КОМПОЗИЦИЯ, СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ЗДОРОВЬЯ ПОЧВЫ
COMPOSITION, SYSTEM AND METHOD FOR IMPROVEMENT OF SOIL HEALTH

ЗАЯВЛЕНИЕ ОБ АНАЛОГИЧНЫХ ЗАЯВКАХ
Эта заявка основана на предварительном описании, поданном в связи с заявкой на патент Новой Зеландии № 733015, полное содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к композиции, системе и способу улучшения здоровья почвы и, следовательно, растений, выращенных в почве, обработанной указанной композицией. Настоящее изобретение имеет в частности, применение для улучшения почв, которые истощены или испытывают недостаток питательных веществ, минералов, микроорганизмов или влаги (или любого одного или более из них) и нуждаются в «реабилитации». Также настоящее изобретение в равной степени подходит для обеспечения и поддержания здоровья любой почвенной (и растительной) экосистемы.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Здоровье почвы в значительной степени зависит от содержания в ней питательных веществ, элементов, минералов, микроорганизмов (далее в совокупности называемых «питательными веществами») и воды. Здоровье почвы в свою очередь во многом определяет ее плодородие; то есть ее способность стимулировать и поддерживать рост и здоровье растений. Это обусловлено тем, что растения нуждаются в этих питательных веществах для поддержания жизнедеятельности. Некоторые питательные вещества, которые важны для здоровья почвы и растений, включают, в частности, фосфор, калий, цинк, медь и азот.
Азот особенно важен для роста растений, и, если не применять азотсодержащие удобрения, это важное питательное вещество в основном поступает из окружающего воздуха. Азот поступает в почву из воздуха (что также называют «фиксацией» азота в почве). Это происходит за счет азотфиксирующих бактерий (АФБ), которые присутствуют в почве. АФБ «притягивают» в почву газообразный азот из воздуха и выделяют ферменты (известные как нитрогеназы), которые химически реагируют с газообразным азотом с образованием соединений азота, таких как аммоний, нитраты или нитриты.
После гибели АФБ (в частности, из-за уничтожения «хищниками» в почве, такими как простейшие, нематоды, микроартроподы и черви) соединения азота выделяются в почву.
Из этого следует, что «здоровые» уровни азота (в форме соединений азота) в почве тесно связаны с присутствием в них достаточных уровней АФБ; то есть таких уровней АФБ, которые способствуют фиксации азота на уровне, достаточном для здоровья данного типа почвы.
Однако плодородие почвы зависит не только от количества питательных веществ, упомянутых выше. Чтобы эти питательные вещества могли обеспечить питание растений, произрастающих в почве, то есть, чтобы почва была достаточно «плодородной», они должны перейти в «доступную для растений форму», которую растения способны поглощать через корни. Это может быть связано с химической формой питательных веществ и/или с непосредственной близостью питательных веществ к корням растений.
В почве могут находиться определенные виды грибов, которые переводят питательные вещества в почве в доступную для растений форму. Грибы способны обеспечивать это на химическом и/или на физическом уровне.
На химическом уровне грибы выделяют углеродсодержащие соединения, которые вступают во взаимодействие с микроорганизмами в почве, переводя определенные питательные вещества в химически доступную для растений форму. Затем грибы хранят эти питательные вещества в такой форме, пока они не потребуются растению.
Грибы также выделяют в почву химические соединения, такие как гломалин, что способствует улучшению структуры почвы и повышению содержания органических веществ. Это в свою очередь может привести к тому, что больше питательных веществ станет потенциально доступными для растений.
На физическом уровне у грибов имеются длинные пористые нити, известные как «гифы», через которые могут всасываться питательные вещества из почвы. Популяции грибов имеют тенденцию к развитию сетей или «решеток» гиф в почве. Гифы эффективно функционируют как «магистрали», по которым могут передвигаться питательные вещества, которые в противном случае были бы за пределами физической досягаемости корней, и таким образом растения могут их поглощать.
Кроме того, некоторые виды грибов также могут совместно с физической структурой корней растений образовывать так называемые «арбускулы». Они представляют собой ветвистые образования, формирующиеся между клетками корня растения. Арбускулы позволяют еще более эффективно доставлять питательные вещества к корням растений.
К питательным веществам, доставляемым растению при помощи грибов, относятся азотные соединения (например, аммоний), высвобождаемые в почву после гибели АФБ. Они перемещаются по «магистралям», образованным гифами и арбускулами грибов, и в результате становятся доступными для растений через их корни. Доставка азотных соединений к растению таким способом является относительно более эффективной, чем поглощение их из почвы непосредственно корнями растения.
Таким образом, следует понимать, что плодородие почвы с точки зрения доступности для растений питательных веществ, присутствующих в ней, может быть тесно связано с уровнем содержания грибов в почве.
Кроме того, у грибов развиваются «симбиотические» отношения с растениями; грибы обеспечивают питательные вещества в форме, доступной для растений, в то время как растения в ответ высвобождают сахара и другие соединения, такие как диоксид углерода, на которых успешно произрастают грибы (они также используют диоксид углерода для преобразования других питательных веществ в доступную для растений форму, как описано выше).
Отсюда следует, что АФБ и грибы можно рассматривать как «вспомогательные агенты», которые воздействуют на питательные вещества в почве и тем самым определяют ее плодородие. Способ, которым АФБ и грибы воздействуют на питательные вещества, можно рассматривать как их «функцию» в почве.
В здоровых почвах содержание как питательных веществ, так и вспомогательных агентов (АФБ и грибов) находится на достаточном уровне. Однако неблагоприятные факторы, такие как нерациональная практика ведения сельского хозяйства (или нарушение в результате человеческой деятельности в целом) и неблагоприятные условия окружающей среды (такие как загрязнение или климатические явления), могут истощать уровни как питательных веществ, так и вспомогательных агентов, тем самым оказывая негативное влияние на плодородие почвы и, следовательно, на здоровье растущих в ней растений.
В свете этого многие композиции, нацеленные на улучшение здоровья почвы (такие как удобрения), содержат АФБ и грибы (или одно или другое из них), а также любую смесь питательных веществ, обсуждаемых выше.
В данной области техники также известно, что такие композиции включают «основу», при помощи которой обеспечивается перенос некоторых или всех питательных веществ и вспомогательных агентов в почву. Основа часто имеет форму пористого или проницаемого вещества, которое адсорбирует питательные вещества и вспомогательные агенты (или некоторые питательные вещества и/или вспомогательные агенты).
Полезный эффект основы заключается в обеспечении защитной «оболочки» для адсорбированных в ней ингредиентов как до, так и после внесения композиции. Основа помогает сохранить ингредиенты, а также, когда они окажутся в почве, потенциально помогает им выполнить свои функции.
При условии, что указанные композиции вводятся правильно, после внесения количество указанных АФБ и грибов увеличивается, то есть они размножаются. По мере того, как это происходит, постепенно увеличивается популяция АФБ и грибов, выполняющих соответствующие функции фиксации азота и преобразования питательных веществ в доступную для растений форму.
Существующие композиции для улучшения здоровья почвы, содержащие АФБ и/или грибы, используют их в состоянии «покоя»; то есть, АФБ и/или грибы вносятся в почву в форме, соответственно, спор АФБ и спор грибов (в отличие от «живой» или проросшей формы).
АФБ и грибы, находящиеся в стадии покоя, относительно менее чувствительны и более устойчивы. Таким образом, приготовление и применение содержащих их композиций несколько упрощается. Например, можно использовать АФБ и/или грибы в форме порошка и смешивать с другими порошкообразными ингредиентами обычными способами смешивания при приготовлении композиции.
Однако применение АФБ и/или грибов, находящихся в стадии покоя, имеет существенные недостатки. Находящиеся в стадии покоя АФБ и грибы неактивны с точки зрения соответствующих им функций (которые обсуждались выше). Им необходимо будет прорасти, прежде чем они смогут выполнять свои функции. Из этого следует, что существующие композиции характеризуются неизбежной периодом задержки перед тем, как они станут эффективными после внесения в почву, пока смогут прорасти АФБ и грибы.
Кроме того, их прорастание является чувствительным процессом и успешное прорастание зависит от ряда факторов, включая благоприятные условия окружающей среды (часто в узких пределах допустимости), такие как температура, химические и другие условия, как в окружающей среде, так и в почве.
Альтернативно или дополнительно для прорастания некоторых типов АФБ и/или грибов может требоваться инициирующее событие. Это инициирующее событие может быть в форме теплового или холодового шока.
