Биокатализатор ремедиации почвенных и растительных структур

Биокатализатор ремедиации почвенных и растительных структур

Реферат

Изобретение относится к области экологии, сельскому хозяйству и может быть использовано при производстве препаратов, восстанавливающих плодородие почв, удобрений, средств защиты растений, и иных препаратов, снижающих техногенное воздействие на природу и стимулирующих рост и развитие растений.

В результате химизации, механизации и мелиорации сельского хозяйства, а также глобального промышленного загрязнения окружающей среды, наблюдается повсеместная деградация почв. Поэтому возникла острая необходимость разработки и внедрения органических удобрений, восстанавливающих плодородие почв и почвенную биоту, оказывающих разностороннее положительное влияние на рост растений.

Одним из действенных способов ремедиации техногенно загрязненных земель и восстановления их плодородия является применение торфо-гуминовых удобрений. Известно, что гуминовые биологически активные вещества, оказывают многогранное влияние на плодородие почвы и на рост и развитие растений. В настоящее время известно много видов удобрений на основе гуминовых кислот.

По патенту РФ №2050343 известен биокатализатор на органической основе, содержащий макро- и микроэлементы, отличающийся тем, что он содержит в качестве органической основы торфопометную смесь с соотношением помета и торфа 1:1-1:2 по массе при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Торфопометная смесь - 65-92

Микроэлементы - 2-10

Макроэлементы - 6-25.

В патенте РФ №2215718 описано органоминеральное удобрение, включающее торф и карбамид, отличающееся тем, что торф взят в качестве биологически активной органической основы, а органоминеральное удобрение дополнительно содержит биокатализатор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Карбамид - 0,2-2,8

Биокатализатор - 0,5-0,9

Торф - остальное.

Наиболее близким аналогом является естественный активатор почвообразования по патенту РФ №2186752, получаемый смешиванием в дезинтеграторе торфа, щелочи и целлюлолитического фермента в соотношении 9:1:0,05. Содержание гуминовых кислот в указанном продукте составляет 12-16 г/л.

Общими недостатками известных торфо-гуминовых удобрений и катализаторов является невысокое содержание гуминовых кислот и зависимость их активности от суточного режима и физико-климатических параметров территорий, на которых они применяются, а также относительно ограниченное время воздействия, так как гуминовые вещества торфа находятся в трудноусвояемой форме.

Задачей предлагаемого технического решения является создание нового торфо-гуминового продукта.

Технический результат - повышение активности биокатализатора, пролонгация и расширение спектра его действия за счет повышения содержания гуминовых и ростовых веществ. Дополнительным положительным эффектом является простота приготовления и использования биокатализатора.

Заявленный технический результат достигается путем создания биокатализатора ремедиации почвенных и растительных структур, включающего торф, твердую щелочь, целлюлолитический фермент, янтарную кислоту и целлюлозосодержащий субстрат при следующем соотношении компонентов, мас.%:

торф - 75-80

щелочь - 10-15

целлюлолитический фермент - 0,003-0,005

янтарная кислота - 0,000000001

целлюлозосодержащий субстрат - остальное.

Предлагаемый биокатализатор получают поэтапной гомогенизацией, причем на первом этапе смешивают торф, щелочь, целлюлолитический фермент и янтарную кислоту, на следующем этапе полученный полупродукт гомогенизируют в кавитаторе, после чего добавляют целлюлозосодержащий субстрат, и все компоненты еще раз перемешивают.

В качестве целлюлозосодержащего субстрата берут солому или торф, или древесные опилки, или их смесь.

Биокатализатор может быть разведен водой при соотношении 1 часть продукта на 1000 частей воды.

Из уровня техники указанный состав неизвестен, что говорит о его новизне.

Сущность изобретения поясняется не ограничивающим изобретение примером промышленного изготовления биокатализатора.

В лопаточный смеситель типа С-12 при включенных мешалках загружают 900 кг просеянного нативного торфа влажностью около 85% и 100 кг твердой щелочи, например едкого натра, перемешивают 5-10 минут, затем в смеситель добавляют целлюлолитический фермент, например целловиридин ГЗх, в количестве 5-6 кг, перемешивают дополнительно 10 минут, вносят субстрат, содержащий 20% янтарной кислоты, в количестве 5 мг, перемешивают еще 10 минут. Полученный таким образом полупродукт подают транспортером в кавитатор. После 15 минут баротермической обработки в кавитаторе смесь направляют назад в смеситель, куда подают целлюлозосодержащий субстрат, например сухой торф влажностью не более 15% в количестве около 110 кг, все перемешивают 15-20 минут и направляют на фасовку.

Полученный продукт имеет желеобразную консистенцию, темно-коричневый цвет, слабый запах аммиака, pH 10-12, легко растворим в воде.

Содержание биологически активных веществ в заявленном продукте по сравнению с аналогами повышено и составляет: гуминовых веществ не менее 20 г/л (в ближайшем аналоге 12-16 г/л).

Для применения приготовляют биокатализатор в виде раствора, полученного при соотношении 1 часть продукта на 1000 частей воды. Готовый раствор вносят в почву из расчета 1000 л на 1 га.

