СОСТАВ ДЛЯ СТИМУЛИРОВАНИЯ РОСТА РАСТЕНИЙ И УСТОЙЧИВОСТИ К СТРЕССОВЫМ ФАКТОРАМ
COMPOSITION FOR PLANT GROWTH STIMULATION AND RESISTANCE TO STRESS FACTORS

Область техники
Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности, к агрохимикатам и органоминеральным удобрениям на основе лигноцеллюлозного сырья для растений и культивируемых грибов.
Уровень техники
В последнее время создаются промышленные композиции, включающие действующее химическое начало в виде микро- или макроудобрения с элементами регулятора роста и иммуномодулятора. Полученные препараты представляют собой сложный комплексный состав органо-минерального удобрения и регулятора роста растения, для повышения урожайности большинства агрокультур и устойчивости к биотическим и абиотическим стрессам. Состав комбинации агрохимиката – стимулятора роста растения подразумевает наличие в составе агрохимиката основных элементов - азота, фосфора и калия (NPK), производных полифенолов, органических соединений в пересчете на углерод, наличие микроэлементов в хелатной форме, карбоновых кислот и их соединений.
При выращивании сельскохозяйственных растений, солома (пожниевые остатки) злаковых и бобовых культур, используется в качестве кормов для животных, а также используется в производстве субстратов для выращивания культивируемых растений и грибов.
Содержащиеся в пожниевых остатках микроэлементы, органические вещества, целлюлоза, пентозаны, гемицеллюлоза и лигнин, являются энергетическим материалом для микроорганизмов почвы, а продукты их деструкции - строительным материалом для лабильного гумуса, а также являются необходимыми питательными элементами в органическом земледелии при выращивании растений и грибов (см. Верниченко, Л.Ю. Влияние соломы на почвенные процессы и урожай сельскохозяйственных культур / Л.Ю. Верниченко, Е.Н. Мишустин // Использование соломы как органическое удобрение. – М. : Наука. – 1980. – С. 3–24; Нарушева, Е.А. Влияние ассоциативных диазотрофов, соломы и сидератов на продуктивность гречихи в лесостепи Поволжья / Е.А. Нарушева // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И.Вавилова. – 2011. – № 4. – С. 10–14.; Землянов, И.Н. Применение соломы как органического удобрения / И.Н. Землянов // Земледелие. – 2007. – № 6. – С. 18–19.). Однако процесс подготовки пожниевых остатков для применения в качестве питательного элемента субстрата является достаточно длительным и в некоторых случаях трудозатратным, зависящим от ряда факторов: влажности, температуры, давления, pH-среды, перемешивания для равномерности созревания и т.д. В результате длительности процесса приготовления пожниевых остатков в качестве питательной среды, происходит значительная потеря микроэлементов, возникновение очагов гнилостных поражений, что в свою очередь ограничивает использование полученной биомассы лишь в качестве элемента улучшения механического состава тяжелых почв.
Известно использование соломы в качестве удобрения (см. Курдюмов Н.И. Мастерство плодородия. - Ростов-на-Дону: издательский дом «Владис», 2006. - 512 с., с.188-189).
Недостатком этих удобрений является невысокое содержание элементов питания и нестабильное качество используемого сырья.
Из уровня техники известен состав для производства органоминерального удобрения (патент RU2566048C1), включающий куриный помет и измельченную солому в соотношении по сухому веществу, мас.%: куриный помет - 50-60; измельченная солома - остальное.
Состав позволяет повысить урожайность за счет повышения скорости переработки удобрения с одновременным улучшением воздушного питания корневой системы растений.
Недостатком данного состава является низкое содержание питательных веществ для растений, высокая степень биологической опасности.
Известен способ получения органоминеральных удобрений (RU2092468C1), который включает смешивание органических отходов с формалином, мочевиной, фосфор- и калий-содержащими компонентами и целевой добавкой при определенном соотношении компонентов и таким образом, чтобы влажность всей смеси не превышала 40-43 мас. %. Из полученной смеси прессуют брикеты, которые затем подвергают вольной сушке в штабелях. После высушивания брикетов до влажности 5-15 % их можно размочить в органических отходах с высокой влажностью и использовать в качестве целевой добавки. Кроме того, в качестве целевой добавки используют любой влагоемкий целлюлозо-(лигнин)содержащий материал, например, опилки, резаную солому, торф, лузгу, измельченную древесную кору, отходы бумаги или их смесь с высушенным органоминеральным удобрением. Недостатком способа является длительность изготовления удобрения, нестабильность состава, присутствие посторонних веществ в целевой добавке – отходы бумаги.