Следовательно, довольно часто при определенном применении традиционных композиций большая доля АФБ и/или грибов в состоянии покоя может не прорасти или даже не сможет выжить. Таким образом, возможная эффективная популяция живых АФБ и/или грибов, полученная в почве с помощью таких композиций, может быть относительно намного меньше, чем популяция АФБ и/или грибов в состоянии покоя, которую внесли в почву в составе таких композиций. Это означает, что при применении традиционной композиции возникают некоторые потери.
Первоначальная популяция живых АФБ и/или грибов, которые успешно проросли, также влияет на дальнейшую эффективность композиции. Как обсуждалось выше, после успешного внесения в почву АФБ и/или грибы начинают размножаться.
Воспроизводство является в значительной степени экспоненциальным, и из этого следует, что меньшая начальная популяция может привести к относительно более медленной скорости роста популяции со временем; и, следовательно, образуется система, которая обеспечивает питательные вещества для почвы и растений с относительно более низкой скоростью.
Кроме того, неблагоприятные условия окружающей среды во время прорастания могут также влиять на функциональную эффективность тех АФБ и/или грибов, которым удается успешно прорасти. АФБ и/или грибы, которые прорастают в неблагоприятных условиях, как правило, менее эффективны при выполнении своих соответствующих функций в почве, чем те, которые прорастают в более благоприятных условиях.
Таким образом, с одной стороны, уровни азота в почве могут обеспечиваться с относительно более низкой скоростью; и с другой стороны, питательные вещества (включая азот) могут преобразовываться в доступную для растений форму с относительно более низкой скоростью. Из этого также следует, что грибы могут быть относительно менее эффективными в установлении симбиотических отношений с растениями.
Следовательно, следует понимать, что применение АФБ и/или грибов, находящихся в состоянии покоя, может привести к значительным потерям ингредиентов, поскольку потенциально большая часть АФБ и/или грибов, находящихся в состоянии покоя, не прорастает из-за неблагоприятных условий; это также влечет за собой задержку, пока прорастут АФБ и/или грибы.
Кроме того, это может привести к значительно меньшей начальной популяции живых АФБ и/или грибов в почве (по сравнению с популяцией АФБ и/или грибов, находящихся в состоянии покоя), что может оказывать пропорционально усиливающееся влияние на популяцию АФБ и/или грибов в почве со временем; что в свою очередь влияет на скорость поступления питательных веществ в почву и к растениям. Кроме того, АФБ и/или грибы, которым удается прорасти несмотря на неблагоприятные условия, могут быть менее эффективными при выполнении своей функции, чем АФБ и/или грибы, которые прорастали в благоприятных условиях.
Эти недостатки могут в совокупности снизить эффективность традиционных композиций предшествующего уровня техники; кроме того, дополнительные последствия заключаются в том, что для поддержания здоровья почвы и растений могут потребоваться относительно более частые повторные применения композиций, что влечет за собой увеличение стоимости применения этих традиционных композиций.
Задачей настоящего изобретения является решение вышеупомянутых проблем, известных в уровне техники; или по крайней мере обеспечение приемлемого выбора.
Все ссылки, включая любые патенты или заявки на патенты, которые могут цитироваться в настоящем документе, включены в него посредством ссылки. При этом не подразумевается, что любая ссылка представляет собой известный уровень техники. При обсуждении ссылок приводится то, что утверждают авторы этих документов, и заявители оставляют за собой право оспаривать точность и актуальность цитируемых документов. Понятно, что, хотя в настоящем документе упоминается ряд публикаций предшествующего уровня техники, эти ссылки не являются признанием того, что какой-либо из этих документов является частью общеизвестных знаний в данной области техники в Новой Зеландии или в любой другой стране.
Если контекст явно не требует иного, во всем описании и формуле изобретения слова «содержать», «содержащий» и тому подобное должны толковаться во всеобъемлющем смысле, а не в исключительном или исчерпывающем смысле, то есть в смысле «включая, но не ограничиваясь».
Дополнительные аспекты и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из последующего описания, которое приводится только в качестве примера.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно одному аспекту настоящего изобретения предложена композиция для улучшения или поддержания здоровья почвы, содержащая:
основу;
азотфиксирующие бактерии; и
грибы,
где указанные азотфиксирующие бактерии и грибы присутствуют в указанной композиции в живом состоянии.
В настоящем описании термин «почва» означает верхний слой земли, в котором растения или сельскохозяйственные культуры могут расти или в который их можно высаживать. Как правило, почва содержит органическое вещество, глину, частицы горных пород, минералы, организмы, газы и жидкости или любые их смеси.
В настоящем описании выражение «здоровье почвы» следует понимать как состояние почвы с точки зрения содержания в ней питательных веществ, минералов, микроорганизмов (или любой их комбинации - далее совместно именуемой «питательными веществами») и/или содержание воды, а также бактерий и грибов. Специалисту в данной области известны методы определения здоровья почвы определенного образца почвы.
Желательные количества питательных веществ, бактерий и грибов могут варьироваться в зависимости от рассматриваемого типа почвы и/или ее предполагаемого применения, например, при возделывании определенных сельскохозяйственных культур. Могут быть и другие релевантные обстоятельства, которые необходимо учитывать. Специалист в данной области легко может установить желаемое количество питательных веществ, бактерий и грибов с учетом всех релевантных обстоятельств.
В предпочтительных вариантах реализации настоящего изобретения указанная композиция также содержит дополнительные ингредиенты, обеспечивающие питательные вещества. Следует понимать, что ингредиенты, обеспечивающие питательные вещества, могут быть в форме самих питательных веществ (таких как бор, минералы и микроорганизмы); они могут быть в форме ингредиентов, которые содержат питательные вещества; или они могут содержать предшественники питательных веществ, которые при взаимодействии с другими химическими веществами или микроорганизмами образуют соответствующие питательные вещества.
Предпочтительно тип и количество ингредиентов, обеспечивающих питательные вещества, которые содержатся в указанной композиции, определяет специалист, принимая во внимание здоровье указанной почвы, а также другие релевантные факторы. Например, в предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения указанная композиция также содержит рыбную муку (которая обеспечивает питательные вещества белок и фосфор), а также воду.
Кроме того, в этом варианте реализации указанная композиция также содержит ингредиенты, обеспечивающие питательные вещества, которые полезны для роста и здоровья бактерий и/или грибов в указанной композиции. В частности, она содержит мелассу, которая обеспечивает энергию для бактерий и грибов, и компост и коровий навоз, которые обеспечивают питание для бактерий.
Указанная композиция также содержит «питательные вещества для грибов», которые представляют собой ингредиенты, которые обеспечивают питание, необходимое для грибов; в частности, белок (например, авеналин), жиры (такие как липиды, воски или стерины) и витамины группы B. Для грибов питательные вещества, которые могут обеспечить такое питание, могут включать орехи, семена или овес, а также продукты, содержащие рыбу, бурые водоросли, кровь или кости или полученные из них. Специалист может определить другие ингредиенты, которые могут быть пригодны для применения в качестве питательных веществ для грибов.
Следует понимать, что при применении полученная композиция находится в жидкой форме. Это необходимо для того, чтобы обеспечить живое состояние азотфиксирующих бактерий и грибов в указанной композиции. Специалист в данной области техники легко определит конкретные способы, при помощи которых можно обеспечить композицию в жидкой форме; например, просто в виде жидкости, которую можно налить или распылить, или в форме жидкости, заключенной в капсулу, подходящую для внесения в почву.
В настоящем описании термин «основа» следует понимать как ингредиент указанной композиции, который осуществляет перенос, размещение или иное обеспечение защитной среды для некоторых или всех других ингредиентов указанной композиции.
Предпочтительно указанная основа содержит соответствующие ингредиенты как до внесения указанной композиции в почву, так и в течение по меньшей мере некоторого времени после внесения.
Предпочтительно основа может иметь относительно адсорбирующие, пористые и/или проницаемые свойства. Это может улучшить ее эффективность в качестве среды для соответствующих ингредиентов. Это может также способствовать по существу равномерному распределению указанной композиции в объеме почвы после применения, что увеличивает доступ растений к ингредиентам, обеспечивающим питательные вещества. Это может также помочь «фракционировать» ингредиенты, обеспечивающие питательные вещества, что увеличивает скорость, с которой их могут потреблять растения, грибы и/или бактерии.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения указанная основа содержит указанные азотфиксирующие бактерии. Она может обеспечить защиту бактерий от негативного воздействия, а также может способствовать их размножению, например, позволяя «цепочкам» бактерий развиваться в пределах пористой структуры основы. Основа также может обеспечивать среду, которая особенно способствует проявлению азотфиксирующей функции бактерий после внесения указанной композиции в почву.
В особенно предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения указанная основа также содержит рыбную муку и по меньшей мере некоторое количество воды и мелассы. Однако следует понимать, что данные сведения не предназначены для ограничения состава композиции.
