Технология получения биоудобрений

В качестве фосфорного удобрения  на основе бактерий Bacillus megatherium var. phosfaticum получают препарат фосфобактерин. Получение препарата аналогично получению нитрагина и азотобактерина. Bacillus megatherium var. phosfaticum выращивают с соблюдением условий асептики (вследствие высокой чувствительности к фаговой инфекции) в течение 36-48 часов на среде следующего состава, %: кукурузный экстракт – 1,8; меласса – 1,5; сульфат аммония – 0,1; мел – 1,0. Споры Bacillus megatherium var. phosfaticum термоустойчивы, поэтому препарат получают концентрированием культуральной жидкости с последующим высушиванием в распылительной сушилке (при температуре 65-75ºС до влажности 2-3 %). Для достижения стандартного титра готового препарата (8 млрд. спор на 1 г) вводят наполнители. Препарат имеет высокую стойкость при хранении: в течение года доля жизнеспособных клеток снижается на 20 %. Практика показывает, что при применении фосфобактерина почва обогащается биологически активными веществами, прежде всего, витаминами группы В [3].

Khatoon Yosefi [и др.] в 2011 году опубликовали результаты исследования влияния биофосфорных и химических фосфорных удобрений на рост и урожайность кукурузы [5]. Исследования показали, что использование биоудобрения привело к увеличению количества рядов зёрен на початке, веса и количества зерна. Использование химического фосфорсодержащего удобрения совместно с биоудобрением усилило биологическую эффективность бактерий в биоудобрении и, таким образом, увеличило абсорбцию питательных веществ растением. К тому же совместное использование химического и биоудобрения снижает загрязнение окружающей среды (по сравнению с использованием исключительно химического фосфорного удобрения). Именно этот метод применения удобрений показал лучший результат (таблица 1.1).

Таблица 1.1 – Эффективность  биологического и химического фосфорного удобрения

Проведённые в последние  годы исследования показали, что наиболее эффективной оказывается инокуляция растений не монокультурой, а полиштаммовыми препаратами, осуществляющими азотфиксацию, трансформацию труднодоступных фосфатов, продуцирование биологически активных веществ [3].

Запатентовано бактеризованное  удобрение на основе торфа и биогумуса, включающее гуминосодержащую основу из биогумуса и бактериальную добавку, обладающую фунгицидной активностью. Изобретение позволяет повысить продуктивность растений за счет синергетического эффекта от двойного активирования гуминосодержащей основы, а также повысить содержание жизнеспособных клеток при длительном хранении удобрения за счет подавления жизнедеятельности микрофлоры, присутствующей в торфе и биогумусе и введения штамма, устойчивого к высокощелочной среде. Бактеризованное удобрение получают следующим образом. Приготавливают смесь биогумуса, рН которого составляет 7,0-7,5, и торфа с рН 4,0-5,0. Могут быть выбраны кислые торфы, что снижает в них присутствие исходной бактериальной микрофлоры. Биогумус получают одним из известных способов, например, вермикомпостированием с последующим отделением биогумуса от червей. Торф и биогумус смешивают в пропорции на 100 вес. ч. торфа 10-50 вес. ч. биогумуса. Далее в смесь вносят аммиачную воду или мочевину. Аммиачная вода может быть внесена концентрацией 20-25 % в количестве, соответствующем содержанию общего азота 2,0-10,0 вес. ч. Мочевину вносят в количестве, соответствующем содержанию общего азота 2,0-10,0 вес. ч. Затем практически стерильную массу инокулируют жидкой культурой, выбранной из групп бактерий: Bacillus subtilis, Bacillus cereus, Bacillus polymyxa в количестве 7,5×10⁵-7,5×10⁶ кл/г гуминосодержащей основы (торф и биогумус). Эти бактерии совмещают свойства высокой устойчивости к концентрированным растворам аммиака или мочевины (20-25 %) и сохранения фунгицидности. Количество бацилл 7,5×10⁴-7,5×10⁸ кл/г гуминосодержащей основы обеспечивает высокую продуктивность растений и позволяет сохранить жизнеспособность клеток при длительном хранении (не менее 12 месяцев). Бактеризованное удобрение может включать в качестве бактериальной добавки бактерии Bacillus cereus, штамм 138Д, а также бактерии Bacillus sublilis штамм Д-606 и бактерии Bacillus polymyxa, штамм 375Д. Эти бактерии обладают наиболее выраженным ингибирующим действием по отношению к фитопатогенным грибам, сохраняя при длительном хранении жизнеспособность в условиях высоких концентраций аммиака. При добавлении каждого компонента ведут перемешивание в течение 3-5 минут, например, в шнековом смесителе. Бактеризованное удобрение может дополнительно содержать 4,5-7,0 вес. ч. доломитовой муки в качестве источника кальция и магния или мела, источника кальция, что влияет на повышение продуктивности растений [6].