В предлагаемом составе торф выполняет функцию поставщика гуминовых кислот, щелочь необходима как экстрактор и образователь легкоусвояемых гуминовых комплексов, а также как почвенный раскислитель. Целлюлолитический фермент, например целлюлоза, выполняет функцию деструктора лигно-целлюлозного комплекса, что способствует увеличению выхода легкоусвояемых гуминовых комплексов. Янтарная кислота является катализатором обменных процессов. Добавляемый в последнюю очередь целлюлозосодержащий субстрат является аккумулятором ростовых и биологически активных веществ, обеспечивающим их постепенное проникновение в почву и более длительное воздействие.

Для активизации торфа и перевода находящихся в нем гуминовых веществ в водорастворимые легкоусвояемые формы заявляемый состав подвергают специальной обработке в кавитаторе (гомогенизации). Неожиданно было обнаружено, что при смешивании и гомогенизации в кавитаторе торфа, твердой щелочи, целлюлолитического фермента и янтарной кислоты, с последующим добавлением целлюлозосодержащего субстрата, получают эффективный гомогенизированный продукт, проявляющий более высокие ростостимулирующие и почвоулучшающие свойства, чем исходные компоненты в отдельности. Обработка компонентов в кавитаторе позволяет достичь повышенного выхода биологически активных и ростовых веществ, так как происходит их физико-химическое взаимодействие, в частности деполимеризация нативных гуминовых веществ, уменьшение их молекулярно-массового размера, обеспечивая тем самым их способность проникать через клеточные мембраны. Таким образом, гуминовые кислоты переходят в более растворимую форму, что делает их более доступными для растений. Хотя механизм физико-химических превращений исходных ингредиентов в процессе их гомогенизации недостаточно изучен, однако высокая эффективность полученного по изобретению продукта позволяет говорить о том, что отличительные свойства биокатализатора обусловлены как составом исходных ингредиентов, так и способом изготовления, состоящим в их поэтапной гомогенизации.

В конечном итоге выход активных гуминовых кислот по предлагаемому методу выше, чем у прототипа, и достигает концентрации 20-25 г/л по сравнению с 12-16 г/л у прототипа.

Помимо этого раздельное применение гуминовых кислот и янтарной кислоты не столь эффективно как их совместное применение, что подтверждается на практике ускоренным формированием почвообразующей микробиоты (на 5-10% по сравнению с дифференцированным применением) и повышением урожайности сельскохозяйственных культур, что, в свою очередь, свидетельствует об эффекте синергизма. Кроме того, расширяется спектр действия биокатализатора: он может применяться как почвенное удобрение, как средство ремедиации почвенных и растительных структур, как ростовое средство для обработки растений.

Благодаря «пропитке» целлюлозосодержащего субстрата активными компонентами композиции, получают препарат пролонгированного действия, так как при попадании в почву действующие биологически активные вещества препарата, удерживаемые субстратом, поступают в окружающую среду постепенно.

Из сказанного выше видно, что таким образом достигают заявленный технический результат: получают продукт с повышенным содержанием биологически активных и ростовых веществ, пролонгируется позитивное воздействие изобретенного продукта на экосистему, расширяется спектр его действия. Дополнительно упрощается и ускоряется технология приготовления и способ использования биокатализатора.

Такое решение непосредственно из уровня техники не вытекает, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретательскому уровню.

В результате проведенных полевых опытов доказано, что полученный комплексный препарат ускоряет развитие почвообразующей биоты и разлагает вредные вещества (пестициды, углеводороды, фенолы и т.п.), а также нейтрализует негативное воздействие солей тяжелых металлов на биоценоз, тем самым поддерживая экологическое равновесие. Значительное содержание биологически активных и ростовых веществ и их постепенное проникновение в почву и растения обуславливает положительное влияние препарата на весь агроценоз в целом, улучшая качественные и экологические параметры, как почвы, так и растений. Продукт увеличивает урожайность сельскохозяйственных культур до 25%, повышая их сопротивляемость заболеваниям и различным неблагоприятным физикоклиматическим факторам, сокращает сроки созревания на 15-20 дней, помимо этого, интенсифицирует формирование экологически чистого гумуса.

Предлагаемый продукт получают из известных компонентов простым безотходным, малоэнергоемким способом, что снижает его себестоимость. Способ подготовки продукта к применению также прост - одноцикличен, для его использования требуется только развести одну часть продукта в 1000 частей воды.

Потребность в таком продукте очевидна, а его получение не вызовет затруднений, так как применяют известные технологические приемы и оборудование. Таким образом, изобретение промышленно применимо.

1. Биокатализатор ремедиации почвенных и растительных структур, включающий торф, твердую щелочь, целлюлолитический фермент, янтарную кислоту и целлюлозосодержащий субстрат при следующем соотношении компонентов, мас.%:

торф	75-80
щелочь	10-15
целлюлолитический фермент	0,003-0,005
янтарная кислота	0,000000001
целлюлозосодержащий субстрат	остальное,

полученный поэтапной гомогенизацией, причем на первом этапе смешивают торф, щелочь, целлюлолитический фермент и янтарную кислоту, на следующем этапе полученный полупродукт гомогенизируют в кавитаторе, после чего добавляют целлюлозосодержащий субстрат и все компоненты еще раз перемешивают.

2. Биокатализатор по п.1, где в качестве целлюлозосодержащего субстрата используют солому или торф, или древесные опилки, или их смесь.

3. Биокатализатор по п.1, получаемый путем его разведения водой при соотношении 1 часть продукта на 1000 частей воды.