Предпочтительно основу вводят в месте приготовления указанных азотфиксирующих бактерий согласно способу, описанному в настоящем документе ниже (то есть, в месте культивирования спор бактерий до «живого» состояния для включения в состав композиции). Однако эти сведения не предназначены для того, чтобы ограничивать объем настоящего изобретения.
Предпочтительно основа содержит вещество на основе углерода. Это может обеспечивать преимущества, поскольку вещества на основе углерода обычно являются стойкими при внесении в почву (т.е. они имеют тенденцию оставаться в почве в течение относительно длительного времени без разрушения). Они также обычно являются природными, что означает, что их применение может быть полезным для окружающей среды, а также потенциально может привести к получению налоговых преимуществ (таким как «углеродные кредиты» (англ. «carbon credits»)).
В особенно предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения основа представляет собой биочар (биоуголь). Под этим термином следует понимать продукт из древесного угля, полученный из биомассы с помощью процесса, называемого пиролизом. Биочар является достаточно пористым (и, следовательно, представляет собой адсорбент), и, следовательно, он будет относительно очень эффективным для применения в качестве основы.
Однако эти сведения не предназначены для того, чтобы ограничивать объем настоящего изобретения. Специалист в данной области легко идентифицирует другие вещества, которые могут быть пригодны для применения в качестве основы в композиции согласно настоящему изобретению. Например, не исключено, что указанная основа может содержать пемзу, древесину (такую как древесная щепа) или другие вещества, имеющие подходящие свойства.
Основа может обеспечивать дополнительное преимущество, заключающееся в уменьшении негативного влияния от вредных продуктов, таких как нежелательные химические вещества, которые могут время от времени присутствовать в почве, например, за счет предотвращения стока таких продуктов в ручьи или водные пути. Основа может поглощать эти вредные продукты благодаря своим свойствам пористости, удерживая их в почве и предотвращая их вымывание.
В настоящем описании термин «азотфиксирующие бактерии» (АФБ) означает бактерии, которые способны привлекать азот из воздуха и переводить его в почву (этот процесс также известен как «фиксация» азота в почве) путем высвобождения ферментов (известных как нитрогеназы), с которыми газообразный азот вступает во взаимодействие с образованием соединений азота, таких как аммоний, нитраты или нитриты; указанные соединения высвобождаются в почву после гибели АФБ.
Azotobacter
Предпочтительно АФБ принадлежат к семейству . Бактерии этого семейства высвобождают несколько различных типов ферментов, что делает их относительно очень эффективными при фиксации азота. Они также дышат сравнительно быстро, что означает, что они способны втягивать воздух (и, следовательно, находящийся в воздухе азот) с соответственно высокой скоростью и, следовательно, в конечном счете относительно быстро фиксировать азот в почве.
Azotobacter
Azotobacter
Кроме того, АФБ семейства  способны осуществлять процесс фиксации азота в присутствии кислорода; а также «свободно живут» в почве; они не должны располагаться на растении. Универсальность бактерий  делает их особенно эффективными для применения в настоящем изобретении.
Azotobacter
Azotobacter
Azotobacter
Mycorrhizal
Применение бактерий  также может быть особенно желательным благодаря тому, что  высвобождает химические вещества, способствующие росту, которые стимулируют размножение других желательных организмов в почве. Эти химические вещества могут также способствовать увеличению эффективности грибов в указанной композиции при осуществлении их функции в почве, в частности, при преобразовании питательных веществ в форму, доступную для растений. Эта дополнительная взаимосвязь между бактериями  и грибами особенно сильна, если грибы принадлежат к семейству , как описано ниже.
Azotobacter Chroococcum
Azotobacter
В особенно предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения указанные АФБ представляют собой . Бактерии этого конкретного типа  могут быть относительно очень эффективным для применения в настоящем изобретении, поскольку для их прорастания не требуется инициирующего события (такого как нагревание). Кроме того, у них вырабатывается защитное покрытие в виде «геля», что делает их относительно очень устойчивыми.
Следует также понимать, что в дополнение к АФБ указанная композиция может также содержать другие бактерии, которые могут быть полезными для здоровья почвы и растений во многих отношениях.
Следует понимать, что грибы, содержащиеся в указанной композиции, являются такими, которые устанавливают симбиотические отношения с растениями и способны преобразовывать питательные вещества в почве (включая азотные соединения, фиксированные в почве за счет АФБ) в форму, доступную для растений.
Mycorrhizal
Arbuscular Mycorrhizae
Arbuscular Mycorrhizae
Glomeromycota
Предпочтительно, указанные грибы представляют собой , которые образуют симбиотические отношения с корнями растений. В особенно предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения грибы, применяемые в указанной композиции, образуют симбиотические отношения с растением типа арбускулярной микоризы (). Грибы, которые образуют отношения по типу , имеют гифы, которые способны проникать в клетки корней многих видов растений, включая пшеницу и рис, и образовывать арбускулы. Грибы, которые формируют этот тип симбиотических отношений, относятся к типу или подотделу .
Arbuscular Mycorrhizae
Однако ссылка на  не предназначена для ограничения настоящего изобретения. Также следует понимать, что указанная композиция может содержать грибы, которые образуют симбиотические отношения с растениями другого типа, в зависимости от вида растения, для применения с которым предназначена указанная композиция.
Arbuscular Mycorrhizae
(Ectomycorrhiza
Basidiomycota
Ascomycota
Не все виды растений могут образовывать симбиотические отношения с грибами типа ; например, если указанная композиция предназначена для применения с соснами, то указанные грибы могут образовывать симбиотические отношения типа эктомикоризы ); этот тип обычно встречается у древесных растений. Грибы, которые образуют отношения этого типа, обычно относятся к типам  и .
Ascomycota
Ericoid mycorrhiza
В качестве другого примера, если указанная композиция предназначена для применения с цветущими растениями, которые включают растения, на которых созревает черника или клюква, то указанные грибы могут относиться к типу , который образует отношения с растением типа эрикоидной микоризы ().
В конечном счете, следует понимать, что необходимо выбирать грибы, подходящие для того, чтобы сформировать симбиотические отношения с целевыми видами растений. Растения обычно способны формировать симбиотические отношения с несколькими различными видами грибов внутри типа. Специалисты в данной области могут идентифицировать конкретные виды грибов из соответствующего типа для применения в указанной композиции в зависимости от доступности и других релевантных факторов.
В настоящем документе выражение «питательные вещества, находящиеся в доступной для растений форме» означает, что питательные вещества находятся в форме, которую растения могут поглощать через корни. Грибы могут преобразовывать питательные вещества в форму, доступную для растений, путем химического взаимодействия с микроорганизмами в почве и/или за счет образования физической «магистрали» (с использованием гиф грибов), через которую питательные вещества могут поступать к корням растений, и, таким образом, потребляться растениями.
В особенно предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения основа (которая в этом варианте реализации содержит биочар) также может способствовать выполнению функции грибов в этом отношении; в частности, грибы могут проходить через пористую структуру биочара с обеспечением передачи питательных веществ корням растений.
Грибы образуют симбиотические отношения с растениями, в результате чего грибы обеспечивают передачу питательных веществ в форме, доступной для растений, и растения, в свою очередь, высвобождают такие соединения, как сахара и углекислый газ, на которых успешно произрастают грибы. Это может поддержать размножение грибов и позволяет сохранять взаимовыгодные отношения.
В настоящем документе термин «живой» в отношении грибов и АФБ означает, что указанные грибы и АФБ находятся в проросшем состоянии.
Термин «живой» можно противопоставить термину «находящийся в состоянии покоя», так как этот термин будет легко понятен специалисту в данной области в отношении грибов и АФБ. Необходимо понимать, что только живые (в отличие от находящихся в состоянии покоя) АФБ и грибы способны выполнять свои соответствующие функции (как обсуждалось выше).
Во всем настоящем документе ссылка на то, что грибы и АФБ «присутствуют» в указанной композиции в живом состоянии, должна пониматься как означающая, что указанные грибы и АФБ находятся в живом состоянии в момент, когда объединяют все ингредиенты указанной композиции; и, кроме того, что они остаются в живом состоянии во время внесения указанной композиции в почву, а также в течение некоторого времени после внесения указанной композиции в почву.
За счет обеспечения композиции, в которой АФБ и грибы присутствуют в живом состоянии, настоящее изобретение может иметь значительные преимущества по сравнению с предшествующим уровнем техники.
АФБ и грибы находятся в уже проросшем состоянии перед тем, как композицию вносят в почву; соответственно, указанная композиция может быть эффективна для улучшения или поддержания здоровья почвы с момента ее внесения в почву. Это отличает композиции согласно настоящему изобретению от традиционных композиций, в которых АФБ и/или грибы вносят в почву в состоянии покоя, и, следовательно, прежде чем они станут эффективными, им требуется время для прорастания.
