Бактериальные удобрения

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Я посвятил свою курсовую работу плодородию почв, а именно, бактериальным удобрениям. Считаю эту тему актуальной, потому что сейчас повсеместно наблюдается спрос на экологически чистые продукты. Экологически чистые продукты питания остаются в большом дефиците, поэтому развитие направления на производство таких продуктов является одним из факторов улучшения положения сельхозпроизводителей, в связи с этим, агропроизводство основано на биологических методах ведения сельского хозяйства. Следовательно, в мире необычайно высок спрос на качественные бактериальные удобрения, который ежегодно продолжает расти.

Цель исследования заключается в изучении бактериальных удобрений.

Для достижения указанной цели в курсовой работе решаются следующие исследовательские задачи:

Определить виды, свойства и правила применения бактериальных удобрений;

Рассмотреть способы их получения;

Выявить преимущества и недостатки способов получения бактериальных удобрений.

Объектом и предметом исследования являются свойства, и производство бактериальных удобрений.

Методы исследования. В курсовой работе применяются такие общенаучные методы исследования, как описание, сравнение, анализ, синтез, индукция, дедукция, аналогия и некоторые другие.

Структура исследования. Курсовая работа включает в себя введение, 2 раздела, 4 подраздела в первом и 3 во втором разделе, заключение, список использованной литературы.



РАЗДЕЛ 1. ИЗУЧЕНИЕ БАКТЕРИАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

бактериальный удобрение промышленный производство

Бактериальные удобрения - это препараты, относящиеся к микробиологическими нокулянтам, способствующие улучшению питания растений. Питательных веществ они не содержат; препараты, в которых содержатся полезные для сельскохозяйственных растений почвенные микроорганизмы [1].

Преимущества бактериальных удобрений

Большая «простота» организации генома (обеспечивает лучшие возможности для изменения и перестроек наследственного материала).

Достаточно легкая приспособляемость к среде обитания в естественных и искусственных условиях (облегчает культивирование микроорганизмов, причем можно подобрать микроорганизмы для сред с почти любыми характеристиками).

Большие скорости протекания ферментативных реакций и нарастание клеточной массы в единицу времени (облегчает и ускоряет обмен веществ с окружающей средой и темпы роста биомассы) [2].

Описание наиболее распространенных видов бактериальных удобрений.

Нитрагин и ризоторфин

Растениями лучше усваиваются аммонийный и нитратный азот, чем азот органических соединений, за исключением аспарагина, глутамина и мочевины - соединений, дающих аммонийный азот. Поэтому большое значения для питания растению имеют почвенные микроорганизмы, которые минерализуют содержащийся в почве органический азот, превращая его аммиак, который используется растениями для синтеза аминокислот и белков.

Нитрагин представляет собой бактериальное удобрение, основой которого являются жизнеспособные клетки клубеньковых бактерий рода Rhizobium. Нитрагин применяют для повышения урожая различных бобовых растений - фасоли, гороха, сои и др.

Чистая культура клубеньковых бактерий была выделена М. Бейреником в 1888 г. Клубеньковые бактерии - это грамм отрицательные аэробные подвижные палочки размером 0,5-0,9Х1,2-3,0 мкм. При росте в жидкой среде с перемешиванием культуры достигают стационарной фазы роста через 2-3 суток инкубации. Среду с минеральными солями и маннитом или другими углеводами при росте эти бактерии подкисляют. Их рост на среде с углеводами обычно сопровождается обильным образованием внеклеточной слизи полисахаридной природы. Источниками азота могут служить соли аммония, нитрат, нитрит и большинство аминокислот.

Характерной особенностью клубеньковых бактерий является их способность проникать в корневые волоски бобовых растений семейства Leguminosae умеренного пояса, вызывая образование корневых клубеньков, внутри которых эти бактерии присутствуют как внутриклеточные симбионты. В корневых волосках бактерии образуют бактероиды - специфические формы бактерий рода Rhizobium, окруженные мембранами растительного происхождения. Живущие в почве бактерии рода Rhizobium прикрепляются к корневым волоскам растения-хозяина, вызывают их деформацию, скручивание и формирование инфекционной нити. Оболочка, образовавшаяся из инфекционной нити и окружающая цитоплазму клетки Rhizobium, называется перибактероидной мембраной. Именно такие формы ризобий называют бактероидами. Дальнейший рост и дифференциация бактероидов приводят к развитию крупных клеток неправильной формы - симбиосом, которые окружены симбиосомной мембраной. Они отличаются от клубеньковых бактерий, развивающихся вне растений, более крупными размерами, высоким содержанием гликогена и жира, большим количеством волютиновых гранул (внутриклеточный резерв фосфата) и активной фиксацией молекулярного азота. Бактероиды и симбиосомы теряют способность к существованию в форме свободноживущих клеток Rhizobium из-за нарушения у них «генетического пула». Клубеньковые бактерии в форме бактероидов образуют нитрогеназный ферментный комплекс, который восстанавливает молекулярный азот до аммиака. Аммиак вовлекается в ряд ферментативных реакций, приводящих к образованию аминокислот, идущих на биосинтез белка.

Различают активные и неактивные культуры клубеньковых бактерий. Под активностью бактерий понимают способность их в симбиозе с бобовыми растениями фиксировать атмосферный азот.

