Біоорганомінеральне добриво “біофос”

Реферат: (72) Винахідник(и): Центило Леонід Васильович (UA), Кулинич Руслан Миколайович (UA), Волкогон Віталій Васильович (UA) (73) Власник(и): Центило Леонід Васильович, вул. Леніна, 6, с. Чубинці, Сквирський р-н, Київська обл., 09023 (UA), Кулинич Руслан Миколайович, вул. Перемоги, 5-а, с. Вільна Тарасівка, Білоцерківський р-н, Київська обл., 09113 (UA), Волкогон Віталій Васильович, вул. Комінтерна, 22-б, кв. 1, м. Чернігів, 14017 (UA) (56) Перелік документів, взятих до уваги експертизою: RU 2528813 C1, 20.09.2014 SU 1749217 A1, 23.07.1992 UA 98052 C2, 10.04.2012 UA 97198 C2, 10.01.2012 UA 86823 C2, 25.05.2009 Гаценко М. В. Оптимізація вермикомпостування органіки, збагаченох фосфоритами, за участі фосфатмобілізувальних мікроорганізмів / М. В. Гаценко, В. В. Волкогон // Мікробіологічний журнал. – 2010. – Т. 72. – № 3. – С. 14-19 Волкогон В. В. Ефективність мікробного препарату біограну та біоорганічного добрива фосфогуміну при вирощуванні огірка в умовах лісостепової зони / В. В. Волкогон, С. Б. Дімова, М. В. Гаценко, Н. В. Луценко, О. В. Куц // Овочівництво і баштанництво. – 2014. – Вип. 60. – С. 37-43 CN 10323944 A, 07.08.2013, abstract KR 100967143 B1, 05.07.2010, abstract UA 116179 C2 (12) UA 116179 C2 Винахід належить до біоорганомінерального добрива "Біофос", яке призначене для підвищення урожайності сільськогосподарських культур. Добриво містить гній великої рогатої худоби з фосфоритним борошном і сапропелем за інтродукції до субстрату асоціації бактерій: Pseudomonas sp. ІMB В-7480, Lactobacillus sp. ІMB В-7469 і Bacillus subtilis ІMB В-7467. UA 116179 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Винахід належить до біотехнології, а саме до біоорганомінеральних добрив, призначених для підвищення урожайності сільськогосподарських культур. Застосуванню органічних добрив (гною великої рогатої худоби, свиней, пташиного посліду та ін.) у землеробстві повинна передувати їх попередня підготовка для деструкції рослинних решток, позбавлення субстрату гельмінтів, патогенних мікроорганізмів, насіння бур'янів тощо [1]. З цією метою органічні добрива піддаються компостуванню. Органічні компости відомі давно, розроблено різний склад добрив і низку технологічних прийомів їх виготовлення, які мають як позитивні, так і негативні особливості. Основним недоліком відомих органічних компостів є тривалість процесу виготовлення, яка інколи сягає 10-12 місяців. Таке пасивне компостування зумовлює накопичення органічної речовини в буртах, кар'єрах тощо, що створює проблеми екологічного і економічного характеру. Для інтенсифікації процесу компостування розроблено кілька способів, основна суть яких зводиться до розігрівання субстрату в певних ємностях за рахунок електричного підігріву, або внаслідок продування повітрям. Так, відоме органічне добриво отримується змішуванням пташиного посліду з вологопоглинаючим матеріалом, підігріванням субстрату та ферментуванням з наступним продуванням газом, що містить кисень [2]. Недоліком є те, що процес виготовлення добрива потребує спеціального обладнання: реактора для аерації, електродів для підігріву і т.д. Крім того, ферментація посліду відбувається лише за рахунок присутньої у компості мікрофлори та не передбачає додаткового внесення селекціонованих агрономічно корисних мікроорганізмів. Відомий компост, отриманий шляхом ферментації органічної речовини за її розміщення в реакторі, продування стисненим повітрям, що забезпечує інтенсивне розігрівання субстрату і суттєво скорочує тривалість компостування [3]. Недоліком його є фактична пастеризація отриманого органічного добрива. При цьому разом із патогенними організмами знищується корисна мікрофлора, внаслідок чого отримане добриво має всі агрохімічні ознаки, проте не володіє біологічною активністю. По-суті, таке добриво мало чим відрізняється від мінеральних. Відомий біокомпост на основі пташиного посліду, до складу якого входить торф, тирса, гній та лігнін