UA119601C2

UA119601C2 - Спосіб одержання рідкого органічного біодобрива для ґрунту і/або рослин, саме таке добриво та спосіб його застосування

Info

Publication number: UA119601C2
Application number: UAA201710006A
Authority: UA
Inventors: Сергій Борисович Осипенко
Original assignee: Сергій Борисович Осипенко
Priority date: 2017-10-17
Filing date: 2017-10-17
Publication date: 2019-07-10
Also published as: US20200299205A1; EP3697745A1; EP3697745B9; US11299438B2; EP3697745B1; WO2019078806A1; EA202000282A1; PL3697745T3; CA3079395A1; HUE068760T2; EP3697745C0; ES2994228T3

Abstract

Винахід стосується одержання та застосування екологічно чистих органічних біодобрив, для ґрунту і/або рослин, які заселені природними ґрунтовими мікроорганізмами. Заявлено спосіб одержання такого біодобрива, в якому завдяки оптимальній обробці природного родючого ґрунту з певним видовим складом природних ґрунтових мікроорганізмів із застосуванням запропонованої технології контрольованого, "м'якого" турбулізованого впливу без кавітаційних ефектів на оброблювальне середовище в замкнутому об'ємі без доступу кисню реалізовані умови розмноження і збереження початкового видового складу природних ґрунтових мікроорганізмів саме на середовищі їх існування та в результаті створено кінцевий продукт у вигляді однорідної дрібнодисперсної суспензії з розмірами твердих часток 10-50 мкм, що перевищують розмір 5-10 мкм відносно великих мікроорганізмів. Цей продукт, який переважно в своєму складі містить водорозчинного азоту не менше 40 мг, а водорозчинного вуглецю - не менше 470 мг на 100 г біодобрива, придатний для фасування і тривалого зберігання. Одержане біодобриво має рівномірно заселені в ньому колонії загартованих природних ґрунтових мікроорганізмів по суті початкового видового складу, що знаходяться в стані анабіозу та спорових формах, в максимально можливих концентраціях. При обробці ґрунту, насіння рослин або самих рослин з використанням одержаного органічного біодобрива досягають поліпшення врожайності рослинних культур, підвищення родючості збідненого ґрунту та відновлення родючості ґрунту піщаного і супіщаного профілю.

Description

Даний винахід належить до сільського господарства і більш конкретно стосується одержання та застосування екологічно чистих органічних біодобрив, а саме: рідких органічних біодобрив для грунту і/або рослин, що заселені природними грунтовими мікроорганізмами.

Найбільш поширеного вжитку цей винахід матиме при відновленні родючості грунтів, збіднених на поживні речовини та природні мікроорганізми в результаті інтенсивного використання добрив і отрутохімікатів, підтоплення грунтів і т.п., а також для поліпшення схожості насіння рослин і збільшення врожайності цих рослин, особливо в умовах посух та заморозків.

На сьогодні вже на рівні постулатів доведено, що без симбіозів та асоціацій мікроорганізмів з рослинами існування останніх практично неможливо.

Корінці рослин разом з мікроорганізмами створюють своєрідний "чохол" - ризосферу, яка створює необхідні умови для повноцінного живлення рослин і захисту їх від патогенів. Отже в системі "грунт-рослина-мікроорганізм' саме комплекси корисних мікроорганізмів дозволяють оптимально реалізувати потенційні можливості грунтів та рослин і отримати максимально якісний урожай.

Саме ця причина призвела до інтенсивного розвитку мікробіологічних підходів до збільшення плодючості грунтів та отримання високої продуктивності в аграрному секторі в різних країнах світу.

В основі цих підходів - селекція вибіркових корисних штамів грунтових мікроорганізмів та створення оптимальних умов для їх вирощування на штучно створених живильних середовищах до високих концентрацій на рівні 109-109 мікроорганізмів на 1 гр середовища. До "корисних", в першу чергу, належать азотфіксуючі мікроорганізми, такі як Нрігобіит,

Вгадутігобійит, Агоїюобрасієї, фосформобілізуючі, в першу чергу, із виду Васшйив зиршив, молочно-кислі та інші, "корисні" на погляд дослідників бактерій. В той же час самі вчені-практики визначать, що ефективність штучно створених біопрепаратів не перевищує 65-70 95 відсотків, особливо за екстремальних природних умов, посух, високих і низьких температур, підтоплення грунтів. Штучно створені на багатих на органіку культуральних середовищах бактерії не можуть швидко пристосовуватися до виснажених і забруднених хімізацією сучасних грунтів і швидко гинуть, зменшуючи в тисячі разів початкову концентрацію. Наприклад, штучно вирощені бактерії на МПА (м'ясопептонному агарі) з рівнем амінного азоту 120-130 мг/100 гр зменшуються від

Зо початкового титру 5:107 до 2106 в одному грамі протягом всього 1-2 днів після попадання в торф'яну суміш з природним рівнем водорозчинного азоту 30-40 мг.

Відомий спосіб отримання висококонцентрованих азотфіксуючих бактеріальних препаратів, який включає змішування бактеріальної суспензії, вирощеної класичним способом, з торфом, в яку додають водну витяжку біогумусу, як джерело біологічно активних сполук для обмеження розвитку грибкової мікрофлори (ША 47304 АЇ. В найкращому варіанті здійснення цього відомого способу торф використовується не стерильний, і для збільшення енергії росту до суміші додається ще близько 2 95 декстрину.

Термін приготування кінцевого продукту становить більше 20 днів, не враховуючи час приготування культури бактерій в рідкому живильному середовищі. Залежність від мало контрольованої якості біогумусу не гарантує стабільності кінцевого продукту, до того ж довгий термін приготування є недоліком способу.

Відомі також альтернативні способи одержання біокомпозицій для збільшення врожайності та боротьби з фітопатогенами, які мало агресивні для довкілля та нешкідливі для тварин і людини, і які містять корисні природні мікроорганізми. Характерним прикладом таких способів є спосіб одержання біокомпозицій на основі штамів бацил Валгиз, Вемірбастив та/або Раепірастив5

МО 2008/025108 АТ). Композиції мікроорганізмів, як це описано в цій міжнародній заявці, створюють з бактерій "дикого типу", що потребує непростого способу виділення потрібних штамів цих бактерій з натурального середовища.

Приклад використовування іншої природної бактерії - знищувача фітопатогенів

Рееийотопавз Пиогезсепв - для боротьби з хворобами бобових рослин та збільшення їх урожайності описаний в патенті 05 6495362.

Поряд з високим ступенем біологізації вказаних способів з метою використання саме природних (диких) бактерій грунтів можна відмітити непросту технологію виділення потрібних штамів цих бактерій з природного середовища, а також значну селективність цих бактерій у знищенні тільки окремих видів природних фітопатогенів.

Вирощування концентратів цих бактерій на штучно створених живильних середовищах, далеких за своїм складом від природних грунтів, значно ускладнюють процес і час пристосування "чужинців" на новому місці і створення необхідних біо-комплексів "грунт- рослина-мікроорганізм".

Виробники таких концентратів не враховують той факт, що штучні бактерії не можуть швидко адаптуватися до нових умов існування, що значно збільшує, так звану, лаг-фазу, зменшуючи суттєву ефективність того чи іншого біологічного препарату.

До того ж, виділяючи той чи інший штам корисного мікроорганізму, не враховуються симбіотичні, метабіотичні та антагоністичні взаємовідносини між мікроорганізмами, які живуть в природних умовах. Так, розвиток анаеробів в добре аерованих грунтах не можливий без аеробів, які поглинають вільний кисень.

Саме з цієї причини доцільно не знищувати мікробіоту, яка проживає в достатній чисельності та природному симбіозі в плодючих грунтах, торф'яниках, сапропелевих відкладаннях та подібному природному середовищі, а створити необхідні умови для її збереження та розмноження. Саме тому, з метою збільшення врожайності, особливо бобових культур, ще на початку минулого століття агровиробники сіяли насіння разом з частками грунту та корінців, взятих з минулорічних ділянок вирощування подібних бобових культур. Внесення частини плодючого грунту для збагачення нових ділянок корисною мікрофлорою використовується в деяких випадках і зараз, в основному на присадибних ділянках. Зрозуміло, що подібна технологія малоефективна, оскільки середня кількість мікробіоти на плодючих грунтах рідко перевищує 102-105 мікроорганізмів/грам, і, до того ж, зняття верхнього шару грунту порушує сформовану рівновагу довкілля.

Відомі різні способи розмноження мікробіоти початкової сировини. Так, відомий спосіб отримання добрив з мулу, в якому мул нагрівають перегрітою парою для гігієнізації та знищення патогенних мікроорганізмів, при цьому температура пару становить від 200 до 600 "С для активізації розчинного вуглецю та для повторного біологічного розкладу мулу шляхом використання непатогенних мікроорганізмів, які лишаються в мулі після нагрівання. Недолік цього відомого способу полягає у значному забрудненні навколишнього середовища паровими викидами в атмосферу, нерівномірності прогріву великих масивів мулу на відкритих полігонах, і відповідно малоефективному знищенні патогенної мікрофлори для отримання якісного добрива.

