Способ получения микробного препарата для биологической модификации минеральных удобрений и способ его применения

Изобретения относятся к сельскому хозяйству. Способ получения микробного препарата для биологической модификации минеральных удобрений включает смешивание суспензии культуры микроорганизмов с носителем, причем в качестве культуры микроорганизмов используют штамм ризосферных спорообразующих бактерий в виде концентрата бактериальной суспензии с титром не менее 1×10⁹ КОЕ/мл, при этом в качестве ризосферных спорообразующих бактерий используют бактерии вида Bacillus subtilis и их метаболиты, а в качестве носителя используют природный сорбент на основе кремнийсодержащих пород в виде одного из элементов ряда: диатомит, опока, трепел, цеолит, каолин, при этом смешивание производят в интенсивном турболопастном смесителе с одновременным тонкодисперсным распылением концентрата бактериальной суспензии на носитель через форсунку под давлением не менее 2 атм при соотношении концентрата бактериальной суспензии и носителя 0,02:1 мас.ч. Способ биологической модификации минеральных удобрений включает нанесение микробного препарата на поверхность гранул минеральных удобрений. Изобретения позволяют повысить эффективность модифицированных удобрений. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к области к сельскохозяйственной биотехнологии, и может быть использовано для биологической модификации различных типов гранулированных минеральных удобрений, включая тукосмеси.

В соответствие с ГОСТ 20432-83 «Удобрения. Термины и определения» модифицированное минеральное удобрение - это минеральное удобрение, частицы которого покрыты тонким слоем различных материалов, улучшающих их свойства. Изобретение представляет собой состав и способ производства микробного препарата для улучшения свойств минеральных удобрений, а также способ его применения.

Известен способ получения биопрепарата на основе штамма «Bacillus subtilis Ч-13» (в сухой форме) путем смешения 70 мл культуральной жидкости (с титром 5⋅10⁸ клеток/мл) и 230 г - дефеката, после чего полученную массу высушивают при 60°С в течение 12 часов и готовят из нее мелкодисперсный порошок путем размола (титр готового продукта не менее 1⋅10⁶ клеток/г) [Патент №2259397, C12N 1/20, А01С 1/06, C12N 1/20 (2000.01), C12R 1/125, 02.04.2003 г.]

Известный способ обладает рядом существенных недостатков. Первым недостатком известного способа является низкая технологичность, обусловленная необходимостью проведения дополнительных операций сушки и измельчения. Другим его недостатком является нестабильные физико-химические характеристики модификатора, т.к. при его производстве используют отход сахарного производства - дефекат.

Известен способ получения сухих бактериальных препаратов, включающий выращивание культуры микроорганизмов в виде суспензии, смешивание ее с сорбентом в виде тонко дисперсного порошка диоксида кремния в соотношении 2:1, сушку на воздухе и диспергацию полученной смеси до тонко дисперсного состояния. [Патент №2104299, C12N 1/04, 24.05.1996 г.].

Недостатком описанного способа также является низкая технологичность, обусловленная необходимостью проведения дополнительных операций сушки и измельчения. Другим его недостатком является его высокая себестоимость, обусловленная высокой стоимостью используемого в качестве носителя чистого диоксида кремния.

Известен способ получения биоминеральных удобрений и мелиорантов, включающий совмещение сухих или жидких минеральных удобрений и мелиорантов с микробной биомассой, состоящей из живых клеток или спор микроорганизмов, а также с продуктами их метаболизма, согласно изобретению. В качестве микробной биомассы используют микробиологический препарат, созданный на основе агрономически полезных микроорганизмов, в виде сухого мелкодисперсного порошка с титром 10²-10⁵ клеток/г или 10⁴-10⁷ клеток/г, который наносят на сухое минеральное удобрение или мелиорант, либо вносят в жидкое минеральное удобрение, из расчета 2-6 кг/т или 1-4 кг/т, соответственно. [Патент №2512277, C05F 11/08, 10.10.2012 г.].

Недостатком известного способа является низкая эффективность получаемых модифицированных (биоминеральных) удобрений, обусловленная сниженной выживаемостью живых клеток микроорганизмов на поверхности гранул минеральных удобрений, а также неравномерностью нанесения препарата на гранулы минеральных удобрений.