Другое существенное преимущество композиции согласно настоящему изобретению состоит в том, что указанные АФБ и/или грибы не чувствительны к климатическим условиям (и другим подобным факторам) во время прорастания, которое представляет собой чувствительный процесс. В случае композиций согласно настоящему изобретению прорастание происходит во время получения композиции; и, таким образом, его можно проводить в контролируемых и благоприятных условиях. Это может обеспечить прорастание относительно значительно большей доли спор АФБ и грибов, что потенциально снижает потери дорогостоящих ингредиентов.
Более того, это может означать, что в указанной композиции при ее внесении в почву будет в среднем содержаться значительно большая популяция проросших АФБ и грибов, чем в том же количестве традиционных композиций, в которых относительно высокая доля АФБ и/или грибов, внесенных в почву, может не прорасти.
Большая начальная популяция АФБ и грибов может, в свою очередь, оказывать выраженное влияние на дальнейшую эффективность композиции. Поскольку АФБ и грибы размножаются в геометрической прогрессии, увеличение начальной популяции может оказывать прогрессивно большее влияние на популяцию с течением времени. Скорость, с которой питательные вещества поступают в почву и растения, существенно зависит от популяции АФБ и грибов, присутствующих в почве. Таким образом, композиция согласно настоящему изобретению может со временем (после применения) постепенно становиться более эффективной по сравнению с традиционными композициями. Важно отметить, что тот факт, что АФБ потребляются «хищниками» в почве, относительно мало влияет на скорость роста их популяции. Из-за того, что АФБ воспроизводится относительно очень быстро, уничтоженные АФБ быстро заменяются следующими «поколениями».
За счет прорастания АФБ и грибов в контролируемых условиях до применения указанной композиции также можно получить живые АФБ и грибы, которые являются «более живыми» (то есть более функционально эффективными), чем АФБ и грибы, которые прорастают только после внесения композиции в почву и, следовательно, могут быть чувствительны к сопутствующим климатическим условиям.
Соответственно, настоящее изобретение относится к композиции, которая может обеспечить значительные преимущества для здоровья как почвы, так и растений. Это потенциально включает превосходную урожайность и качество выращиваемых культур; превосходное содержание и круговорот питательных веществ в почве; а также превосходную устойчивость почвы к климатическим и другим условиям. Композиция также потенциально увеличивает эффективность укоренения и выживание растений при посеве или пересадке.
Кроме того, композиция может обеспечить улучшение потребления питательных веществ животными, которые питаются растениями, растущими (или выращенными) в указанной почве; что в свою очередь может снизить выбросы метана от этих животных. Композиция согласно настоящему изобретению может быть полезна вне зависимости от того, содержит ли она дополнительные ингредиенты, обеспечивающие питательные вещества. Если она содержит такие ингредиенты, грибы могут обеспечить их доступность для почвы и растений с превосходной эффективностью. Однако композиция по настоящему изобретению также полезна в тех случаях, когда, например, почва содержит высокое количество питательных веществ, но мало грибов; что означает, что питательные вещества остаются недоступными для растений. В таких случаях композиция согласно настоящему изобретению будет служить источником грибов, которые могут преобразовывать уже находящиеся в почве питательные вещества в доступную для растений форму с превосходной эффективностью.
Настоящее изобретение облегчает применение для земледелия или растениеводства земли, которая, возможно, ранее не подходила бы для этих целей из-за недостатка в ней питательных веществ, которые способствуют хорошему росту растений. Изобретение может увеличить доступность тех питательных веществ, которые могут уже присутствовать в почве, с максимизацией потенциального роста растений.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложена композиция для улучшения или поддержания здоровья почвы, содержащая:
основу;
азотфиксирующие бактерии; и
грибы,
где указанная композиция также содержит питательные вещества для грибов.
Как указано выше, «питательные вещества для грибов» представляют собой ингредиенты, которые могут обеспечивать необходимое питание для грибов в указанной композиции; в частности, за счет обеспечения белка (предпочтительно авеналина), жиров (таких как липиды, воски или стерины) и витаминов группы В. Это может способствовать размножению и функционированию грибов указанной композиции.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения указанные питательные вещества для грибов обеспечиваются такими ингредиентами, как орехи, семена, овес и/или продукты, содержащие рыбу, бурые водоросли, кровь или кости или полученные из них. Специалист в данной области может определить другие ингредиенты, пригодные для применения в качестве питательных веществ для грибов. В особенно предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения указанные питательные вещества для грибов включают молотый овес, содержащий белок авеналин, а также ряд других необходимых питательных веществ.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения указанные питательные вещества для грибов находятся в измельченной или порошкообразной форме, или в подобной форме. Это может обеспечивать преимущества, так как за счет этого может увеличиться площадь поверхности указанных питательных веществ для грибов в указанной композиции, что позволит грибам легче получать доступ к указанным питательным веществам и потреблять их относительно быстрее.
В особенно предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения указанные питательные вещества для грибов добавляют на стадии приготовления грибов для применения в указанной композиции в соответствии со способом, описанным далее ниже. Автор настоящего изобретения обнаружил, что добавление питательных веществ для грибов во время получения грибов (то есть, на стадии обеспечения прорастания спор грибов и перехода их в «живое» состояние в соответствии со способом, приведенным ниже, до включения их в композицию) может значительно улучшить скорость успешного прорастания спор грибов.
Следует понимать, что указанную композицию можно приготовить по частям, где одна часть содержит АФБ и одна часть содержит грибы. Далее будет описан способ получения этих соответствующих частей, начиная с части, содержащей АФБ.
Другой аспект настоящего изобретения относится к способу получения азотфиксирующих бактерий для композиции для улучшения или поддержания здоровья почвы, где указанная композиция содержит основу, азотфиксирующие бактерии и грибы, причем указанные азотфиксирующие бактерии присутствуют в указанной композиции в живом состоянии, при этом указанный способ включает стадии:
объединения спор азотфиксирующих бактерий и воды с получением смеси; и
поддержание указанной смеси спор азотфиксирующих бактерий и воды в контакте с воздухом до прорастания указанных спор азотфиксирующих бактерий.
Следует понимать, что указанные споры бактерий относятся к типу АФБ, как обсуждалось выше в настоящем описании. Соответственно, далее при указании на споры бактерий имеются в виду споры АФБ.
Предпочтительно вода, используемая в указанном способе, представляет собой дождевую воду. Однако эти сведения не предназначены для того, чтобы ограничивать объем настоящего изобретения, и специалист в данной области легко идентифицирует другие типы воды (например, воду из скважины). Указанная вода также может представлять собой водопроводную воду, то есть воду из муниципальных источников, хотя, если она подверглась химической обработке, она может не способствовать жизнеспособности бактериальных спор), которая подходит для применения в настоящем способе.
Предпочтительно смесь спор АФБ и воды объединяют путем погружения указанных спор АФБ в воду так, что указанные споры АФБ по существу равномерно диспергированы или иным образом распределены в воде. Однако эти сведения не предназначены для того, чтобы ограничивать объем настоящего изобретения.
В настоящем описании ссылку на поддержание смеси спор АФБ и воды в контакте с воздухом необходимо понимать так: указанные споры АФБ и вода имеют практически непрерывный доступ к воздуху и, в частности, к кислороду.
Предпочтительно это включает аэрацию указанной смеси спор АФБ и воды; под которой подразумевается, что в указанную смесь под давлением вводят воздух. Это можно осуществлять при помощи, например, аквариумного аэратора и/или так называемых пористых камней (англ. air stones). Однако эти сведения не предназначены для того, чтобы ограничивать объем настоящего изобретения, и указанный способ может не включать аэрацию.
Еще более предпочтительно указанную смесь спор АФБ и воды перемешивают при одновременном проведении ее аэрации; либо за счет самой аэрации, либо при помощи дополнительных средств (как будет понятно специалисту в данной области). Однако эти сведения не предназначены для того, чтобы ограничивать объем настоящего изобретения.
Предпочтительно указанный способ также включает стадии добавления дополнительных ингредиентов к указанной смеси. В особенно предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения после объединения спор АФБ и воды также добавляют рыбную муку и мелассу. Однако эти сведения не предназначены для того, чтобы ограничивать объем настоящего изобретения. Можно добавлять некоторые ингредиенты, все ингредиенты или ни один из этих ингредиентов; и специалист в данной области техники легко идентифицирует другие ингредиенты, которые можно добавлять в дополнение к указанным или вместо них. Например, к указанной смеси можно добавлять глюкозу; это может способствовать обеспечению популяции и размножению АФБ.
В еще более предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения после аэрации смеси спор АФБ, воды, рыбной муки и мелассы также добавляют биочар.