Більш екологічним є метод переробки стічних вод та органічних матеріалів цих вод методом кавітації за допомогою роторно-статорного міксера або млина в садову мульчу "Біо-солідз" (005 20050108930 АТ). На жаль, вказані добрива не можуть використовуватися як органічні, через велику кількість хімічних домішок, що небезпечні для основних сільськогосподарських рослин, тому розглядаються більше як живильне середовище для декоративних міських насаджень та газонів. До того ж, їх природна мікробіота далека від симбіотично пристосованих один до одного мікроорганізмів плодючого грунту.

Відомо також біологічне добриво, що містить біогумус, до складу якого входить азот, фосфор, калій, кальцій, магній, залізо, марганець, мідь, водорозчинні гумати і агрономічно корисна біофлора біогумусу (ВО 21817101.

Недоліком цього продукту є низький вміст агрономічно корисної біофлори біогумусу, що істотно знижує ефективність добрива. Причиною низького вмісту біофлори є те, що в процесі перемішування суміші біогумусу і торфу в реакторі значна кількість мікроорганізмів просто гине за рахунок додавання хімічного розчину лугу калію, а велика кількість життєздатною мікрофлори залишається в осаді при її фільтрації.

Вміщенні в готовому продукті частки твердих включень діючої речовини - біогумусу і торфу - стають причиною забивання отворів розпилювачів внаслідок занадто великих розмірів. Крім того, тверді включення можуть осідати на дно ємності, в якій зберігається добриво. Таким чином, фізичний стан добрива можна уявити як суспензію неорганічного походження з низьким ступенем дисперсності і стабільності, використання якої з метою обприскування рослин є проблематичним. У наведених прикладах використовувалися досить "жорсткі" способи впливу на те чи інше оброблюване біологічно-активне середовище для збільшення доступності її корисних компонентів і водночас зниження кількості фітопатогенних мікроорганізмів і грибів.

БО Подібна "селективність" підходів, тобто бажання розробників видалити з оброблюваного середовища все "шкідливе" і залишити і культивувати все "корисне", на погляд автора, є досить складне і, навряд чи здійсненне на практиці завдання.

На підтвердження можливо навести численні дослідження і патенти прямо протилежного напрямку, зокрема пастеризацію харчових рідин за допомогою ефектів кавітації (СА 2 511 744).

Тонкі оболонки бактерій не витримують кавітаційних пульсацій, тиску і ефективно руйнуються.

Наведено переконливі докази знищення бактеріальної мікрофлори за допомогою "жорсткого" впливу на оброблюване плинне середовище кавітаційних ефектів. Можливо навести і інші відомі технологічні засоби і способи впливу на оброблюване середовище, зокрема:

- ультразвукової кавітації (ВО 2109688 С1; 05 20080257830 А1; 005 9174189 В2; МО 2009/118002 Аг; - акустичної кавітації (ЕР 1800744 А1, ВІ 2396216 С11; - кавітаційного впливу за допомогою роторно-пульсаційних диспергаторів, в т.ч. працюючих в режимі резонансних акустичних коливань (НО 2396216 С1; ВО 2305073 С2; Ви 2420500 С; ВІ 2304561 С21; - проточних гідродинамічних кавітаторів типу трубки Піто з перешкодами, що мають гострі кромки і щілини, і т. п. |ВО 2585635 С1, ВО 2603391 С1, МО 2012/0056311.

Автори зазначених публікацій, зазвичай, як критерій, що викликає схлопування кавітаційних бульбашок з відповідним знищенням бактеріальної мікрофлори, вказують на різні параметри оброблювального процесу, зокрема: на великий розмір питомої енергії на одиницю площі або на одиницю об'єму в активній зоні акустичного впливу.

На практиці це означає, що чим енергоємність процесу вище, тим більш інтенсивно кавітаційний процес викликає знищення бактерій, особливо відносно великого розміру.

З опису до патента ОА 87342 С1 відомий спосіб одержання рідкого біодобрива та саме таке біодобриво, які є найбільш близькими до об'єктів винаходу, що заявляються, і в складі якого присутня частково не знищена агрономічно корисна біофлора біогумусу, але для одержання цього добрива біогумус також піддають диспергуванню за допомогою гідродинамічного кавітаційного диспергатора для одержання дрібнодисперсної водяної суспензії з розміром часток біогумусу 3-10 мкм, і відповідно після такої обробки, що призводить до мілкого та агресивного подрібнення твердих частинок живильного середовища, знищується істотна частина унікальної бактеріальної мікрофлори оброблювального гумусовмісного середовища, в першу чергу мікрорганізми великого розміру.

В описі до цього патенту вказано, що "зі зменшенням розмірів часточок збільшується площа поверхні, на якій можуть іммобілізуватись мікроорганізми".

Відомо, що розмір різних видів корисних грунтових мікроорганізмів може значно відрізнятися один від одного. Так, розмір азотфіксуючих бактерій типу НРі2обріит та Вгааугтпігобіит більший, ніж розмір фосформобілізуючих бактерій типу Вас/Ли»5, і становить близько 3-5 мкм.

Сказане означає, що збереження і селекціонування початкового видового складу корисної мікробіоти, зокрема корисних природних (диких) грунтових бактерій, що населяють природні

Зо гумусовмісні грунти, торфовища, сапропелеві відкладення, тощо, є неможливим для цього відомого способу, оскільки запропонована технологія передбачає для подрібнення "жорсткий" та агресивний вплив на оброблювальне середовище кавітації, що суттєво змінює початковий видовий склад природних грунтових мікроорганізмів.

В описі до патенту ША 87342 С2 вказано також, що "контакт мікроорганізмів з дрібнодисперсним включенням біогумусу відбувається під дією ерліфтних потоків повітряних бульбашок, в яких міститься кисень".

Але вплив кавітації на розчинені гази в поточних рідких середовищах типу тверда фаза- рідина в умовах постійного доступу кисню є і хімічно, і біологічно дуже агресивним. Останнє в силу своєї непередбачуваності і некерованості має негативні наслідки щодо ефективної зміни видового складу природної мікробіоти, наприклад, в бік аеробних видів бактерій, і переокислення корисних компонентів природних грунтів і, як результат, призводить до суттєвого спотворення бактеріального профілю кінцевого продукту в порівнянні з початковим бактеріальним профілем оброблювального середовища.

Саме ці причини і привели до необхідності створення такого способу одержання рідкого органічного біодобрива для грунтів або рослин, яке заселене природними грунтовими мікроорганізмами, в якому завдяки оптимальній обробці природного родючого грунту з певним видовим складом природних грунтових мікроорганізмів із застосуванням запропонованої технології контрольованого, "м'якого" турбулізованого впливу без кавітаційних ефектів на оброблювальне середовище в замкнутому об'ємі без доступу кисню вдалось би реалізувати умови размноження і збереження початкового видового складу природних грунтових мікроорганізмів саме на середовищі їх існування та в результаті створити кінцевий продукт у вигляді однорідної дрібнодисперсної суспензії з розмірами твердих часток 10-50 мкм, що перевищують розмір 5-10 мкм відносно великих мікроорганізмів. Такий продукт придатний для фасування і тривалого зберігання і має вуглець- і азотовмісні речовини в водорозчинних формах, а також рівномірно заселені в цьому продукті колонії загартованих природних грунтових мікроорганізмів по суті початкового видового складу, що знаходяться в стані анабіозу та спорових формах, в максимально можливих концентраціях.

Поставлена задачу вирішується тим, що пропонований спосіб одержання рідкого органічного біодобрива для грунтів і/або рослин, яке заселене природними грунтовими бо мікроорганізмами, включає наступні операції:

- підготування, сортування і подрібнення порції вихідного гумусовмісного грунту або суміші грунтів, щонайменше один з яких є гумусовмісним, причому вказаний грунт або суміш грунтів має корисні компоненти, що містять органічний вуглець в кількості не нижче 10 95 і органічний азот не нижче 1 95, розраховуючи по сухій речовині, а також колонії природних грунтових мікроорганізмів певного видового складу, концентрація яких в цьому грунті або суміші грунтів становить не нижче 107 КУО/мл; - перемішування подрібненої порції зазначеного грунту або суміші грунтів з водою і отримання водної суспензії; - створення потоку зазначеної водної суспензії в замкнутому просторі без доступу кисню; - щонайменш двоетапну циклічну обробку створеного потоку водної суспензії в замкнутому просторі без доступу кисню турбулізованним впливом в режимі, що виключає кавітацію і забезпечує в результаті турбулентного тертя і зсувних напружень в потоці подальше подрібнення твердих часток і рівномірний нагрів усього об'єму оброблюваного середовища зі швидкістю зростання температури, що не перевищує 2 град./хв. На першому етапі такої обробки здійснюють витяжку вуглець- і азотовмісних речовин з оброблюваного середовища і перехід цих речовин у водорозчинні форми, в результаті чого отримують однорідне оброблюване середовище з водорозчинними вуглець- і азотовмісними речовинами, що забезпечує при їх появі розмноження колоній природних грунтових мікроорганізмів, що знаходяться в цьому середовищі. До початку другого етапу циклічної обробки турбулізованним впливом при досягненні певної температури, що є характерною для конкретного складу вихідного грунту або суміші грунтів, забезпечують розмноження по суті всіх видів мікроорганізмів, наявних у вихідному видовому складі, до концентрацій, що перевищують 108 КУО/мл, і рівномірне заселення цих мікроорганізмів в оброблюваному середовищі. На другому етапі зазначеної обробки одночасно доводять подрібнення твердих частинок до розмірів в межах 10-50 мкм і здійснюють подальший нагрів оброблюваного середовища, забезпечуючи загартовування природних грунтових мікроорганізмів, що знаходяться в ньому, і перехід цих мікроорганізмів в стан анабіозу та спорові форми. Завершальною операцією способу, відповідно до винаходу, є виведення обробленого однорідного середовища із зазначеного замкнутого простору з подальшим охолодженням і отриманням кінцевого продукту у вигляді рідкого органічного