Изобретение направлено на решение задачи повышения технологичности способа получения микробного препарата для биологической модификации минеральных удобрений при одновременном повышении эффективности модифицированых удобрений, полученных путем применения микробного препарата.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения микробного препарата для биологической модификации минеральных удобрений, включающем смешивание суспензии культуры микроорганизмов с минеральным носителем, предлагается в качестве культуры микроорганизмов использовать штамм ризосферных спорообразующих бактерий в виде концентрата бактериальной суспензии с титром не менее 1⋅10⁹ клеток/мл, при этом в качестве ризосферных спорообразующих бактерий использовать бактерии вида Bacillus subtilis и их метаболиты, а в качестве носителя использовать природный сорбент на основе кремнийсодержащих пород в виде одного из элементов ряда: диатомит, опока, трепел, цеолит, каолин, при этом смешивание производить в интенсивном турболопастном смесителе с одновременным тонкодисперсным распылением концентрата бактериальной суспензии на минеральный носитель через форсунку под давлением не менее 2 атм. при соотношении концентрата бактериальной суспензии и носителя 0,02:1 мас.ч.

В качестве ризосферных спорообразующих бактерий может быть использован штамм Bacillus subtilis Ч-13 и его метаболиты.

Титр получаемого микробного препарата для биологической модификации минеральных удобрений составляет не менее 1⋅10⁶ клеток/г, из которых споровые клетки составляют не менее 90 %.

В качестве носителя может быть использован диатомит (с содержанием SiO₂ не менее 85% и пористостью не менее 70%) либо цеолит (с содержанием SiO₂ не менее 50% и пористостью не менее 40%), имеющие влажность не более 2% и средний размер частиц не более 15 мкм.

В качестве носителя может быть использован природный сорбент на основе кремнийсодержащих пород с ярким цветом, преимущественно прокаленный диатомит, имеющий ярко-оранжевый цвет, позволяющий визуально его идентифицировать на поверхности гранул минеральных удобрений.

Сущность изобретения заключается так же в том, что в способе биологической модификации минеральных удобрений, включающем нанесение микробного препарата на поверхность гранул минеральных удобрений, предлагается наносить микробный препарат дозировано (посредством объемного или весового шнекового дозатора) на гранулированные минеральные удобрения, движущиеся по ленточному транспортеру, и перемешивать их посредством винтового конвейера или гравитационного смесителя, при этом минимальное время перемешивания удобрений с модификатором должно составлять не менее 15 секунд при скорости вращения вала не менее 40 оборотов в минуту.

Соотношение массы микробного препарата для биологической модификации минеральных удобрений к массе гранулированных минеральных удобрений в зависимости от размера гранул может составлять от 2 до 5 кг на 1 т удобрений.

Использование в качестве культуры микроорганизмов штамма ризосферных спорообразующих бактерий (споровых клеток не менее 90 %) в виде концентрата бактериальной суспензии с титром не менее 1⋅10⁹ клеток/мл (при этом в качестве ризосферных спорообразующих бактерий использовать штамм Bacillus subtilis 4-13 и его метаболиты, а в качестве носителя использовать природный сорбент на основе кремнийсодержащих пород в виде одного из элементов ряда: диатомит, опока, трепел, цеолит, каолин, при этом смешивание производить в интенсивном турболопастном смесителе с одновременным тонкодисперсным распылением концентрата бактериальной суспензии на носитель через форсунку под давлением не менее 2 атм. при соотношении концентрата бактериальной суспензии и носителя 0,02:1 мас.ч.) способствуют повышению технологичности способа получения микробного препарата для биологической модификации минеральных удобрений за счет исключения операций сушки и диспергирования, что обусловлено использованием концентрата бактериальной суспензии с высоким титром при соотношении бактериальной суспензии и носителя 0,02:1 мас.ч., что исключает получение густой пастообразной массы, при этом исключается операция диспергирования получаемого продукта, так как смешивание происходит одновременно с тонкодисперсионным распылением концентрата бактериальной суспензии под давлением в интенсивном турболопастном смесителе, что обеспечивает на выходе однородный по гранулометрическому составу продукт, при этом весь процесс занимает около 90 сек. При этом использование в качестве носителя природного сорбента на основе кремнийсодержащих пород в виде одного из элементов ряда: диатомит, опока, трепел, цеолит, каолин, определяется его высокой адгезионной (прилипательной) способностью. Указанный носитель хорошо прилипает и долгое время удерживается на поверхности гранул минеральных удобрений, а его пористая структура позволяет адсорбироваться указанному штамму бактерии внутри минерала и на его поверхности, что способствует повышению технологичности предлагаемого способа. При этом наличие кремния является благоприятной средой для жизнедеятельности бактерии, что способствует повышению эффективности получаемого препарата.