Более конкретно, в этом варианте реализации настоящего изобретения 15 граммов спор АФБ, 25 граммов рыбной муки и 5 граммов мелассы объединяют с 15 литрами дождевой воды с образованием раствора. Также добавляют примерно 125 граммов глюкозы. Затем указанный раствор аэрируют и перемешивают при помощи аквариумного аэратора и, необязательно, пористых камней в течение 24 часов.
К смеси добавляют пять килограммов биочара (что составляет примерно пять литров, но могут быть различия в зависимости от количества содержания углерода). Поверх раствора помещают тонущую крышку, чтобы погрузить биочар в указанный раствор. Указанная тонущая крышка также помогает распределять воздух (и, в частности, кислород) по всему раствору. Раствор, объем которого теперь составляет примерно 20 литров, оставляют на время до 48 часов или до тех пор, пока он не начнет пениться.
Автор настоящего изобретения обнаружил, что смеси, полученной при объединении описанной выше части с частью композиции, содержащей грибы, способ приготовления которой описан ниже, и после разбавления 200 литрами воды, достаточно для эффективной обработки одного гектара земли. Для небольших площадей состав можно пропорционально уменьшать по мере необходимости.
Другой аспект настоящего изобретения относится к способу получения грибов для указанной композиции для улучшения или поддержания здоровья почвы, при этом указанные азотфиксирующие бактерии и грибы присутствуют в указанной композиции в живом состоянии, где указанный способ включает стадии:
приведение указанных спор грибов в контакт с водой; и
поддержание указанной смеси спор грибов и воды в контакте с воздухом до прорастания указанных спор грибов.
Как обсуждалось выше, следует понимать, что споры грибов относятся к виду, который при прорастании способен преобразовывать питательные вещества в почве в форму, доступную для растений, путем формирования соответствующих симбиотических отношений с целевыми видами растений.
Как обсуждалось выше, предпочтительно применяют воду, которая представляет собой дождевую воду, хотя специалист в данной области поймет, что для применения в указанном способе также подойдут другие виды воды, например вода, добываемая из скважины, или вода из муниципальных источников (хотя, если вода подвергалась химической обработке, она может не подходить).
Предпочтительно воду приводят в контакт со спорами грибов путем распыления на них. Однако эти сведения не предназначены для того, чтобы ограничивать объем настоящего изобретения.
В настоящем описании ссылку на поддержание смеси спор грибов и воды в контакте с воздухом необходимо понимать так: указанные споры грибов и вода имеют практически непрерывный доступ к воздуху и, в частности, к кислороду.
Предпочтительно указанная смесь спор грибов и воды прикрыта крышкой, что позволяет поддерживать доступ воздуха к спорам грибов и воде, а также предотвращает испарение воды.
Предпочтительно указанный способ также включает стадии добавления дополнительных ингредиентов к указанной смеси.
В особенно предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения дополнительные ингредиенты, представляющие собой компост (или почвенную смесь), сухой коровий навоз, питательные вещества для грибов и мелассу смешивают перед тем, как нанести сверху споры грибов, а затем распыляют воду. Однако эти сведения не предназначены для того, чтобы ограничивать объем настоящего изобретения. Можно добавлять некоторые ингредиенты, все ингредиенты или ни один из этих ингредиентов; и специалист в данной области техники легко идентифицирует другие ингредиенты, которые можно добавлять в дополнение к указанным или вместо них.
Arbusular Mycorrhizae
В одном варианте реализации настоящего изобретения автор изобретения готовит часть композиции, содержащую грибы, добавляя 70 граммов компоста (или почвенной смеси), три-четыре грамма коровьего навоза, два грамма овса, один грамм мелассы (при концентрации грамм мелассы на один литр воды) в неглубокий лоток. Затем на указанный лоток распределяют грамм грибов  (один грамм соответствует приблизительно 100 спор грибов). Затем на споры грибов распыляют от 10 до 20 миллилитров дождевой воды.
Затем указанный лоток помещают в теплое (температура от 8 до 25°С) затемненное (от среднего серого до светло-серого цвета в соответствии с 5-ступенчатой шкалой тона плотности серого цвета) место и прикрывают крышкой, чтобы обеспечить ингредиентам постоянный доступ к воздуху, в частности к кислороду. Ингредиентам дают постоять в течение примерно 72 часов или до тех пор, пока грибы не прорастут.
Затем добавляют воду, чтобы довести часть, содержащую грибы, до объема смеси в 20 литров. Однако часть, содержащую грибы, и часть, содержащую АФБ, можно объединять до доведения объема до 20 литров; это может быть более целесообразным в полевых условиях.
Arbuscular Mycorrhizae
Для обработки одного гектара земли этот состав масштабируют в десять раз, т.е. 700 граммов компоста, от 30 до 40 граммов сухого коровьего навоза, 20 граммов молотого овса, 10 граммов мелассы, разбавленной водой, с добавлением десяти граммов спор грибов (примерно 10000 спор в случае грибов ) и 100 и 200 миллилитров дождевой воды. Автор изобретения предпочитает делать это в десяти лотках согласно описанному выше способу, но можно использовать один или более контейнеров подходящего размера. Вместо 20 литров воды добавляют 200 литров для достаточного покрытия на один гектар. Аналогично, состав для части, содержащей АФБ, также масштабируют в десять раз.
Тем не менее, следует отметить, что эта определенная комбинация ингредиентов не предназначена для ограничения объема настоящего изобретения, и могут быть различия в количествах и относительных пропорциях в зависимости от размера обрабатываемой площади, свойств почвы, конкретных видов грибов, бактерий и видов растений, доступности определенных ингредиентов и их эффективности/активности.
Другой аспект настоящего изобретения относится к способу применения композиции для улучшения или поддержания здоровья почвы, включающему следующие стадии:
адаптация указанной композиции в зависимости от здоровья почвы; и
обеспечение доставки указанной композиции в почву.
В настоящем документе указание на адаптацию композиции в зависимости от состояния почвы следует понимать следующим образом: композиция адаптирована так, что она содержит ингредиенты таких типов и в таком количестве (включая АФБ, грибы и ингредиенты, обеспечивающие питательные вещества), которые являются подходящими с учетом здоровья почвы. Настоящее изобретение может быть особенно полезным для восстановления плодородия почв на землях, не пригодных для сельского хозяйства и/или растениеводства. Это имеет значение для стран с ограниченной доступностью земли или ограниченным растениеводством.
Как обсуждалось выше, специалист в данной области техники знаком с методами определения здоровья почвы, а также с тем, как следует адаптировать композицию с учетом здоровья почвы.
Например, в предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения здоровье почвы определяют путем тестирования почвы перед доставкой указанной композиции с определением содержания питательных веществ, АФБ и грибов (или любого одного или более из них) в почве. Специалист в данной области техники легко определит формы, которые могут принимать такие тесты, а также средства для их проведения и анализа результатов.
Однако эти сведения не предназначены для того, чтобы ограничивать объем настоящего изобретения, и тестирование может и не требоваться. Например, здоровье почвы может быть уже известно; например, потому что оно уже было определено для целей получения композиции. В частности, автор изобретения предполагает, что в случаях, когда композицию готовят на заказ, анализ почвы можно провести на более ранней стадии, так что соответствующие ингредиенты (как определено специалистом в данной области) могут быть включены в состав во время фактического приготовления композиции.
С другой стороны, в случаях, когда композиция, например, продается на рынке в предварительно готовом виде, можно проводить тестирование почвы, и в результате адаптировать указанную композицию.
Композицию можно адаптировать, например, путем корректировки относительных количеств некоторых или всех ингредиентов в указанной композиции; или разбавлением, например, водой, чтобы изменить ее концентрацию.
Например, автор изобретения обнаружил, что в случае композиции в соответствии с особенно предпочтительным вариантом реализации, описанным выше, может быть желательно разбавлять указанную композицию водой в соотношении 20 литров воды на каждый 1 литр композиции. Это также позволяет воде выступать в качестве «носителя» для композиции во время доставки композиции в почву. Однако эти сведения даются только в качестве примера и не предназначены для того, чтобы ограничивать объем настоящего изобретения.
В настоящем описании ссылка на «доставку» композиции в почву означает внесение композиции в почву, чтобы позволить указанной композиции улучшать или поддерживать здоровье почвы способом, описанным ранее в настоящем документе.
Предпочтительно указанную композицию доставляют в почву таким образом, чтобы она находилась близко к фактическому или предполагаемому расположению корней растений в почве.
Еще более предпочтительно указанную композицию доставляют так, что она оказывается в физическом контакте с фактическим или предполагаемым расположением корней растения.