Известны так называемые силикатные бактерии, способные разлагать алюмосиликаты и высвобождать калий в усваиваемой для растений форме [7].  
На их основе запатентовано бактериальное удобрение "НИКА" и способ его получения. В качестве микроорганизма удобрение содержит клетки Bacillus mucilaginosus штамм ВКМБ 145ID, дополнительно содержит сорбент и остатки культуральной жидкости с метаболитами и сформировано в виде гранулы. Удобрение получают следующим образом. В бункер, помещают помет или другие отходы. Из бункера сырье подается на дезинтегратор или другую дробительную технику. Измельченная масса подается в установку гидролиза или экстрактор и перемешивается с водой или другим растворителем в зависимости от вида сырья. Например при использовании птичьего помета 1 кг помета экстрагируют 20 л воды при перемешивании в течение 9-12 часов. Полученный продукт при необходимости стерилизуют (для экстракта птичьего помета стерилизацию проводят в течение  
30 минут при температуре 105-115ºC). Стерильный материал охлаждают до 45-50ºC и помещают в ферментёр, куда затем вводят посевной материал представляющим собой взвесь, содержащую 0,5 млрд. клеток в 1 мл на 100 мл среды. Культивирование проводят при 30-37ºC и pH 7,5 в течение 48 часов с периодическим перемешиванием или барботажем. После окончания культивирования культуральная жидкость поступает в барабан, где ее смешивают с сорбентом. В качестве сорбента используют торф, вермикулит, опилки, измельченную солому и т.д. Полученная масса должна быть сыпучей, содержащей не более 35-40 % влаги. Далее продукт поступает в гранулятор для получения гранул, а затем расфасовывается в тару, на которой делается маркировка. Гранулированное удобрение "НИКА", представляет собой микрошарики или гранулы неправильной формы диаметром 2-10 мм. Удобрение вносят из расчета 2-10 гранул на кв. метр или на кг грунта. При внесении в почву происходит одновременно взаимодействие воды с наружным слоем гранулы и его растворение. При этом волокна сорбента, попадая в почву, улучшают ее структуру, в частности повышают рыхлость и обогащают ее биомассой. Аутометаболиты стимулируют рост микроорганизмов. Одновременно бактерии и метаболиты активно изменяют окружающую среду, обогащая почву легко усвояемыми, в том числе и самими бактериями, веществами и стимуляторами роста растений, а также негативным образом воздействуя на патогенные микроорганизмы [8].

Запатентован метод получения  гранулированного инокулянта для растений, который содержит по меньшей мере один вид микроорганизмов, оказывающего положительный эффект на растения. В качестве наполнителя используется торф или смесь торфа и глины. Для агрегирования продукт смешивается с сульфатом кальция и увлажняется, после чего высушивается с образованием гранул  [9].

Кроме того, запатентованы  способы получения бактериальных  удобрений, отличающиеся тем, что субстрат  (отходы сельского хозяйства, другие органические отходы) сначала подвергается вермикомпостированию, после чего засевается микроорганизмами [10, 11, 12, 13].

Первый способ заключается в том, что субстрат на основе органических отходов сельского хозяйства и промышленности вермикомпостируют при помощи новой промышленной линии дождевых червей "Оболенский гибрид", полученных путем скрещивания "Красного калифорнийского гибрида" с российской популяцией дождевых червей Eisenia foetida, при 16-24ºC в течение 4-6 месяцев.  
От полученного биогумуса отделяют червей. Целесообразно после отделения червей биогумус выдержать в естественных условиях для дозревания. В биогумус после отделения червей или после дозревания вводят микроорганизмы, обладающие фунгицидной активностью. В качестве микроорганизмов вводят штамм Bacillus subtilis ИПМ-215 в концентрациях 1×10⁹-1×10¹² спор на 1 кг или культуру микофильного гриба Trichoderma viride Pers ex S.F. Cray N 16 в концентрациях 1×10⁴-1×10⁸ колониеобразующих единиц на 1 кг. Биоудобрение, полученное предлагаемым способом, улучшает агрохимические показатели почвы, обладает фунгицидными и ростостимулирующими свойствами для растений [10].

Другой способ включает получение жидкой бактериальной культуры, подготовку биогумуса путём вермикультивирования кольчатых дождевых червей на органических отходах сельскохозяйственного и промышленного производства, стерилизацию полученного биогумуса автоклавированием, засев биогумуса бактериальной культурой, в качестве которой используют чистую культуру Rhizobium japonicum. После засева биогумус выдерживают при температуре 20-25ºC в течение 5-7 дней [11].

