СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ФАСОВАННЫХ КОМПОСТОВ И ПОЧВОГРУНТОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ РАСТЕНИЙ В ЗАЩИЩЕННОМ ГРУНТЕ, ОТ ПАТОГЕННЫХ ОРГАНИЗМОВ
DISINFECTION METHOD OF PACKED COMPOSITS AND SOILS USED FOR PLANT CULTIVATION IN PROTECTED GROUND AGAINST PATHOGENIC ORGANISMS

Настоящее изобретение относится к сельскому хозяйству и, в частности, может быть использовано для обеззараживания фасованных компостов и почвогрунтов, применяемых для выращивания растений в закрытом грунте, от патогенных организмов.
Известны способы обеззараживания почвы парников и теплиц от патогенных организмов с использованием различных физических и химических агентов: тепла, СВЧ-облучения, фумигантов, биоагентов.
Известен способ электрической обработки почвы в теплицах с помощью мобильного обеззараживателя на базе мостовой фермы, см. «Материалы XLIII научно-технической конференции. Челябинский гос.агроинженерный ун-т.Челябинск, 2004 - Ч.2. - С.325-328. - Библиогр.6 назв. Шифр 04-10700».
Наиболее близким к предлагаемому нами способу является способ термоэлектрического обеззараживания почвы, включающий термоэлектрическую обработку почвы в специальной электронагревательной камере, см. патент РФ №2283557, 2003.09.02, ФГОУ ВПО «Горский ГАУ». Басаев Б.Б., Кабалоев Т.Х., Бекузарова С.А.
Известный способ обладает следующими недостатками:
- технологическая и техническая сложность, что обуславливает его высокую стоимость;
- значительные энергозатраты;
- малый объем обрабатываемой почвы, обусловленный размерами загрузочной камеры;
- изменение состава почвы;
- не обеспечивается стабильность обеззараживающего эффекта.
Целью изобретения является достижение технического результата по повышению эффективности обеззараживания фасованного компоста и почвогрунта от патогенных организмов с одновременным обеспечением высокой всхожести семян, упрощением и удешевлением процесса их обработки.
Изобретение реализуется следующим образом:
Компост, почвогрунт, применяемый для выращивания растений в защищенном грунте, насыпают в полиэтиленовые газопроницаемые из ПНД (полиэтилен низкого давления) толщиной от 60 до 100 мкм пакеты объемом от 1 до 50 л, которые укладывают на деревянные поддоны, после чего помещают в камеру промышленного газового стерилизатора.
В камеру подается стандартная стерилизационная газовая смесь, состоящая из окиси этилена (10-20%) и двуокиси углерода (90-80%). При давлении от 1,5 до 2,0 бар, температуре 50 град. С и влажности не более 50% компост, почвогрунт выдерживается в течение 180-240 мин.
При этом молекулы газовой смеси этиленоксида через поры пакета проникают в компост, почвогрунт, что ведет к гибели патогенных организмов.
В конце обработки, в автоматическом режиме вакуумированием из пакетов удаляются остатки использованной газовой смеси.
После окончания процесса пакеты с обеззараженным компостом, почвогрунтом выгружаются из камеры и они готовы к использованию.
В результате такой обработки достигается высокая эффективность обеззараживания фасованного компоста, почвогрунта от патогенных организмов при соблюдении высокой всхожести семян.
Установлено полное уничтожение нематод, клещей и их яиц (Приложение 1), уменьшение численности КОЕ грибов в 1,7 раза (Приложение 2), уничтожение бактерий кишечной палочки E.Coli (Приложение 3).
При этом обработка не вызывает увеличения фитотоксичности компоста и почвогрунта. Напротив, имеется эффект повышения всхожести семян овощных культур и стимуляции роста растений (Приложение 4).
Параметры обработки смесью этиленоксида с диоксидом углерода установлены в серии предварительных экспериментов (Приложение 5). Почвогрунты и компосты для обработки готовят с уровнем влажности не более 50% от полной влагоемкости, что необходимо для проникновения газовой смеси в воздушную фазу субстратов. Обеззараживание субстратов при большей концентрации газовой смеси окиси этилена и двуокиси углерода, температуре и продолжительности обработки ведет к повышению ее себестоимости и периоду восстановления жизнедеятельности микробиоты в почвогрунтах и компостах.
Таким образом, реализация заявленного изобретения позволяет повысить надежность и эффективность обеззараживания и упростить процесс обработки (Приложение 6).