2
2
Известен способ производства удобрений из соломы (RU2400460C1), включающий обработку исходного сырья путем измельчения его при одновременном тепловом воздействии и давлении 3-50 МПа, при этом обработку производят в смесителе при напряжении сдвига, равном 0,03-3 Н/мм, при температуре 130-150°С в присутствии извести Са(ОН), вводимой в количестве 2-10% от абсолютно сухого вещества соломы, и, как минимум, одной соли в количестве от 3 до 10% от абсолютно сухого вещества соломы, при влажности соломы не менее 20%. Недостатком этого способа является высокая энергоемкость способа, недостаток элементов питания.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является органоминеральное удобрение на основе костры льна с мочевиной (RU2663302C1), содержащее в качестве органического вещества костру льна, а также включающее минеральное вещество, отличающееся тем, что в качестве минерального вещества оно содержит мочевину и представляет собой порошковую смесь при следующем соотношении компонентов, масс.%: мочевина 0,5-1,5, вода 5–35, костра льна остальное. Получают предлагаемое органоминеральное удобрение смешиванием измельченного до порошкообразного состояния костры льна с водным раствором мочевины концентрацией 2-6% путем равномерного послойного опрыскивания костры льна и с последующим тщательным перемешиванием компонентов. Далее полученную смесь костры льна с водным раствором мочевины закладывают в полиэтиленовые мешки или формируют небольшой буртик, который укрывают пленкой для предохранения от высыхания и для последующего процесса компостирования. Оптимальное время компостирования смеси костры льна с водным раствором мочевины составляет 1 месяц. По истечении этого времени компостирования содержание аммонийного азота в органоминеральном удобрении достигает наибольшей величины. Недостатком данного изобретения является длительный срок получения удобрения, неконтролируемый процесс равномерности распределения аммонийного азота, высокая вероятность очагового заражения полученного удобрения патогенной микрофлорой.
В связи с вышеуказанным, создание высокоэффективных агрохимикатов, на основе соломы, позволяющих значительно повысить эффективность их использования, за счет внесения микроэлементов для  увеличения урожайности растений и культивируемых грибов и степени усвояемости органической составляющей,  представляется задачей актуальной в экологическом и хозяйственном значении.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в создании концентрированной полифункциональной композиции на основе соломы и микроэлементов, для выращивания различных растений и культивирования грибов, в виде раствора, способной обеспечивать максимальный эффект при достаточно малых дозах интродукции.
Поставленная задача решается путем создания композиции для стимулирования роста и повышения устойчивости к стрессовым факторам растений и культивируемых грибов, которая включает, мас.%:
солома - 35-40;
натрия гидроксид – 4-7;
уксусная кислота – 3-5;
гидрофосфат аммония – 0,3-0,5;
цитрат калия – 0,5-0,7;
арахидоновая кислота – 0,02-0,035;
глицирризиновая кислота – 0,01-0,015;
вода - остальное.
В некоторых частных вариантах изобретения солома в составе композиции представляет собой солому злаковых и/или бобовых культур.
Задача также решается путем разработки способа получения вышеуказанной композиции, включающего следующие стадии:
а. смешивают солому и водный раствор гидроксида натрия с получением смеси;
б. добавляют к смеси при перемешивании гидрофосфат аммония и водный раствор уксусной кислоты;
в. добавляют воду и осуществляют первое диспергирование;
г. удаляют осадок;
д. добавляют к смеси цитрат калия, арахидоновую кислоту, глицирризиновую кислоту и перемешивают;
д. добавляют воду и осуществляют второе диспергирование;
е. получают готовую композицию.
В некоторых частных вариантах изобретения солома представляет собой высушенную солому и имеет влажность 10-35%.
В некоторых частных вариантах изобретения солому предварительно измельчают до размера частиц 0,5 -1,0 мм.
В некоторых частных вариантах изобретения солома представляет собой солому злаковых и/или бобовых культур.
В некоторых частных вариантах изобретения стадию смешивания соломы и водного раствора гидроксида натрия (стадию а) осуществляют при температуре 35-80°C.
