Способ получения гранулированного биоорганоминерального удобрения на основе компоста Российский патент 2022 года по МПК C05F11/08 C05F3/00 C05G1/00 C05G5/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к производству гранулированных органоминеральных удобрений. Способ позволяет обогащать компост из отходов животноводства и птицеводства (навоз, птичий помет) и избыточного активного ила полезной микрофлорой и минеральными компонентами, превращая его в эффективное биоорганоминеральное гранулированное удобрение, используемое для повышения всхожести семян и урожайности растений, повышения плодородия почв, защиты растений от грибных и бактериальных болезней.

Известен способ изготовления композиции, стимулирующей рост растений, описанный в патенте США «Микробный состав и способ его применения, способствующий росту растений» (US20080318777, МПК C05D-009/02, C05F-011/08, C05G-001/00 и т.д., опубл. 25.12.2008), включающий измельчение и смешивание сырья; сушку измельченного и смешанного сырья при температуре от 80 до 300°С с получением продуктов грануляции; смешивание указанных продуктов грануляции с микробной композицией и патокой; и формирование указанной композиции путем сушки указанных измельченных и смешанных продуктов грануляции при температуре не выше 80°С, при этом микробная композиция содержит полезные микробы и микробные активаторы, при этом указанные полезные микробы выбраны из группы, состоящей из видов Bacillus, видов Azotobacter, видов Trichoderma, видов Saccharomyces и их комбинаций.

В данном способе минеральные удобрения вносят, а затем сушат при температуре от 80 до 300°С, при этом выявлен следующий недостаток: уменьшается содержание азота, увеличивается содержание аммиака в отходящих газах, которые следует дополнительно очищать. Недостатком способа является также нагрев микробной композиции в составе удобрения до 80°С, что уменьшает выживаемость полезных микроорганизмов, из-за чего необходимы дополнительные затраты на микробные активаторы. Применение патоки в качестве фиксирующего вещества способствует размножению патогенной и условно патогенной микрофлоры, так как является питательной средой для микроорганизмов, что уменьшает срок хранения полученного удобрения.

Известен способ получения гранулированных биоорганоминеральных удобрений (пат. РФ № 2606912, C05F 3/00, C05G 1/00, опубл. 10.01.2017), включающий сушку биоматериала с одновременным его измельчением и его гранулирование, причем в процессе сушки биоматериала в органическую субстанцию вносят минеральные удобрения, которые одновременно измельчаются и смешиваются с ней, затем производят пастеризацию и охлаждение смеси, после чего в поток материала, который направляется на гранулирование, вносят и перемешивают с последним микробиологические удобрения, содержащие предварительно инокулированные в перлите микроорганизмы, при этом гранулы опудривают гидрофобным материалом; процесс пастеризации частиц смеси, выходящих из сушилки с температурой 80–110°С, проводят в течение 1,0–1,5 часов; гранулы опудривают мелкодисперсной окисью кремния. Данный способ выбран в качестве прототипа.

Недостатками прототипа являются затраты на защиту микроорганизмов перед грануляций с нагревом до 100–120°С и их слабая выживаемость в таких условиях, как следствие недостаточная эффективность удобрения для защиты растений от грибных и бактериальных болезней. Минеральные удобрения вносят до стадии пастеризации, при этом уменьшается содержание минеральных компонентов, необходимых для роста растений, в частности происходит испарение азота, увеличивается содержание аммиака в отходящих газах, которые следует дополнительно очищать.

Технической задачей является расширение арсенала способов получения гранулированного биоорганоминерального удобрения на органической основе, применение которого способствует повышению эффективности защиты растений от заболеваний, вызванных патогенной микрофлорой, за счет использования в его составе компонентов, обладающих фунгицидными и бактерицидными свойствами: штаммов грибов и бактерий, а также повышения плодородия почв и стимулированию роста растений.

Техническим результатом является снижение содержания патогенной и условно патогенной микрофлоры и повышением выживаемости полезной микрофлоры, повышением содержания минеральных компонентов в гранулированном биоорганоминеральном удобрении на основе компоста, применение которого способствует увеличению всходов семян и урожайности, повышению устойчивости растений к грибным и бактериальным болезням.

Технический результат достигается тем, что в способе получения гранулированных биоорганоминеральных удобрений на основе компоста, одновременно компост сушат и стерилизуют, после компост гранулируют, гранулы увлажняют микробной смесью, содержащей клейкое вещество, в качестве которого применяют 1%-ный водный раствор ксантановой камеди, суспензию спор Trichoderma virens ВКМ F-4852D в концентрации 10⁸ КОЕ/мл, и суспензию клеток и спор Bacillus subtilis ВКМ B-3466D в концентрации 10⁸ КОЕ/мл, увлажненные гранулы опудривают измельченными минеральными удобрениями.

