Биоорганическое удобрение Российский патент 2024 года по МПК C05F11/08 C05F9/04 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, прежде всего агрохимии.

Разнообразные пищевые и сельскохозяйственные отходы представляют собой серьезную экологическую проблему. Это твердые остатки, которые либо выбрасываются людьми в ходе повседневной деятельности, либо являются побочными элементами производственных процессов и наносят серьезный вред окружающей среде, особенно в густонаселенных аграрных районах [1]. Особенностью этих веществ является высокая концентрация биогенных элементов, поэтому традиционные методы их утилизации (захоронение и сжигание) приводят к выбросам парниковых и высокотоксичных газов (диоксинов), эвтрофикации водоемов, загрязнению грунтовых вод и почв. Это вызывает необходимость разработки новых методов их переработки в экономически жизнеспособные и экологически чистые продукты. Важное место подобных разработок занимают мелиоранты и удобрения, которые в условиях активной деградации и истощения почв земель сельскохозяйственного названия.

Эти продукты могут повысить плодородие почвы, количество и качество урожая, обуславливая реализацию доктрины продовольственной безопасности Российской Федерации [2].

Из уровня техники известно удобрение-мелиорант «НАРА-2» (патент RU2115641C1), содержащее смесь торфа и сапропеля, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит цеолитовый туф, известковую муку и хитин либо его производные или хитозан [3]. Поскольку состав включает торф, удобрение имеет ограниченное применение ввиду высокой его влагоемкости и усугублении проблемы водного дефицита для растений почв, расположенных в районах с засушливым климатом. А хитин, выделенный из морских ракообразных, может содержат тяжелые металлы и другие полютанты, что влечет риски загрязнения почв и поступления их в биомассу урожая. Хитин относится к медленно разлагающимся азотсодержащим соединениям, минерализация которого может приводить к очаговому накоплению нитритов и увеличению их аккумуляции в растениях.

Известно органоминеральное удобрение (патент RU2191764C2) состоящее из смеси влажного безазотистого вещества птичьего, преимущественно куриного помета, гидрата окиси кальция и кальциевых солей азотсодержащих органических кислот. К недостаткам данного изобретения относят медленные темпы разложения безазотистых органических веществ в почве и необходимость заблаговременного внесения удобрения. Т.к. в ином случае возможны потери урожая из-за низкого содержания органического вещества почв [4].

Из уровня техники известно комбинированное удобрение (патент RU95121820A), полученное путем окислительного аммонолиза лигнина с использованием азота в виде азота аммиака, обычно гидролизуемого амида азота и более прочно органически связанного азота, отличающееся тем, что содержание последнего составляет 55-85% относительно общего содержания азота [5]. Полученное удобрение обладает пролонгирующим действием за счет наличия как легкодоступного, так и связанного азота. Но внесение такого состава может привести к избыточному накоплению азота, гиперстимуляции роста растений с последующим опаданием листьев и потерям урожая. Возможны негативные экологические последствия несбалансированности элементов питания растений в почве и выносе избыточного количества азота в грунтовые и поверхностные воды.

Известно органоминеральное удобрение (патент RU 2337086), которое содержит сапропель и минеральные добавки в виде фосфорных, азотных и калийных удобрений, сухой птичий помет и карбоксиметилцеллюлозу [6]. Недостатком данного изобретения является содержание птичьего помета в сухом виде, который быстро разлагается в почве высвобождая летучие азотсодержащие соединения, которые замедляют рост корневых систем растений и быстро улетучиваются, определяя потери азота почвой.

Из уровня техники известно органическое удобрение (патент RU 2000 125 392 A), включающее продукты брожения и нефтепродукты, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит иловую массу и бор, а в качестве продукта брожения используют микробную биомассу, полученную из нефтешлама, при следующем соотношении компонентов, мас. %: иловая масса - 15-60; бор - 0,7-1,22; нефтепродукты - 0,5-3,0; микробная биомасса - до 100 [7]. Недостатком данного изобретения является содержание нефти, химический состав которой включает меркаптаны, бензол, толуол, бенз(а)пирен, аммиак, сероводород, тяжелые металлы и даже радионуклиды. Эти вещества оказывают угнетение роста растений путем нарушения ряда физиологических процессов и выраженного мутагенного воздействия, в будущем возможна их аккумуляция в почвах и растениях, что значительно снизит качество урожая и серьезно ухудшит экологическое состояние территории. Другим недостатком является содержание микроорганизмов, выделенных из нефтешлама и представленных углеводородокисляющей группой бактерий, которые при внесении удобрения в почву на начальных этапах будут разлагать нефтепродукты, а по мере их деструкции будут активно минерализировать органическое вещество почв.