з додаванням суспензії бактерій Klebsiella sp., Bacillus sp. i Pseudomonas sp. [4]. Недоліком його є тривалість компостування. Найбільш близьким до винаходу, що заявляється, є біоорганічне добриво Фосфогумін на основі гною з фосфоритним борошном за додавання суспензії бактерій Pseudomonas putida 17 [5]. Дане добриво має високий вміст рухомих фосфатів та фізіологічно активних речовин, які продукуються інтродукованою бактерією та мікроорганізмами травного тракту дощового черв'яка. Проте недоліком його є тривалість компостування - до 6 місяців, та складність здійснення, оскільки культивування дощових черв'яків у компостованій масі потребує дотримання певних умов. У зв'язку з цією задачею винаходу є створення нового біоорганомінерального добрива, яке б характеризувалося швидкою технологією виготовлення і високим вмістом агрономічно корисних мікроорганізмів, що дало б змогу використовувати добриво у рослинництві як чинник впливу на кореневе живлення культурних рослин. Поставлена задача вирішується шляхом компостування суміші гною ВРХ з фосфоритним борошном і сапропелем за інтродукції до субстрату асоціації бактерій: Pseudomonas sp. 21 (ІMB В-7480), Lactobacillus sp. 34 (ІMB В-7469) і Bacillus subtilis 1 (ІMB B-7467) з метою активізації процесу компостування та збагачення біоорганомінерального добрива агрономічно корисними мікроорганізмами при такому співвідношенні компонентів, мас. %: гній ВРХ 60-65 фосфоритне борошно 8-10 сапропель (або дефекат) 27-30 суспензія бактеріальної асоціації Pseudomonas sp. 21, Lactobacillus sp. 34 і Bacillus subtilis 1 (титр 7 2,0×10 ) 2-3. Пропоновані для формування штучної асоціації бактерії депоновано в колекції мікроорганізмів Інституту мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного Національної академії наук України (вул. академіка Заболотного, 154, м. Київ) 15 травня 2014 року, та 4 березня 2015 року з присвоєнням реєстраційних номерів: 1. Pseudomonas sp. 21 - (ІMB В-7480), 2. Lactobacillus sp. 34 - (ІMB В-7469), 1 UA 116179 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 3. Bacillus subtilis 1- (ІMB B-7467). Pseudomonas sp. 21 - (ІMB В-7480) ізольовано з чорнозему типового. Клітини грам-негативні, рухомі, не утворюють спор, розміром 0,3-0,4×1,2-1,5 мкм. На м'ясопептонному агарі на 48-72 годину росту утворюють слабо випуклі, гладенькі, блискучі, пастоподібні колонії розміром до 3 мм у діаметрі. Виділяють в агаризоване середовище блідо-зелений флуоресцентний пігмент. Аероби. Каталазопозитивні. Продукують органічні кислоти та фермент фосфатазу, що забезпечує розчинення або гідроліз важкорозчинних фосфатів. Синтезують фітогормони. Штам не вірулентний, не здатний до інвазії у внутрішні органи теплокровних, без алергенної та загально токсичної дії. Штам зберігається у ліофільно висушеному стані протягом 5 років або на м'ясопептонному агарі з періодичним пересівом через 6 місяців. Lactobacillus sp. 34 - (ІMB B-7469) - ізольований із силосної маси. Факультативний анаероб. Клітини грам-позитивні, нерухливі, розміром 0,5-0,6×1,5-2,5 мкм. На живильному агарі МРС через 4 доби утворюють випуклі білі блискучі круглі колонії з різними краями, діаметром до 2 мм. Кращий ріст - в анаеробних умовах в атмосфері вуглекислого газу. Каталазонегативні. Штам продукує органічні кислоти, фізіологічно активні речовини. Штам зберігається у ліофільно висушеному стані протягом 5 років або на живильному середовищі МРС з періодичним пересівом через 6 місяців. Bacillus subtilis 1 - (ІMB В-7467) - ізольовано з рослинної маси тимофіївки лучної. Клітини аеробні, грам-позитивні рухливі палички розміром 1,0-1,2×2,4-2,8 мкм, заокруглені з кінців, утворюють спори. Клітини при спороутворенні не роздуваються. На м'ясопептонному агарі через 4 доби утворюють слабо випуклі, спочатку напівпрозорі блискучі колонії, потім шорсткі з нерівними краями та бугорчатою поверхнею. Каталазопозитивні. Бактерії продукують целюлозолітичні ферменти, що дозволяє використовувати штам