Доставка композиции в непосредственной близости от фактического или предполагаемого местоположения корней растений (в частности, при физическом контакте с ними) может в значительной степени способствовать интеграции грибов со структурой корней так, как это обсуждалось ранее в настоящем документе. Это, в свою очередь, может в значительной степени способствовать эффективности грибов по доставке растениям питательных веществ, находящихся в доступной для растений форме. Однако эти сведения не предназначены для того, чтобы ограничивать объем настоящего изобретения.
Следует понимать, что для доставки указанной композиции в почву также требуется обеспечить введение таким образом, чтобы не оказать неблагоприятное влияние на ингредиенты композиции.
Например, это может включать учет климатических условий. Автор изобретения обнаружил, что доставка композиции в слишком холодных или сухих условиях (например, при температуре ниже 6 °С или когда растения в почве проявляют признаки недостатка влаги) может быть нежелательной с точки зрения сохранности входящих в ее состав АФБ и грибов.
Это может также включать обеспечение того, что композиция не подвергается избыточному давлению при доставке в почву. Высокое давление может оказать неблагоприятное влияние на один или несколько ингредиентов указанной композиции.
Предпочтительно во время доставки указанную композицию подвергают воздействию давления не более 25 фунтов на квадратный дюйм (примерно 172,37 кПа). Еще более предпочтительно указанную композицию подвергают воздействию давления не более 12 фунтов на квадратный дюйм (примерно 82,74 кПа) при доставке в почву, подлежащую обработке. Однако специалист в данной области поймет, что верхний допустимый предел давления будет варьироваться в зависимости от таких факторов, как конкретные ингредиенты и коэффициент разбавления композиции.
Для доставки композиции в почву также может быть необходимо учитывать время. Например, специалист в данной области может предвидеть, что определенная почва (и/или выращиваемые растения), например, из-за надвигающейся смены времени года, будет испытывать нехватку определенного питательного вещества (или группы питательных веществ) в определенный момент времени в ближайшем будущем. В таком случае может быть предпочтительным доставлять композицию за некоторое время до наступления ожидаемого дефицита, чтобы грибы могли преобразовать соответствующие питательные вещества в доступную для растений форму и запасти их, чтобы они были готовы восполнить дефицит в почве и питать растения, когда возникнет необходимость.
Поскольку указанная композиция содержит живые грибы, настоящее изобретение особенно подходит для такого стратегического применения, поскольку это означает, что указанную композицию можно доставить ближе ко времени предполагаемого дефицита питательных веществ, чем традиционные композиции. При применении последних требуется дополнительное время после внесения в почву для того, чтобы грибы проросли и, следовательно, начали эффективно выполнять свои функции по преобразованию и запасанию питательных веществ.
При доставке композиции в почву также может потребоваться принять во внимание масштаб, в котором желательно применять композицию (то есть размер предполагаемой области применения).
Например, если площадь применения композиции относительно мала, например, например, до одного квадратного метра, указанную композицию можно доставлять вручную при помощи лейки, распылителя или подобного подходящего устройства, которое может быть легко подобрано специалистом в данной области. Такие способы доставки также могут быть предпочтительными, если, например, растения в почве относительно небольшие или чувствительные или если они находятся в форме семян или всходов.
И наоборот, если масштаб применения композиции относительно велик, такой как, например, превышающий один квадратный метр, могут быть предпочтительными другие, более практичные, средства доставки. Например, можно применять трактор с установленным на нем распылителем или другим устройством для распределения жидкости/аэрозоля для доставки указанной композиции.
В предпочтительном варианте реализации крупномасштабную доставку указанной композиции осуществляют с помощью трактора с установленным на тракторе аэратором, который содержит ножи аэратора, а также с распылительным баком, содержащим указанную композицию, и соплами, установленными на поперечной балке трактора для доставки указанной композиции в почву.
В еще более предпочтительном варианте реализации указанные ножи аэратора выполнены с возможностью создавать в почве пространства, которые обнажают местоположение (фактическое или предполагаемое) корней растения; и указанный трактор содержит две поперечные балки: первая установлена перед ножами аэратора (относительно направления движения трактора во время применения), а вторая установлена позади ножей аэратора.
В этом варианте реализации первая поперечная балка содержит сопла, которые направлены на ножи, и которые таким образом наносят указанную композицию на ножи до того, как указанные ножи войдут в почву, так что сами ножи при входе в почву доставляют часть композиции. Вторая поперечная балка содержит сопла, которые направлены на почву. В частности, эти сопла ориентированы так, что указанная композиция направляется в пространство, создаваемое в почве ножами аэратора, тем самым указанная композиция приводится в физический контакт с местом, где расположены (фактически или предполагаемо) корни растения.
Однако эти сведения не предназначены для того, чтобы ограничивать объем настоящего изобретения. Специалисту в данной области техники будут очевидны варианты устройства и средств для доставки, которые подходят для внесения композиции в почву в больших масштабах.
Также следует понимать, что способ доставки указанной композиции в почву может варьироваться в зависимости от формы, в которой обеспечивается композиция. Например, если указанная композиция представлена в форме капсул с жидким центром, то может потребоваться соответствующим образом изменить способ ее доставки в почву; специалист в данной области техники легко сможет определить, как обсуждаемые выше представленные в качестве примера варианты крупномасштабной и мелкомасштабной доставки можно адаптировать в таком случае, а также определить другие подходящие способы доставки.
Также следует понимать, что указанный способ может включать дополнительные стадии. В частности, указанный способ может включать дополнительные стадии, осуществляемые после доставки указанной композиции в почву. Например, указанный способ может включать повторную доставку композиции, если специалист в данной области техники сочтет это необходимым, принимая во внимание здоровье почвы и другие релевантные аспекты.
Указанный способ также может включать доставку дополнительных количеств отдельных ингредиентов в почву после первоначальной доставки композиции. Например, дополнительные количества ингредиентов, обеспечивающих питательные вещества, например, питательные вещества для грибов и/или меласса, могут быть доставлены в почву на более поздней стадии, если специалист в данной области сочтет это необходимым. Это может обеспечивать преимущества в отношении здоровья почвы, а также в отношении дальнейшего воспроизводства и функционирования АФБ и/или грибов.
Следует понимать, что на доставку указанной композиции в почву также может влиять ряд дополнительных факторов, которые специалист в данной области техники легко сможет предусмотреть; включая, но не ограничиваясь, тип почвы и тип растений, выращиваемых (или предназначенных для выращивания) в указанной почве.
Как будет понятно из предшествующего обсуждения, настоящее изобретение имеет ряд преимуществ по сравнению с существующими системами и способами для улучшения здоровья почвы; и эти преимущества могут включать следующие, но не ограничиваются ими:
- Настоящее изобретение обеспечивает композицию, которая является эффективной в отношении своей функции сразу после внесения в почву и не требует «периода прорастания»;
- Настоящее изобретение обеспечивает композицию, которая может содержать значительно большую начальную популяцию живых АФБ и/или грибов, чем традиционные композиции, благодаря тому, что указанным АФБ и/или грибам дают прорастать в контролируемых условиях окружающей среды;
- Настоящее изобретение обеспечивает композицию, в которой популяция уже обеспечена и может расти быстрее (после применения) по сравнению с традиционными композициями;
- Настоящее изобретение обеспечивает АФБ и/или грибы, которые на уровне отдельных микроорганизмов могут быть «более живыми», чем в традиционных композициях; следовательно, также потенциально обеспечивает более эффективное улучшение здоровья почвы;
- Настоящее изобретение обеспечивает потенциально значительные преимущества для здоровья почвы, которые могут включать превосходное содержание и круговорот питательных веществ в почве, а также превосходную устойчивость почвы к климатическим и другим условиям;
- Настоящее изобретение обеспечивает возможность потенциально «разблокировать» присутствующие в почве питательные вещества и сделать их доступными для растений;
- Настоящее изобретение обеспечивает естественное средство для улучшения количества анаэробно минерализуемого азота, доступного для растений, что потенциально уменьшает или устраняет необходимость внесения нефтехимических удобрений в почву;
- Настоящее изобретение обеспечивает преимущества в отношении урожайности выращиваемых культур, а также качества и здоровья растений;
- Если выращиваемые культуры предназначены для потребления домашним скотом, может обеспечиваться улучшенный рацион для скота благодаря превосходному качеству и здоровью сельскохозяйственных культур, в результате чего потенциально улучшается здоровье домашнего скота;
- Настоящее изобретение может увеличить эффективность укоренения и выживание растений при посеве или пересадке;
- Настоящее изобретение обеспечивает эффективное с экономической точки зрения решение для улучшения здоровья почвы по сравнению с традиционными композициями благодаря значительному уменьшению потерь ингредиентов в месте применения и, как следствие, менее частым повторным внесениям из-за превосходной эффективности композиции;
- Настоящее изобретение может помочь предотвратить вымывание вредных продуктов, которые могут присутствовать в почве, в ручьи или водные пути, поскольку биочар поглощает эти продукты и удерживает их в почве;
- По крайней мере настоящее изобретение предоставляет обществу полезную альтернативу.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
Дополнительные аспекты настоящего изобретения станут очевидными из следующего описания, которое дано только в качестве примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:
Фиг. 1
представляет собой схему, показывающую ингредиенты композиции для улучшения здоровья почвы в соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения;
Фиг. 2
представляет собой схему, показывающую способ получения части ингредиентов, содержащей бактерии, для композиции для улучшения здоровья почвы в соответствии с тем же вариантом реализации настоящего изобретения;
Фиг. 3
представляет собой схему, показывающую способ получения части ингредиентов, содержащей грибы, для композиции для улучшения здоровья почвы в соответствии с тем же вариантом реализации настоящего изобретения;
Фиг. 4а
представляет собой схему, показывающую первую стадию процесса, посредством которого композиция для улучшения здоровья почвы в соответствии с тем же вариантом реализации настоящего изобретения обеспечивает питательные вещества для почвы и растений;
Фиг. 4b
представляет собой схему, показывающую следующую стадию процесса, посредством которого композиция для улучшения здоровья почвы в соответствии с тем же вариантом реализации настоящего изобретения обеспечивает питательные вещества для почвы и растений;
Фиг. 4c
представляет собой схему, показывающую дальнейшую стадию процесса, посредством которого композиция для улучшения здоровья почвы в соответствии с тем же вариантом реализации настоящего изобретения обеспечивает питательные вещества для почвы и растений;
Фиг. 5
представляет собой схему, показывающую способ применения композиции для улучшения здоровья почвы в соответствии с другим предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения;
Фиг. 6а
представляет собой схему, показывающую действие грибов и азотфиксирующих бактерий в композиции согласно варианту реализации настоящего изобретения на Фиг. 1-3; и
Фиг. 6b
представляет собой другую схему, показывающую действие грибов и азотфиксирующих бактерий в композиции согласно тому же варианту реализации настоящего изобретения.