Известно органоминеральное удобрение, включающее бурый уголь, торф, кальцийсодержащий компонент и минеральные удобрения, отличающееся тем, что в качестве кальцийсодержащего компонента оно содержит известняк и/или отходы мела, а в качестве минеральных удобрений - природные фосфоритные и кварц-глауконитовые руды при следующем содержании компонентов, мас. %: бурый уголь - 25 - 35; торф - 10 - 15; фосфоритная руда - 20 - 30; кварц-глауконитовая руда - 15 - 25; известняк и/или отходы мела - 15 - 25 [8]. К недостаткам данного изобретения относятся наличие торфа, который обладает повышенной гигроскопичностью, и фосфоритной руды. Последняя хотя и является источником фосфора для растений содержит высокое количество балластных веществ (хлориды, фториды, свинец, кадмий, ртуть и др.), а ее внесение будет способствовать загрязнению и засолению почвы, угнетению развития растений, а также стимулированию гетеротрофных микроорганизмов и минерализации гумуса.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является органическое удобрение КРАКВАЗОЛ (RU 2601214), которое содержит водный раствор растительных остатков в массе 6-20 кг на 100 л, запаренные ржаные сухари - отходы производства хлебного кваса - 1-3 кг и древесную золу в количестве 100-200 г [9]. Недостатком данного изобретения является жидкая форма удобрения, которая будет усложнять внесение состава в условиях промышленного растениеводства из-за быстрого выхода из строя распылителей ввиду их заполнения крупнодисперсными фракциями растительных остатков и уменьшения диаметра распределительных каналов с последующей поломкой рабочих органов механизмов.

Задачей предлагаемого технического решения является создание биоорганического удобрения, обладающего способностью восстанавливать плодородие почвы и повышать урожайность сельскохозяйственных культур.

Данное изобретение расширяет перечень мелиорантов и удобрений, предназначенных для использования в условиях интенсивного землепользования.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение агрономических свойств почв и ее биологической активности, увеличение урожайности овощных и зерновых культур.

Достижение заявленного технического результата осуществляется путем внесения в почву на глубину пахотного слоя не менее 22 см биоорганического удобрения на основе ферментированных в течение 2-3 недель пищевых остатков с последующим обогащением отходами растениеводства с предварительно иммобилизированными на их поверхности бактериями B. subtilis в концентрации на сухое вещество удобрения не менее 10⁹ КОЕ при соотношении компонентов по масс. доле, %: 40 : 60.

Биоорганическое удобрение состоит как из пищевых отходов, предварительно ферментированных и представляющих легкодоступное органическое вещество, которое в составе удобрения быстро включится в процессы гумификации и питания растений, так и грубые растительные остатки сельскохозяйственных культур сено, солома и шелуха риса, которые обеспечат жизнеспособность бактерий и их высокую активность в почве, представляют собой медленно разлагающиеся растительные туфы, обеспечивающие его пролонгированное последействие.

Способ получения заключается в подготовке пищевых остатков, которая включала их предварительное высушивание при температуре 75 - 95°С для элиминации патогенных микроорганизмов с принудительной конвекцией для удаления неприятных запахов в течение 6-9 часов. Далее их измельчают, увлажняют до 35 - 45 % ПВ, нагревают до 40°С и обрабатывают смесью ферментов альфа-амилазой, глюкоамилазой и протеазами. Процесс ферментации идет 2-3 недели с получением полуразложившейся органической массы. Параллельно с этим отходы растениеводства сено, солома, шелуха риса измельчают до размера фрагментов не более 0,5 - 0,7 см и обрабатывают суспензией бактерий B. subtilis выделенных с территорий с высоким уровнем полиметального загрязнения почв. Бактерии культивируются в питательном бульоне при температуре 37°С в течение 36 часов до наступления фазы максимальной скорости роста стационарной фазы. Перед обработкой суспензию доводят до стандарта мутности 0,5 по МакФарланду, что соответствует концентрации не менее 10⁹ КОЕ/мл. Суспендированные в питательном бульоне микроорганизмы наносили на сухое вещество удобрения, с последующим смешиванием компонентов.

