Биокомпозиционный стимулятор роста сельскохозяйственных культур
BIOCOMPOSITE PLANT GROWTH STIMULATOR

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности, к биокомпозиционным стимуляторам роста, на основе органических  отходов пищевой и лесной промышленности и может быть использовано при выращивании зерновых колосовых и других сельскохозяйственных культур, как средство для предпосевной обработки семян и почвы, а также внекорневой подкормок в период вегетации растений для повышения активности их роста.
Известен биологический стимулятор роста растений «Биостим» (Регистрационный номер Госстандарта России ПТУ и Ростовской ЦСМ №007658, ТУ 2180-001-51599205-2003, производитель ООО «Взгляд», г.Ростов-на-Дону), представляющий  собой фитогормон,  который проявляет свое действие через ДНК клеток растений. Используется для увеличения урожая овощных, зернобобовых культур, картофеля, плодов, ягод и цветов.
Недостатком данного биопрепарата является его действие на генетический аппарат растений, и в связи с этим при систематическом применении отдаленные последствия не ясны. Полученный и приготовленный из него маточный  и рабочий растворы без холодильника сохраняются всего 4-6 часов, что затрудняет его реальное применение в агротехнике.
Известно применение в сельском хозяйстве вещества, оказывающее регулирующее воздействие на рост растений, которое содержит в качестве биологически активного вещества арахидоновую кислоту, а в качестве растворителя - воду и органический растворитель при соотношении компонентов, мг/л: арахидоновая кислота - 0,0001-0,1, органический растворитель - 8,0-16000; вода - остальное (патент RU №2076598 С1, МПК6 А01N 25/02, А01С 1/00, А01N 37/06. Стимулятор роста растений. / Ю.В.Агафонов, В.П.Морозов, В.В.Вакуленко и др. - Заявка RU №94016518/15. Заявлено 20.05.1994, опубл. 10.04.1997).
К недостатку данного средства относится односторонний эффект, связанный только с наращиванием лиственной массы при его применении, а также большие трудности получения арахидоновой кислоты из внутренних органов животных (печень, поджелудочная железа, семенники и др.).
Известен также способ стимулирования роста растений водными растворами предельных дикарбоновых кислот, таких как малоновая, щавелевая, яблочная или янтарная кислоты при концентрации их в водном растворе 10-11 -10-15 моль/л (патент RU 2267924 С1, МПК 6 А01N 37/04. Способ стимулирования роста растений. / А.Л.Верещагин, В.В.Кропоткина, С.С.Акимова и др. - Заявка RU №2004132060/04. Заявлено 02.11.2004, опубл. 20.01.2006).
К недостаткам данного способа следует отнести возможность его эффективного применения лишь на одной монокультуре - редиса. Обработка семян препаратом осуществляется  замачиванием семян, что сужает ареал использования.
Известен также способ получения стимулятора роста растений из торфа и/или сапропеля, сущность которого заключается в экстрагировании исходного сырья в водной среде с добавлением щелочи и гомогенизированние  при рН суспензии не более 10 и соотношении масс сырья и водной среды как 1: 0,5: 2. После чего полученную суспензию фракционно очищают.
Недостаток данного способа заключается в использовании сильных химических реагентов – щелочи, что требует дополнительной очистки для дальнейшего безопасного использования.
Техническая задача заявленного изобретения – создание биокомпозиционного стимулятора роста, который позволяет ускорить рост сельскохозяйственных культур и улучшить плодородие почвы.
Техническим результатом является биокомпозиционный стимулятор роста, на основе органических отходов  мясной, плодоовощной и лесной  отраслей  и, имеющий высокую питательную и биологическую ценность для почвы и сельскохозяйственных культур, за счет высокого содержания органических  и минеральных веществ отвечающих за активацию роста растений,  а именно общего азота, лизина, глутаминовой кислоты, аспаргиновой кислоты, фенилаланина, метионина, глицина, пролина треонина и фосфора с калием.
Поставленная задача решается   созданием биокомпозиционного стимулятора роста для сельскохозяйственных культур, включающего гидролизат из непищевой жилованной массы крупного рогатого ската (к.р.с.) (ГЖМ), гидролизованную смесь кожуры бананов и хвою ели, а также измельченную и замоченную шелуху лука в следующих соотношениях (масс.ч.):
Гидролизат из непищевой жилованной массы к.р.с.