як активний деструктор рослинних решток. Штам зберігається у ліофільно висушеному стані протягом 5 років або на м'ясопептонному агарі з періодичним пересівом через 6 місяців. Штучну бактеріальну асоціацію використовують для прискорення отримання біоорганомінерального добрива, збагаченого фізіологічно активними речовинами. Отримання біоорганомінерального добрива здійснюється наступним чином. Гній розміщується у буртах. Добавляється необхідна кількість фосфоритного борошна. Суміш обробляється аератором РТ-120, що дозволяє сформувати бурти висотою 2 м і шириною (в основі бурта) 3 м. Під час роботи аератора добавляється вода для доведення рівня вологості субстрату до 65 %. Витримують два тижні, необхідні для активного розігріву суміші, після чого бурти укривають шаром сапропелю або дефекату (відходи цукрових заводів) товщиною 20-30 см. Витримують два-три тижні, упродовж яких температура субстрату спочатку сягає 70 °C, а потім знижується до 45 °C. Після цього за використання аератора гній з фосфоритним борошном перемішується з сапропелем (дефекатом). Під час перемішування до субстрату вноситься суспензія бактеріальної асоціації, для чого використовують відповідну ємність аератора. Після внесення інокулюму субстрат витримують протягом двох тижнів, упродовж яких здійснюється активний розвиток інтродукованих бактерій і накопичення фізіологічно активних речовин. Отримане біоорганомінеральне добриво Біофос характеризується високим ступенем мінералізації складних органічних речовин (солома та ін.), підвищеним вмістом розчинних фосфатів, агрономічно корисних мікроорганізмів а також біологічно активних сполук. Термін отримання добрива складає 6-7 тижнів (у середньому - 1,5 місяця), що забезпечує відповідну швидкість переробки відходів тваринництва і унеможливлює їх накопичення, що надзвичайно вигідно не лише в економічному відношенні, але й з міркувань екологічного характеру. Для кращого розуміння суті технічного рішення приводяться конкретні приклади. Приклад 1 Проводили компостування субстрату як описано вище. Окремо компостували суміш гною з фосфоритним борошном і сапропелем без застосування асоціації бактерій, а також за використання окремо кожного із компонентів асоціації та власне асоціації. На початку і наприкінці терміну компостування визначали вміст водорозчинного Р2О5. Як свідчать отримані результати (табл. 1), використання окремо Pseudomonas sp. 21 забезпечує збільшення вивільнення фосфатів на 12,1 % порівняно до контрольного варіанту, Lactobacillus sp. 34 - на 7,5 %, Bacillus subtilis 1 - на 17,9 %. Застосування асоціації селекціонованих мікроорганізмів сприяє вивільненню фосфатів на 31,8 % більше у порівнянні з контролем (компост без внесення бактерій). Практично, поєднання мікроорганізмів у складі асоціації забезпечує синергічний ефект щодо розчинення фосфориту. 60 2 UA 116179 C2 Таблиця 1 Вміст водорозчинних фосфатів у компостах Р2О5, г/кг Варіанти досліду на початку компостування Компостування без додаткового застосування мікроорганізмів, контроль Компостування за участі Pseudomonas sp. 21 Компостування за участі Lactobacillus sp. 34 Компостування за участі Bacillus subtilis 1 Компостування за участі бактеріальної асоціації 5 10 15 Зростання вмісту водорозчинних фосфатів (до контролю), % наприкінці компостування 5,1 17,3 5,1 19,4 12,1 5,1 18,6 7,5 5,1 20,4 17,9 5,1 22,8 31,8 Приклад 2 Дослідження чисельності мікроорганізмів у біоорганомінеральному добриві Біофос, отриманому за участі асоціації мікроорганізмів, свідчить про активний розвиток мікроорганізмів у ньому. Для порівняння - чисельність мікроорганізмів у контролі (субстраті, що містить гній, фосфоритне борошно та сапропель, але компостується без додавання спеціально селекціонованих бактерій), суттєво нижча за відповідні показники при використанні бактеріальної асоціації (табл. 2). Звертає увагу суттєве (у 10 разів) зростання чисельності мікроорганізмів, здатних до розчинення мінеральних сполук фосфору. Інтенсивний