжку, добавляют тонко измельченный (до 100 мкм) бурый уголь при следующих весовых соотношениях этих компонентов, равном соответственно 0,1-0,9:0,9-0,1, что позволяет получать более концентрированный по гуминовым веществам целевой продукт и процесс осуществляют при технологических парметрах. указанных в прилагаемой таблице 1.
Пример 4. То же, что и в примере 1, но к гумусосодержащему осадку, из которого получают щелочную вытяжку, добавляют низинный торф при следующем весовом соотношении этих компонентов, равном соответственно 0,1-0,9:0,1-0,9, что позволяет получать более концентрированный по гуминовым веществам целевой продукт и процесс осуществляют при технологических парметрах, указанных в прилагаемой таблице 1.
Пример 5. То же, что и в примере 1, но к гумусосодержащему осадку, из которого получают щелочную вытяжку, добавляют озерный сапропель при следующем весовом соотношении этих компонентов, равном соответственно 0,1-0,9:0,1-0,9, что позволяет получать более концентрированный но гуминовым веществам целевой продукт и процесс осуществляют при технологических парметрах, указанных в прилагаемой таблице 1.
Пример 6. То же, что и в примере 1. но только щелочную гуминовую вытяжку получают не из вышеуказанных гумусосодержащих субстратов, а из тонко размолотого бурого угля и процесс осуществляют при технологических парметрах, указанных в прилагаемой таблице 1.
Пример 7. То же, что и в примере 1, но только обогащенную водную вытяжку получают из компоста, а щелочную гуминовую вытяжку получают из низинного торфа и процесс осуществляют при технологических парметрах, указанных в прилагаемой таблице 1.
Пример 8. То же, что и в примере 6, но только обогащенную водную вытяжку получают из зоогумуса, а щелочную гуминовую вытяжку получают из сапропеля и процесс осуществляют при технологических парметрах, указанных в прилагаемой таблице 1.
Пример 9. То же, что и в примере 1, но для получения щелочной гуминовой вытяжки используют смесь бурого угля, торфа и сапропеля при следующем весовом соотношении этих компонентов, равном соответственно 0,1-0,8:0,1-0,8:0,1-0,8, и процесс осуществляют при технологических парметрах, указанных в прилагаемой таблице 1.
Пример 10. То же, что и в примере 1, но только обогащенную водную вытяжку получают из компоста и смеси вермикомпоста, компоста и зоогумуса при соответствующем весовом соотношении, равном (0,1-0,8:0,1-0,8:0,1-0-8), а щелочную гуминовую вытяжку получают из гумусосодержащего осадка, к которому добавляют тонко измельченный (до 100 мкм) бурый уголь и процесс осуществляют при технологических парметрах, указанных в прилагаемой таблице 1
Пример 11. То же, что и в примере 1, но только обогащенную водную вытяжку получают из зоогумуса, а щелочную гуминовую вытяжку получают из гумусосодержащего осадка, к которому добавляют смесь добавок, состоящую из низинного торфа, бурого угля и сапропеля при соответствующем весовом соотношении, равном (0,1-0,8:0,1-0,8:0,1-0,8) и соотношении смеси к осадку, равном 1:1, и процесс осуществляют при технологических парметрах, указанных в прилагаемой таблице 1.
Пример 12. То же, что и в примере 1, но только обогащенную водную вытяжку получают из смеси вермикомпоста и компоста или вермикомпоста и зоогумуса или компоста и зоогумуса при соответствующем весовом соотношении, равном (0,1-0,9:0,1-0,9:0,1-0,9), а щелочную гуминовую вытяжку получают из смеси низинною торфа, бурою угля и сапропеля при соответствующем весовом соотношении, равном (0,1-0,8:0,1-0,8:0,1-0,8), и процесс осуществляют при технологических параметрах, указанных в прилагаемой таблице 1.
Пример 13. То же, что и в примере 12, по только обогащенную водную вытяжку получают из смеси вермикомпоста, компоста и зоогумуса при соответствующем весовом соотношении, равном (0,1-0,8:0,1-0,8:0,1-0,8), и процесс осуществляют при технологических параметрах, указанных в прилагаемой таблице 1.
