Способ получения минерально-органического удобрения пролонгированного действия

 

Изобретение относится к технологии получения минерально-органических удобрений пролонгированного действия, которые могут быть использованы в сельском хозяйстве для любых культур и как разрыхлитель почв непосредственно и/или совместно с известными органо-минеральными удобрениями. Способ включает взаимодействие сорбента на основе алюмосиликатов и культуральной жидкости выращивания микроорганизмов, содержащей минеральные компоненты, причем взаимодействие проводят в процессе культивирования микроорганизмов при температуре 28-34^oС при перемешивании и аэрировании культуральной жидкости воздухом в количестве 0,2-1,0 объема воздуха на объем культуральной жидкости и сорбента и для закрепления микробных клеток и продуктов их метаболизма на сорбенте в конце процесса культивирования понижают рН культуральной жидкости на 1-2 единицы рН, а полученный в результате взаимодействия насыщенный сорбент, исходное количество которого составляет 5,0-30,0 мас.% от массы культуральной жидкости, отделяют от жидкой фазы и подсушивают при температуре 50-100^oС до остаточной влажности 10-25 мас.%, при этом в качестве сорбента используют перлит или керамзит, который вводят в культуральную жидкость до начала роста клеток микроорганизмов и продуцирования в жидкость продуктов метаболизма или на конечной стадии культивирования микроорганизмов. Технический результат состоит в повышении эффективности действия удобрения, приводящей к повышению урожайности сельскохозяйственных культур. 8 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к технологии получения минеральных удобрений, а именно удобрений пролонгированного действия, которые могут быть использованы в сельском хозяйстве для любых культур и как разрыхлитель почв непосредственно и/или совместно с известными органо-минеральными удобрениями.

Известен (RU, патент 2163587) способ получения удобрения пролонгированного действия, выполненных в виде отрезков стеклянных стержней, содержащих медленно растворимые остеклованные соединения фосфора, калия и микроэлементов и снабженных центральным отверстием, заполненным азотосодержащими полимерами.

Недостатком известного удобрения является низкая эффективность его действия, обусловленная отсутствием органических компонентов в его составе.

Известен (RU, патент 2137739) способ получения комплексного минерального удобрения пролонгированного действия, включающий получение комплексного минерального кальций- и фосфорсодержащего удобрения длительного действия из цеолитсодержащего сырья путем механической активации в высокоэнергонапряженных измельчительных аппаратах (центробежных или вибромельницах) смеси следующего состава: монокальцийфосфат моногидрат, нитрат калия, цеолитсодержащие сырье, в качестве которого используют клиноптилолитсодержащий туф.

Недостатком известного удобрения является низкая эффективность его действия, обусловленная отсутствием в его составе органических компонентов.

Наиболее близким к достигаемому решению является (RU, заявка 99100664/13) способ получения пролонгированного бактериального удобрения, содержащего культуру микроорганизмов, сорбент, остатки культуральной жидкости с продуктами метаболизма путем взаимодействия сорбентов на основе алюмосиликатов и культуральной жидкости с микроорганизмами.

Недостатком известного удобрения является низкая эффективность действия вследствие особенностей его состава.

Техническая задача, решаемая посредством настоящего изобретения, состоит в разработке способа производства минерально-органического пролонгированного удобрения.

Технический результат, получаемый в результате предлагаемого изобретения, состоит в повышении эффективности его действия, приводящем к повышению урожайности сельскохозяйственных культур, при выращивании которых использовано предлагаемое минерально-органическое удобрение пролонгированного действия.