Конечным продуктом является биоорганическое удобрение, которое согласно изобретению, содержит органическое вещество и вегетативные формы бактерий. Органическое вещество в предложенном составе представлено фракциями, находящимися на разных стадиях разложения. Ферментированная часть состава будет включаться в процессы питания растений и гумификацию, другая же, более грубая, активизировать деятельность почвенной биоты, способствовать улучшению агрономических свойств почв и, постепенно разлагаясь, пролонгировать действие биоорганического удобрения. Используемые микроорганизмы обеспечивают процессы биостимуляции и биоаугментации, что прямо или косвенно помогает растениям усваивать питательные вещества, улучшать рост за счет выработки фитогормонов, которые наряду с регуляцией роста растения, участвуют в активации их защитных функций, обеспечивают защиту от патогенов и других абиотических стрессоров [15].

С целью оценки влияния предлагаемого биоорганического удобрения с прототипом проводили полевые испытания при выращивании зерновых и овощных культур. Исследования были проведены на территории лесостепной зоны Оренбургской области (Пономаревский район) на черноземах типичных, находящихся в условиях многолетнего пахотного использования.

Способ осуществляли путем внесения в почву под основную обработку осенью биоорганического и удобрения «Краквазол» в дозе 20 т/га из расчета на сухое вещество. В ходе исследований был проведен мелкоделяночный опыт согласно методике Доспехова Б.А. в 5-кратной повторности, учетная площадь каждой делянки составила не менее 50 м² [10]. Предшественником посевов пшеницы и овощных культур являлся черный пар, варианты опыта включали: 1 - контрольный без внесения удобрений, 2 - участок с внесением прототипа и 3 - участок с внесением биоорганического удобрения. Для полевых исследований были использованы семена яровой пшеницы мягкой сорта «Учитель» и овощных культур картофель сортов «Гала» и «Импала», морковь сорта «Нантская». Овощные культуры выращивали на делянках рядковым способом с глубиной заделки клубней 22-30 см для культуры картофеля и на глубину 3-4 см для моркови. Агротехника в опытах соответствовала требованиям по возделыванию культур в зоне экспериментов. Прополку, рыхление и полив посевов проводили периодически, по мере необходимости.

В конце периода вегетации оценивали почвенные показатели согласно общепринятым методикам, такие как содержание органического вещества, агрохимические и агрофизические свойства, показатели активности почвенных ферментов и урожайности культурных растений [11-14].

Результаты исследования показали, что наибольшие значения содержания питательных веществ в почве, таких как нитратная и аммонийная формы азота, подвижные формы калия и фосфора, принимали в варианте с внесением биоорганического удобрения таблица 1.

Таблица 1 - Основные агрономические свойства почв участков исследования

Варианты опыта Сорг, % Массовая доля N-NO₃, мг/кг Массовая доля N-NH₄, мг/кг Массовая доля подвижной формы фосфора, мг/кг Массовая доля подвижной формы калия, мг/кг Активность каталазы, мл О₂ за мин на 1 г почвы Содержание агрономически ценных фракций, % Коэффициент структурности Контроль 5,57±0,02 10,0±0,03 11,91±0,4 19,2±0,03 409,3±2,5 6,47±0,2 46 0,85 Прототип 5,85±0,1 13,23±0,2 13,35±0,2 26,7±0,06 443,5±3,2 8,23±0,1 57 1,32 Биоорганическое удобрение 6,03±0,3 14,83±0,5 13,67±0,1 29,2±0,02 478,6±2,3 9,17±0,5 63 1,7

Также внесение органического вещества привело к улучшению структурного состояния с увеличением содержания агрономически ценных фракций со значениями в 57 % и 63 %, а для показателя коэффициента структурности в 1,32 и 1,7 для вариантов с внесением прототипа и биоорганического удобрения соответственно.

Внесение удобрений привело к увеличению содержания органического вещества почв с 5,57 % до 6,03 % и активности каталазы с 6,03 до 9,17 мл О₂ за мин на 1 г почвы. Такая динамика показателей свидетельствует о стимулировании активности почвенных микроорганизмов на фоне внесения органических остатков, обогащенных бактериями.