Использование в качестве носителя диатомита (с содержанием SiO₂ не менее 85% и пористостью не менее 70%) либо цеолита (с содержанием SiO₂ не менее 50% и пористостью не менее 40%), имеющих влажность не более 2% и средний размер частиц не более 15 мкм, обеспечивает возможность исключения операции сушки и диспергирования получаемого продукта, что способствует повышению технологичности предлагаемого способа. При этом использование в качестве носителя природного сорбента на основе кремнийсодержащих пород с ярким цветом, преимущественно прокаленного диатомита, имеющего ярко-оранжевый цвет, способствует повышению эффективности применения получаемого препарата, за счет визуальной идентификации модификатора на поверхности гранул минеральных удобрений.

Нанесение микробного препарата для биологической модификации минеральных удобрений дозировано на гранулированные минеральные удобрения при перемешивании микробного препарата для биологической модификации с минеральным удобрением посредством винтового конвейера, в течении минимум 15 секунд при скорости вращения вала не менее 40 оборотов в минуту, способствует повышению эффективности получаемых модифицированных (биоминеральных) удобрений, благодаря равномерности нанесения препарата на гранулы минеральных удобрений.

Повышению эффективности получаемых модифицированных (биоминеральных) удобрений также способствует нанесение микробного препарата для биологической модификации минеральных удобрений на гранулированные минеральные удобрения, движущиеся по ленточному транспортеру, перед винтовым конвейером либо непосредственно в винтовом конвейере, за счет обеспечения возможности равномерного нанесения препарата на гранулы минеральных удобрений.

Повышению эффективности получаемых модифицированных (биоминеральных) удобрений (за счет повышения выживаемости микроорганизмов на поверхности гранул удобрений) также способствует нанесение микробного препарата, состоящего минимум на 90 % из споровых клеток, которые начинают прорастать только тогда, когда гранула модифицированного удобрения попадает в благоприятную почвенную среду.

Повышение эффективности получаемых предлагаемым способом модифицированных (биоминеральных) удобрений может быть подтверждено, в частности, следующим опытом.

Полевой опыт по изучению действия минеральных и биоминеральных удобрений на продуктивность озимой пшеницы проводился на черноземе выщелоченном опытного поля Ульяновского НИИСХ.

В качестве объекта исследований в 2012 г. выбрана озимая пшеница (сорт Харьковская 92).

Закладка полевых опытов проводилась в 3-х кратной повторности зернового севооборота: чистый пар - озимая пшеница - яровая пшеница - овес.

Размещение делянок - систематическое. Первая закладка проведена в 2013, вторая в 2014, третья в 2015 году.

Полевой опыт закладывался согласно разработанной схеме. Общая площадь делянки (5,8×25) = 145 м, площадь учетной делянки (4×25) = 100 м. Повторность опыта 3-х кратная.

Основными объектами исследований являлись: минеральные и биоминеральные (модифицированные) удобрения, полученные предлагаемым способом, в том числе:

NPK - азофоска, NPKm - модифицированная азофоска, NPKm - половинная доза модифицированной предлагаемым способом азофоски, NH₄NO₃ - аммиачная селитра, NH₄NO₃m - модифицированная предлагаемым способом аммиачная селитра, NH₄NO₃m - половинная доза модифицированной аммиачной селитры.

Изучаемые удобрения увеличивали содержание питательных веществ в почве по всем вариантам относительно контрольного. Так на безудобренном фоне в фазу кущения применяемые минеральные удобрения и полученные предлагаемым способом модифицированные (биоминеральные) удобрения увеличивали содержание аммиачного азота на 0,17-0,46; нитратного - на 0,84-5,29; фосфора - на 0,8-6,1 и калия - на 1,0-2,7 мг/100 г почвы. Фоновое внесение аммиачной селитры в чистом виде и модифицированной также оказало положительное влияние на содержание питательных веществ по сравнению с безудобренным фоном.

В наших опытах содержание азота в растениях весной на фоне без удобрений составляло 2,91 %. Применение удобрений повышало этот показатель на 0,13-2,07%.

В целом, следует отметить, что более высокое содержание азота в течение вегетации наблюдалось на фоне с применением модифицированной аммиачной селитры.

Исследования показали, что средняя концентрация фосфора в растениях озимой пшеницы весной была высокой, в цветение заметно снижалась и к уборке варьировала от 0,51 до 0,74%. Более высокое содержание фосфора в растениях наблюдалось на фонах с применением модифицированной аммиачной селитры.

Наибольшее содержание калия в растениях отмечалось фоне с применением модифицированной аммиачной селитры.

Естественное плодородие чернозема выщелоченного обеспечивало урожайность озимой пшеницы 3,88 т/га. Внесение изучаемых удобрений в чистом виде способствовало увеличению сбора зерна на 0,31-0,67 т/га относительно контрольного варианта.