Указанный технический результат обеспечивается использованием следующей совокупности признаков. Способ включает взаимодействие сорбента на основе алюмосиликатов и культуральной жидкости выращивания микроорганизмов и использование полученного насыщенного сорбента в качестве минерально-органического удобрения пролонгированного действия. Указанное взаимодействие проводят в процессе культивирования микроорганизмов при температуре 28-34^oС при перемешивании и аэрировании культуральной жидкости, содержащей минеральные компоненты, воздухом в количестве 0,2-1,0 объема воздуха на совместный объем культуральной жидкости и сорбента, причем для закрепления микробных клеток и продуктов их метаболизма на сорбенте в конце процесса культивирования понижают рН культуральной жидкости на 1-2 единицы рН, а полученный в результате взаимодействия насыщенный сорбент, исходное количество которого составляет 5,0-30,0 мас. % от культуральной жидкости, отделяют от жидкой фазы и подсушивают при температуре 50-100^oС до остаточной влажности 10-25 мас.%. Обычно в качестве сорбента используют керамзит с насыпным весом 0,3-0,8 кг/дм³ и размером гранул 0,03-0,2 дм или перлит с насыпным весом 0,4-0,9 кг/дм³ и размером гранул 0,005-0,05 дм. Преимущественно сорбент вводят в культуральную жидкость до начала роста клеток микроорганизмов и продуцирования в жидкость продуктов метаболизма. Однако возможен вариант реализации способа, когда сорбент вводят в культуральную жидкость на конечной стадии культивирования микроорганизмов после накопления максимальной концентрации клеточной массы или концентрации продуктов метаболизма. Преимущественно в качестве микроорганизмов используют азотфиксирующие бактерии и/или фосфор- и калийтрансформирующие бактерии, а также микроорганизмы, продуценты витаминов, и/или аминокислот, и/или органических кислот. Предпочтительно, концентрация минеральных компонентов (в пересчете катионы) в культуральной жидкости на момент завершения процесса насыщения сорбента составляет К⁺ - 2,0-10 мг/г, Mg²⁺ - 2,0-10,0 мг/г, Zn²⁺ - 2-10 мг/г, Co²⁺ - 10^-2-1 мг/г, Mn²⁺ - 10^-2-1,0 мг/г.

Полученное удобрение пролонгированного действия используют в количестве 0,1-5,0 г/м² почвы, возможно, в сочетании с другими минеральными и органическими удобрениями.

Использование в качестве сорбента природных и искусственных алюмосиликатов типа керамзита или перлита улучшает структуру почвы. Изменение химической и физической структуры указанных сорбентов под действием окружающей почвы и климатических условий, приводящих, в конечном счете, к разложению указанных сорбентов, позволяет используемому сорбенту медленно выделять сорбированные в процессе приготовления вещества, благотворно влияющие на рост и развитие растений. Получаемый в процессе разложения сорбента продукты идентичны составу почвы и не вносят в почву посторонних нежелательных примесей, поскольку сорбент для насыщения вносят в культуральную жидкость на стадии культивирования микроорганизмов. Практически повышение стоимости получаемого удобрения соответствует только стоимости используемого сорбента, поскольку все остальные стадии остаются неизменными. Комбинированный механизм сорбции (физический и химический) приводит к длительности удержания полезных веществ на поверхности сорбента, а также в его порах. Он обеспечивает медленное выделение указанных питательных веществ в течение длительного времени, что исключает возможность удаления внесенных полезных веществ из почвенного слоя в непродуктивные слои земли или с проточными водами, являющимися следствием таяния снега или ливневых дождей.

В дальнейшем изобретение будет раскрыто с использованием примеров реализации.

1. Минерально-органическое удобрение пролонгированного действия получали следующим образом. Керамзит с насыпным весом 0,5 кг/дм³ и размером гранул 0,03-0,2 дм в количестве 20% от массы культуральной среды добавили в питательную среду, содержащую нитрат аммония в количестве 3 г/дм³, сахарозу - 30 г/дм³, однозамещенный фосфат калия - 1,5 г/дм³, сульфат магния - 0,5 г/дм³, сульфат марганца - 0,02 г/дм³, сульфат железа - 0,03 г/дм³. В питательную среду внесли культуру клеток микроорганизмов Fusarium polyferatum BKM - 136 (продуцент витаминного комплекса и аминокислот). Культивирование проводили в течение пяти суток при температуре 32^oС, рН 5,2 и при подаче воздуха в количестве 0,6 объема на объем культуральной жидкости и керамзита. По окончании процесса накопления биомассы рН уменьшили на 1,3 единиц и выдержали при указанных условиях в течение 2-х часов. Отделили керамзит от культуральной жидкости на фильтре, высушили при температуре 80-100^oС до остаточной влажности 16 мас. %. Полученное минерально-органическое удобрение пролонгированного действия содержит 10% витаминного биокомплекса, в том числе миоинозита - 8,6•10^-4 мг/г, гиббериллиновых кислот - 0,005 г/г, витамина В₁ - 7,5•10^-4 мг/г, витамина В₆ - 6•10^-3 мг/г, аминокислот - 0,03 г/г, калий - 8•10^-3 г/г, кобальта - 7•10^-6 мг/г, магния - 4•10^-4 г/г, железа - 3•10^-2 мг/г, цинка - 2•10^-4 мг/г. При добавлении полученного минерально-органического удобрения пролонгированного действия в почву при выращивании редиса в количестве 1 г на 1 м² в сочетании с компостом с поливом водой увеличение продуктивности корнеплодов составило 26,4% по сравнению с контрольным выращиванием редиса на компосте с поливом водой.