50-60
Гидролизованная смесь кожуры бананов и хвои ели
30-40
Замоченная измельченная шелуха лука
5-15
Одним из основных факторов успешного развития сельскохозяйственной базы является укрепление и расширение номенклатуры органических удобрений, создание экологически чистых стимуляторов роста для сельскохозяйственных растений, содержащих питательные вещества с высокой усвояемостью, стимулирующих нормальный рост и интенсивное развитие растений. Поскольку на перерабатывающих предприятиях различных отраслей АПК Российской Федерации создаются огромные ресурсы ежегодно скапливающихся органических отходов, существует техническая возможность их ресурсоэффективной переработки в биологически активные вещества, которые возможно использовать как основу для стимуляторов роста, предназначенных для сельскохозяйственных растений. Применение современных биохимико-технологических процессов переработки органических отходов, на предприятиях пищевой и перерабатывающей промышленности, с использованием ферментных и микробных препаратов позволяет более рационально перерабатывать эти отходы, улучшать показатели экономической безопасности предприятий и городов в целом. Работы в этом направлении развиваются в странах Евросоюза, где вопросы экологической безопасности пищевых предприятий выходят на передний план.
Среди органических отходов можно выделить побочное (вторичное) сырье мясной, плодоовощной и лесной отраслей, а именно непищевую жалованную массу, полученную после переработки крупного рогатого скота,  кожуру бананов, шелуху лука и хвою ели,  которое содержит все питательные компоненты для почвы, что   позволяет их перерабатывать с целью получения эффективных органических стимуляторов роста для повышения плодородия и интенсификации роста растений.
Гидролизат из непищевой жилованой массы к.р.с. получают следующим образом:
Жилованную массу после первичной обработки крупного рогатого скота вымачивают в 5-ти % растворе лимонной кислоты в течение 40 мин, при соотношении сырье: раствор 1:1 и измельчают на волчке с диаметром отверстий 5 мм.  После этого проводят ферментативную обработку с использованием ферментного препарата «Протепсин» с общей протеолитической активностью 150 ед/г.  Для ферментативной обработки сырья используют следующие параметры: концентрация ферментного препарата «Протепсин» 0,1% к массе сырья, продолжительность обработки   3 ч, температура обработки 35°С, гидромодуль сырье : вода 1:1. Полученную водную смесь гидролизата пропускают через ультрафильтрационную   установку 5 кДа  для концентрирования системы в 2 раза и более полного отделения влаги от фракции гидролизата.
Кожуру бананов и хвою ели для биостимулятора подготавливают следующим образом:
Кожуру бананов (КБ) и хвою ели (ХЕ) обыкновенной подвергают предварительной обработке, а именно промывают водой и измельчают в случае кожуры бананов на куттере в течение 15 мин, а в случае хвои ели на дробилке-измельчителе до тонкоизмельчённого состояния с частицами средним диаметром менее 1 мм. Далее полученную массу кожуры бананов и хвои ели обыкновенной смешивают  в соотношении КБ:ХЕ – 50:50. Смесь подвергают ферментативной обработке с использованием комплексного ферментного препарата «Протепсин»  с высокой амилолитической активностью  при следующих параметрах: продолжительность обработки 4 ч,  концентрация ферментного препарата 1% от массы сырья, гидромодуль вода : сырье 1:1. После ферментативной обработки смесь подвергают ультрафильтрации для концентрирования в 2–3 раза.  Полученную смесь далее использовали в составе биокомпозиционного стимулятора роста.
Шелуху лука измельчают до состояния порошка и замачивают в воде в сношении шелуха : вода 1:1.
-1
Компоненты, а именно гидролизат из жилованной массы к.р.с., растительную смесь на основе кожуры бананов и хвои ели, а также шелуху лука  смешивают на гомогенизаторе при скорости 4000 мин в течение 25 мин. Полученный стимулятор роста высушивают с использованием вакуумной конвективной сушки до содержания массовой доли влаги не более 14%, полученные пласты стимулятора роста измельчают до порошка.
Данное сочетание компонентов в биокомпозиционном стимуляторе роста позволяет получить универсальную добавку к почве, которая повышает скорость роста сельскохозяйственных растений и их питательную ценность, в частности, а также плодородие почвы в целом.
Готовый биокомпозиционный стимулятор роста представляет собой порошок светло-коричневого цвета.
Примеры представлены в табл.1.
Таблица 1
Компоненты
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Гидролизат из непищевой жилованной массы к.р.с.
50
55
60
Гидролизованная смесь кожуры бананов и хвои ели
35
40
30
Замоченная измельченная шелуха лука
15
5
10
Сравнительные свойства стимулятора роста представлены в табл. 2, 3 и 4.