розвиток мікроорганізмів у компостованому субстраті сприяє накопиченню фізіологічно активних сполук, у т. ч. й фітогормонів. Так, дослідження вмісту в компостах ауксинів, цитокінінів і гіберелінів демонструє значні кількості цих фітогормонів при компостуванні органо-мінеральної маси за участі селекціонованих бактерій асоціації (біоорганомінеральне добриво Біофос). Таблиця 2 Чисельність представників окремих еколого-трофічних груп мікроорганізмів у компостованих субстратах (через 1,5 місяця компостування) Варіанти досліду Компостування без додаткового застосування мікроорганізмів, контроль Компостування за участі бактеріальної асоціації (Біофос) 20 амоніфікатори Чисельність, млн./г бактерії, що бактерії, що переважно бактерії, що розчиняють засвоюють гідролізують целюлозолітичні мінеральні мінеральні органомікроорганізми сполуки сполуки фосфати фосфору фосфору 135,3 249,5 15,9 1,2 78,6 540,8 734,2 167,2 34,5 316,1 Вміст ауксину (β-індоліл-3-оцтової кислоти) збільшувався у 2,5 рази порівняно до компосту без додаткового збагачення мікроорганізмами; гіберелінів - у 1,5 разу; зеатин-рибозиду (активної форми цитокінінів) - у 1,8 разу, зеатину (запасної форми цитокінінів) - у 1,9 разу (табл. 3). 3 UA 116179 C2 Таблиця 3 Вплив інтродукції селекціонованих бактерій до компостованого субстрату на накопичення фітогормонів, нг/г сухої речовини Варіанти досліду Компостування без додаткового застосування мікроорганізмів, контроль Компостування за участі бактеріальної асоціації (Біофос) 5 Цитокініни зеатинзеатин рибозид Гібереліни Ауксини Абсцизова кислота 30,8 23,3 68,0 155,6 0,79 59,5 40,9 101,6 389,9 0,82 Важливо, що через 1,5 місяця компостування органічного субстрату за участі асоціації мікроорганізмів (біоорганомінеральне добриво Біофос) закінчувалося, а в контролі ще не відмічалося повне достигання компосту (табл. 4). Таблиця 4 Ступінь розкладання соломи у компостованому субстраті за інтродукції асоціації мікроорганізмів (через 1,5 місяця компостування) Варіанти досліду Компостування без інтродукції мікроорганізмів, контроль Компостування за участі асоціації мікроорганізмів (Біофос) 10 15 20 25 % розкладання соломи 61,0 95,8 Отримане біоорганомінеральне добриво Біофос використовується у технологіях вирощування сільськогосподарських культур для покращення кореневого живлення та підвищення їх урожайності. Ефективність Біофосу наведено нижче у прикладах 3 і 4. Приклад 3 Досліджували вплив біоорганомінерального добрива Біофос, отриманого в результаті компостування органічного субстрату за участі асоціації мікроорганізмів, на урожайність кукурудзи. У польовому досліді, проведеному на чорноземі типовому (вміст гумусу - 4,21 %; легкогідролізованого азоту - 77,0 мг/кг; рухомих форм фосфору (за Кірсановим) - 60,8 мг Р2О5/кг; обмінного калію (за Кірсановим) - 23,1 мг К2О/кг ґрунту; рНсол - 6,4) ТОВ "Агрофірма "КОЛОС" випробовували ефективність експериментального добрива в порівнянні з дією гною ВРХ. Для порівняння в схему досліду включали також варіанти з внесенням добрива, отриманого з компосту без додатково інтродукованих мікроорганізмів. Відмічено, що застосування біоорганомінерального добрива Біофос сприяє суттєвому зростанню урожайності культури (табл. 5). Отримані результати свідчать, що вплив Біофосу, застосованого в нормі 20 т/га, на урожайність зерна кукурудзи переважає ефект, отриманий при внесенні 40 т/га гною (13,4 і 12,3 відповідно). Вплив 10 т/га Біофосу забезпечив отримання урожайності кукурудзи на рівні 11,5 т/га, що більше за показник, отриманий за внесення 20 т/га гною, і дещо менший за результати, отримані при внесенні 40 т/га гною. Слід відмітити, що ефективність компосту, отриманого без участі селекціонованих мікроорганізмів, перевищувала показники варіантів із гноєм, проте поступалася Біофосу. 