Изобретение при существенном снижении затрат на энергоносители обеспечивает получение очищенного фасованного компоста, почвогрунта в несколько раз больше по объему (до 15 тонн за один цикл), чем при обработке известными способами.
Кроме того установлено, что применение данного способа обеззараживания стимулирует рост растений.
Изобретение апробировано на базе стерилизационного комплекса в городе Луховицы, что говорит о соответствии заявленного способа критерию патентоспособности - промышленная применимость.
Приложение 1
Таблица 1
Влияние обработки смесью окиси этилена и двуокиси углерода на численность нематод и плотность популяции простейших в тепличном почвогрунте
Вариант
Количество нематод в 100 мкл суспензии
Количество нематод в 10 г почвы
Простейшие
Контроль - 1
28
510
Обильная популяция простейших
33
42
ср. 34
2 180-240 мин
0
0
простейших нет
Таблица 2
Нематоды и клещи в посевах мелкозема тепличного почвогрунта на картофельно-глюкозный агар после 3 недель инкубации при 25°С
Вариант
Нематоды и клещи
Контроль-1
Наблюдается активное развитие нематод и клещей на чашках с грибами
2 180-240 мин
Нематоды не обнаружены, встречаются единичные особи клещей
Приложение 2
Таблица 1
Влияние обработки смесью окиси этилена и двуокиси углерода на общую численность колониеобразующих единиц (КОЕ) грибов в тепличном почвогрунте (агар Чапека)
№вариант*/повторность образцов
Разведение
Число колоний на чашках Петри (повторность чашек)
Среднее
КОЕ/1 г воздушно-сухого образца
1 *(контроль)
1
2
3
4
1
10<sup>-3</sup>
6
10
7
9
8
1,6×10<sup>5</sup>
2 180-240 мин
10<sup>-1</sup>
3
2
3
-
2,7
5,3×10<sup>2</sup>
Таблица 2
Влияние обработки смесью окиси этилена и двуокиси углерода на общую численность колониеобразующих единиц (КОЕ) грибов в тепличном почвогрунте (картофельно-глюкозный агар)
№вариант*/повторность образцов
Разведение
Число колоний на чашках Петри (повторность чашек)
Среднее
КОЕ/1 г воздушно-сухого образца
1
1
2
3
1
10<sup>-3</sup>
8
15
14
12,3
2,5×10<sup>5</sup>
2
1
180-240 мин
10<sup>-1</sup>
4
2
2
2,7
5,3×10<sup>2</sup>
Приложение 3
Влияние обработки смесью окиси этилена и двуокиси углерода на общую численность колониеобразующих единиц (КОЕ) бактерий в тепличном почвогрунте (соево-казеиновый агар)
№вариант*/повторность образцов
Разведение
Число колоний на чашках Петри (повторность чашек)
Среднее
КОЕ/1 г воздушно-сухого образца
1*(контроль)
1
2
3
10<sup>-4</sup>
33
41
29
34,3
3,9×10<sup>6</sup>
2 180-240 мин
10<sup>-2</sup>
94
440
138
224
4,5×10<sup>5</sup>
Важным аспектом обработки является уничтожение патогенных и потенциально патогенных организмов в почвогрунте.
Установлено, что все испытанные режимы обработки приводят к гибели бактерий кишечной палочки (Е.coli).
Влияние обработки смесью окиси этилена и двуокиси углерода на численность колониеобразующих единиц (КОЕ) бактерий кишечной группы (Е.coli) в тепличном почвогрунте
Вариант
Разведение
КОЕ/чашку
КОЕ/г
Число типов колоний
Контроль-1
10<sup>-2</sup>
7
40000
3
0
0
ср. 2
2 180-240 мин
10<sup>-2</sup>
0
0
0
Приложение 4
Таблица 1
Фитотоксичность почвогрунта для выращивания рассады после обработки смесью окиси этилена и двуокиси углерода (тест на прорастание семян горчицы и рост проростков)
Вариант/повторность
Всхожесть семян, %
Длина надземной части проростков на 5 сут, см
Контроль
1
30
3,2
2
90
5,8
3
80
5,9
среднее
67
5,0
180-240 мин
1
80
5,3
2
100
4,7
3
100
5,6
среднее
93
5,2
Число семян в каждой повторности - 20, в трех повторностях - 60 семян; коэффициент вариации данных - 10-15%; в опыте использован почвогрунт, через 2 недели после обработки.