Указанные в качестве полезной микрофлоры микроорганизмы депонированы Всероссийской коллекцией микроорганизмов ИБФМ РАН: Trichoderma virens, регистрационный номер ВКМ F-4852D, дата депонирования 26.12.2019 г.; Bacillus subtilis, регистрационный номер ВКМ B-3466D, дата депонирования 26.12.2019 г.

Достижение технического результата обусловлено тем, что стерилизация компоста во время сушки снижает содержание патогенной и условно патогенной микрофлоры, а применение 1%-го водного раствора ксантановой камеди в качестве клейкого вещества препятствует размножению патогенной и условно патогенной микрофлоры в готовом удобрении, так как ксантановая камедь не привлекательна в качестве источника питания для микроорганизмов. Применение в качестве клейкого вещества 1%-го водного раствора ксантановой камеди также оказывает положительное действие на влагопоглотительную способность семян растений. Полезную микрофлору вносят после грануляции, путем увлажнения гранул, поэтому полезная микрофлора не подвергается термическому воздействию, что повышает ее выживаемость. Внесение измельченных минеральных удобрений на завершающем этапе путем опудривания увлажненных гранул обеспечивает повышение содержания минеральных компонентов в удобрении, так как минеральные компоненты не подвергаются термическому воздействию, соответственно азот не испаряется. Стоит отметить, что при опудривании частицы минеральных удобрений фиксируются на поверхности гранул, что препятствует образованию пыли и потере минеральной составляющей при использовании удобрения. В совокупности применение гранулированного биоорганоминерального удобрения на основе компоста, полученного предлагаемым способом, приводит к увеличению всхожести семян и урожайности, повышению устойчивости растений к грибным и бактериальным болезням.

На фиг. 1 изображена технологическая линия, реализующая заявляемый способ получения гранулированного биоорганоминерального удобрения на основе компоста, где 1 – компост; 2 – конвекционная сушильная установка; 3 – гранулятор экструзионного типа; 4 – транспортная лента; 5 – разбрызгиватель микробной смеси; 6 – распылитель.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что компост 1, соответствующий нормативным значениям агрохимических и санитарно-токсикологических показателей для органических удобрений на основе отходов животноводства (соответствие ГОСТ 33830-2016) или осадков сточных вод (соответствие ГОСТ Р 59748-2021), одновременно подвергают сушке и стерилизуют в конвекционной сушильной установке 2 с целью испарения влаги до остаточной влажности 5 % и полного устранения патогенной и условно-патогенной микрофлоры. Стерилизованный высушенный компост гранулируют посредством гранулятора экструзионного типа 3. Параллельно измельчают до состояния порошка минеральные удобрения, состоящие из азота, фосфора и калия, для обогащения элементами минерального питания растений в пропорциях, обеспечивающих конечную массовую долю каждого элемента не менее 5 %. Полученные гранулы направляют на транспортную ленту 4, где последовательно увлажняют микробной смесью, содержащей клейкое вещество, в качестве которого применяют 1%-ный водный раствор ксантановой камеди, суспензию спор Trichoderma virens ВКМ F-4852D в концентрации 10⁸ КОЕ/мл, и суспензию клеток и спор Bacillus subtilis ВКМ B-3466D в концентрации 10⁸ КОЕ/мл, посредством разбрызгивателя микробной смеси 5 и опудривают измельченными минеральными удобрениями посредством распылителя 6.

Вариант осуществления 1

Компост на основе куриного помета, соответствующий нормативным значениям агрохимических и санитарно-токсикологических показателей для органических удобрений на основе отходов животноводства (соответствие ГОСТ 33830-2016), одновременно подвергали сушке и стерилизовали в конвекционной сушильной установке при температуре 120–140°С в течение 5 минут до остаточной влажности 5 % и полного устранения патогенной и условно-патогенной микрофлоры. Стерилизованный высушенный компост гранулировали посредством гранулятора экструзионного типа. Параллельно готовили микробную смесь, содержащую клейкое вещество и полезную микрофлору. Для приготовления смеси в качестве клейкого вещества использовали 1%-ный водный раствор ксантановой камеди, в качестве полезной микрофлоры использовали суспензию спор Trichoderma virens ВКМ F-4852D в концентрации 10⁸ КОЕ/мл и суспензию клеток и спор Bacillus subtilis ВКМ B-3466D в концентрации 10⁸ КОЕ/мл. Суспензию спор Trichoderma virens ВКМ F-4852D получали, культивируя штамм на твердой питательной среде, в качестве которой использовали отваренное зерно пшеницы с добавлением 3 % мела, в течение 21 суток и, затем, смывая споры стерильной водой в присутствии Tween-80 (0,25 мл на 1 кг зерна). Суспензию клеток и спор Bacillus subtilis ВКМ B-3466D получали, культивируя штамм на жидкой питательной среде (панкреатический гидролизат рыбной муки – 9,0 г/л; натрия хлорид – 1,0 г/л; вода дистиллированная до 1 л) в течение 48 часов. Параллельно измельчали до состояния порошка минеральные удобрения, состоящие из азота, фосфора и калия (N:P:K в соотношении 16:16:16) для обогащения элементами минерального питания растений в пропорциях, обеспечивающих конечную массовую долю каждого элемента не менее 5 %. Гранулы направляли на транспортную ленту, где последовательно увлажняли микробной смесью в соотношении 10 л на 1 тонну и опудривали измельченными минеральными удобрениями – 200 кг на 1 тонну.

