Бионический способ выращивания растений Российский патент 2017 года по МПК A01C21/00 C12N1/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к области растениеводства с использованием биотехнологий. Бионический способ выращивания растений использует механизмы и принципы ассоциативного симбиоза между бактериями, грибами и микроводорослями, происходящие в условиях естественного почвенного биоценоза, для образования, накопления и разложения питательных веществ до легкоусваиваемых корневой системой растения форм в произвольно выбранных субстратах, в т.ч. обедненных полезными микроорганизмами, минеральными и органическими веществами, в стерильных и в инертных субстратах.

Уровень техники

В естественной среде корневая система растения получает необходимые питательные вещества в результате сложных механизмов биоценоза, происходящих в почве. Усваивание питательных веществ корневой системой растения сильно зависит от почвенных микроорганизмов, перерабатывающих сложные органические соединения в легкоусваиваемые корневой системой формы, многие из которых, в свою очередь, имеют симбиотическую связь с микрофлорой верхних слоев почв.

Существуют методики, обогащающие почвенную микрофлору, например альголизация почв. При альголизации почв микроводорослями и цианобактериями происходит бурное развитие микробиологических и биохимических процессов. В результате образуются легкодоступные гумусовые вещества, легкоусваивающиеся микроорганизмами, а также образующие питательные вещества для высших растений. (Лукьянов В.А., диссертация «Агроэкологическая оценка применения одноклеточных фотосинтезирующих организмов на темно-серых лесных почвах центрального черноземья», Курск-2015, стр. 78 - стр. 81; патент RU 2562544).

Кроме того, существует биопонный способ выращивания растений. Он представляет собой процесс полноценного развития растения в беспочвенном субстрате, обеспечивающий условия развития растения как в почве с органическим питанием. Основой питания является биопонный раствор и Trichoderma harzianum - грибок, разлагающий органику. Для улучшения качеств выращиваемых растений и повышения их производительности применяются жидкие добавки - растворы аминокислот, сахаров, гуматов (патент FR 2893227 А1).

Заявленное изобретение расширяет арсенал способов выращивания растений, отличаясь от прочих тем, что питание корневой системы растения осуществляется с помощью одного из механизмов естественного биоценоза почв, а именно механизма ассоциативного симбиоза микрофлоры и микрофауны: микроводорослей и полезных микроорганизмов.

Раскрытие сущности изобретения

Заявляемым изобретением решается задача выращивания растений в субстратах различного типа, в т.ч. обедненных полезными микроорганизмами, минеральными и органическими веществами, за счет воспроизведения в субстрате ассоциативного симбиоза композиции микробиологических инокулянтов и микроводорослей, аналогичного происходящему в условиях естественного почвенного биоценоза. Поставленная задача решается путем внесения в субстрат, в котором выращивается растение, композиции микробиологических инокулянтов и подачи им питания в виде живой биомассы или зеленых микроводорослей или сине-зеленых микроводорослей или их комбинации.

Живая биомасса или зеленых микроводорослей или сине-зеленых микроводорослей либо их комбинация, вносимая в субстрат, служит питательным веществом для микробиологических инокулянтов - бактерий и(или) грибов, заселенных в субстрат, которые, в свою очередь, перерабатывая органическое вещество или зеленых микроводорослей или сине-зеленых микроводорослей или их комбинации, превращают его в легкоусваиваемые корневой системой растения минеральные вещества и аминокислоты. Помимо этого данный симбиоз запускает процесс гумусообразования, а также способствует усвоению гуминовых веществ, если таковые изначально содержатся в субстрате.

Кроме того, живая биомасса или зеленых микроводорослей или сине-зеленых микроводорослей или их комбинации, продуцируя в процессе своей жизнедеятельности кислород, усваиваемый микробиологическими инокулянтами, способствует их интенсивному размножению.

Дополнительно или зеленые микроводоросли или сине-зеленые микроводоросли или их комбинации усваивают выделяемый микроорганизмами в процессе своей жизнедеятельности углекислый газ, не позволяя ему накапливаться в субстрате, что препятствует возникновению и развитию нежелательных анаэробных процессов в субстрате.

