Биоорганическое средство в качестве гуминового удобрения, представляющее собой экстракт вермикомпоста
BIOORGANIC AGENT AS A HUMIC FERTILISER CONSTITUTING A VERMICOMPOST EXTRACT

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано при получении биоорганического средства в качестве удобрения из гумусосодержащих субстратов, а именно из вермикомпостов.
Гуминовые вещества - это основная органическая составляющая почвы, воды и твердых горючих ископаемых. Впервые их выделили из торфа более двухсот лет назад, и до сих пор этот источник является наиболее популярным при производстве гуминовых удобрений. Физиологически активные вещества торфа включают в себя широкий ряд органических молекул: пептиды, аминокислоты, углеводы, ферменты, антибиотики и природные стимуляторы роста.
Гуминовые кислоты имеют разветвленную молекулярную структуру, включающую большое количество функциональных групп и активных центров. Формирование этих природных соединений происходит под воздействием физико-химических процессов, протекающих в почве и деятельности почвенных организмов. Источниками для их синтеза служат растительные и животные остатки, а также продукты жизнедеятельности почвенной микрофлоры. Таким образом, они являются аккумуляторами органического вещества почвы - аминокислот, углеводов, пигментов, биологически активных веществ и лигнина. Кроме того, в них концентрируются ценные неорганические компоненты почвы - элементы минерального питания (азот, фосфор, калий), а также микроэлементы (железо, цинк, медь, марганец, бор, молибден, и т.д.). Под воздействием естественных процессов, протекающих в почве, все вышеперечисленные компоненты включаются в единый молекулярный комплекс - гуминовые кислоты. Многообразие исходных компонентов для синтеза данного комплекса обуславливает сложную молекулярную структуру и, как следствие, широкий спектр физических, химических и биологических воздействий на почву и растения.
В настоящее время самыми эффективными стимуляторами роста и развития растений являются водорастворимые соли природных гуминовых соединений: гуминовых кислот и фульвокислот - гуматы и фульваты Na, K или NH4 в очень низких концентрациях - 0,001-0,0001 мас.%.
Для получения и производства различных гуминовых препаратов сельскохозяйственного назначения используют в качестве исходного сырья конечные продукты аэробной ферментации органосодержащих отходов (компосты и вермикомпосты). При этом, наиболее широко используемая технология получения гуминовых препаратов из вермикомпостов представляет собой щелочную обработку в жидкой фазе. Щелочная обработка исходных субстратов в воде позволяет получать более концентрированные препараты, которые содержат в себе практически все компоненты (водорастворимые и щелочерастворимые) вермикомпоста: соли гуминовых кислот и фульвокислот, аминокислоты, пептиды, витамины, антибиотики, гормоны роста и развития растений и другие продукты жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и самих дождевых червей (вермикультуры). Более того, щелочная обработка позволяет не только более полно извлекать из вермикомпостов все его компоненты, но многократно усиливать физиологические активности самих гуминовых кислот, образуя их водорастворимые соли: гуматы натрия, калия или аммония.
Известен способ получения жидкого гуминового органического биопрепарата для растениеводства, животноводства и птицеводства из вермикомпостов, включающий раздельно дробную экстракцию из вермикомпоста водорастворимых кислоторастворимых веществ с помощью анолита, а водорастворимых щелочерастворимых веществ с помощью католита электроактивированной воды, с последующим объединением щелочного экстракта с кислотным экстрактом, перемешиванием, отстаиванием и разливкой полученного целевого продукта в тару (RU 2709375, опубл. 17.12.2017).
2
В документе RU 2286975, опубл.10.11.2006, раскрыт способ получения бактериального удобрения на основе биогумуса, включающий получение биогумуса путем вермикомпостирования органических отходов с использованием дождевых червей и внесение в биогумус микроорганизмов. В качестве органических отходов используют навоз сельскохозяйственных животных, предварительно нейтрализованный до рН 7-8, а в качестве дождевых червей используют гибрид красного калифорнийского червя с дождевыми червями кубанской природной популяции, в количестве 104 на 1 м. Вермикомпостирование осуществляют в течение 2-3 месяцев при температуре 16-32°С в естественных условиях, причем после отделения червей из биогумуса виброситом с размером пор 0,5-1,0 см биогумус подсушивают до влажности 50-60%, фасуют в пакеты из полипропилена, вносят кукурузный экстракт в количестве 2,0-4,0% массы биогумуса и автоклавируют в течение 45-75 мин при 0,8-1,2 атм, вносят микроорганизмы вида Rhizobium japonicum и выдерживают до достижения титра 2⋅1010.