Таблица 2
Микробная фитотоксичность почвогрунта для выращивания рассады после обработки смесью окиси этилена и двуокиси углерода (тест на прорастание семян горчицы и рост проростков)
Вариант
Состав инициированного внесением крахмала микробного сообщества
Всхожесть семян, %
Длина надземной части проростков на 6 сут, см
Контроль
Coniothyrium sp.
Monilia geophila
Mucor sp.
Streptomyces sp. Гр. Griseus
Streptomyces sp. Гр. Albus
Среднее
77
5,8
180-240 мин
Streptomyces sp. Гр. Griseus
Streptomyces sp. Гр. Albus
Единичные гифы грибов
Среднее
97
6,7
Число семян в каждой повторности - 20, в трех повторностях - 60 семян; в опыте использован почвогрунт, через 2 недели после обработки; коэффициент вариации данных - 10-15%.
Таблица 3
Влияние обработки смесью окиси этилена и двуокиси углерода почвогрунта на прорастание семян и рост рассады перца
Вариант
Всхожесть, %
Длина (см)
Вес растения (г)
корень
Надземная часть
Посев семян перца, учет через 20 сут в фазе появления 3 листа, почвогрунт обработан 4 недели до посева
Контроль
72
1,7* (2,4)**
5,8* (8,2)**
0,25* (0,36)**
180-240 мин
86
2,3 (2,7)
5,7 (6,7)
0,09 (0,10)
Посев семян перца, учет через 20 сут в фазе появления 3 листа, почвогрунт обработан 4 дня до посева
Контроль
71
3,6 (5,0)
6,2 (8,7)
0,16 (0,22)
180-240 мин
100
3,8 (3,8)
5,9 (5,9)
0,16 (0,16)
Коэффициент вариации данных в среднем - 15%; * - длина и вес растений без учета, что часть семян не проросло; ** - длина и вес растений с учетом выпадения части растений (не проросло часть семян); посев по 7 семян перца в каждый вегетационный сосуд с почвогрунтом.
Таблица 4
Влияние обработки смесью окиси этилена и двуокиси углерода почвогрунта на прорастание семян и рост рассады огурца
Вариант
Всхожесть, %
Длина (см)
Вес растения (г)
корень
Надземная часть
Посев семян огурцов (сорт Родничок), учет через 20 сут в фазе появления 3 листа, почвогрунт обработан 4 недели до посева
Контроль
83
5,2 (6,2)
11,2 (13,5)
0,87 (1,04)
180-240 мин
83
4,7 (5,6)
12,4 (14,9)
1,12 (1,30)
Посев семян огурца, учет через 20 сут в фазе появления 3 листа, почвогрунт обработан 4 дня до посева
Контроль
33
1,8 (5,4)
4,9 (14,6)
0,28 (0,83)
180-240 мин
100
6,8 (6,8)
11,4 (11,4)
0,99 (0,99)
Коэффициент вариации данных в среднем - 15%; * - длина и вес растений без учета, что часть семян не проросло; ** - длина и вес растений с учетом выпадения части растений (не проросло часть семян); посев по 6 семян огурцов в каждый вегетационный сосуд с почвогрунтом.
Таблица 5
Влияние обработки смесью окиси этилена и двуокиси углерода почвогрунта на рост рассады огурца
Вариант
Всхожесть, %
Длина (см)
Вес растения (г)
стебля
корня
Посев семян огурца, учет через 20 сут в фазе появления 3 листа, почвогрунт обработан 5 недель до посева
Контроль
100
9,8* (9,8)**
4,2* (4,2)**
0,52* (0,52)**
180-240 мин
83
9,5* (11,4)**
3,1* (3,7)**
0,48* (0,58)**
Коэффициент вариации данных - в среднем 10-15%; * - длина и вес растений без учета, что часть семян не проросло; ** - длина и вес растений с учетом выпадения растений (не проросло часть семян); посев по 6 семян огурцов в каждый вегетационный сосуд с почвогрунтом.