НАИЛУЧШИЕ ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
На всех фигурах одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями.
Фиг. 1 представляет собой схему, показывающую ингредиенты (обозначенные в целом позицией 100) композиции (102) для улучшения здоровья почвы в соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения. На схеме видно, что композиция (102) содержит две основных части (104, 106) ингредиентов (100), которые готовят индивидуально (как обсуждается в отношении фиг. 2 и 3), а затем объединяют с получением композиции (102).
Azotobacter Chroococcum
Одна часть (104) содержит бактерии (часть, содержащая бактерии); в частности,  (108). Она также содержит дополнительные питательные вещества в виде рыбной муки (110), мелассы (112) и воды (114). Эти ингредиенты адсорбируются в биочар (116), который служит для них основой, когда композицию (102) получают и вносят в почву.
Arbuscular Mycorrhizae
Другая часть (106) содержит грибы (часть, содержащая грибы); которые со многими растениями образуют связь типа  (118) с корнями растений. Кроме того, эта часть также содержит компост (или почвенную смесь) (120), сухой коровий навоз (122), молотый овес (124), мелассу (112) и воду (114).
Фиг. 2 представляет собой схему, показывающую способ (обозначенный в целом позицией 200) получения части ингредиентов, содержащей бактерии (104), для композиции, способствующей здоровью почвы, представленной на фиг. 1. На первой стадии (202) 30 литров воды (114) наливают в пластиковый контейнер.
На второй стадии (204) 30 г спор АФБ (218), 50 г рыбной муки (110) и 10 г мелассы (112) объединяют с водой (114) с получением раствора. На третьей стадии (206) этот раствор аэрируют и перемешивают в течение 24 часов с использованием аэратора (214) и, необязательно, пористых камней (не показаны).
На четвертой стадии (208) добавляют 10 литров биочара (116); и на пятой стадии (210) поверх раствора помещают тонущую крышку (216) для того, чтобы погрузить биочар в раствор, тем самым способствуя тому, чтобы другие ингредиенты адсорбировались в него как можно более полно. Тонущая крышка (216) также помогает распределить воздух по всему раствору, тем самым обеспечивая спорам АФБ (218) постоянный доступ к кислороду. Указанный раствор оставляют до тех пор, пока он не начнет пениться (как показано на шестой стадии, 212), что указывает на прорастание АФБ (не показано).
Фиг. 3 представляет собой схему, показывающую способ (обозначенный в целом позицией 300) получения 20 литров смеси части (106) ингредиентов, содержащей грибы, для композиции, способствующей здоровью почвы, представленной на фиг. 1.
На первой стадии (302) 70 г компоста или почвенной смеси (120), от 3 до 4 г сухого коровьего навоза (122) и 2 г молотого овса (124) объединяют в контейнере или лотке с 6 г мелассы (112), разбавленной водой (114) в концентрации 1 грамма мелассы на 1 литр воды.
Arbuscular Mycorrhizae
На второй стадии (304) на полученную смесь рассыпают 1 грамм спор грибов (312); это соответствует примерно 100 спорам в случае . На третьей стадии (306) на споры грибов распыляют от 10 до 20 миллилитров дождевой воды.
Наконец, на четвертой стадии (308) объединенные таким образом ингредиенты помещаются в теплое (температура от 8 до 25 °С), темное (от среднего серого до светло-серого цвета в соответствии с 5-ступенчатой шкалой тона плотности серого цвета) место и прикрывают крышкой (310), чтобы обеспечить ингредиентам постоянный доступ к воздуху, в частности к кислороду. Контейнер оставляют примерно на 72 часов или до тех пор, пока грибы (не показаны) не прорастут.
2
Затем добавляют дождевую воду (не показана), чтобы довести объем смеси до 20 литров, и полученную смесь объединяют с частью, содержащей АФБ. Полученная комбинация подходит для участка площадью примерно 100 м; для больших площадей ингредиенты соответствующей композиции могут быть пропорционально увеличены по мере необходимости.
Обратимся теперь к фиг. 4а, которая представляет собой схему, на которой показана первая стадия процесса (обозначенного в целом позицией 400), в ходе которого композиция (102) для улучшения здоровья почвы в соответствии с фиг. 1 обеспечивает питательными веществами почву (402) и растения (404).
Видно, что АФБ (406), питательные вещества (408) и грибы (410) композиции (102) были внесены в почву (402). Композицию (102) внесли вблизи корней (412) растения (404). В частности, грибы (410) были внесены так, чтобы они находились в физическом контакте с корнями (412) растения. Это важно, поскольку позволяет грибам (410) интегрироваться с корнями (412), образуя арбускулы (не показаны). Также видно, что почва (402) содержит различные питательные вещества (414), которые уже присутствовали в почве (402) до внесения указанной композиции (102).
Видно, что АФБ (406) поглощают газообразный азот (416) из воздуха и фиксируют его в почве (402), превращая его в соединения азота (418), такие как аммоний, нитраты или нитриты.
Фиг. 4b представляет собой схему, на которой показана следующая стадия процесса (обозначенного в целом позицией 400), в ходе которого композиция (102) для улучшения здоровья почвы согласно фиг. 1 обеспечивает питательные вещества для почвы (402) и растений (404).
Видно, что питательные вещества (408, 414) взаимодействуют с грибами (410), после чего указанные грибы превращают указанные питательные вещества (408, 414) в доступную для растений форму (415). Затем грибы (410) обеспечивают передачу питательных веществ в доступной для растений форме (415) к корням (412) растения (404) и поглощение питательных веществ корнями. Также видно, что соединения азота (418), фиксированные в почве (402) бактериями (406), передаются к корням растений (412) за счет грибов (410), как в целом обозначено стрелкой B. Это происходит после гибели бактерий (406).
В обмен растение (404) через свои корни (412) выделяют сахара и углекислый газ (как в целом обозначено стрелками А), на которых успешно произрастают грибы (410). Таким образом, между растением и грибами устанавливается симбиотическая связь.
Фиг. 4c представляет собой схему, на которой показана еще одна следующая стадия процесса (обозначенного в целом позицией 400), в ходе которого композиция (102) для улучшения здоровья почвы согласно фиг. 1 обеспечивает питательные вещества для почвы (402) и растений (404).
Поскольку процесс, показанный на фиг. 4b, продолжается, растение (404) и грибы (410) постепенно питают друг друга. Таким образом, популяция грибов (410) растет, а это значит, что грибы (410) способны преобразовывать питательные вещества (408, 414) в доступную для растений форму (415) с большей скоростью; и, следовательно, доставлять больше питательных веществ в доступной для растения форме (415), а также соединений азота (418) к корням (412) растения (404); в результате чего растение (404) получает лучшее питание. Растение (404) продолжает выделять сахара и углекислый газ (в целом обозначенные стрелками А) через корни (412), обеспечивая дополнительное питание грибам (410). Это усиливает симбиотические отношения между растением (404) и грибами (410).