3
Также, известен способ получения комплексного биопрепарата из гумусосодержащих веществ путем щелочной экстракции, отделением щелочного экстракта и его нейтрализацией. Указанные вещества подвергают щелочной экстракции 0,1 М раствором пирофосфата калия в 0,1 н. растворе КОН или в 0,1 М раствором пирофосфата натрия в 0,1 н. растворе KOH или 0,1 М раствором пирофосфата натрия в 0,1 н. растворе NaOH при температуре 80°C, а затем после отделения щелочного экстракта нейтрализуют его азотной кислотой HNO до значений pH 7,0-8,0, перемешивают, отстаивают и получают жидкий целевой продукт (RU 2580469, 10.04.2016).
К недостаткам известных из уровня техники методик можно отнести получение жидкого гуминового биопрепарата с применением неорганических кислот и щелочей, что ограничивает его использование в органическом земледелии, а также наличие в готовом продукте, наряду с полезными почвенными микроорганизмами, патогенной микрофлоры.
Задачей настоящего изобретения является создание более экономичного (за счет поточной технологии) и универсального способа получения биостимулятора роста и развития растений из гумусосодержащих веществ, позволяющего с меньшими энергозатратами получать препарат более высокой активности с сохранением самых ценных органических кислот - гуминовых и фульвовых, без последующего образования гуматов и фольватов.
Для получения заявленного экстракта вермикомпоста в качестве сырья используют сырье, выделенное из навозной жижи и подстилочного материала из телятников (на базе соломы). Сырье (навозную жижу и подстилочный материал), с добавлением силоса или свежескошенной травы, но не более 5-10% от объема общей смеси, смешивают в предварительном уличном приямке и перемешивают до получения однородной смеси, перемешивание производят погружным миксером. Затем полученная смесь подается на насосную группу, состоящую из гиророторного насоса и измельчителя, где крупные фракции соломы измельчаются до размера не более 5 см. Обработанная смесь направляется во внутрицеховой бассейн или пластиковые емкости большого объема. Сформированная смесь обрабатывается воздухом с целью удаления аммиака. Процесс аэрации длится в течение 40-60 минут.При этом ведут постоянное удаление воздуха с поверхности за счет вытяжной вентиляции. Затем смесь подается на кавитатор (поточный измельчитель), где обрабатывается до получения ровной однородной смеси, размер частиц и включений после обработки не превышает 5-6 мм.
Подготовленная смесь затем направляется на фильтр-пресс, где происходит отделение жидкой части от сухого вещества. Полученный фильтрат используется в технических целях или удаляется через канализационную систему в лагуны. Процесс прессования ведется до получения кека с долей сухих веществ не менее 45%. Полученный кек вначале направляется на измельчение, где обрабатывается шредером для получения однородной массы, а затем направляется на санитаризацию.
Следует отметить, что в настоящем изобретении используется уникальный подход при получении экстракта вермикомпоста, который заключается в осуществлении санитаризации (посредством тепловой обработки) измельченной однородной смеси кека. Указанная смесь обрабатывается на инфракрасной сушилке с целью предварительного прогрева до температуры 68-70°С.Для этих целей используется поточная трехуровневая инфракрасная зерносушилка, при этом на первом ярусе смесь прогревается до температуры 35-45°С, на втором ярусе 65-70°С, на третьем ярусе после переворачивания пласта поддерживается температура 70-72°С.
Подготовленная, прогретая масса направляется в мобильные компостеры закрытого типа, где выдерживается не менее 2-х часов, но не более 3-х часов, далее охлаждается очищенным воздухом, который поступает в компостер через воздушно-распределительные системы, которые расположены в нескольких уровнях до температуры 38-44°С.При достижении указанной температуры по всему объему добавляется универсальная комплексная бактериальная культура (на базе ферментативных препаратов и микробиологических культур) путем внесения подготовленного раствора через нижние и верхние форсунки, и начинается процесс компостирования при постоянном контроле температуры, влажности и кислотности. Процесс компостирования осуществляется при применении вертикальных компостеров с возможностью зонального контроля температуры в трех уровнях (верх, середина и низ). При этом осуществляется периодическая циркуляция субстрата внутри компостера. Время компостирования не менее 7 и не более 19 суток.
Полученный компост-субстрат вначале проверяется на coli-титр, затем направляется в зону разгрузки и далее поступает на поточные вермиреакторы, где происходит обработка калифорнийскими червями при соблюдении условий: внешней температуры в цехе, рН субстрата, освещенности, циркуляции воздуха и влажности сырья. После обработки нижних слоев (прохождения червями и образования копролитовых масс) нижний слой срезается и сбрасывается в транспортерную систему, которая имеет нагревательные элементы, размещенные под транспортной лентой. Полученный вермикомпост имеет влажность порядка 80%, при этом вначале он подвергается предварительному обсушиванию (посредством нагрева) и вылеживанию - до влажности 66-68%, затем направляется на участок получения экстракта.