Зо біодобрива для грунтів і/або рослин, придатного для фасування і тривалого зберігання, що містить вуглець і азотовмісні речовини в водорозчинних формах, тверді частинки з розмірами в межах 10-50 мкм, а також рівномірно заселені в цьому добриві колонії загартованих природних грунтових мікроорганізмів по суті вихідного видового складу, які знаходяться в стані анабіозу та спорових формах в концентраціях понад 107 КУО/мл.

Спосіб згідно з винаходом повністю виключає перехід течії оброблюваної суспензії в кавітаційне з характерними порожнинами і кавітаційними розривами, що запобігає знищенню ряду відносно великих мікроорганізмів, наприклад, таких як Нрі2обійт або бульбочкові бактерії.

Нижня межа подрібнення 10 мкм має бути більшою за максимальний розмір типових бактерій плодючих грунтів, що улеможливлює їх руйнування, а верхня - 50 мкм - відповідати вимогам працездатності фільтрів сучасної оприскувальної техніки.

Треба також підкреслити важливість одержання кінцевого продукту у вигляді однорідної дрібнодисперсної суспензії, оскільки саме при її створенні відбувається перехід корисних складових початкової сировини в водорозчинну форму, необхідну як для активного росту мікрофлори, так і для макро- і мікроживлення проростаючого насіння і вегетуючих рослин при застосування цього продукту як біодобрива.

Згідно з різними переважними втіленнями заявленого способу запропоновані оптимальні температури нагрівання при здійсненні циклічної обробки:на першому етапі циклічної обробки - до 50 "С, на другому - в діапазоні від 507" до 80"С, а також оптимальні температури охолодження кінцевого продукту - від 40 до -4 "С, причому охолодження до мінусових температур додатково забезпечує загартованість мікроорганізмів, що заселені в одержаному біодобриві. Краще за все при здійсненні способу згідно з винаходом як вихідний гумусовмісний грунт використовувати грунт, вибраний з групи, що складається з торфу, лісового грунту, сапропелі, донних відкладень прісноводних лиманів і озер, біогумусу, чорнозему, сірозему і леонардиту, причому при виборі вихідного гумусовмісного грунту або суміші грунтів із вмістом лігніну в кількості понад 2 9о, розраховуючи по сухій речовині, кінцевий продукт отримують в гелеподібній формі, досить зручній для подальшого застосування, а при використанні вихідного грунту, що містить гумус, або суміші грунтів з гумусом в кількості понад З 95, розраховуючи по сухій речовині, можливо отримувати кінцевий продукт, який містить понад 0,1 95 гумінових водорозчинних кислот.

В ще одному із найкращих варіантів здійснення заявленого способу, доцільно, щоб природними грунтовими мікроорганізмами, що переходять при загартовуванні в стан анабіозу та спорові форми, були мікроорганізми, вибрані з групи, що складається з азотфіксуючих бактерій або натрифікаторів типу НРігобіит, бактерій, що засвоюють органічний азот грунтів типу Агоїобасієї, фосформобілізуючих бактерій типу Васілив бив, оліготрофних бактерій, які добре ростуть на збіднених грунтах, і грибної мікрофлори, включаючи мікроміцети.

Пропоновану згідно з винаходом операцію циклічної обробки потоку водної суспензії в замкнутому контурі без доступу кисню турбулізованим впливом в режимі, що виключає кавітацію, найкращим чином можливо реалізувати, наприклад, з використанням пристроїв, розроблених автором даного винаходу - Сергієм Осипенком - і захищених, зокрема, патентами

СА 2511744, ОА 42365.

У таких пристроях замкнутий контур, який організований підключенням вертикального циліндричного резервуара до насоса через всмоктуючий патрубок, приєднаний або до нижньої частини резервуара в центрі на продовженні осі симетрії - патент СА 2511744 (в цьому випадку резервуар має конусоподібну нижню частину, пов'язану з циліндричною поверхнею резервуара), або до насоса по дотичній до нижньої частини резервуара у напрямку обертання рідини (патент ОА 42365) і тангенціально через нагнітальний патрубок до верхньої частини резервуара. Саме засіб турбулізації закріплено на нагнітальному патрубку.

Автором було встановлено, що пропонований відповідно до винаходу режим м'якого турбулізованого впливу з повільним нагріванням зі швидкістю, що не перевищує 2 град./хв., на оброблюване середовище, що виключає кавітацію і появу застійних зон в замкнутому контурі, може бути реалізований із застосуванням зазначених вище пристроїв при дотриманні наступних трьох умов їх роботи: лв р 0,28 1 ие иВи

Кг кг, (2)

Т1- Го... Тв, (3) де АД-(РІ-Р») - перепад тисків до і після турбулентного сопла (Ваї!),

М - питома енергоємність процесу, кВт/кг,

М - потужність електроприводу насоса, кВт,

Зо М - маса оброблюваного текучого середовища (кг),

Тч, Тег, Та - поточна температура нагріву в точках вимірювання, розподілених по зовнішній поверхні вертикального циліндричного резервуара, які служать для контролю рівномірності нагріву всього об'єму середовища, що обробляється в замкнутому контурі.

Перевищення показників різниці тисків -(Р:-Рг2) понад 0,2 Ваг свідчить про початок кавітації.

В цьому випадку зниження тиску на виході з насоса Р; з метою запобігання виникненню кавітації можливо здійснити за рахунок регулювання обертів приводу насоса.

Зниження величини АР нижче 0,1 Ваг призводить до зниження ефективності впливу турбулізатора на оброблюване середовище та отримання некондиційного кінцевого продукту.

Датчики температури Т1-Г2-...їя служать для контролю за виникненням застійних зон.

Відмінність показань на 2-3 "С свідчить про появу такої зони в області датчика з більш низькою температурою. У міру зростання температури в'язкість середовища зростає і ймовірність появи таких зон збільшується.

Таким чином, пропонований згідно із заявленим способом оптимальний режим обробки з використанням відомих пристроїв дозволяє забезпечити контрольованість і надійність ведення процесу циклічної обробки без кавітаційних ефектів і появи застійних зон з обмеженою швидкістю нагріву, що, в кінцевому підсумку, підвищує якість кінцевого продукту.

Другим аспектом даного винаходу, що вирішує поставлену задачу, є саме рідке органічне біодобриво для грунтів і/або рослин, яке отримане згідно із запропонованим способом і включає в себе водорозчинний азот і водорозчинний вуглець, тверді частинки з розмірами в межах 10-50 мкм, а також рівномірно заселені в цьому добриві загартовані природні грунтові мікроорганізми вихідного видового складу, що знаходяться в стані анабіозу та спорових форм в концентраціях, що перевищують 107 КУО/мл, причому кращим для такого біодобрива є вміст компонентів, в якому кількість водорозчинного азоту становить не менше 40 мг, а водорозчинного вуглецю - не менше 470 мг на 100 г біодобрива, розраховуючи по сухій речовині.

Третім аспектом даного винаходу, таким, що також вирішує поставлену задачу, є спосіб обробки грунту, насіння рослин або самих рослин з використанням рідкого органічного біодобрива, за яким у вихідне рідке органічне біодобриво, отримане згідно із способом, що заявляється, додають рідину або подрібнений сухий природний грунт, зменшуючи концентрацію наявних в ньому загартованих природних грунтових мікроорганізмів, що знаходяться в стані анабіозу та спорових формах, до концентрацій, що перевищують 107 КУО/мл, і обробляють грунт таким біодобривом в передпосівний або посівний період або обробляють таким біодобривом насіння рослин і самі рослини в процесі їх вегетації до збирання врожаю.

У кращих варіантах здійснення для поліпшення врожайності конкретної культури рослин доцільно рідке органічне добриво отримувати з використанням як вихідного грунту грунту, взятого з поля, на якому цю ж або подібну культуру рослини успішно вирощували в попередні періоди часу, а для підвищення родючості грунту рідке органічне біодобриво доцільно отримувати з використанням родючого грунт такого ж або подібного типу, що і грунт, на який вносять вказане добриво. Крім того, для відновлення родючості грунту піщаного і супіщаного профілю доцільно також використовувати рідке органічне біодобриво, отримане з використанням як основного компонента супіщаного грунту, населеного оліготрофними бактеріями.