В результате реализации изобретения достигаются следующие технические результаты:
- создана концентрированная полифункциональная композиция на основе соломы и микроэлементов в виде раствора, рекомендованного для разведения в воде и для дальнейшего использования в органическом земледелии, в субстратах, открытом и закрытом грунте (теплицах), при выращивании различных растений и культивируемых грибов, способная давать максимальный эффект при достаточно малых дозах интродукции;
- создана композиция, обеспечивающая как стимулирование роста и созревания, так и повышение устойчивости к биотическим и абиотическим стрессовым факторам растений и культивируемых грибов;
- создана композиция с повышенным содержанием биологически активных и росторегулирующих веществ, не нарушающих существующую экосистему, и позволяющая получать стабильный урожай;
- создана композиция, представляющая собой высокоэффективное удобрение, позволяющие повысить урожайность растений и культивируемых грибов, в том числе выращиваемых на искусственных и синтетических субстратах, и улучшить состояние почв при выращивании в открытом грунте и закрытом грунте (например, теплицах);
- создана композиция, обеспечивающая ускорение прорастания семян растений и мицелия грибов в начальной фазе развития и фазе плодоношения, ускорение укоренения и акклиматизации при клональном размножении, ускорение роста корневой системы растений;
- создана композиция, обеспечивающая уменьшение частоты повреждения корневой системы микромицетами и снижения заболеваемости микромицетами;
-  разработан способ получения композиции для стимулирования роста и повышения устойчивости к биотическим и абиотическим стрессовым факторам растений и культивируемых грибов;
- разработан способ получения, позволяющий получить концентрированную полифункциональную композицию на основе соломы и микроэлементов в виде раствора, рекомендованного для растворения в воде и для дальнейшего использования в органическом земледелии, в субстратах, открытом и закрытом грунте (теплицах), при выращивании различных растений и культивируемых грибов,  которая способна давать максимальный эффект при достаточно малых дозах интродукции;
- разработан способ получения композиции, обеспечивающий устранение патогенной микрофлоры в готовом продукте;
- разработан способ получения композиции, позволяющий в короткий срок получить композицию, представляющую собой высокоэффективное удобрение для использования в сельском хозяйстве;
- разработан способ получения композиции, обеспечивающий получение композиции со стабильным качеством, низкими трудозатратами и низкой энергоемкостью.
Термины и определения
Следующие термины и определения применяются в данном документе, если иное не указано явно.
В описании данного изобретения термины «включает» и «включающий» интерпретируются как означающие «включает, помимо всего прочего». Указанные термины не предназначены для того, чтобы их истолковывали как «состоит только из».
Если не определено отдельно, технические и научные термины в данной заявке имеют стандартные значения, общепринятые в научной и технической литературе.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение направлено на создание концентрированной полифункциональной композиции на основе соломы и микроэлементов для растений (в частном случае для сельскохозяйственных растений) и культивируемых грибов в виде раствора, рекомендованного для растворения в воде и для дальнейшего использования в органическом земледелии, в субстратах, открытом и закрытом грунте (теплицах), при выращивании различных растений и культивируемых грибов, способной давать максимальный эффект при достаточно малых дозах интродукции.
Изобретение позволяет получить высокоэффективное удобрение, позволяющее повысить урожайность выращиваемых культур и улучшить состояние почв при выращивании в открытом грунте.
Композиция изготавливается на основе лигноцеллюлозного сырья, предпочтительно из соломы (пожниевых остатков), наиболее предпочтительно из соломы злаковых и бобовых культур. Лигноцеллюлозное сырье может быть использовано в качестве носителя микроэлементов, необходимых для полноценного роста культивируемых растений и грибов, в том числе выращиваемых на искусственных и синтетических субстратах. Предложенное решение состоит в использовании микроэлементного состава, полифункциональных соединений, свойств регуляторов роста, хелатеров, полученных при использовании и в сочетании с нетоксичными и безопасными для окружающей среды веществами.
В предложенной композиции солома выполняет роль поставщика гуминоподобных веществ с содержанием полисахаридов. При применении в качестве регулятора роста растений, полисахариды выполняют роль быстродоступных запасов энергии, стимулируя рост и процесс созревания растения (Куликова А.Х. и др. Влияние соломы и биопрепарата Байкал ЭМ-1 на агрохимические свойства чернозема типичного и урожайность проса, ФГБОУ ВО Ульяновская ГСХА , УДК 6.31.8 : 633.172 DOI 10.18286/1816-4501-2017-1-31-37).