За счет создания в субстратах различного типа продуктивного симбиоза композиции микробиологических инокулянтов и живой биомассы или зеленых микроводорослей или сине-зеленых микроводорослей или их комбинации технический результат заявленного изобретения проявляется в накоплении в субстрате органических веществ, их разложении, минерализации и усваивании корневой системой растения, а также в гумусообразовании и преобразовании гуминовых веществ в легкоусваиваемую корневой системой растения форму. Вследствие этого технический эффект изобретения проявляется, как минимум, в следующем:

- повышение скорости вегетации и урожайности растений,

- возможность выращивания растений в стерильных субстратах, что особенно важно при выращивании безвирусного сортового материала,

- расширение арсенала субстратов, используемых для выращивания растений,

- улучшение микробиологических, биохимических и биофунгицидных свойств субстрата.

Изобретение характеризуется совокупностью действий, выполнение которых может осуществляться как одновременно, так и последовательно. Суть заявляемого изобретения состоит в том, что в субстрат вносят композицию микробиологических инокулянтов. Затем в субстрат вносится живая биомасса или зеленых микроводорослей или сине-зеленых микроводорослей или их комбинации. В зависимости от субстрата, фазы развития растения, условий внешней среды указанные действия характеризуются возможностью многократного повторения в течение всего периода роста растения, а также на любом из этапов его развития.

Для осуществления изобретения используют следующие исходные материальные вещества:

1. Субстрат - представляет собой среду, в который высаживается растение и где происходит развитие его корневой системы. Субстрат может состоять из одного компонента либо смеси компонентов (почва, почвенные смеси, заменители почвы растительного происхождения, торф и пр.). Состав субстрата по возможности приспосабливают к требованиям выращиваемого растения и условиям окружающей среды.

2. Композиция микробиологических инокулянтов - представляет собой совокупность биопрепаратов, содержащих не менее одной живой культуры микроорганизмов. Используемая в способе композиция микробиологических инокулянтов может быть или бактериальной или грибной или комбинированной. В качестве живых культур микроорганизмов могут выступать азотфиксирующие штаммы бактерий (такие, как Azotobacter или др.), фосфатомобилизирующие штаммы бактерий (такие, как Bacillus mucilaginosus или др.), фитостимуляторы (такие, как бактерии Azospirillum brasiliense или др.) или другие штаммы полезных для растения микроорганизмов, либо микоризные инокулянты (такие как, грибы рода Trichoderma или др.), либо их комбинации. Требования к используемой композиции микробиологических инокулянтов зависят от микробиологического состава субстрата, фазы развития растения и его генотипических особенностей и пр.

3. Живая биомасса или зеленых микроводорослей или сине-зеленых микроводорослей или их комбинации используется в способе в виде суспензии либо ее раствора. В качестве зеленых микроводорослей может быть использована такая водоросль, как Chlorella vulgaris либо др. В качестве сине-зеленых микроводорослей может быть использована такая цианобактерия, как Anabaena sphaerica или др. Использование в способе живой биомассы или зеленых микроводорослей или сине-зеленых микроводорослей либо их комбинации обеспечивает существование трех вариантов исполнения заявленного изобретения с одинаковым техническим результатом.

В целях положительной реализации изобретения в качестве исходных материальных веществ должны использоваться такие микробиологические инокулянты и такие зеленые микроводоросли или сине-зеленые микроводоросли или их комбинация, которые в процессе своей жизнедеятельности будут находиться в продуктивном симбиозе, не причиняя вред друг другу и корневой системе растения. Для реализации изобретения также должны быть обеспечены соответствующие условия внешней среды: освещенность, влажность, температура, воздухообмен и т.п.

Осуществление изобретения

Суть бионического способа выращивания растений заключается в воспроизведении в субстрате ассоциативного симбиотического механизма, аналогичного происходящему в условиях естественного почвенного биоценоза, по образованию, накоплению и разложению органических веществ до легкоусваиваемых корневой системой растения форм и усиленных за счет подачи питания извне.