Процесс экстрагирования выполняют с использованием промышленной установки по электрохимической активации воды «Акватрон-15». В катодную камеру установки подается дистиллированная вода с температурой 20-25°С, одновременно в анодную камеру реактора установки подается раствор соли угольной кислоты (бикарбонат натрия или гидрокарбонат натрия, или гидрокарбонат калия) с концентрацией от 1 до 5 мас.%. Для целей экстракции используется подготовленная дистиллированная вода, насыщенная продуктами катодных электрохимических реакций в реакторе установки. Показатели воды: рН 11,0-12,0; ОВП -600 … -800 мВ; минерализация (соленость) - не более 40 мг/л. К полученному католиту добавляют полученный вермикомпост с влажностью 60-68% и производят тщательное перемешивание. Дополнительно смесь обрабатывается на устройстве типа РПА (роторно-пульсационный агрегат). Соотношение по весовым частям составляет 1:10 (вермикомпост:вода). Процесс обработки происходит в течение 30-40 минут.Далее полученную смесь направляют на экстрактор закрытого типа. Процесс экстракции ведется в течение 70-80 часов при температуре 38-50°С.
Неожиданно было обнаружено, что экстракция при температуре 38-50°С является оптимальным вариантом получения заявленного экстракта. Многочисленные исследования показали, что при более низкой температуре процесс идет значительно медленнее, а при более высокой температуре происходит потеря позитивной микрофлоры и антиоксидантов.
Далее, осуществляется фильтрация на фильтр-прессах, где установлены фильтрующие салфетки из различных материалов, с пропускной способностью салфеток не более 80 микрон. Затем, фильтрат проходит контрольное фильтрование на камерном мешочном фильтре, где установлен фильтрующий элемент (фильтр мешочного типа) с пропускной способностью 50-70 микрон.
Полученный фильтрат представляет собой экстракт вермикомпоста по изобретению, в котором содержание фульвовых кислот составляет от 3 до 5 г/л, содержание гуминовых кислот - от 26 до 34 г/л, содержание суммарной биомассы почвенных аэробных микроорганизмов может варьировать от 10 до 30 мкг/мл препарата (таблица 1).
Таблица 1. Сравнение физико-химических параметров гуминовой вытяжки (экстракта) из вермикомпоста, получаемой тремя разными способами
Параметры
Экстракт 1 (полученный по патенту RU 2709375)
Экстракт 2 (полученный по патенту RU 2580469)
Заявленный экстракт
Содержание сухого вещества не менее, в %
0,7
0,9
2,9-3,9
Содержание общего азота в мг/100 г сухого вещества, не менее
900
1100
1800
Содержание общего фосфора не менее в пересчете на P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>, в мг/100 г сухого вещества
1000
1200
2200
Содержание общего калия не менее в пересчете на К<sub>2</sub>O, в мг/100 г сухого вещества
2100
2300
4400
Содержание суммы гуминовых веществ, в г/л
не более 1,3
не более 1,6
29,0-39,0
Содержание фульвовых кислот, г/л
0,11-0,14
0,15-0,17
3,0-5,0
Содержание гуминовых кислот, г/л
1,16-1,19
1,43-1,45
26,0-34,0
Проведены полевые испытания заявленного биоорганического средства по обработке семян и растений в фазе колошения зерновых культур. Установлено, что замачивание семян заявленным экстрактом в дозе от 3 до 5 л/т и внекорневая подкормка в дозе от 3 до 6 л/га повышали урожай зерновых от 16,2 до 24,5% по сравнению с применением Экстрактов 1 и 2. Также, выполняли исследования по влиянию обработки семян заявленным экстрактом из вермикомпоста на их всхожесть, которые продемонстрировали, что заявленное средство в разведении с водой повышали всхожесть семян овса, сахарной и кормовой свеклы, моркови и пшеницы на 13-17% по сравнению с обработкой Экстрактами 1 и 2.
Таким образом, заявленный экстракт из вермикомпоста в качестве удобрения получен простым в отношении технологического процесса способом и может быть реализован в промышленных условиях. При этом, предлагаемый способ обеспечивает получение экстракта более высокого качества и с более высоким содержанием, как биомассы полезных почвенных аэробных микроорганизмов, так и физиологически активных веществ, а также с более высоким содержанием питательных макроэлементов.