Проводили проверку эффективности полученного предлагаемым способом гранулированного биоорганоминерального удобрения на основе компоста в ходе полевых испытаний на посевах гороха посевного (Pisum sativum L.) сорта «Космонавт», культивируемого в Томской области на серых лесных почвах. Размер опытной учетной делянки составлял 5×10 м (50 м²). Всего было выделено шесть делянок: две делянки – препарат в дозировке 225 кг/га, две делянки – препарат в дозировке 450 кг/га, две делянки – контрольные, без внесения удобрения («контроль»). Эксперимент закладывали на 7-е сутки после посева семян гороха, внося гранулированное биоорганоминеральное удобрение на основе компоста на опытные делянки поверх посевов, не заделывая. Перед уборкой урожая в фазе полной зрелости (70-е сутки с момента посева) проводили измерения в соответствии с Методикой государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (Методика…, 1989). Снопы для исследования с опытных и контрольных делянок собирали с шести площадок 40×40 см (в совокупности с 1 м²) в пределах одной учетной делянки. Анализ включал определение следующих показателей: средняя масса одного растения, г; среднее число бобов на одно растение, шт; среднее число семян в бобе, шт; средняя масса семян на одно растение, г (Таблица 1).

Таблица 1 – Эффективность гранулированного биоорганоминерального удобрения на основе компоста в эксперименте с горохом посевным

Показатели Контроль Дозировка удобрения 225 кг/га 450 кг/га Средняя масса растения, г 5,03 6,89 8,97 Среднее число бобов на растение, шт 2,14 2,56 2,95 Среднее число семян в бобе, шт 2,98 3,56 3,74 Средняя масса семян на растение, г 1,02 1,38 1,71 Прирост продуктивности, % 35,3 67,6

Гранулированное биоорганоминеральное удобрение на основе компоста оказывало выраженное положительное влияние на среднюю массу растений гороха и на показатели, отражающие продуктивность культуры. Средняя масса сухих семян на растение составила для вариантов «200 кг/га» и «450 кг/га» 1,38 и 1,71 г, соответственно, при значении 1,02 г в контроле. Следовательно, продуктивность растений при применении удобрения в дозе 200 кг/га была выше на 35,3 %, а в дозе 450 кг/га прирост продуктивности составил 67,6 %.

Вариант осуществления 2

Компост на основе активного ила, соответствующий нормативным значениям агрохимических и санитарно-токсикологических показателей для органических удобрений из осадков сточных вод (ГОСТ Р 59748-2021), одновременно подвергали сушке и стерилизовали в конвекционной сушильной установке при температуре 120–140°С в течение 5 минут до остаточной влажности 5 % и полного устранения патогенной и условно-патогенной микрофлоры. Стерилизованный высушенный компост гранулировали посредством гранулятора экструзионного типа. Параллельно готовили микробную смесь, содержащую клейкое вещество и полезную микрофлору. Для приготовления смеси в качестве клейкого вещества использовали 1%-ный водный раствор ксантановой камеди, в качестве полезной микрофлоры использовали суспензию спор Trichoderma virens ВКМ F-4852D в концентрации 10⁸ КОЕ/мл и суспензию клеток и спор Bacillus subtilis ВКМ B-3466D в концентрации 10⁸ КОЕ/мл. Суспензию спор Trichoderma virens ВКМ F-4852D получали, культивируя штамм на твердой питательной среде, в качестве которой использовали отваренное зерно пшеницы с добавлением 3 % мела, в течение 21 суток и, затем, смывая споры стерильной водой в присутствии Tween-80 (0,25 мл на 1 кг зерна пшеницы). Суспензию клеток и спор Bacillus subtilis ВКМ B-3466D получали, культивируя штамм на жидкой питательной среде (панкреатический гидролизат рыбной муки – 9,0 г/л; натрия хлорид – 1,0 г/л; вода дистиллированная до 1 л) в течение 48 часов. Параллельно измельчали до состояния порошка минеральные удобрения, состоящие из азота, фосфора и калия (N:P:K в соотношении16:16:16) для обогащения элементами минерального питания растений в пропорциях, обеспечивающих конечную массовую долю каждого элемента не менее 5 %. Гранулы последовательно увлажняли микробной смесью в соотношении 10 л на 1 тонну и опудривали измельченными минеральными удобрениями – 200 кг на 1 тонну.