Цитрат калия выполняет роль хелатирующего агента и роль агента, повышающего доступность некоторых источников фосфора. Имеются данные о важной роли солей лимонной кислоты как катализатора ряда обменных процессов (цикл Кребса). Пути цитрата включены в систему сшитых метаболических процессов и могут обеспечить углеродные скелеты для ассимиляции азота и сокращения эквивалентов для биосинтетических реакций, поддержки функционирования глиоксилатного цикла и играют важную роль в цикле Кребса и энергетическом метаболизме в целом (Tatyana N Popova, Miguel A Pinheiro de Carvalho Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Bioenergetics 1364 (3), 307-325, 1998.).
Арахидоновая кислота индуцирует длительную системную устойчивость растений к грибковым, бактериальным и вирусным патогенам, водному и температурному стрессу, а также стимулирует процессы раневой репарации (Майсямова, Д.Р. Влияние соломы на численность микроорганизмов чернозема обыкновенного при минимальной обработке / Д.Р. Майсямова // Аграрный вестник Урала. – 2008. – № 6. – С. 33–35.).
Глицирризиновая кислота выполняет роль стимулятора роста и средство борьбы с некоторыми видами микромицетов, проявляет фунгицидные свойства (Турецкая Р.Х. Физиологические основы размножения растений черенками с применением стимуляторов роста: Авто-реф. дисс. на соиск. учен. степ, д-ра биол. наук. -М., 1960. -43с).
Гидрофосфат аммония выполняет роль источника фосфора и азота, компонентов, необходимых для полноценного роста растения.
Уксусная кислота выполняет роль регулятора кислотности.
Предложенный стимулятор имеет высокую проникающую способность за счет малого размера частиц, пролонгированное действие на почвенную биоту и растения за счет высокого содержания органических веществ, ростостимулирующие вещества из-за содержания веществ, оказывающих положительное влияние на растения и почвенную биоту (в том числе ризосферные и клубеньковые бактерии).
Предлагаемая композиция для стимулирования роста и повышения устойчивости к стрессовым факторам растений и культивируемых грибов, включает вышеуказанные компоненты в следующем соотношении, мас.%: солома - 35-40; натрия гидроксид – 4-7; уксусная кислота – 3-5; гидрофосфат аммония – 0,3-0,5; цитрат калия – 0,5-0,7; арахидоновая кислота – 0,02-0,035; глицирризиновая кислота – 0,01-0,015; вода - остальное.
4
2
4
Настоящее изобретение также направлено на способ получения композиции. Композицию получают поэтапной диспергацией (гомогенизацией). На первом этапе к соломе добавляют гидроксид натрия (NaOH) и подвергают температурному смешению в воде с получением смеси, затем добавляют гидрофосфат аммония ((NH)HPO, уксусную кислоту и смешивают. На следующем этапе полученный полупродукт гомогенизируют в диспергаторе, после чего добавляют остальные компоненты - гидрофосфат аммония, цитрат калия, арахидоновая кислота, глицирризиновая кислота и всю смесь еще раз подвергают диспергированию и получают готовую композицию.
В частном варианте реализации способа получения, предварительно производят сушку соломы до влажности предпочтительно 10-35%, наиболее  предпочтительно 10-15%,  и измельчают ее до размера частиц, не превышающем 0,5 мм-1,0 мм. На первом этапе к измельченной соломе добавляют водный раствор гидроксида натрия и подвергают температурному смешению при температуре, предпочтительно до 35-80°C, наиболее предпочтительно до 60-70°C с получением смеси. Концентрацию раствора гидроксида натрия подбирают таким образом, что концентрация гидроксида натрия в конечном продукте (композиции) составляла - 4-7%. Затем добавляют гидрофосфат аммония и водный раствор уксусной кислоты и смешивают. Концентрацию раствора уксусной кислоты подбирают таким образом, что концентрация уксусной кислоты в конечном продукте (композиции) составляла - 3-5%. Добавляют воду и осуществляют первое диспергирование. После диспергирования удаляют осадок. Добавляют к смеси цитрат калия, арахидоновую кислоту, глицирризиновую кислоту и перемешивают. На следующем этапе добавляют воду и осуществляют второе диспергирование. Получают готовую композицию.
Для перевода находящихся в соломе веществ в водорастворимые и легкоусвояемые формы, ее могут подвергать механохимической обработке.
