способ приготовления биоудобрения

Формула изобретения

Способ приготовления биоудобрения, включающий получение жидкой бактериальной культуры, подготовку биогумуса путем вермикультивирования кольчатых дождевых червей на органических отходах сельскохозяйственного и промышленного производства и его засев, отличающийся тем, что полученный биогумус стерилизуют автоклавированием в течение 0,8-1,2 ч при давлении в 0,8-1,2 атм., в качестве бактериальной культуры используют чистую культуру Rhizobium japonicum, после засева биогумус выдерживают при температуре 20-25°С в течение 5-7 дней.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к технологии приготовления биопрепаратов для растениеводства.

Одним из основных факторов, сдерживающих реализацию потенциала продуктивности растений, является дефицит азотного питания. Современные технологии возделывания сельскохозяйственных культур предусматривают обязательное применение минерального азотного питания. Их использование довольно дорого и сопровождается неблагоприятными экологическими последствиями, что вынуждает искать возможность покрытия азотного дефицита за счет биологической азотфиксации.

Известен способ получения живых культур клубеньковых бактерий с использованием лиофилизации (Методы культивирования азотфиксирующих бактерий, способы получения и применения препаратов на их основе: Методические рекомендации // Под ред. А.В.Хотяновича, Ленинград, 1991).

Однако полученный препарат необходимо хранить при низких температурах, при этом полевая эффективность такого препарата не отличается от торфяных форм. В то же время использование лиофилизации связано с большими затратами на оборудование, защитные среды, газо- и паронепроницаемую упаковку, что делает этот способ приготовления биопрепаратов на основе клубеньковых бактерий экономически не приемлемым для практики.

Известен способ приготовления препаратов клубеньковых бактерий, включающий хранение культур клубеньковых бактерий, получения жидкой культуры (инокулюма), нейтрализация и стерилизация торфа в качестве субстрата-носителя, инокуляция торфа, хранение готового препарата (Штерншис М.В., Томилова О.Г., Андреева И.В. Биотехнология в защите растений // Учебное пособие Новосибирск, 2001 г., с.96-98).

Однако данный способ имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, использование торфа в качестве субстрата-носителя требует его предварительной подготовки (добавление питательных веществ, нейтрализация), что связано с низким содержанием питательных веществ в нем. Во-вторых, торф трудно стандартизировать и его источники распространены не повсеместно, что требует его перевозки на значительные расстояния. Кроме того, согласно существующим технологиям стерилизация торфа может производиться только при помощи гамм-излучения, а это накладывает значительные ограничения на размещения предприятий и требует дополнительных капиталовложений в производство биопрепаратов на торфяной основе. Кроме того, в торфе содержится незначительное количество питательных веществ.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения биоудобрения, заключающийся в получении биогумуса путем вермикультивирования сельскохозяйственных и промышленных отходов с использованием дождевых червей, отделения биогумуса от червей и его досушивания, причем из дождевых червей используют червей "Оболенский гибрид", полученных нами путем скрещивания "Красного калифорнийского гибрида" с российской популяцией дождевых червей Eisenia foetida, при этом вермикомпостирование осуществляют при температуре 16-24°С в течение 4-6 месяцев, в полученный биогумус вносят микроорганизмы, обладающие фунгицидными свойствами. В способе микроорганизмы, обладающие фунгицидной активностью, вносят после отделения червей или после дозревания биогумуса, кроме того, в качестве их используют штамм бактерий Bacillus subtilis ИПМ-215 в концентрациях 1·10⁹-1·10 ¹² спор на 1 кг богумуса или культуру микофильного гриба Trichoderma viride Pers ex S.F.Gray 16 в концентрациях 1·10 ⁴-1·10⁸ колониеобразующих единиц на 1 кг биогумуса (пат. РФ №2125549, кл. C 05 F 11/08.1999 г., бюл. №3 - прототип).

Однако данный способ имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, использование указанного гибрида не позволяет повсеместно получать качественный биогумус, так как климатические условия нашей страны очень разнообразны. Во-вторых, вызывает сомнение возможность использования данной технологии в южных регионах России, так как указанный диапазон температур не позволяет в теплые месяцы проводить культивирование данного гибрида, а время культивирование (4-6 месяцев) не позволяет получать достаточное количество биогумуса. Кроме того, дефицит азота и доступного фосфора во многих агроландшафтах требует дополнительного азотного питания, что не может обеспечить предлагаемый препарат.

Известные способы не позволяют получать биопрепарат высокого качества с минимальными затратами на приготовление.

Техническим решением задачи является расширение ассортимента биопрепаратов, повышение их биологической активности, снижение материальных и трудозатрат за счет упрощения технологии в связи с использованием нового субстрата-носителя для приготовления биопрепарата клубеньковых бактерий.

Поставленная задача достигается тем, что в способе приготовления биоудобрения, включающем получение жидкой бактериальной культуры, подготовку биогумуса путем вермикультивирования кольчатых дождевых червей на органических отходах сельскохозяйственного и промышленного производства и его засев, причем полученный биогумус стерилизуют автоклавированием в течение 0,8-1,2 часа при давлении в 0,8-1,2 атм, в качестве бактериальной культуры используют чистую культуру Rhizobium japonicum, после засева биогумус выдерживают при температуре 20-25°С в течение 5-7 дней.

Заявленный способ приготовления биоудобрения отличается от прототипа источником субстрата-носителя, способом его обработки и временем воздействия.

Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемых технических решений критерию "новизна".