У подальшому заявлений винахід буде більш детально описаний з посиланням на переважні Приклади здійснення різних аспектів винаходу, що заявляються.

У цій заявці термін "природні грунтові мікроорганізми" означає по суті всю аборигенну мікробіоту грунтів, розділену на чотири типи: бактерії і гриби як основа будь-яких грунтів і актиноміцети і дріжджі як проміжні форми між бактеріями і грибами, специфічні для кожного конкретного виду грунтів, активно мінливі в залежності від зміни зовнішніх умов.

Без перебільшення можна вказати на домінуючу роль саме бактерій в родючості грунту і врожайності рослин. Так, якщо гриби більше діють на рослину, то бактерії - і на рослину, і на грунт, тобто, прямо беруть участь в перетвореннях і кругообігу органічної речовини в ланцюжку грунт-рослина-атмосфера-грунт. Бактерії більш чутливі до хімізації грунтів. Популяції грибів менш чутливі до антропогенного впливу.

Саме з цієї причини, в даній заявці бактерії вибрані як основний представник мікроорганізмів плодючих грунтів і досліджені їх основні представники. Контроль грибної мікрофлори здійснювався лише по її загальній кількості, без поділу за класами та видами.

За сучасними уявленнями кількість основних видів бактерій давно перевищила тисячу, і їх класифікація викликає великі труднощі і часто є предметом серйозних дискусій і наукових

Зо протиріч. Тому, не маючи можливості чисто наукового доказу зберігання всього бактеріального профілю природних грунтів, в подальшому в Прикладах наведено дослідження як загальної картини збереження основного вихідного видового складу мікроорганізмів (мікробіотичного "портрета") родючих грунтів в кінцевому продукті - рідкому органічному біодобриві, отриманому згідно з заявленим способом (Приклад 1), так і збереження окремих значущих видів бактерій, що підтверджує правильність вибраного способу отримання кінцевого продукту у вигляді біодобрива з мінімальним спотворенням природної рівноваги грунтових мікроорганізмів (Приклади 2-11).

Приклад 12 представлений для порівняння результатів обробки торф'яної суспензії вологістю 80 95 до і після переробки за допомогою явищ кавітації і турбулентності, а Приклад 13 представлений з метою демонстрації підвищення родючості і врожайності при вірощуванні сої сорту "Аратта" в умовах зрошувального землеробства. У всіх прикладах як бактерії з "великими" розмірами (до 5 мкм і вище) були вибрані азотфіксуючі бактерії типу Нр/хобійт і Вгайугтпіговрійт.

Ще більших розмірів можуть досягати оліготрофні бактерії - мікроорганізми, широко поширені на збіднених грунтах, торфі, супесчаніках і т.п. Для того, щоб пристосуватися до суворих умов проживання з обмеженим харчуванням, ці бактерії мають велику поверхню контакту з навколишнім середовищем, тобто великі розміри (до 10 мкм включно) за рахунок утворення особливих наростів, джгутиків і т. п.

Як приклад відносно "дрібних" бактерій з розміром 1-2 мкм і нижче вибрані чисельні представники фосформобілізуючих бактерій виду Васійи5 зирій5. Ці бактерії відіграють величезну роль в перетворенні органічного фосфору, що міститься в рослинних рештках у грунті, в мінеральну форму, доступну для зростаючих рослин.

Численні бактерії з ряду Агоїобасієї в основному належать до мікроорганізмів, що добре ростуть в присутності кисню, тобто до аеробних бактерій. У той же час частина з них - умовні аероби, інша частина - анаероби, наприклад Сіозілідіит та Агогобасіег.

Слід зазначити, що саме через наявність в природних грунтах великої кількості умовних аеробів і анаеробів, штучна аерація поживних субстратів, а також суспензій з біогумусу, вермикомпосту і т. п., яка використовується у відомих технологіях, призводить до суттєвого спотворення бактеріального профілю грунтів, зрушуючи його в сторону аеробних бактерій.

Для отримання мікробіотичного "портрету" до і після застосування способу згідно з винаходом використовувалися такі характерні мікроорганізми, традиційно тестовані на відповідних поживних середовищах: 1. Азотофіксуючі бактерії або нітратофікатори, що включають ННігобіит, тестуються на живильному середовищі Ешбі; 2. Бактерії, здатні засвоювати органічні форми азоту грунтів, типу Агоїобасієг! тестуються на живильному середовищі КАА (крохмаль-аміачний агар). 3. Оліготрофні бактерії, що добре ростуть на збіднених грунтах, тестуються на живильному середовищі ГА (голодний агар) 4. Фосформобілізуючі бактерії типу Васійив вирій тестуються на живильному середовищі

Гаузе. 5. Грибна мікрофлора, в т.ч. ТЛлсподепта і міксоміцети, тестуються на живильному середовищі Чапека. 6. Загальна кількість мікроорганізмів тестується на живильному середовищі Звягінцева.

Приклад 1

Проведено дослідження з використанням як початкової сировини органічного низинного торфу, розведеного водою у співвідношенні 1:1.25 Отримана суспензія була оброблена за способом згідно з винаходом.

У процесі обробки послідовно проводились дослідження оброблювального середовища мікробіологічними та фітопатологічними методами. За традиційною оцінкою складу оброблювального грунтового препарату перевіряли якісний та кількісний склад мікробіоти у титрах: гриби та мікроміцети 1:10 та бактеріальної 1:10,

Отримані результати представлені в таблицях 1-4.

Таблиця 1

Грибна мікробіота та мікроміцети досліджуваних рідких варіантів грунтів (титр 1:103, Сусло Агар)

Таблиця 2

Чисельність азотфіксуючої мікробіоти (Нрігобійт, Вгадутізобіцт та інші) досліджуваних рідких варіантів грунтів (титр 1:10, середовища Ешбі) 0 сороюорь | 32? 0 Переважюояновит шк о ПЕ То ПО 5 ТОНЯ КО пе 21117403 11111111 41716011 11111111 п: о: То ПО ТЕТ ДНЯ ПО пе

Таблиця З

Загальна чисельність бактеріальної мікробіоти досліджуваних рідких варіантів грунтів, які містять переважно органічні сполуки азоту (титр 1:107, середовища МПА)

Ме п/п град.) колоній вк о ПЕ Тел с ПО ЗТ: Я ПОЛО 2 | 40111111 ше ПИ ос ПОЛЕ ТЗН ПО 41601711 в 17вели 0 идиінших сапрофтв білою ольову види інших сапрофітів білого кольор

Таблиця 4

Загальна чисельність мікробіоти досліджуваних рідких варіантів грунтів (титр 1:107, середовища

Звягінцева) (град.) колоній

Ос НЕ ЗВ НО вк ще п То с ПО ЯК Зх Го ПОЛО 21401117 11111111 в То с ПОЕТ ПО о р найбільш широкий якісний спектр всіх 6 1 80с 7/1 1777111лодоб//лО | споровітанетиповіформи.д//З

Із таблиці 1 видно різке збільшення кількості мікроміцетів та грибів в діапазоні температур від 507 до 60 "С до 3,1-105 в порівнянні з контролем 2,1-103, тобто більше ніж в тисячу разів.

В таблицях 2-4 наведений ріст чисельності бактерій класів азотобактер та ризобії (середовище сусло Агар) та загальної мікробіоти (тверде середовище Звягінцева).

З приведених даних таблиць 1-4 добре видно різке збільшення чисельності мікроорганізмів в діапазоні температур від 507 до 60 "С. Підвищення температур більше 60 "С приводить до пригнічення бактерій, переходу їх в стан анабіозу та спорові форми існування для відродження при сприятливих для життєдіяльності умовах.

При цьому концентрація життєздатних бактерій знижувалась у середньому на один-два порядки, але менше ніж 107 КУО.

Підняття температури вище 80 "С призводить до загибелі більшої кількості мікробіоти і зменшення її кількості.

Приклад 2

Для підвищення родючості супіщаних грунтів і збільшення їх водоутримуючих властивостей використовують суміш 200 кг низинного торфу і 40 кг біогумусу каліфорнійського хробака. Торф має 6095 вологості і містить 2095 золи, 80 95 органічної речовини з вмістом вуглецю в основному у вигляді гумінових речовин близько 30 95, рахуючи від кількості сухої органічної речовини. Загальна кількість азоту в торфі близько - 2,8 95. Загальний вміст мікроорганізмів після перемішування в суміші - 2,2:107 КУО/мл, органічного вуглецю - 25,6 95, азоту - 1,6 95 на 100 г сухої суміші. Сировину ретельно просіювали, видаляючи механічні домішки у вигляді камінчиків і деревних залишків, завантажували в окрему ємність, в яку попередньо було налито 400 л води, і ретельно перемішували за допомогою насоса, здійснюючи кругову циркуляцію. В результаті отримували "грубу" водну суспензію: родючий грунт-вода. Перекачували суспензію насосом в пристрій у вигляді замкнутого контуру, що складається з вертикального резервуара 670 л з системою трубопроводів, підключених до електричного насоса з продуктивністю 90 м/год. і тиском на виході з насоса 4 Ваг і електроприводом потужністю 90 кВт. Між насосом і резервуаром встановлено турбулізатор у вигляді гідродинамічного сопла з відносним звуженням, близьким до двох, і плавно обтічною перешкодою у вигляді кулі з коефіцієнтом захаращення потоку, близьким до 6595. Зазвичай куляста форма перешкод традиційно використовується для створення розвинених турбулентних течій аж до досягнення критичних чисел Рейнольдса, що характеризують ступінь турбулентності потоку.