Следующий способ включает вермикомпостирование навоза сельскохозяйственных животных с использованием гибрида красного калифорнийского червя с кубанской природной популяцией дождевых червей в количестве 10⁴ на  
1 м². При этом вермикомпостирование осуществляют в течение 2-3 месяцев при температуре 13-32ºC в естественных условиях, причём после отделения червей из биогумуса в него вносят микроорганизмы, относящиеся к роду Rhizobium, при концентрации клеток 1×10¹⁰-1×10¹⁵ в 1 кг биоудобрения [12].

Последний из рассматриваемых  способов отличается от предыдущего  тем, что после отделения червей из биогумуса виброситом с размером пор 0,5-1,0 см его подсушивают до влажности 50-60 %, фасуют в пакеты из полипропилена, в которых автоклавируют, вносят штамм Bacillus megatherium var. phosfaticum 319 с титром 1×10⁹-1×10¹¹ [13].

В Беларуси на базе Института  микробиологии НАН Беларуси разработаны  технологии получения и применения экологически безопасных монобактериальных  препаратов Ризобактерин, Фитостимофос, Вогал, СояРиз и бинарных – Биолинум, Ризофос (марок «Галега», «Люцерна», «Клевер»), Гордебак, повышающих обеспеченность сельскохозяйственных культур азотом и фосфором, урожайность и качество растениеводческой продукции [14].

Ризобактерин улучшает азотное  питание растений и оказывает ростостимулирующий эффект. Рекомендуется использовать для прикорневой подкормки вегетирующих растений. Основа биопрепарата – штамм Klebsiella planticola БИМ В-161 Д, обладающий следующим комплексом хозяйственно-полезных свойств: фиксация атмосферного азота, продуцирование ростостимулирующего вещества – индолилуксусной кислоты (ИУК) и повышение её содержания в растительном материале. Технология получения основана на глубинном выращивании бактерий на отходах свеклосахарного производства. Применение в сельском хозяйстве обеспечивает среднюю прибавку урожая зерна ячменя ярового на 3,9 ц/га (15 %), пшеницы яровой – на 2,5 ц/га (12 %), зерна овса – на 7,5 ц/га (32,1 %), ржи  
озимой – на 11,0 ц/га (30,4 %). Позволяет снизить дозы вносимых минеральных азотных удобрений на 20-30 кг/га [15, 16].

Фитостимофос эффективен при выращивание зерновых, зернобобовых, овощных культур и корнеплодов. Рекомендуется использовать для прикорневой подкормки вегетирующих растений. Стимулирует прорастание семян, физиологические и биохимические процессы в растениях, трансформирует труднодоступные фосфаты и повышает подвижность фосфора на 25-30 %. Основа биопрепарата – штамм Agrobacterium radiobacter 2258 СМФ, осуществляющий микробиологический перевод труднорастворимых фосфатов почвы и удобрений в доступную растениям форму. Технология получения основана на глубинном выращивании бактерий на отходах свеклосахарного производства. Применение в сельском хозяйстве обеспечивает повышение урожая корнеплодов на 24 %, зерновых (озимой ржи – на 12,3 ц/га, ярового ячменя – на 2,1-4,0 ц/га, кукурузы – на 25,0-30,0 ц/га и др.), зернобобовых (гороха – на 3,7 ц/га, сои – на 2,0 ц/га и др.), повышает урожайность овощных культур в среднем на 24 %. Позволяет сократить дозы минеральных фосфорных удобрений на 25-30 % без снижения урожайности растений [15, 16].

Препарат Ризофос предназначен для предпосевной обработки семян  бобовых культур (галега восточная, люцерна, клевер) и припосевного внесения в почву. Основой микробного препарата Ризофос марок «Галега», «Люцерна», «Клевер» служат местные активные штаммы клубеньковых бактерий, специфичные для галеги восточной, люцерны посевной и клевера лугового, формирующие эффективный симбиоз с бобовым растением-хозяином, и фосфатмобилизующий штамм Bacillus sp.7, осуществляющий микробиологический перевод труднорастворимых фосфатов почвы и удобрений в доступную растениям форму. Препарат увеличивает обеспеченность бобовых культур азотом и фосфором, повышает их урожайность на 20-25 %, обеспечивает замену азотных удобрений на 15-20 %, фосфорных – на 20-30 %, способствует повышению биологического разнообразия симбиотической и ризосферной микрофлоры почв, что положительно влияет на ее плодородие и является основой растениеводства [15, 16].