Микробиологические инокулянты в описываемом способе являются потребителями органических веществ, источником которых являются или зеленые микроводоросли или сине-зеленые микроводоросли или их комбинация, превращая их путем разложения в легкоусваиваемые корневой системой растения элементы. От наличия микробиологических инокулянтов в субстрате зависит поступление в субстрат элементов питания растений, плодородие субстрата и, как следствие, повышение урожайности растений. Например, бактериальная композиция микробиологических инокулянтов будет способствовать снабжению растений не только элементами минерального питания, но и физиологическими активными веществами (фитогормонами, витаминами, аминокислотами и др.). Так, использование азотфиксирующих бактерий улучшает азотное питание и рост растений. Фосфатомобилизирующие бактерии способствуют высвобождению фосфора и калия из сложных соединений, переводя их в доступные для растений формы.

Препараты микоризы, в свою очередь, значительно увеличивают всасывающую поверхность корневой системы растения. Они способны вырабатывать ферменты, преобразующие практически любые труднорастворимые соединения в доступные для растения элементы питания, сбалансированно подавать их растению. Благодаря микоризе растение может получить больше воды и минералов (особенно фосфора) из субстрата, а также защиту от заболеваний и вредителей. При этом растения производят углеводы, которыми готовы поделиться с микоризой, которая, в свою очередь, синтезирует антибиотики в обмен на углеводы, полностью удовлетворяя потребности растений.

Комбинации микробиологических инокулянтов, содержащие комплекс молочнокислых, фотосинтезирующих, азотсодержащих бактерий, грибов и пр., позволяют ускорить процесс разложения органики и улучшить питание корневой системы растения. Поскольку изобретение предполагает использование для выращивания растений различных типов субстратов, в т.ч. обедненных полезными микроорганизмами, минеральными и органическими веществами, то использование комбинированных микробиологических инокулянтов в данном случае является особенно эффективным.

Среди одноклеточных фотосинтезирующих организмов важнейшую роль в образовании органических соединений и кислорода играют микроводоросли и цианобактерии (сине-зеленые водоросли). Живая биомасса или зеленых микроводорослей или сине-зеленых микроводорослей или их комбинации становится в субстрате постоянным производителем свежего органического удобрения, тем самым стимулируя размножение и развитие микробиологических инокулянтов, которым необходимы источники органического углерода. Прижизненными выделениями микроводорослей, а также их отмирающими или ослабленными клетками питаются и бактерии и грибы, что способствует увеличению численности и производительности микробиологических инокулянтов, внесенных в субстрат. Кроме того, или зеленые микроводоросли или сине-зеленые микроводоросли или их комбинация стимулируют активность некоторых азотфиксирующих бактерий. Также они выступают как накопители первичного гумуса, в результате чего субстрат обретает признаки плодородия, что особенно важно для неорганических субстратов.

С целью осуществления заявленного изобретения в субстрат вносят композицию микробиологических инокулянтов. Поскольку микробиологические инокулянты являются живыми существами, то возникает необходимость обеспечения их питательными веществами. Таким источником питания в первом варианте осуществления изобретения становится живая биомасса зеленых микроводорослей, во втором варианте живая биомасса сине-зеленых микроводорослей, в третьем варианте их комбинация, подаваемая в субстрат.

Прижизненные внеклеточные выделения или зеленых микроводорослей или сине-зеленых микроводорослей или их комбинации содержат разнообразные органические вещества: органические кислоты, слизи и растворимые полисахариды, жирные кислоты и вещества липидного характера, растворимые полипептиды, аминокислоты, вещества высокой биологической активности. Постепенно разлагаясь, органическое вещество становится и энергетическим материалом и питательным веществом для микробиологических инокулянтов, разлагающих его в итоге до минеральных веществ, усваиваемых корневой системой растения.