Для контролю роботи сопла в турбулентному режимі, без кавітаційних розривів до і після сопла встановлені манометри Р: і Р», що вимірювали тиск до і після сопла відповідно. У разі появи кавітаційних розривів різниця показань манометрів стрибкоподібно змінювалась в бік збільшення показань.

Після завантаження порції оброблюваної суспензії включали насос і здійснювали циркуляцію рідкого середовища по замкненому контуру: резервуар-насос-турбулентна насадка- резервуар. В результаті турбулентного тертя частинок в соплі, зсувних напружень в рідині, а також об стінки резервуара і трубопроводів суспензія нагрівалась. Показання манометрів

Ріе7,43 Ваг, Ро-7,33 Ваг, тобто їх різниця АР-0,1 Ваг, що відповідає умові 0,1 ВагедР«0,2 Ваї, яка контролює відсутність кавітаційних течій. шк

В силу того, що питома енергоємність процесу близька до М -0134 кВт/кг, що відповідає умові (2), зазначеної в п. 8, швидкість нагріву оброблюваної суспензії - 1,8 град./хв, що не перевищує величини 2 град./хв. Тому в процесі циклічної переробки суспензія, що оброблюється, досить повільно нагрівається, що сприяє переходу корисних компонентів сировини у водорозчинну форму. Використання бактеріями цих корисних компонентів, які перейшли в доступну форму, приводила до їх інтенсивного росту.

Таблиця 5

Загальні та водорозчинні форми азоту та вуглецю (по сухій речовині) азот водорозчинний азот (фільтрат мг/кг) частка

Чо

Контроль (сировина) 1633 94,7 351 0,55 130,3 25,86 0,173 0,67 207

З таблиці 5 видно збільшення водорозчинної частини вуглеводів і азоту в міру збільшення температури обробки.

Зо Водорозчинний азот вимірювався в 3-х формах: нітратній МОз, нитритній МО» і амонійній

МН». З таблиці 1 видно, що за короткий час при досягненні температури 46 "С від початкової 20 "б загальна кількість водорозчинного азоту 173 мг/кг зросла приблизно на 35 95, відносно водорозчинного азоту необробленої сировини 130,3 мг/кг, взятому при 20 "С. Всі аналізи тут і далі (якщо не передбачено інше), приведені до сухій речовині.

Особливо слід відзначити активне зростання амонійного азоту - основного будівельного матеріалу оболонок бактерій. Кількість цього азоту МНа зростає більш ніж на 50 95 вже при досягненні температури близько 46 "С Внаслідок цього в діапазоні температур від 40 "С до 50 "С бактерії починають активно розмножуватися в сотні разів швидше, ніж в природних умовах.

Тому при температурі, близькій до 52 "С, кількість амонійного азоту різко знижується, нижче рівня амонійного азоту в використовуваній сировині, тому що азот не витрачається на побудову оболонок бактерій. Подальше зростання температури призводить до зниження упругості оболонок бактерій, втрати їх форм і переходу в стан анабіозу та спорові форми. Відповідно, будівельний матеріал деформованих оболонок стає доступним для хімічного визначення кількості водорозчинного азоту, що пояснює його зростання від величини 25,3 мг при 52 "С до 52,0 мг при 70 "С Така поведінка амонійного азоту характерна для описуваного способу.

Нерозчинні гумінові сполуки вуглецю сировини переходять в водорозчинні в першу чергу гумінові та фульвові кислоти. Саме тому отримане органічне добриво після розведення водою має непрозорий темний колір.

Активне перемішування, комфортна повільно зростаюча температура живильного середовища, легкозасвоюваний корм з доступними формами складних цукрів у вигляді водорозчинних вуглеводів і мінералів інтенсифікують процес зростання бактерій до максимально можливих величин. "М'який" турбулентний вплив на оброблюване середовище виключає селективне зростання дрібних і загибель відносно великих форм бактерій, що властиво відомим способам, які використовують для цих же цілей "жорсткий" механічний вплив, наприклад, за допомогою кавітації. Вищенаведені ознаки, які характеризують винахід, дозволяють максимально зберегти бактеріальний профіль або "портрет" аборигенних мікроорганізмів вихідної сировини.

Результати зростання концентрації бактерій представлені в таблиці 6. З цієї таблиці видно, що при наближенні до 60 "С інтенсивне зростання мікрофлори припиняється, обмежуючись величиною 3,0-108, що можна вважати закінченням першого етапу обробки.

Таблиця 6

Загальна чисельність бактеріальної мікробіоти досліджуваних рідких варіантів грунтів (титр 1:107, середовища Звягінцева) п/п кількість колоній ее | жлони | бен друннкнек анабіозу

Після температури 60 "С починається другий етап загартовування бактерій і одночасний перехід їх в спорові форми і/або стан анабіозу.

При цьому концентрація мікроорганізмів знижується на порядок з 3-108 при 60 "С до 4-10" при 80 "С через загибель частини бактерій та перехід інших в стан анабіозу.

На цьому етапі особливо важливо уникнути появи застійних зон всередині резервуара, тобто ділянок з недостатнім ступенем подрібнення твердих частинок грунтів і появи більш низьких температур, недостатніх для переходу мікроорганізмів в стан анабіозу та спорові форми. Відповідно, це може призвести до різкого зниження терміну зберігання добрива, здуття,

Зо бомбажу упаковки і т. п.

Тому умова рівності температур Т1-Г2-...Ти на зовнішній поверхні резервуара служить для контролю рівномірності нагріву всього об'єму суспензії, оброблюваної в резервуарі. Збіг температур на поверхні і всередині всього обсягу відбувається через високий ступінь коефіцієнта тепломасопереносу в результаті активного прокачування і турбулентного перемішування всієї маси оброблюваної рідини.

Особливо важливо відзначити збіг величин температур у вертикальному напрямку, зокрема, у верхній і нижній частині резервуара, де ймовірність появи застійних зон найбільш висока. Це пов'язано з тим, що в'язкість оброблюваної суспензії зростає в міру зростання температури і після досягнення температури 50 "С може зрости в десятки разів. Це відбувається через перехід вуглецю в доступну для бактерій, тобто водорозчинну форму, і, в першу чергу, в лігнін і гумінові сполуки, а також переходу целюлози в декстрини, протопектина в пектин і т.п., що призводить до істотного збільшення реологічних властивостей рідкого середовища.

Зростання температури на другому етапі доцільний до температур, близьких до 80 "С

Подальше її збільшення, як показали експерименти, призводить до незворотних процесів загибелі спорових форм ряду мікроорганізмів і "зварювання" високомолекулярних полісахарів типу лігніну. У цьому випадку кінцевий продукт стає малорозчинним і некондиційним за ознакою вмісту бактерій нижче 10 КУО. Природно, бактеріальний профіль такого добрива істотно відрізняється від початкового профілю натуральної сировини, зрушуючи в бік термофільних бактерій.

Відзначимо, що зазвичай перехід бактерій в спорові форми починається при температурах, близьких до 60 "С, при температурі вище 70 "С активізується і при температурі 75-80 "С практично закінчується.

Для збільшення кількості мікроорганізмів в кінці першого етапу в деякому випадку доцільно зробити тимчасову паузу, як додатковий етап обробки, зафіксувавши тим самим оптимальну температуру розмноження бактерій. Для цього досить вимкнути насос, що перекачує, на деякий час.

У будь-якому разі доцільність паузи визначається в кожному випадку експериментально, виходячи з аналізу мікробіологічних тестів.

Приклад З

Те саме, що і в прикладі 2. Потужність приводу насоса збільшена до 150 кВт. Розмірний коефіцієнт енергоозброєності м-б22 КВК виходить за верхню допустиму межу -0,2 кВт/кг нерівності (2) п. 8 формули.

Отримано неякісний кінцевий продукт через занадто високу швидкость нагріву (більше 2 град./хв.). Загальна кількість бактерій не перевищує 105 КУО/мл, що свідчить про неможливість мікроорганізмів пристосуватися до занадто швидкого нагріву середовища проживання.

Приклад 4

Те саме, що і в прикладі 2. Потужність приводу насоса зменшена до 30 кВт. Отримано некондиційний продукт внаслідок неоднорідності частинок отриманої дисперсії. Розмірний коефіцієнт м - 0045 виходить за нижню допустиму межу енергоозброєності Мо кВт. Окремі частки суспензії мають розмір понад 50 мкм, що може призвести до забивання фільтрів обприскувачів і форсунок крапельної стрічки. Енергії потоку недостатньо для ефективного подрібнення оброблюваного середовища.