30 4 UA 116179 C2 Таблиця 5 Вплив біоорганомінерального добрива Біофос на урожайність кукурудзи, польовий дослід* Варіанти досліду Урожайність, т/га Без добрив, контроль Гній, 40 т/га Гній 20 т/га Компост, отриманий без інтродукованих мікроорганізмів, 20 т/га Компост, отриманий без інтродукованих мікроорганізмів, 10 т/га Компост, отриманий без інтродукованих мікроорганізмів, 5 т/га Біофос, 20 т/га Біофос, 10 т/га Біофос, 5 т/га НІР05 5 10 7,6 12,3 10,6 Приріст до контролю т/га % 4,7 60,8 3,0 40,0 11,8 4,2 55,3 9,4 1,8 23,7 8,5 0,9 11,8 13,4 11,5 10,3 0,9 5,8 3,9 2,7 75,9 51,3 34,8 Приклад 4 У польовому досліді з картоплею на чорноземі типовому (характеристика наведена вище) вивчали ефективність нового біоорганомінерального добрива Біофос на урожайність картоплі. Для порівняння в схему досліду включали варіант із внесенням добрива, отриманого з компосту без додатково інтродукованих мікроорганізмів. Добрива вносили з осені під оранку з розрахунку 20 т/га (табл. 6). Як свідчать отримані дані, достовірне збільшення урожайності картоплі відмічено за внесення Біофосу. Так, застосування зазначеного біоорганомінерального добрива сприяє зростанню врожайності культури на 31,9 % у порівнянні з контролем. Порівняно з впливом компосту, отриманого без участі інтродукованих мікроорганізмів, експериментальне біоорганомінеральне добриво також достовірно підвищило урожайність культури. Таблиця 6 Вплив біоорганомінерального добрива Біофос на урожайність картоплі, польовий дослід Варіанти досліду Без добрив Компост без інтродукованих мікроорганізмів Біофос НІР05 Урожайність, т/га 18,5 20,8 24,4 1,7 Приріст до контролю, % 12,4 31,9 15 20 25 30 Отже, інтродукція бактеріальної асоціації до компостованого субстрату на основі гною ВРХ, фосфоритного борошна і сапропелю забезпечує скорочення терміну компостування, накопичення в компості агрономічно цінних мікроорганізмів - активних продуцентів фізіологічно активних речовин і збільшення вмісту рухомих сполук фосфору. Наслідком дотримання представленого регламенту компостування є отримання біоорганомінерального добрива Біофос, перспективного для використання в сільськогосподарському виробництві. Джерела інформації: 1. Власюк П.А. Обогащенные компосты / П.А. Власюк, А.В. Мандрик. - К.: Госсельхозиздат, 1961. - 296 с. 2. Пат. 1749217 СССР, МПК C05F 3/00. Способ получения удобрения из птичьего помета / Келлер К.И., Седой В.Т., Чайка В.И.; заявитель и патентообладатель: Производственное обьединение "Протеке" Челябинского отделения Советского фонда культуры, Келлер К.И, Седой В.Т., Чайка В.И. заявл. 22.10.1990; опубл. 23.07.1992, Бюл. № 27. 3. Пат. 2528813 Российская Федерация, МПК C05F 3/00. Приготовление компоста в биоферментере / Малунов И.А., Ковалев Н.Г., Громов В.Н.; заявитель и патентообладатель: ООО "БИОЗЕМ". - заявл. 25.03.2013; опубл. 20.09.2014, Бюл. № 26. 5 UA 116179 C2 5 4. Пат. 2057103 Российская Федерация, МПК C05F 3/00, C05F 11/08. Биокомпост / Сидоренко О.Д.; заявитель и патентообладатель: Сидоренко О.Д. - заявл. 02.11.1993; опубл. 27.03.1996, Бюл. № 10. 5. Технологія біокомпостуваннягною ВРХ з фосфоритами за впливу фосфатмобілізувальних мікроорганізмів. Практичні рекомендації / Укладачі: В.В. Волкогон, М.В. Гаценко, Н.В. Луценко. - Чернігів: Інститут сільськогосподарської мікробіології НААН, 2010. - 15 с. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 Біоорганомінеральне добриво, що містить у своєму складі гній великої рогатої худоби, фосфоритне борошно, сапропель і бактеріальну складову, яке відрізняється тим, що додатково містить бактеріальну асоціацію штамів Pseudomonas sp. IMB В-7480, Lactobacillus sp. IMB В-7469 та Bacillus subtilis IMB В-7467, депонованих в колекції Інституту мікробіології і вірусології їм. Д.К. Заболотного НАН, при такому співвідношенні компонентів, мас. %: гній великої рогатої худоби 60-65 фосфоритне борошно 8-10 сапропель або дефекат 27-30 суспензія бактеріальної асоціації Pseudomonas sp. ІMB В-7480, Lactobacillus sp. ІMB В-7469 і Bacillus subtilis ІMB В-7467 з загальним титром 7 2,0×10 2-3. Комп'ютерна верстка Л. Ціхановська Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6