Выделяемые или зелеными микроводорослями или сине-зелеными микроводорослями или их комбинацией активные вещества оказывают положительное воздействие и на рост растения: выделяемые витамины, усиливая превращения продуктов фотосинтеза, содействуют повышению усвоения растением углекислого газа. Также за счет кислорода, выделяемого при фотосинтезе микроводорослей, обеспечивается аэрация субстрата, что положительно влияет на развитие микробиологических инокулянтов, находящихся в нем.

Кроме этого живая биомасса или зеленых микроводорослей или сине-зеленых микроводорослей или их комбинации, внесенная в субстрат, периодически обновляется как естественным способом, размножаясь внутри субстрата, так и путем повторного внесения, что позволяет дополнительно снабжать микробиологические инокулянты свежим органическим веществом.

Таким образом, в процессе осуществления изобретения в субстрате воспроизводится ассоциативный симбиоз микроводорослей и композиции микробиологических инокулянтов, аналогичный происходящему в условиях естественного почвенного биоценоза, результатом которого является эффективное образование, накопление и разложение органики до легкоусваиваемых корневой системой растения форм. Активный симбиоз между микробиологическими инокулянтами и микроводорослями поддерживает жизненные циклы растения, питая его корневую систему.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Осуществляют обеспечение питания корневой системы растения посредством воспроизведения в субстрате, предназначенном для выращивания растений, ассоциативного симбиоза композиции микробиологических инокулянтов и живой биомассы зеленых микроводорослей, либо сине-зеленых микроводорослей, либо комбинации зеленых и сине-зеленых микроводорослей, обеспечивающего воспроизведение в субстрате процесса кислородно-углеродного цикла аналогично происходящему в условиях естественного почвенного биоценоза. Производят внесение в субстрат композиции микробиологических инокулянтов, питание которых осуществляют за счет внесения в субстрат живой биомассы зеленых микроводорослей, либо сине-зеленых микроводорослей, либо комбинации зеленых и сине-зеленых микроводорослей. Обеспечивается образование, накопление и разложение органических веществ до легкоусваиваемых корневой системой форм. 6 з.п. ф-лы.

1. Бионический способ выращивания растений, заключающийся в обеспечении питания корневой системы растения посредством воспроизведения в субстрате, используемом для выращивания растения, ассоциативного симбиоза композиции микробиологических инокулянтов и живой биомассы зеленых микроводорослей, либо сине-зеленых микроводорослей, либо комбинации зеленых и сине-зеленых микроводорослей, обеспечивающего воспроизведение в субстрате, используемом для выращивания растения, процесса кислородно-углеродного цикла аналогично происходящему в условиях естественного почвенного биоценоза, путем внесения в субстрат композиции микробиологических инокулянтов, питание которых осуществляют за счет внесения в субстрат живой биомассы зеленых микроводорослей, либо сине-зеленых микроводорослей, либо комбинации зеленых и сине-зеленых микроводорослей.

2. Способ по п. 1, в котором композицию микробиологических инокулянтов и живую биомассу зеленых микроводорослей, либо сине-зеленых микроводорослей, либо комбинации зеленых и сине-зеленых микроводорослей вносят в субстрат одновременно.

3. Способ по п. 1, в котором сначала в субстрат вносят композицию микробиологических инокулянтов, а затем живую биомассу зеленых микроводорослей, либо сине-зеленых микроводорослей, либо комбинации зеленых и сине-зеленых микроводорослей.

4. Способ по п. 1, в котором сначала в субстрат вносят живую биомассу зеленых микроводорослей, либо сине-зеленых микроводорослей, либо комбинации зеленых и сине-зеленых микроводорослей, а затем композицию микробиологических инокулянтов.

5. Способ по п. 1, в котором композиция микробиологических инокулянтов содержит бактериальные удобрения.

6. Способ по п. 1, в котором композиция микробиологических инокулянтов содержит микоризные инокулянты.

7. Способ по п. 1, в котором композиция микробиологических инокулянтов содержит комбинированные инокулянты.