В примерах, где используются смеси гумусосодержащих веществ для получения обогащенной водной вытяжки (см. примеры 10, 12, 13), или смеси добавок к осадку (см. пример 11), или смеси веществ, повышающих концентрацию гуминовых веществ (см. примеры 9, 12, 13), указаны соответствующие весовые соотношения этих компонентов в этих смесях, с указанием интервалов возможных значений. Приводить примеры для нескольких значений, указанных в этих интервалах, не имеет смысла, т.к. результаты очень близки.
Все технологические параметры осуществления предлагаемого способа с использованием граничных и средних заявляемых значений по примерам 1-13 приведены в прилагаемой таблице 1.
В прилагаемой таблице 2 приведены полученные результаты исследования биостимулятора роста и развития растений из гумусосодержащих веществ, полученного заявляемым способом, по сравнению с прототипом.
Аналогичным образом были проведены и другие опыты по осуществлению предлагаемого изобретения при технологических параметрах, находящихся в интервалах заявляемых значений, в том числе и граничных значений (температура ферментации при аэрации 20-35°С и время ее осуществления 3-24 часа, концентрация щелочи 0,02-0,3 н. и температура реакционной смеси 60-100°С, нейтрализация до рН, равного 8,0-9,5), при которых были подтверждены результаты, приведенные в таблице 2.
При осуществлении заявляемого способа при технологических параметрах, выходящих за рамки граничных значений было установлено следующее:
- при осуществлении ферментации при непрерывной аэрации при температуре ниже 20°С процесс ферментации становится более длительным (более 24 часов), а при температуре выше 35°С происходит подавление роста некоторых микроорганизмов;
- при проведении непрерывной аэрации менее 3 час не успевает нарастать биомасса микроорганизмов, а при аэрации более 24 час рост микроорганизмов будет замедляться из-за истощения питательных веществ;
- при проведении щелочной экстракции при температуре ниже 60°С происходит значительно меньшая экстракция гуминовых веществ, а при температуре выше 100°C процесс можно осуществлять только при повышении давления в герметичном реакторе;
- при концентрации щелочного раствора менее 0,02 н. резко снижается экстрагируемость гуминовых веществ, а при концентрации выше 0,3 н. происходит перерасход щелочного реагента и становится труднее отделять водную фазу;
- при нейтрализации щелочного экстракта до значения рН ниже 8,0 конечный продукт будет плохо храниться из-за брожения микроорганизмов, а при рН выше 9,5 в конечном продукте будет происходить инактивация микроорганизмов.
Таким образом, из анализа прилагаемых таблиц 1 и 2 видно, что при использовании заявляемого способа получения биостимулятора роста и развития растений из гумусосодержащих веществ в нем по сравнению с прототипом:
- увеличивается содержание гуминовых веществ в 8-20 раз за счет уменьшения в 2 раза количества используемого при экстракции щелочного peaгента (раствора едкого калия или раствора едкого натрия, или едкого лития, или щелочного раствора аммиака), а также за счет уменьшения в 2 раза объема воды, используемой при промывке осадка, оставшегося после перекачки щелочного экстракта в резервуар-накопитель, и исключения стадии второй промывки этого осадка водой;
- увеличивается содержание низкомолекулярных фракций гуминовых веществ после щелочной отработки в 2-3 раза за счет проведения щелочной экстракции при более высоких температурах от 60 до 100°С. при которой происходит не только более полная экстракция биополимеров гуминовых веществ из твердой фракции гумусосодержащих субстратов, но и их фрагментация, то есть исходные полимеры гуминовых веществ расщепляются на структурные фрагменты и компоненты, что приводит к увеличению доли молекул, имеющих более низкие молекулярные массы;
- увеличивается содержание почвенных микроорганизмов в 10-30 раз за счет аэрации водной суспензии гумусосодержащих веществ.
Кроме этого предлагаемый способ позволяет не только нарастить биомассу полезных почвенных микроорганизмов, но и извлечь практически все компоненты гумусосодержащих субстратов в водорастворимом и физиологически активном состоянии: гуминовые кислоты, фульвокислоты, витамины, аминокислоты, регуляторы роста и развития растений, бактерицидные и фунгицидные вещества, микро- и макроэлементы в биодоступном для растений состоянии.
Все это, в свою очередь, повышает агрохимическую эффективность его использования, при этом разовая доза при обработке, например, листовой поверхности различных сельскохозяйственных культур снижается с дозы, равной 10-15 л/га (у прототипа), до 1,0-3,0 л/га.