Приложение 5
Таблица 1
Влияние режима обработки при разном давлении смесью окиси этилена и двуокиси углерода на численность колониеобразующих единиц (КОЕ) бактерий кишечной группы (Е.coli) в тепличном почвогрунте (при 50°С)
Вариант
Разведение
КОЕ/чашку
КОЕ/г
Число типов колоний
Контроль
10<sup>-2</sup>
7
40000
3
0
0
ср. 2
Обработка смесью при 1,2 бар
Обработка смесью при 1,5 бар
10<sup>-2</sup>
0
0
0
Обработка смесью при 2,0 бар
10<sup>-2</sup>
0
0
0
Обработка смесью при 2,5 бар
10<sup>-2</sup>
0
0
0
Таблица 2
Влияние температурного режима и времени обработки смесью окиси этилена и двуокиси углерода на численность колониеобразующих единиц (КОЕ) бактерий в тепличном почвогрунте и вермикомпосте
Температурный
Давление
КОЕ бактерий/г
режим
газовой смеси, бар
Контроль
180 мин
240 мин
300 мин
40°С
1,5
38×10<sup>5</sup>
-
11,4×10<sup>5</sup>
19,2×10<sup>4</sup>
45°С
1,5
3,9×10<sup>6</sup>
6,6×10<sup>3</sup>
6,6×10<sup>2</sup>
Единичные бациллы
50°С
1,5
6,0×10<sup>6*</sup>
3,0×10<sup>3*</sup>*
3,0×10<sup>2*</sup>
Единичные бациллы
Таблица 3
Влияние температурного режима и времени обработки смесью окиси этилена и двуокиси углерода на численность колониеобразующих единиц (КОЕ) бактерий кишечной группы в тепличном почвогрунте и вермикомпосте
Температурный
Давление
КОЕ бактерий/г
режим
газовой смеси, бар
Контроль
180 мин
240 мин
300 мин
40°С
1,5
96000
-
62000
60000
45°С
1,5
40000
0
0
0
50°С
1,5
50000
0
0
0
Таблица 4
Влияние температурного режима и времени обработки смесью окиси этилена и двуокиси углерода на численность колониеобразующих единиц (КОЕ) грибов в тепличном почвогрунте и вермикомпосте
Температурный
Давление
КОЕ грибов/г
режим
газовой смеси, бар
Контроль
180 мин
240 мин
300 мин
40°С
1,5
2,0×10<sup>3</sup>
-
1,5×10<sup>3</sup>
l,4×10<sup>3</sup>
45°С
1,5
2,5×10<sup>5</sup>
5,3×10<sup>2</sup>
4,0×10<sup>2</sup>
2,6×10<sup>2</sup>
50°С
1,5
15,1×10<sup>3</sup>
9,0x10<sup>3</sup>
l,6×10<sup>3</sup>
1,6×10<sup>2</sup>
Таблица 5
Влияние температурного режима и времени обработки смесью окиси этилена и двуокиси углерода на численность нематод и простейших в тепличном почвогрунте
Температурный режим
Давление газовой смеси, бар
Группа организмов
Контроль
180 мин
240 мин
300 мин
40°С
1,5
нематоды, число в 10 г
90
-
75
30
40°С
1,5
обилие простейших
Многочисленная популяция простейших
единичные особи
единичные особи
50°С
1,5
нематоды, число в 10 г
520
нет
нет
нет
50°С
1,5
Обилие простейших
Многочисленная популяция простейших
нет
нет
нет
Таблица 6
Эффективность обеззараживания почвогрунтов смесью окиси этилена и двуокиси углерода в пакетах разного объема
Температурный режим
Давление газовой смеси, бар
Численность колониеобразующих единиц (КОЕ) бактерий кишечной группы
Контроль
1 л
10 л
50 л
50°С
1,5
40000
0
0
0
50°С
2,0
40000
0
0
0
Приложение 6
Таблица 1
Сравнение обеззараживания почвогрунтов/компостов предлагаемым способом и прототипом (патент РФ №2283557)
Параметр
Обработка газовой смесью с этиленоксидом
Термоэлектрический способ (прототип)
Существенные изменения в составе почвы
Нет
Да
Возможность проведения обеззараживания субстрата, расфасованного в пакеты различного объема (1-50 л)
Да
Нет
Эффективность и стабильность обработки
Высокая
Не обеспечивает стабильность обеззараживания
Максимальный объем почвогрунта/компоста, который может быть обеззаражен за 1 цикл обработки
До 15 т
До 3-5 т
Энергозатраты на обработку
Умеренные, т.к. нагрев осуществляется только на первичном этапе обработки
Высокие, т.к. нагрев происходит во время всего цикла обработки