В даному прикладі в процесі нагрівання температура в різних точках поверхні резервуара відрізнялася. Тому при досягненні температури 80 "С у верхній частині резервуара, в нижній температура досягала лише 68 "С, що свідчить про наявність застійних зон внаслідок

Зо недостатнього забезпечення енергією процесу виробництва добрива.

Приклад 5

Те саме, що в прикладі 2. Тиск на виході з насоса збільшено до Р.-12 Ваг. В результаті перепад тисків на турбулентному соплі збільшився до ДР-Р.-Р2-0,27 Ваг. Пристрій перейшов в режим кавітації, тому що порушена умова (1), що зазначена в п. 8 формули, згідно з якою максимальний перепад тиску на соплі не повинен перевищувати АР-0,2 Ваг. З'являється високочастотний шум на частотах, близьких до (17,5-103 Гу), що відповідає руйнуванню кавітаційних бульбашок. В отриманому продукті зменшено відсоток відносно "великих" азотфіксуючих бактерій типу Впі2обіит (бульбочкові бактерії) більше, ніж в З рази, в порівнянні з природним профілем (див. Таблицю 6б). Це свідчить про загибель важливих для життєдіяльності рослин і грунтів мікроорганізмів, що накопичують атмосферний азот в грунтових бульбочках. Кінцевий продукт некондиційний через зсув бактеріального профілю природних грунтів в бік переважання дрібних бактерій з розмірами 1-2 мкм і менше, тому він не забезпечить необхідного харчування для росту рослин.

Приклад 6

Те саме, що в прикладі 2. Тиск Р; на виході з насоса зменшено до 5 Ваг. Перепад тисків на соплі АР відповідно знизився до 0,08 Ваг, що порушує умову (1) п. 8 формули, виходячи за нижню межу АР-0,1 Вах.

Отримано некондиційний продукт, тому що розмір часток добрива перевищує 50 мкм, що призведе до забивання фільтрів обприскувачів.

Гідродинамічного впливу на оброблюване рідке середовище було недостатньо. Отриманий продукт мав рідку консистенцію, що пояснюється тим, що лігнін, який міститься в торфі, не перейшов в водорозчинну форму. Відповідно і природні гумінові сполуки залишилися недоступними для грунтових мікроорганізмів. Кінцева концентрація мікроорганізмів занижена і становить 105-106 КУО/мл. Цього недостатньо для ефективної передпосівної обробки насіння (іннокуляції).

Приклад 7

Добриво планувалося використовувати для вирощування сої на світлих сіроземах з низьким вмістом гумусу 1,5 9о. Використовується той же пристрій, що і в прикладі 2. В якості сировини використовується 200 кг світлого сірозему з первинним вмістом природної мікрофлори 2,7: 04

КУО/мл, з вмістом загального азоту 0,52 95 і вуглецю 8 95, розраховуючи по сухій речовині.

Наприкінці першого етапу обробки вміст водорозчинного вуглецю збільшився до 370 мг, а водорозчинного азоту - до 25 мг на 100 г продукту. Це знаходиться нижче нижньої межі 40 мг кондиційного продукту, відповідно до п. 10 винаходу. Відповідно, через низьку концентрацію поживних речовин в сіроземах концентрація грунтових мікроорганізмів в готовому продукті зросла всього до 1,2:1095, що нижче межі доцільності використання запропонованої технології, тому що кінцева концентрація мікроорганізмів в кінцевому продукті, відповідно до винаходу, повинна бути не менше 107 КУО/мл.

У той же час збільшення кількості сірозему в завантаженій порції до 240 кг для збільшення корисних властивостей кінцевого продукту призводить до істотного збільшення в'язкості суспензії і неможливості її активної циркуляції через виникнення застійних зон.

Висновок: початкова сировина у вигляді тільки сірозему не може використовуватися для отримання якісного біодобрива. Необхідне додавання біогумусу, гною, сапропелів і т. п. з більш високим вмістом мікроорганізмів та органічних речовин.

Приклад 8

Те саме, що в прикладі 7.

До 200 кг сірозему додають 20 кг біогумусу на основі коров'ячого гною 32 95 вологості, З початковим вмістом вуглецю 25,3 95 і загального азоту 2,63 95, розраховуючи по сухій речовині.

Початкова концентрація бактерій біогумусу - 3,2:108 КУО/мл.

В результаті переробки отримано кінцевий продукт досить високої якості з вираженими фунгіцидними властивостями, зумовленими конкурентним заміщенням грибів-фітопатогенів природними бактеріями.

Високі поживні властивості отриманого продукту як органічного добрива пояснюються значною кількістю розчинного вуглецю 980 мг і розчинного азоту 65 мг на 100 гр продукту, підвищеним вмістом мікроелементів.

В результаті використання отриманого продукту на глинистих грунтах півдня України врожайність поливної сої зросла на 12 95 при інокуляції 1 л добрива на 1000 кг насіння і на 18,2 95 при додаванні одного обприскування в дозі 2 л/га на 200 л води в фазі 4-6 справжніх

Зо листочків рослин.

Рослини сої практично не хворіли. Активність грунтової мікрофлори, яка визначається за виділення вуглекислого газу з грунту, збільшилася практично в 2,5 разу. Важливо відзначити, що в умовах липневої спеки температура грунту піднімалася до 60 "С, однак, "загартовані" в процесі приготування на другому етапі природні бактерії, що містяться в сировині, вижили і активно розмножилися при екстремальних температурах півдня України.

Як показали численні досліди, традиційні біопрепарати на основі азотфіксуючих бактерій, так звані "іннокулянти", вирощені на штучних середовищах, практично повністю втрачали ефективність в подібних екстремальних умовах використання.

Приклад 9

Для вирощування баштанних культур на бідних супіщаних грунтах доцільно використовувати збіднені на органічну речовину суміші, населені оліготрофними бактеріями, характерними для супіщаних грунтів. Для отримання добрив використовується суміш грунтів: 40 95 супіщаного грунту, 30 95 торфу, 20 95 сапропелю, 10 95 біогумусу. Суміш містить близько 19,7 95 загального вуглецю і 2,3 95 азоту, розраховуючи по сухій речовині.

Концентрація мікроорганізмів цієї суміші грунтів становить 1,2:105 КУО/мл. Сировина містить відносно велику кількість оліготрофних бактерій, характерних для супіщаніков і низинних торфів. Ці бактерії здатні розвиватися при низьких концентраціях азоту, для піщаних грунтів з хорошою аерацією.

В результаті використання описуваної технології і використання режиму обробки, що описана в Прикладі 2 отримано кондиційний продукт з вмістом бактерій 1,7-10У, водорозчинного вуглецю 690 мг і азоту 78 мг на 100 гр сухої речовини, що має однорідну високогомогенную структуру. Частинки піску були відфільтровані перед фасуванням. Продукт містить велику кількість біологічно активних речовин, властивих сапропелю і органічному біогумусу.

Кінцевий продукт використовувався на піщаних полігонах для органічного вирощування кавунів і динь. Результати досліджень по вирощуванню органічного неполивного кавуна представлені в таблиці 7. Добриво, виготовлене згідно з винаходом, названо "Продуктом".

Таблиця 7

Вирощування органічного кавуна

Варіант дослі Урожайність, т/га ант лопллу й 1 Контрольїї/////7777777777/|77717171717171172 | 7-17 - | 06 | 35 водою)

Обробка насіння

Обприскування рослин "Продуктом" (2 л/га) 20,2 З -174 га -13,5

Обприскування рослин в "Продуктом" (4 л/га) 20,6 - 3,4 -19,8 - 2,8 - 15,7

Обробка насіння 7 | Продуктом" (1 л/т) ж 212 14 | з232 | 434 | 1941 обприскування рослин "Продуктом" (2 л/га)

Обробка насіння

Продуктом" (1 л/т) я 22 149 | з2851| 449 | «24 обприскування рослин "Продуктом" (4 л/га)

Обробка насіння

Продуктом" (2 л/т) я 22,6 54 | 314 | 448 | 427 обприскування рослин "Продуктом" (2 л/га)

Обробка насіння "Продуктом" (2 л/т) обприскування рослин 22,8 - 5,6 -32,5 -5 - 28,1 "Продуктом" (4 л/га)

НІРОБбт-0,51

Основні стислі висновки по використанню продукту представлені нижче: отримання сходів на 2 доби та достигання плодів на 8 діб раніше, ніж у контролі; 5 підвищення біологічної активності грунтових мікроорганізмів у 2-2,5 разу, що свідчить про інтенсивність фунтових процесів та поліпшення поживного режиму; зменшення коефіцієнта водоспоживання, тобто кількості грунтової води на формування 1000 кг плодів на 20-22 96; підвищення врожайності за передпосівної обробки насіння на 9,9 95, а за комбінованого 10 застосування препарату - до 32,5 905;

Приклад 10

Біодобриво використовується для вирощування яблуневого саду на глинистому грунті. В якості сировини використовувався торф низинний з показником кислотності РиИ-6,8. Початкова концентрація мікроорганізмів в порції сировини 1,5:107 КУО/мл. Кількість лігніну в торфі 3,6 95, розраховуючи по сухій речовині.