Полученное предлагаемым способом гранулированное биоорганоминеральное удобрение на основе компоста применяли с целью проверки эффективности, проверили поражаемость всходов сельскохозяйственных культур грибными и бактериальными заболеваниями на примере пшеницы. Проводили проверку эффективности гранулированного биоорганоминерального удобрения на основе компоста в лабораторных экспериментах с семенами пшеницы мягкой (Triticum aestivum L.). Семена пшеницы высевали в пластиковых контейнерах в грунт (низинный торф 70 % и агроперлит 30 %), гранулированное биоорганоминеральное удобрение на основе компоста вносили поверх посевов, не заделывая, из расчета 45 г/м² (450 кг/га) в трех параллельных повторностях. Культивировали при искусственном освещении (4500 люкс/м²) с периодическим поливом. Контрольные группы, также в трех повторностях, выращивали в тех же условиях без внесения гранулированного биоорганоминерального удобрения на основе компоста. Отмечали энергию прорастания на 3-и сутки, признаки пораженности семян патогенными грибами и бактериями на 3-е сутки, всхожесть семян на 7-е сутки и среднюю массу растения на 14-е сутки (Таблица 2).

Таблица 2 – Эффективность гранулированного биоорганоминерального удобрения на основе компоста против фитопатогенов в эксперименте с пшеницей

Показатели Контроль Эксперимент Энергия прорастания, % 36,0 81,0 Всхожесть семян, % 82,0 95,0 Пораженность грибными и бактериальными болезнями, % 11,0 3,00 Средняя масса растения, г 0,176 0,232

Гранулированное биоорганоминеральное удобрение на основе компоста оказывало положительное влияние на среднюю сырую массу растений пшеницы, на энергию прорастания и всхожесть семян, одновременно снижая степень пораженности патогенными грибами.

Список литературы

1. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Выпуск второй: зерновые, крупяные, зернобобовые, кукуруза и кормовые культуры (под ред. Головачева В.И., Кириловской Е.В.). – Москва, 1989. – c. 194.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ получения гранулированного биоорганоминерального удобрения на основе компоста характеризуется тем, что включает сушку компоста, стерилизацию компоста, грануляцию компоста, внесение полезной микрофлоры, измельчение минеральных удобрений и внесение измельченных минеральных удобрений, причем компост сушат и стерилизуют одновременно, после грануляции полезную микрофлору вносят в составе микробной смеси, содержащей клейкое вещество и полезную микрофлору, в качестве клейкого вещества применяют 1%-ный водный раствор ксантановой камеди, в качестве полезной микрофлоры используют суспензию спор Trichoderma virens ВКМ F-4852D в концентрации не менее 10⁸ КОЕ/мл, и суспензию клеток и спор Bacillus subtilis ВКМ B-3466D в концентрации не менее 10⁸ КОЕ/мл, путем увлажнения гранул, вносят измельченные минеральные удобрения путем опудривания увлажненных гранул. Изобретение позволяет снизить содержание патогенной и условно патогенной микрофлоры и повысить выживаемость полезной микрофлоры, повысить содержание минеральных компонентов в гранулированном биоорганоминеральном удобрении на основе компоста, повысить устойчивость растений к грибным и бактериальным болезням. 1 ил., 2 табл., 2 пр.

Способ получения гранулированного биоорганоминерального удобрения на основе компоста, характеризующийся тем, что включает сушку компоста, стерилизацию компоста, грануляцию компоста, внесение полезной микрофлоры, измельчение минеральных удобрений и внесение измельченных минеральных удобрений, причем компост сушат и стерилизуют одновременно, после грануляции полезную микрофлору вносят в составе микробной смеси, содержащей клейкое вещество и полезную микрофлору, в качестве клейкого вещества применяют 1%-ный водный раствор ксантановой камеди, в качестве полезной микрофлоры используют суспензию спор Trichoderma virens ВКМ F-4852D в концентрации не менее 10⁸ КОЕ/мл, и суспензию клеток и спор Bacillus subtilis ВКМ B-3466D в концентрации не менее 10⁸ КОЕ/мл, путем увлажнения гранул, вносят измельченные минеральные удобрения путем опудривания увлажненных гранул.