В ходе испытаний композицию согласно настоящему изобретению вносили в почву одновременно с посадкой молодых косточковых плодовых деревьев (которые были слишком молоды, чтобы производить урожай фруктов в рассматриваемый сезон). В ходе испытаний было высажено пять рядов деревьев, по 100 деревьев в ряду. Композицию согласно настоящему изобретению вносили во второй и четвертый ряды. Остальные ряды не были обработаны. Все пять рядов получали одинаковый уход.
Было отмечено, что второй и четвертый ряды вошли в стадию «распускания почек» заметно раньше, чем остальные; и с большим количеством почек. Аналогично, во втором и четвертом рядах наблюдалось более ранее цветение с большим количеством цветов. Рост ветвей также был сильнее во втором и четвертом рядах, с более быстрым ростом деревьев и большим конечным размером деревьев.
Кроме того, во втором и четвертом рядах наблюдались одинаковые модели роста. Деревья в этих рядах также не демонстрировали признаков стресса, несмотря на периоды неблагоприятных климатических условий (засуху) в течение испытательного периода.
Потенциально доступный азот, который представляет собой количество азота в почве, улучшился с начальных 136 килограммов на гектар (кг/га) до 180 кг/га в течение шести месяцев после применения композиции, как по существу описано в настоящем документе. Тем не менее, все еще требуется переводить азот в форму, полезную для растений; то есть он должен быть минерализован грибами, присутствующими в почве.
В этом случае из-за увеличения количества грибов в почве в результате применения композиции, количество анаэробно минерализуемого азота увеличилось с 104 микрограммов на грамм (мкг/г), что находится на нижнем пределе подходящих значений для почвы (см: https://sindi.landcareresearch.co.nz/Content/HelpMineralisableN.html), до 135 мкг/г, что является гораздо более подходящим.
Для достижения аналогичного эффекта при использовании нефтехимических удобрений потребуется такое значительное их количество, что может возникнуть риск вымывания и стока в близлежащие водные пути. Это одна из причин, по которой применение композиции согласно настоящему изобретению, которая способствует большей минерализации азота, обеспечивает преимущества.
Благоприятные эффекты не ограничиваются косточковыми фруктовыми деревьями. Например, заметное увеличение содержания потенциально доступного азота наблюдалось в почвах, где выращивали хмель. Первоначальное измеренное содержание потенциально доступного азота составило 125 кг/га. Через пять месяцев после внесения композиции, полученной согласно настоящему изобретению, содержание потенциально доступного азота составило 158 кг/га. Между тем, содержание анаэробно минерализуемого азота увеличилось с 88 микрограмм/грамм (мкг/г), что является относительно небольшим количеством, до более адекватного уровня 108 мкг/г.
В другом примере, в испытаниях, проводимых на сосновых насаждениях, было обнаружено, что, когда композицию, по существу такую, как описано в настоящем документе, внесли в почву, через пять месяцев измеренное содержание потенциально доступного азота (до глубины 150 мм) составило 137 кг/га. Напротив, в почве, где указанную композицию не применяли, содержание потенциально доступного азота (до глубины 150 мм) составляла 132 кг/га. Разница составляет пять килограммов азота на гектар. Кроме того, было обнаружено, что деревья, выращенные в обработанной почве, демонстрируют увеличение роста на 100% по сравнению с контрольными деревьями, выращенными в необработанной почве. Это значительная разница в биомассе, которая имеет очевидные последствия для выращивания сельскохозяйственных культур.
Обратимся сейчас к фиг. 5, которая представляет собой схему, показывающую способ (обозначенный в целом позицией 500) применения композиции (102) для улучшения здоровья почвы в соответствии с другим предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения.
Трактор (502) оснащен установленным на тракторе аэратором (504). Установленный на тракторе аэратор (504) содержит ножи аэратора (506), установленные с возможностью поворота на опорную конструкцию (508), содержащую первую поперечную балку (510) и вторую поперечную балку (512).
При эксплуатации, когда трактор (502) движется вперед, ножи аэратора (506) вращаются, вызывая образование борозд (514) в почве (402). В этом варианте реализации длина ножей аэратора (506) была адаптирована для обеспечения того, чтобы борозды (514), создаваемые в почве (402), обнажали фактическое или предполагаемое расположение корней (не показано) растений (не показано).
Первая поперечная балка (510) расположена перед ножами аэратора (506) относительно направления движения трактора (502) при его эксплуатации. Вторая поперечная балка (512) расположена позади ножей аэратора (506) относительно направления движения трактора (502) при его эксплуатации. К первой поперечной балке (510) прикреплен первый набор сопел (516). На второй поперечной балке (512) расположен второй набор сопел (518).
Первый набор сопел (516) выполнен с возможностью направления композиции (102) на ножи аэратора (506) до их попадания в почву (402), в результате чего ножи аэратора (506) оказываются покрыты композицией (102) так, что при входе в почву (402) ножи аэратора (506) вводят по меньшей мере часть композиции (102) в почву (402). Второй набор сопел (518) выполнен с возможностью направления композиции (102) в борозды (514), созданные в почве (402) ножами аэратора (506). Таким образом, композицию (102) приводят в контакт с фактическим или предполагаемым расположением корней (не показано) растений (не показано).
Обратимся теперь к фиг. 6a, которая представляет собой схему, на которой показано действие (в целом обозначенное позицией 600) грибов (410) и АФБ (406) композиции (не показана), полученной так, как обсуждалось в отношении фиг. 1-3.
Видно, что грибы (410), Arbuscular mycorrhiza, указанной композиции образуют симбиотические отношения с корнями (412) растения (404). Грибы (410) имеют гифы, которые простираются в почву (402), образуя «магистрали», по которым питательные вещества могут доставляться к корням (412) растения (404) и, таким образом, могут потребляться растением (404). АФБ (406) указанной композиции поглощают азот (не показан) из воздуха (в целом обозначено стрелками A) и «фиксирует» его в почве (402). Также указанные АФБ (406) преобразуют азот (не показан) в соединения азота (не показаны).
На фиг. 6b приведена другая схема, показывающая действие (в целом обозначенное позицией 600) грибов (410) и АФБ (406) композиции (не показана). В частности, на фиг. 6b показан перенос соединений азота (418) из АФБ (406) к корням растений (412).
Можно видеть, что грибы (410) образуют арбускулы (608) между клетками (606) корня растения (412). Также показаны гифы (602) грибов (410), простирающиеся от корня (412) в почву, между корневыми волосками (604) указанного корня (412).
Когда АФБ (406) гибнут (например, когда их поглощают «хищники» в почве), они выделяют соединения азота (418) в почву. Соединения азота (418) перемещаются вдоль гиф (602) грибов (410) и попадают в корень растения (412) через арбускулу (608). Затем они могут поглощаться растением. Как АФБ (406), так и грибы (410) находятся в биочаре композиции (условно обозначенном позицией 116) и защищены им. Биочар (116) также способствует образованию «решеток» или сетей гиф (602), поскольку он обеспечивает пористое вещество, внутри которого могут формироваться такие решетки. Развитие решеток или сетей гиф может значительно повысить эффективность грибов (410) при транспортировке питательных веществ из почвы в корень растения (412).
Полное описание всех заявок, патентов и публикаций, цитируемых выше, если таковые имеются, включено в настоящий документ посредством ссылок. Ссылка на любой предшествующий уровень техники в данном описании не является и не должна рассматриваться как подтверждение или любая другая форма предположения, что эта часть уровня техники является частью обычного уровня знания в данной области техники в любой стране мира.
В широком смысле можно сказать, что настоящее изобретение состоит из частей, элементов и признаков, упомянутых или указанных в описании заявки, по отдельности или вместе, в любой или во всех комбинациях двух или более из указанных частей, элементов или признаков.
Там, где в приведенном выше описании была сделана ссылка на целые числа или компоненты, имеющие известные эквиваленты, эти целые числа включены в настоящий документ, как если бы они были перечислены отдельно.
Следует отметить, что различные изменения и модификации описанных здесь предпочтительных вариантов реализации будут очевидны для специалистов в данной области техники. Такие изменения и модификации можно произвести без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения и без уменьшения обеспечиваемых им преимуществ. Следовательно, предполагается, что такие изменения и модификации будут включены в объем настоящего изобретения.
Аспекты настоящего изобретения были описаны только в качестве примера, и следует понимать, что можно модифицировать и дополнять настоящее изобретение без отклонения от его объема, как определено в прилагаемой формуле изобретения.