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, направлены на достижение поставленной задачи и не выявлены при изучении патентной и научно-технической литературы в данной и смежной областей науки и техники и, следовательно, соответствуют критерию "изобретательский уровень".

Способ приготовления биоудобрения реализуется следующим образом.

Пробирку с лиофилизированной чистой культурой Rhizobium japonicum оживляют с помощью питательного раствора. Производят засев оживленной культуры в колбы на 750 мл по 200-250 мл питательной среды, представляющей собой гороховый отвар, который дополнительно содержит сахарозу и минеральные соли. Затем полученный маточный раствор засевают в бутыли объемом 5 литров, содержащих по 2,0-2,5 литра питательной среды, включающей в себя кукурузный экстракт, мелассу и минеральные соли.

Полученный таким образом рабочий раствор засевают в полипропиленовые пакеты, содержащие сухой биогумус, полученный культивированием гибрида красного калифорнийского червя на навозе крупного рогатого скота. Расфасованный в пакеты по 2,0 кг биогумус подвергают автоклавированию.

Если автоклавирование проводить в течение менее 0,8 часа и давлении менее 0,8 атм, то полной гибели микроорганизмов биогумуса наблюдаться не будет и качество биопрепарата будет низким из-за наличия посторонней микрофлоры. Если автоклавирование проводить в течение более 1,2 часа и при давлении более 1,2 атм, то при полной гибели посторонних микроорганизмов биогумуса будет наблюдаться слабый рост клубеньковых бактерий, так как при данном режиме автоклавирования в биогумусе будут происходить процессы образования токсичных соединений, которые и будут в дальнейшем ингибировать рост клубеньковых бактерий, что приведет к низкому титру культуры Rhizobium japonicum. Таким образом, оптимальный режим автоклавирования биогумуса составляет один час при давлении в одну атмосферу.

После автоклавирования пакеты охлаждают и производят в стерильных условиях засев рабочего раствора, содержащего живую культуру Rhizobium japonicum no 250 мл в каждый. Пакеты закрывают ватно-марлевыми пробками. Содержимое тщательно перемешивают и при температуре 22°С в термальной комнате культивируют, периодически перемешивая содержимое пакетов. Если температура культивирования составляет менее 20°С, то рост культуры Rhizobium japonicum наблюдаться не будет или будет слабым, что отрицательно скажется на качестве получаемого продукта. Если температура культивирования составляет более 25°С, то рост культуры клубеньковых бактерий будет замедленным.

По истечении 6 дней производят проверку титра биопрепарата. Если время культивирования составляет менее 5 суток, то культура Rhizobium japonicum не достигнет необходимого для эффективного заражения бобовых растений титра или будет необходимо увеличивать дозу внесения препарата, что скажется на стоимости обработки растений. Если время культивирования составляет более 7 суток, то культура клубеньковых бактерий, достигнув нужного титра, продолжать рост не будет и это приведет к частичному лизису бактериальных клеток. Кроме того, дополнительное выдерживание в термокамере приводит к перерасходу теплоносителя, необходимого для обогрева термальных комнат, что увеличит себестоимость препарата без увеличения его качества.

В процессе культивирования титр достигает 10¹⁰ кл/г препарата.

Для сравнения эффективности роста культура Rhizobium japonicum на биогумусе и торфе при использовании стерильного и нестерильного носителя провели эксперименты, результаты которого представлены в таблице.

Таблица Сравнение титра клеток культуры Rhizobium japonicum при использовании в качестве субстрата-носителя биогумуса и торфа
№	Стерилизация	Субстрат-носитель
		торф	биогумус
1	автоклавирование	9,4·10 7	1,5·1010
2	контроль	3,2·107	1,7·108

Как видно из таблицы, использование биогумуса позволяет за одинаковый период времени получить более высокий титр клеток клубеньковых бактерий. При этом независимо от природы субстрата-носителя повышение титра можно обеспечить автоклавированием. Следует отметить, что использование автоклавирования в сравнении с гамма-излучением упрощает технологию стерилизации субстрата, делая данную технологию доступной и обеспечивая возможность изготовления препарата на малотонажных комплексах, приближая их непосредственно к потребителю. Однако, как показывают данные экспериментов, стерилизация автоклавированием неприменима для торфа в связи с образованием в нем токсичных веществ. Кроме того, использование торфа невозможно повсеместно, так как его залежи отсутствуют во многих регионах России (например, на юге), что нельзя сказать о биогумусе, так как его получение это простой процесс, а сырье (органические отходы сельского хозяйства) общедоступно. Одновременно с получением биогумуса решается и проблема защиты окружающей среды, что актуально особенно в аграрных регионах с развитым животноводством.

Не следует забывать и о том, что использование биогумуса в качестве субстрата-носителя не только обеспечивает растения полезными микроорганизмами, но и само по себе является источником питательных веществ. Следует отметить, что препараты на основе биогумуса при использовании для обработки семян практически не требуют прилипателя и позволяют равномерно распределить бактерии Rhizobium japonicum по поверхности семян, что в целом повышает биологическую активность препарата клубеньковых бактерий.

Таким образом, способ приготовления биоудобрения на основе биогумуса не только позволяет получить высокий титр клубеньковых бактерий за счет наличия в нем питательных веществ, а также активизировать бобовые растения и их семена за счет наличия питательных и стимулирующих веществ самого биогумуса, но и расширить ассортимент биопрепаратов за счет возможности размещение малотоннажных производств непосредственно в регионах и частично решить проблемы утилизации отходов животноводства.