В результаті використання запропонованого способу і кінцевого нагрівання на другому етапі до 80 "С отримали однорідний продукт гелеобразной консистенції. Кінцева загальна концентрація мікроорганізмів, які перейшли в стан анабіозу та спорові форми, близько 2,2:108

КУО/мл. Після фасування продукт піддали охолодженню до температури -2 "С. Це зроблено з метою загартовування мікроорганізмів.

Препарат, крім властивостей органічного добрива, має всі властивості природного адаптогена, здатного за короткий час відновлювати рослини після хімічних обробок, несприятливих погодних умов, включаючи вимерзання посівів в зимовий період. В першу чергу це повязано з переходом загального вуглецю у водорозчинні форми у вигляді гумінових кислот.

Як показали дослідження, вміст водорозчинних гуматів (див. таблицю 5) збільшується в десятки разів, досягаючи 0,1-1 95 від сухої ваги добрива.

Трикратне використання препарату в загальній дозі б л/га методом обприскування дерев дозволило за літній період відновити родючість яблуневого саду, втрачену після весняних заморозків 2017 року.

Гелеподібна форма добрива знизила витрату препарату на 30-40 95 за рахунок підвищеного прилипання до листкової поверхні дерев.

Приклад 11

Те саме, що в прикладі 9. Процес приготування обмежили першим етапом переробки і перервали при досягненні температури середовища 55 "С, після чого одразу фасували.

Концентрація живих бактерій перевищувала величину 10". Бактерії не встигли перейти в спорові форми та стан анабіозу, тому отриманий продукт був некондиційний. Через триваюче активне зростання грунтової мікрофлори відбувалось роздування і розгерметизація упаковок, що виключало транспортування біодобрива.

Приклад 12

Для порівняння кінцевого продукту, виготовленого за допомогою явищ кавітації і турбулентності, використовувалася одна і та ж послідовність операцій і пристрій, описаний в прикладі 2, включаючи однаковий склад суміші. Турбулентне сопло для реалізації цілей даного

Прикладу було замінено на прямоточний кавітаційний змішувач з кавітатором у вигляді зрізаного конуса, що захаращує потік на 85 9о, рахуючи за площею мінімального поперечного перерізу сопла.

Тиск на виході з насоса Р; було збільшено до 11,2 Ваг. Відповідно перепад тисків на соплі

АР збільшився до 0,35 Ваг, що свідчило про перехід роботи сопла в кавітаційний режим обтікання. Виникнення кавітації супроводжувалося появою характерного кавітаційного шуму. Всі інші параметри процесів збігалися. Для отримання бактеріального профілю до і після застосування даного винаходу, тобто після турбулентної і кавітаційної обробки, використовувалися такі мікроорганізми, традиційно тестовані на відповідних живильних середовищах: 1. Азотфіксуючі бактерії або нітратофіксатори, що включають ризобії ННігобіит. Живильне

Ко) середовище Ешбі; 2. Бактерії здатні засвоювати органічні форми азоту грунтів. Живильне середовище КАА (крохмаль-аміачної агар) 3. Оліготрофні бактерії - добре ростуть на збіднених грунтах. Поживне середовище ГА (голодний агар) 4. Фосформобілізуючі бактерії типу Васійив вибрій5. Поживна середа Гаузе 5. Грибна мікрофлора, включаючи мікроміцети. Живильне середовище Чапека. 6. Загальна кількість бактерій. Поживна середу Звягінцева.

У таблиці 8 наведені порівняльні округлені результати отриманих концентрацій мікроорганізмів вихідної сировини, розведеної водою і перемішаної до стану суспензії вологістю 80 95, до і після переробки за допомогою явищ кавітації і турбулентності.

Таблиця 8

Початкова А в

Середовище суспензія торф-| (95) | Турбулентність| 2 (У) Кавітація їз (У) вода (КУО/мл) (КУО/мл) 5 |ЧАПЕКА 1/7 32105 | 10 | 6106 1 08 | 75106 | 2 (6 |ЗВЯГПНЦЕВА | 31-05 | 700 | 8,705 | 100 | 73107 | 00

Тут величини т, гг, їз (95) означають відсоток тих чи інших бактеріальних складових відносно загальної кількості мікроорганізмів, розмножених на твердому середовищі Звягінцева і прийнятих за 100 95 (таблиця 8).

Після турбулентної (А) і кавітаційної обробки (В) ця кількість змінюється, однак при турбулентній обробці відсоток відносно "великих" бактерій, культивованих на середовищах Ешбі (азотфіксатори) - 12 95 і ГА (оліготрофи) - 21 95 практично зберігається в порівнянні з їх вмістом в початковій суспензії (10 95 і 25 95 відповідно). У той же час частка цих же бактерій різко падає після кавітаційної обробки до З 95 і 17 95 відповідно.

Одночасно з цим, частка відносно "дрібних" фосформобілізіруючих бактерій (середа Гаузе) практично не змінюється (3595 в початковій грунтовій суспензії і 3295 після процесу турбулізації). Відзначимо, що після кавітаційної обробки вона різко зростає більш ніж в 1,6 разу, досягаючи 56 95.

У той же час процентний вміст грибів у мікроміцетів практично не змінюється з 195 в початковій сировині до 0,8 95 під впливом турбулентності і змінюється сильно під впливом кавітації, зростаючи вдвічі до величини 2,1 95 від загальної кількості мікробіоти.

Це свідчить про те, що пропонований спосіб "м'якої" обробки грунтової суспензії за допомогою ефекту турбулізації потоку дозволяє зберегти природний профіль ("портрет") родючих грунтів, в той час як "жорсткі" режими впливу, засновані на явищі кавітації, значно деформують його, знищуючи відносно великі бактерії з розмірами 3-10 мкм і культивуючи дрібні з розмірами 1-2 мкм.

Поява кавітації супроводжувалася появою характерного кавітаційного шуму. Всі інші параметри процесів збігалися.

У той же час спосіб, що патентується, з використанням пропонованих м'яких режимів обробки середовища за допомогою турбулентності збільшує доступність корисних компонентів родючих грунтів, збільшуючи ефективність використання кінцевого продукту також і в якості мінерального органічного біодобрива.

Пропоновані різні аспекти винахода, що патентується, найбільш ефективні для відновлення родючості грунтів, збіднених на поживні речовини, мікроорганізми в результаті інтенсивного використання добрив і отрутохімікатів, підтоплення грунтів і т. п.

Приклад 13

З метою збільшення врожайності та відновлення плодючості забруднених хімізацією грунтів використовували біодобриво згідно з винаходом, при вирощуванні сої сорту "Аратта" в умовах зрошувального землеробства.

Мікробіота в грунті під посіви майже відсутня та знаходиться на низькому рівні 102-103 КУО.

Кількість гумусу грунту не перевершує 1,2 95, що недостатньо для ефективного вирощування 0) сої.

Для збільшення продуктивності вирощування сої використовували плодючий органічний грунт чорноземного профілю після вирощування сої такого ж самого сорту в минулому році.

Кількість азотфіксуючих бульбашкових бактерій Нрігобійт в цьому грунті знаходилась на рівні 8-107. Загальна кількість мікробіоти - була не нижче 108-109, вуглецю - 12 95, азоту - більше 2,5 95 по сухій речовині. Тобто потенційна родючість такого грунту була дуже висока.

Після обробки по запропонованій технології, був отриманий високоякісний продукт з бактеріальним профілем з перевагою в бік бактерій-нітрофікаторів на рівні 2-108 та кількістю водорозчинного азоту та вуглецю 120 мг та 570 мг відповідно, по сухій речовині.

Результати досліджень дії отриманого органічного біодобрива представлені в табл. 9

Таблиця 9

Показники азотфіксуючої здатності та продуктивності рослин сої сорту Аратта.

Маса Маса 5.

Мо Вабі бульб 1 бульб Урожайність, Приріст. 9; п/п ріанти ульбочок на ульбочок на ц/га риріст, 90 рослину, г 1 га, кг 1 |Обробкаводою(контроль.ї | 0ЛО | 660 | 181770 ли) 1 95 розчин "Продукту" по

Обробка насіння "Продуктом" (1 4 |л/г) - 1 95 розчин "Продукту" по 0,65 432,0 20,7 14,4 вегетації (2 справжніх листочка)

Отже, проведені дослідження встановили, що застосування запропонованого біодобрива суттєво впливає на урожайність, формування кількості бульбочок та їх маси такі результати:

Так, обробка насіння "Продуктом" (1 л/т) ї- 1 95 розчин "Продукту" по вегетації (2 справжніх листочка) призвела до приросту маси бульбочок на 1 рослину до 0,55 г в порівнянні з контролем, а маса бульбочок на 1 га зростала на 366,0 кг/га.

Приріст врожаю до контролю коливався від 9,4 до 14,4 95, що в перерахунку на економічні показники дає орієнтовно 10-15 грн додаткового прибутку на кожню гривню, вкладену в органічне добриво.