Механохимическая обработка может быть осуществлена в реакторе, например реакторе-смесителе. Для увеличения скорости протекания механохимических реакций в реакторе, при подготовке соломы предварительно может быть использована ее механическая обработка в высокоскоростной мельнице, в результате которой происходит изменение структуры за счет нагрева, измельчения, аморфизации и разупорядочения структуры соломы, что, в свою очередь, в последующем ускоряет процесс протекания химической реакции в реакторе. Для интенсификации химических процессов могут быть использованы диспергаторы роторно-кавитационного действия, в которых композиция подвергается ударному воздействию в водной среде при высоком давлении и кавитационном эффекте. Результатом такого действия является измельчение частиц в водной среде до ультрамалых, а также дополнительное уничтожение патогенной микрофлоры в процессе изготовления продукта.
Возможность объективного проявления технического результата при использовании изобретения подтверждена достоверными данными, приведенными в примерах, содержащих сведения экспериментального характера, полученные в процессе проведения исследований по методикам, принятым в данной области.
Следует понимать, что приведенные в материалах заявки примеры не являются ограничивающими и приведены только для иллюстрации настоящего изобретения.
Пример 1. Получение и применение композиции для стимулирования роста и повышения устойчивости к стрессовым факторам растений и культивируемых грибов.
В реактор-смеситель загружают 40 кг предварительно высушенной и измельченной соломы влажностью около 15% и предварительно растворенного в воде 4 кг твердого гидроксида натрия. Затем перемешивают 20 минут при температуре  65°C. Затем при перемешивании добавляют гидрофосфат аммония 500 граммов, 30%  уксусную кислоту 3 литра и дают отстояться смеси. Затем смесь при добавлении воды загружают в реактор и подвергают диспергированию на протяжении 30 минут.
Затем удаляют осадок. Добавляют остальные компоненты: цитрат калия 700 граммов, арахидоновую кислоту 35 граммов, глицирризиновую кислоту 15 граммов и доводят объем воды до общего количества полученной смеси 100 литров. Полученную смесь подвергают диспергированию на протяжении 30 минут, а затем направляют на фасовку.
Полученный продукт имеет желеобразную консистенцию, темно-коричневый цвет, слабый запах аммиака, pH 10-12, легко растворим в воде.
Содержание биологически активных веществ в заявленном продукте по сравнению с аналогами повышено и составляет: гуминовых веществ не менее 20 г/л (в ближайшем аналоге 12-16 г/л).
Для достижения максимального эффекта, для обработки растений используют раствор, полученный при соотношении 1 часть продукта на 1000 частей воды. Используют при внесении из расчета 300 литров раствора на 1 гектар площади.
Для обработки субстрата для грибов используют раствор, полученный при соотношении 1 часть продукта на 500 частей воды.
3
Готовый раствор вносят в субстрат из расчета 1000 л на 50 м.
Указанные соотношения являются наиболее оптимальными, но не ограничивающими. Должно быть понятно, что допустимы небольшие отклонения от указанных соотношений с достижением обеспечиваемого композицией эффекта.
Таким образом, достигается заявленный технический результат: получают продукт с повышенным содержанием биологически активных и росторегулирующих веществ, не нарушающих существующую экосистему, но при этом позволяющих получать стабильный урожай.
Значительное содержание биологически активных и ростовых веществ и их постепенное проникновение в почву и растения обуславливает положительное влияние препарата на весь агроценоз в целом, улучшая качественные и экологические параметры, как почвы, так и растений. Продукт по настоящему изобретению увеличивает урожайность сельскохозяйственных культур и культивируемых грибов, ускоряет их созревание, повышает их устойчивость к биотическим и абиотическим стрессам. Предлагаемый продукт получают из известных компонентов простым безотходным способом, с применением стандартного оборудования, что значительно снижает его себестоимость. Способ применения продукта к применению также прост и не требует специального оборудования и приспособлений для его внесения.
Несмотря на то, что изобретение описано со ссылкой на раскрываемые варианты воплощения, для специалистов в данной области должно быть очевидно, что конкретные подробно описанные эксперименты приведены лишь в целях иллюстрирования настоящего изобретения, и их не следует рассматривать как каким-либо образом ограничивающие объем изобретения. Должно быть понятно, что возможно осуществление различных модификаций без отступления от сути настоящего изобретения.