На фоне с весенним внесением NH₄NO₃ в дозе 40 кг д.в. урожайность на контрольном варианте составила 4,19 т/га. Варианты с модифицированным удобрением оказались на 2,4-8,3% выше. Максимальная урожайность на данном фоне была отмечена на вариантах NPKm и NPKm (4,57 и 4,54 т/га соответственно).

На фонах с модифицированной аммиачной селитрой, как в половинной, так и в полной дозах из-за повышения активности микроорганизмов наблюдалось еще большее увеличение урожайности по сравнению с фонами без удобрений и NH₄NO₃. Наибольшая урожайность была получена на фоне NH₄NO₃m на варианте NPKm - 4,54 т/га и на фоне NH₄NO₃m на варианте NPKm - 4,57 т/га.

Варианты с удобрениями и модифицированными предлагаемым способом удобрениями способствовали повышению содержания клейковины и белка в зерне, где эти показатели варьировали от 24,8 до 26,6 % и от 12,8 до 13,6 % соответственно.

Таким образом, предлагаемый способ получения микробного препарата для биологической модификации минеральных удобрений обладает высокой технологичностью, при этом модифицированные удобрения, полученные путем применения предлагаемого микробного препарата, обладают высокой эффективностью, способствуют более эффективному усвоению растениями элементов минерального питания и увеличению урожайности сельскохозяйственных растений.

1. Способ получения микробного препарата для биологической модификации минеральных удобрений, включающий смешивание суспензии культуры микроорганизмов с носителем, отличающийся тем, что в качестве культуры микроорганизмов используют штамм ризосферных спорообразующих бактерий в виде концентрата бактериальной суспензии с титром не менее 1×10⁹ КОЕ/мл, при этом в качестве ризосферных спорообразующих бактерий используют бактерии вида Bacillus subtilis и их метаболиты, а в качестве носителя используют природный сорбент на основе кремнийсодержащих пород в виде одного из элементов ряда: диатомит, опока, трепел, цеолит, каолин, при этом смешивание производят в интенсивном турболопастном смесителе с одновременным тонкодисперсным распылением концентрата бактериальной суспензии на носитель через форсунку под давлением не менее 2 атм при соотношении концентрата бактериальной суспензии и носителя 0,02:1 мас.ч.

2. Способ получения микробного препарата для биологической модификации минеральных удобрений по п. 1, отличающийся тем, что в качестве ризосферных спорообразующих бактерий используют штамм Bacillus subtilis 4-13 и его метаболиты.

3. Способ получения микробного препарата для биологической модификации минеральных удобрений по п. 1, отличающийся тем, что титр получаемого микробного препарата для биологической модификации минеральных удобрений составляет не менее 1×10⁶ КОЕ/г.

4. Способ получения микробного препарата для биологической модификации минеральных удобрений по п. 1, отличающийся тем, что в качестве носителя используют диатомит (с содержанием SiO₂ не менее 85% и пористостью не менее 70%) либо цеолит (с содержанием SiO₂ не менее 50% и пористостью не менее 40%), имеющие влажность не более 2% и средний размер частиц не более 15 мкм.

5. Способ получения микробного препарата для биологической модификации минеральных удобрений по п. 1, отличающийся тем, что в качестве носителя используют природный сорбент на основе кремнийсодержащих пород с ярким цветом, преимущественно прокаленный диатомит, имеющий ярко-оранжевый цвет.

6. Способ биологической модификации минеральных удобрений, включающий нанесение микробного препарата, полученного способом по п. 1, на поверхность гранул минеральных удобрений, отличающийся тем, что микробный препарат для биологической модификации минеральных удобрений дозированно наносят на гранулированные минеральные удобрения и перемешивают микробный препарат для биологической модификации с минеральным удобрением посредством винтового конвейера, при этом минимальное время перемешивания составляет не менее 15 секунд при скорости вращения вала не менее 40 оборотов в минуту.

7. Способ биологической модификации минеральных удобрений по п. 5, отличающийся тем, что микробный препарат для биологической модификации минеральных удобрений наносят на гранулированные минеральные удобрения, движущиеся по ленточному транспортеру, перед винтовым конвейером.

8. Способ биологической модификации минеральных удобрений по п. 5, отличающийся тем, что микробный препарат для биологической модификации минеральных удобрений наносят на гранулированные минеральные удобрения в винтовом конвейере.

9. Способ биологической модификации минеральных удобрений по п. 5, отличающийся тем, что соотношение массы микробного препарата для биологической модификации минеральных удобрений к массе гранулированных минеральных удобрений выбирается в зависимости от размера гранул и составляет от 2 до 5 кг на 1 т удобрений.