Жидкие препараты, получаемые по заявляемому способу из вышеперечисленных субстратов, представляют собой темно-коричневые жидкости. Содержание гуминовых веществ в конечных продуктах может составлять по желанию производителя от 2 до 5%. Содержание биомассы микроорганизмов можно варьировать от 10 до 30 мкг/мл препарата.
Предлагаемый способ получения биостимулятора роста растений является простым в отношении аппаратурного оформления и может быть реализован в промышленных условиях. При этом способ обеспечивает по сравнению с прототипом получение жидкого препарата стабильно более высокого качества и с более высоким содержанием биомассы почвенных микроорганизмов, а также физиологически активных веществ, водорастворимых солей гуминовых кислот и фульвокислот, что, и конечном счете, обуславливает его более высокую агрохимическую эффективность.
Применение данных препаратов в сельскохозяйственной практике экологически безопасно как для человека, животных так и почвенной микрофлоры. Они обладают следующими свойствами: повышают всхожесть семян и энергию прорастания; стимулируют корнеобразование; способствуют быстрому укоренению черенков: стимулируют рост и развитие растений; повышают урожайность сельскохозяйственных культур; повышают устойчивость растений к неблагоприятным воздействиям окружающей среды при листовой обработке опрыскиванием; улучшают структуру почв при поливе; снижают количество нитратов в растениях; увеличивают содержание в плодах и овощах белков, сахаров, витаминов; устраняют хлороз; стимулируют цветение и плодоношение; усиливают устойчивость растений к бактериальным и грибковым заболеваниям; повышают качество урожая и продлевают сроки его хранения.
Источники информации
1. Попов А.И. О механизме влияния гуминовых веществ на продукционный процесс растений. “Гумус и почвообразование”. Сб. науч. трудов С.-Петербург. Гос. Аграрного университета, 2000. - №2.- С.13-14.
2. Н.Городний. Биоконверсия органических отходов и применение биогумуса в сельском хозяйстве. Международный агропромышленный журнал. 1991 г., N 5, с.98-99.
3. Патент России RU N 2107054, С 05 F 11/00, 17/00, 1997.
4. Патент России RU N 2112763, С 05 F 3/00, 11/02, 1998.
Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано при получении стимуляторов роста и жидких комплексных органоминеральных удобрений из гумусосодержащих субстратов, содержащих живые почвенные микроорганизмы, а именно из вермикомпоста (биогумуса), зоокомпоста, компостов, бурого угля, торфа и сапропеля. Способ включает предварительное замачивание гумусосодержащих веществ в воде и перемешивание с последующей щелочной экстракцией, отделением щелочного экстракта и его нейтрализацией. После предварительного замачивания гумусосодержащих веществ в воде и перемешивания осуществляют микробиологическую ферментацию с наращиванием биомассы почвенных микроорганизмов при температуре 20-35°С в течение 3-24 часов при непрерывной аэрации, а затем отстаивают, получая при этом обогащенную водную вытяжку. Полученную водную вытяжку отделяют от осадка гумусосодержащего вещества и добавляют к нейтрализованному щелочному экстракту, полученному из гумусосодержащего осадка. Щелочную экстракцию проводят 0,02-0,3 н. раствором щелочи при 60-100°С, а затем после отделения щелочного экстракта нейтрализуют его до значения рН, равного 8,0-9,5. После этого добавляют полученную обогащенную водную вытяжку, перемешивают, отстаивают, получая жидкий целевой продукт. Изобретение позволяет повысить качество целевого продукта за счет увеличения количества гуминовых веществ, увеличения доли их низкомолекулярных фракций, а также увеличения биомассы полезных почвенных микроорганизмов. 5 з.п. ф-лы, 2 табл.
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО БИОСТИМУЛЯТОРА РОСТА И РАЗВИТИЯ РАСТЕНИЙ ИЗ ГУМУСОСОДЕРЖАЩИХ ВЕЩЕСТВ | 1996 |
|
RU2112763C1 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО УДОБРЕНИЯ | 1997 |
|
RU2107054C1 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО УДОБРЕНИЯ | 1992 |
|
RU2041867C1 |
| RU 93029159 А, 27.02.1997. | |||