2. Минерально-органическое удобрение пролонгированного действия получали аналогично примеру 1. Но после 96 часов культивирования в культуральную жидкость добавили нитрат аммония, мочевину, однозамещенный фосфат калия, сульфат магния, сульфат марганца, хлорид кобальта 12-водный, сульфат цинка в количествах 6 г/дм³, 4,5 г/дм³, 2,34 г/дм³, 0,03 г/дм³ соответственно, продолжая перемешивать при снижении рН до 4,5 в течение 2-х часов. Отделили керамзит от культуральной жидкости на фильтре, высушили при температуре 90^oС. Полученное минерально-органическое удобрение с влажностью 12% содержит 15% витаминного биокомплекса, в том числе миоинозита - 7,0•10^-4 мг/г, гиббериллиновых кислот - 0,01 г/г, витамина B₁ - 7,0•10^-4 мг/г, витамина В₆ - 5•10^-3 мг/г, аминокислот - 0,04 г/г, калий - 2•10^-2 г/г, кобальта - 4•10^-5 мг/г, магния - 6•10^-2 г/г, железа - 4•10^-2 мг/г, цинка - 3•10^-3 мг/г. При добавлении полученного минерально-органического удобрения пролонгированного действия в почву при выращивании редиса в количестве 0,3 г на 1 м² в сочетании с компостом с поливом водой увеличение продуктивности корнеплодов составило 12,7% по сравнению с контрольным выращиванием редиса на компосте с поливом водой.

3. Минерально-органическое удобрение пролонгированного действия получили добавлением перлита в количестве 30% от массы культуральной жидкости с размером частиц 0,005-0,05 дм и насыпным весом 0,4-0,9 кг/дм³ к культуральной среде, содержащей выращенную культуру азотфиксирующих и фосфор-калийразрушающих микроорганизмов при рН 7,0. Перлит и культуральную жидкость выдержали при рН 6,0, температуре 30^oС и аэрации 1 об./об. в течение 2-х часов с последующим отделением насыщенного перлита от культуральной среды фильтрованием и высушиванием при температуре 50^oС в течение 2,5 часа до остаточной влажности 19 мас.%. При использовании полученного минерально-органического удобрения пролонгированного действия в количестве 2 г на 1 ² в почвы при выращивании салата увеличение выхода зеленой массы по сравнению с контрольным опытом составило 32,1%.

Использование полученного по предлагаемому способу минерально-органического удобрения пролонгированного действия позволяет увеличить урожайность сельскохозяйственных культур при отсутствии внесения в почву инородных носителей.

Формула изобретения

1. Способ получения минерально-органического удобрения пролонгированного действия, включающий взаимодействие сорбента на основе алюмосиликатов и культуральной жидкости выращивания микроорганизмов, содержащей минеральные компоненты, и использование полученного насыщенного сорбента в качестве минерально-органического удобрения пролонгированного действия, отличающийся тем, что указанное взаимодействие проводят в процессе культивирования микроорганизмов при температуре 28-34^oС при перемешивании и аэрировании культуральной жидкости воздухом в количестве 0,2-1,0 объема воздуха на объем культуральной жидкости и сорбента, причем для закрепления микробных клеток и продуктов их метаболизма на сорбенте в конце процесса культивирования понижают рН культуральной жидкости на 1-2 единицы рН, а полученный в результате взаимодействия насыщенный сорбент, исходное количество которого составляет 5,0-30,0 мас. % от массы культуральной жидкости, отделяют от жидкой фазы и подсушивают при температуре 50-100^oС до остаточной влажности 10-25 мас. %.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют керамзит с насыпным весом 0,3-0,8 кг/дм³ и размером гранул 0,03-0,2 дм.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют перлит с насыпным весом 0,4-0,9 кг/дм³ и размером гранул 0,005-0,05 дм.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сорбент вводят в культуральную жидкость до начала роста клеток микроорганизмов и продуцирования в жидкость продуктов метаболизма.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сорбент вводят в культуральную жидкость на конечной стадии культивирования микроорганизмов после накопления с максимальной концентрацией клеточной массы или концентрации продуктов метаболизма.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве микроорганизмов используют азотфиксирующие бактерии и/или фосфор- и калийтрансформирующие бактерии.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве микроорганизмов используют микроорганизмы, продуценты витаминов и/или аминокислот, и/или органических кислот.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что концентрация минеральных компонентов по катионам в среде на момент завершения процесса насыщения сорбента составляет, мг/г: К - 2,0-10 Mg - 2,0-10,0 Zn - 2,0-10,0
Со - 10^-2-1
Mn - 10^-2-1,0
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полученное удобрение пролонгированного действия используют в количестве 0,1-5,0 г/м² почвы.