Состав оказывает стимулирующее влияние на рост и развитие растений, увеличивая урожайность сельскохозяйственных культур. Установлено, что состав биоорганического удобрения достоверно увеличивает содержание доступных форм фосфора, калия и нитратной и аммонийной форм азота. Наблюдается и увеличение урожайности сельскохозяйственных культур, которая на примере яровой пшеницы увеличивается на 6,32 ц/га около 25% на фоне применения предлагаемого нами удобрения. Аналогичная динамика увеличения урожайности наблюдалась у культуры картофеля сорта «Импала» на 9,6 % и «Гала» на 21,8 %, а также моркови на 18,4% таблица 2.

Таблица 2 - Урожайность культурных растений на участке исследования

Варианты опыта Урожайность пшеницы, ц/га Картофель сорта «Гала», ц/га Картофель сорта «Импала», ц/га Морковь сорта «Нантская», ц/га Контроль 17,32 78,67 158,34 14,43 Прототип 13,64 83,61 165,72 15,98 Биоорганическое удобрение 21,64 95,83 173,55 17,23 НСР_0,5 0,26 2,02 3,67 0,89

Таким образом, внесение биоорганического удобрения в почву является эффективным способом повышения биологической активности почв, запасов питательных веществ, улучшения агрофизических свойств и увеличения урожайности культурных растений.

Список использованных источников:

1. Singh A., Singh A. Microbial Degradation and Value Addition to Food and Agriculture Waste // Current microbiology. - 2022. - 79(4). - 119 p. https://doi.org/10.1007/s00284-022-02809-5.

2. Указ Президента РФ «Об утверждении Доктрины продовольственной безопасности Российской Федерации» от 21 января 2020 г. № 20 // Российская газета 1993. 16 марта.

3. Патент RU № 2 115 641 C1, опубл. 20.07.1998.

4. Патент RU № 2 191 764 C2, опубл. 27.10.2002, Бюл. № 30.

5. Патент RU № 95121820 А, Конвенционный приоритет 19.03.1993 DE P 43 08 951.8.

6. Патент RU № 2337086 С2, опубл. 27.10.2008. Бюл. № 30.

7. Патент RU № 200125392 А, опубл. 20.08.2003.

8. Патент RU № 96110635 С2, опубл. 20.03.1998.

9. Патент RU 2601214 С1, опубл. 27.10.2016. Бюл. № 30.

10. Доспехов, Б.А. Методика полевого опыта: (с основами статистической обработки результатов исследования) / Б.А. Доспехов. - М.: Колос. - 1979. - 416 с.

11. ГОСТ 26213 - 91. Методы определения органического вещества. - М.: Издательство стандартов, 1993. - 8 с.

12. Методы почвенных и агрохимических исследований: учебное пособие для вузов /Г.Е. Гришин, Е.Н. Кузин, Н.И. Аканова, С.М. Надежкин, Е.В. Курносова. - Пенза: РИО ПГСХА. - 2005. - 88 с.

13. Шеин, Е. В. Полевые и лабораторные методы исследования физических свойств и режимов почв / Е. В. Шеин. - М. : изд-во Моск. ун-та, 2001. - 198 с.

14. Хазиев, Ф.Х. Методы почвенной энзимологии / Ф.Х. Хазиев. - М.: Наука, 1990. - 188 с.

15. Santos J.B.D., Cruz J.O., Geraldo L.C., Dias E.G., Queiroz P.R.M., Monnerat R.G., Borges M., Blassioli-Moraes M.C., Blum L.E.B. Detection and evaluation of volatile and non-volatile antifungal compounds produced by Bacillus spp. Strains // Microbiol Res. - 2023. doi: 10.1016/j.micres.2023.127465.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно агрохимии. Биоорганическое удобрение содержит ферментированные в течение 2-3 недель пищевые остатки и измельченные отходы растениеводства с иммобилизированными на их поверхности бактериями B. Subtilis, суспендированными в питательном бульоне до концентрации не менее 10⁹ КОЕ/мл, при соотношении компонентов, масс.%: 40:60. Техническим результатом является улучшение агрономических свойств почвы и ее биологической активности, а также увеличение урожайности овощных и зерновых культур. 2 табл.

Биоорганическое удобрение, характеризующееся тем, что содержит ферментированные в течение 2-3 недель пищевые остатки и измельченные отходы растениеводства с иммобилизированными на их поверхности бактериями B. Subtilis, суспендированными в питательном бульоне до концентрации не менее 10⁹ КОЕ/мл, при соотношении компонентов, масс.%: 40:60.