Проведені дослідження показують, що, виходячи зі стану фунту, виду і сорту рослини, технології її вирощування і т.п., запропонований винахід дозволяє підібрати склад компонентів вихідної сировини, оптимізувавши способи її застосування, для досягнення комерційно значущого промислового застосування. Запропонована технологія особливо актуальна в сучасних умовах виснажених нераціональною сівозміною, хімічно забруднених земель, природних катаклізмів у вигляді посух і раптових заморозків, глобального потепління на планеті.

Природність і органічність пропонованих технічних рішень по отриманню рідкого органічного біодобрива і його подальшого застосування полягає в тому, що, переносячи незначну кількість родючого грунту з одного місця на інше можна відновити родючість і підвищити врожайність на великих площах за короткий час з мінімальними трудовими і матеріальними витратами.

Важливо також зазначити, що застосування отриманого відповідно до винаходу біодобрива певного мікробіотичного портрету призводить також до реального зниження використовуваних гербіцидів і фунгіцидів до 30 95 від рекомендованих доз.

Claims

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб одержання рідкого органічного біодобрива для грунтів і/або рослин, заселеного природними грунтовими мікроорганізмами, що включає наступну послідовність операцій: а) підготування, сортування і подрібнення порції вихідного гумусовмісного грунту або суміші грунтів, щонайменше один з яких є гумусовмісним, причому вказаний грунт або суміш грунтів має корисні компоненти, що містять органічний вуглець в кількості не нижче 10 95 і органічний азот не нижче 1 95, розраховуючи по сухій речовині, а також колонії природних грунтових мікроорганізмів, концентрація яких в цьому грунті або суміші грунтів становить не нижче 107 КУО/мл; р) перемішування подрібненої порції зазначеного грунту або суміші грунтів з водою і отримання водної суспензії; с) створення текучого потоку зазначеної водної суспензії в замкнутому просторі без доступу кисню; 4) щонайменше двоетапну циклічну обробку створеного текучого потоку водної суспензії в замкнутому просторі без доступу кисню турбулізованим впливом в режимі, що виключає кавітацію, і забезпечує в результаті турбулентного тертя і зсувних напружень в потоці подальше подрібнення твердих частинок і рівномірний нагрів усього об'єму оброблюваного середовища зі швидкістю зростання температури, що не перевищує 2 град./хв, при цьому на першому етапі такої обробки здійснюють витяжку вуглець- і азотовмісних речовин з оброблюваного середовища і перехід цих речовин у водорозчинні форми, в результаті чого отримують однорідне оброблюване середовище з водорозчинними вуглець- і азотовмісними речовинами, що забезпечує при їх появі розмноження колоній природних грунтових мікроорганізмів, що знаходяться в цьому середовищі, і до початку другого етапу циклічної обробки турбулізованим впливом при досягненні певної температури, що характерна для конкретного складу вихідного грунту або суміші грунтів, забезпечують розмноження по суті всіх видів мікроорганізмів, наявних у вихідному видовому складі, до концентрацій, що перевищують 108 КУО/мл, а також рівномірне заселення цих мікроорганізмів в оброблюваному середовищі, а на другому етапі зазначеної обробки продовжують подальше нагрівання оброблюваного середовища одночасно з подрібненням твердих частинок, що знаходяться в ньому, і забезпечують в кінці другого етапу загартовування природних грунтових мікроорганізмів, що знаходяться в обробленому однорідному середовищі, і перехід цих мікроорганізмів в стан анабіозу та спорові форми, а також подрібнення твердих частинок в цьому середовищі до розмірів в межах 10-50 мкм, е) виведення обробленого однорідного середовища із зазначеного замкнутого простору з подальшим охолодженням і одержанням кінцевого продукту у вигляді рідкого органічного біодобрива для грунтів і/або рослин, придатного для фасування і тривалого зберігання, що має вуглець- і азотовмісні речовини у водорозчинних формах, тверді частинки з розмірами в межах 10-50 мкм, а також рівномірно заселені в цьому добриві колонії загартованих природних грунтових мікроорганізмів по суті вихідного видового складу, які знаходяться в стані анабіозу та бо спорових формах в концентраціях понад 107 КУО/мл.

2. Спосіб за п. 1, в якому на першому етапі циклічної обробки, здійснюваної при виконанні операції а), досягають температури нагріву оброблюваного середовища до 50 "С.

З. Спосіб за п. 1, в якому на другому етапі циклічної обробки, здійснюваної при виконанні операції а), досягають температури нагріву оброблюваного середовища в межах від 50 до 80

"б.

4. Спосіб за п. 1, в якому охолодження при виконанні операції є) здійснюють в діапазоні температур від 4-40 до -4 70.

5. Спосіб за п. 1, в якому як вихідний гумусовмісний грунт використовують грунт, вибраний з групи, що складається з торфу, лісового грунту, сапропелю, донних відкладень прісноводних лиманів і озер, біогумусу, чорнозему, сірозему і леонардиту.

6. Спосіб за п. 1, в якому під час відбору вихідного грунту, що містить гумус, або суміші грунтів з лігніном в кількості понад 2 95, розраховуючи по сухій речовині, отримують кінцевий продукт гелеподібної форми.

7. Спосіб за п. 1, в якому при використанні вихідного грунту, що містить гумус, або суміші грунтів з гумусом в кількості понад З 95, розраховуючи по сухій речовині, отримують кінцевий продукт, який містить понад 0,1 95 гумінових водорозчинних кислот.

8. Спосіб за п. 1, в якому природними грунтовими мікроорганізмами, що переходять при загартовуванні в стан анабіозу та спорові форми, є мікроорганізми, вибрані з групи, що складається з азотфіксуючих бактерій або нітрифікаторів типу МНрігобіит, бактерій, що засвоюють органічний азот грунтів типу Агоїобасіеї, фосформобілізуючих бактерій типу ВасшШив5 ий, оліготрофних бактерій, що ростуть на збіднених грунтах, і грибної мікрофлори, включаючи мікроміцети.

9. Спосіб за п. 1, в якому циклічну обробку, здійснювану при виконанні операції а), здійснюють в замкнутому контурі, що містить з'єднані між собою вертикальний циліндричний резервуар, насос з електроприводом, підключений до нижньої частини циліндричного резервуара, і засіб турбулізації, що має турбулентне сопло, встановлене після насоса і тангенціально підключене до верхньої частини циліндричного резервуара, причому режим турбулізованого впливу на оброблювану середовище, що виключає кавітацію і появу застійних зон в такому замкненому контурі, забезпечують при дотриманні наступних трьох умов: « о одіеве Одне Кг кг, (2) Т1- Го... Тв, (3) де АДА(РІ-Р») - перепад тисків до і після турбулентного сопла, Ваї, М - питома енергоємність процесу, кВт/кг, М - потужність електроприводу насоса, кВт, М - маса оброблюваного текучого середовища, кг, Тт, Та, Ти - поточна температура нагріву в точках вимірювання, розподілених по зовнішній поверхні вертикального циліндричного резервуара, які служать для контролю рівномірності нагріву всього об'єму середовища, що обробляється в замкнутому контурі.

10. Рідке органічне біодобриво для грунтів і/або рослин, отримане згідно зі способом за пп. 1-8, що включає в себе водорозчинний азот і водорозчинний вуглець, тверді частинки, що мають розміри в межах 10-50 мкм, а також рівномірно заселені в цьому добриві загартовані природні грунтові мікроорганізми по суті вихідного видового складу, що знаходяться в стані анабіозу та спорових формах в концентраціях, що перевищують 107 КУО/мл.

11. Біодобриво за п. 10, в якому вміст водорозчинного азоту становить не менше 40 мг, а вміст водорозчинного вуглецю - не менше 470 мг на 100 г біодобрива, розраховуючи по сухій речовині.

12. Спосіб обробки грунту, насіння рослин або самих рослин з використанням рідкого органічного біодобрива, за яким у вихідне рідке органічне біодобриво, отримане згідно зі способом за пп. 1-8, додають рідину або подрібнений сухий природний грунт, зменшуючи концентрацію наявних в ньому загартованих природних грунтових мікроорганізмів, що знаходяться в стані анабіозу та спорових формах, до концентрацій, що перевищують 107 КУО/мл, і обробляють грунт таким біодобривом в передпосівний або посівний період або обробляють таким біодобривом насіння рослин і самі рослини в процесі їх вегетації до збирання врожаю.

13. Спосіб за п. 12, в якому для поліпшення врожайності конкретної культури рослин рідке органічне добриво отримують з використанням як вихідного грунту родючого грунту, взятого з поля, на якому цю ж або подібну культуру рослини вирощували в попередні періоди часу.

14. Спосіб за п. 12, в якому для підвищення родючості збідненого грунту використовують рідке органічне біодобриво, отримане з використанням як вихідного грунту родючого грунту, такого ж типу, що і збіднений грунт, в який вносять вказане добриво.

15. Спосіб за п. 12, в якому для відновлення родючості грунту піщаного і супіщаного профілю використовують рідке органічне біодобриво, отримане з використанням як основного компонента супіщаного грунту, населеного оліготрофними бактеріями.