Таблица 2 – Химический состав стимулятора БСР в сравнении с наиболее часто используемыми видами органических удобрений, %
Показатели
БСР (сухой)
Птичий помет (термически высушенный)
Сапропель (термически высушенный)
Массовая доля влаги
13,34±0,33
17,46±1,55
16,73±1,48
Массовая доля сухих веществ
86,66±2,12
82,54±2,01
83,27±0,97
Содержание общего азота (N<sub>общ</sub>)
8,84±0,24
4,54±0,13
3,42±0,10
Содержание фосфора, по P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
3,26±0,09
3,91±0,11
2,37±0,06
Содержание калия, по К<sub>2</sub>О
2,15±0,06
1,74±0,04
1,26±0,03
Из данных табл. 2 видно, что БСР по значениям анализируемых показателей преобладает над значениями данных показателей у птичьего помета и сапропеля, использованных для сравнения, кроме массовой доли фосфора, которая является наибольшей у птичьего помета. Но, несмотря на это БСР имеет все необходимые компоненты для активного стимулирования роста сельскохозяйственных растений, в частности, большее содержание общего азота, что в свою очередь связано со значительным содержанием свободных аминокислот.
Таблица 3 – Аминокислотный состав стимулятора БСР, птичьего помета и сапропеля, в расчете на сухое вещество, %
Аминокислоты
БСР
Птичий помет
Сапропель
Глицин
7,41
1,21
0,77
Аспаргиновая  кислота
1,17
1,04
0,96
Глутаминовая  кислота
3,03
1,29
1,24
Лизин
1,02
0,72
0,45
Аланин
2,18
0,75
0,73
Лейцин
1,01
0,61
0,56
Валин
0,78
0,62
0,68
Серин
1,74
0,54
0,47
Треонин
1,22
0,63
0,59
Изолейцин
0,60
0,43
0,67
Фенилаланин
0,69
0,39
0,55
Аргинин
1,25
0,35
0,53
Пролин
8,86
0,33
0,33
Тирозин
0,12
0,19
0,41
Гистидин
0,31
0,16
0,29
Цистин
0,14
0,04
0,24
Метионин
0,41
0,09
0,27
Триптофан
0,03
следы
следы
Аминокислоты необходимы для нормального метаболизма растений, поскольку являются теми элементами, из которых образуются белки растительных клеток. Наряду с запасными белками, которые определяют качество урожая, более важную роль выполняют ферменты, вовлеченные в регулирование процессов, происходящих в клетке. Растения способны синтезировать необходимые для них аминокислоты. Однако, в период интенсивного роста или в стрессовом состоянии, дополнительное поступление аминокислот извне позволяет растению ускорить метаболические процессы.
Из данных табл. 3 видно, что БСР имеет в своем составе все необходимые для активного прорастания семян растений аминокислоты. В БСР наблюдалась более высокая массовая доля практически всех незаменимых аминокислот. Данные аминокислоты отвечают за активный рост семян растений, их более высокое содержание будет способствовать более интенсивному стимулирующему эффекту.
Так же следует отметить, что БСР содержит большую массовую долю глицина и пролина, в среднем 6–8 раза больше, чем в птичьем помете или сапропеле. Данный фактор является положительным. Кроме общего стимулиующего эффекта роста, глицин и пролин способствуют развитию тканей, повышению антистрессового действия и сопротивляемости осмотическим стрессам, а также улучшению вкусовых качеств растений.
В табл. 4 приведены интегральные значения эффекта влияния стимулятора на скорость образования проросших семян горчицы, оцениваемого по доли проросших семян в зависимости от времени выдержки в питательной среде.
Таблица 4 – Проращивание семян в присутствии стимулятора роста, % от суммы
Время, сут.
Применение стимулятора
Контроль (вода)
Птичий помет
Сапропель
БСР
1
20
30
25
50
2
20
45
36
65
3
50
55
43
88
Из табл. 4 видно, что проращивание семян происходило более интенсивно в среде БСР, в которой при прочих равных условиях содержалось больше свободных аминокислот. Так в среде БСР, содержащей в своей основе более 70% достаточно сбалансированной смеси свободных аминокислот, выдержка семян приводила к прорастанию с большой скоростью, по сравнению птичьим пометом и сапропелем.  В последних содержалось около 45% свободных аминокислот, в связи с этим образование ростков здесь было в несколько раз медленнее. Следует отметить, что в этом же БСР содержится больше всего необходимого для развития растений свободного лизина. Также на активное проращивание семян влияют фосфор и калий, содержание которых в БСР преобладало.