Кроме критерия активности в характеристике штаммов клубеньковых бактерий применяют критерий вирулентности - способность вступать в симбиоз с бобовым растением путем быстрого проникновения в корень через корневые волоски и вызывать образование клубеньков. В симбиотическом комплексе растение - бактерии растение обеспечивает бактерий необходимыми питательными веществами и создает оптимальные условия для роста. Бактерии, находящиеся в клубеньках, снабжают растение азотом. Накопление азота в почве при участии клубеньковых бактерий может достигать до 300 кг на 1 га в год. Следует отметить, что бактерии без участия растения invivo практически не способны фиксировать азот.

Клубеньковые бактерии различных видов обладают индивидуальной избирательной способностью в отношении инфицирования бобовых растений. Эта способность связана с их вирулентностью. Так, для типового вида R. Leguminosarum растениями-хозяевами являются горох, чина, чечевица, клевер, фасоль, для R. Meliloti - люцерна, донник, тригонелла, а для R.loti - только лядвенец. Важно, что вирулентность и видовая избирательность взаимосвязаны и не являются устойчивыми признаками штаммов клубеньковых бактерий. Промышленную селекцию ризобий осуществляют по обоим этим признакам. Самыми распространенными видами нитрагина являются почвенный, сухой и торфяной (ризоторфин)[3,4].



Азотобактерин

Бактерии рода Azotobacterшироко распространены в природе. Наиболее известенAzotobacterchroococcum, повсеместно встречающийся в богатых органическим веществом, хорошо дренированных и увлажненных почвах. Азотобактер - строгий аэроб, в несимбиотическом состоянии фиксирует не менее 10 мг N2 в расчете на 1г потребленного углевода (глюкозы). Клетки азотобактера грамотрицательные, овальной формы, диаметром 1,5-2,0 мкм, плейморфные, от палочковидных до кокковидных. Для азотфиксации азотобактер нуждается в молибдене, который может быть частично заменен ванадием. В качестве источников азота используют соли аммония, азотной кислоты, мочевину, некоторые аминокислоты. Азотобактер фиксирует азот только в среде, обедненной или вообще лишенной связанного азота. Эта бактерия требует наличия в среде высокого содержания фосфора в виде органических и неорганических соединений. Недостаток фосфора замедляет рост бактерий и замедляет азотфиксирующую способность. Показано, что нитрогеназная система, осуществляющая фиксацию азота, представляет собой сложный мультиферментный комплекс, содержащий не связанное с геном железо, молибден и SH- группы.

Азотобактер уже с начала 1920-х годов используется для изготовления на его основе бактериального удобрения - азотобактерина. При выращивании овощных культур - томатов, салата, огурцов удавалось получить значительный эффект. Однако, позднее было показано, что действие азотобактера на растения обусловлено его способностью синтезировать биологически активные вещества - никотиновую и пантотеновую кислоты, пиродоксин, биотин, гетероауксин, гиббереллин, фунгицидные вещества и др. Этот комплекс соединений стимулирует прорастание семян растений, ускоряет их рост, защищает от микроскопических грибов, многие из которых угнетают рост растений. В то же время азот, фиксируемый азотобактером, существенно не влияет на урожайность растений. Распространен сухой и торфяной азотобактерии[3,4].

Фосфобактерин

Фосфобактерин - это препарат в виде порошка, содержащий в 1 гне менее 8-10 млрд. жизнеспособных спор культуры Bacillusmegateriumvar. Phosphaticumспособных превращать фосфорорганические соединения и минеральные фосфаты в доступную для растений форму [1, 2].

Флавобактерин

Биофунгицид для защиты основных сельскохозяйственных культур от комплекса грибных и бактериальных болезней. Наиболее эффективен против возбудителей болезней зерновых культур (мучнистая роса, корневая гниль), картофеля (ризоктониоз, парша обыкновенная, фузариоз), винограда (оидиум), подсолнечника (прикорневая склеротиния). Входящие в состав препарата бактерии (относящиеся к роду Flavobacterium) продуцируют высокоактивный антибиотик «флавоцин» с широким спектром действия на фитопатогенные грибы и бактерии.

Особенности действия препарата:

Снижает развитие корневых гнилей от 3 до 20 раз, антракноза в 1,5 - 3 раза, мучнистой росы (у зерновых) - в 3 - 5 раз, фитофтороза и парши в 2 - 6 раз.

Стимулирует рост и развитие растений за счет продуцирования физиологически активных веществ.

Повышает урожай на 10-25%.

Улучшает качество продукции, повышая содержание сахара на 1-1,5%, крахмала на 0,8-2,5%, протеина на 0,5-1,2%[4,5].

Ризоагрин

Ростостимулирующий биопрепарат на основе штамма Agrobacteriumradiobacter, рекомендуется для предпосевной обработки семян зерновых. Обладает мощным стимулирующим действием на растения за счёт усиления минерального питания. В первую очередь происходит усиление фосфорного питания за счёт мобилизации органофосфатов почвы. Также микроорганизмы, входящие в состав биопрепарата обладают высокой конкурентоспособностью к фитопатогенным грибам, повышает устойчивость растений к болезням.

Применение препарата увеличивает урожаи зерновых на 3-6ц/га; повышает содержание сырого белка в зерне на 0,5-1%; экономит применение 40-60кг азотных удобрений на 1 га.

Особенности действия препарата:

Увеличивает урожаи зерновых на 3-6 ц/га.

Повышает содержание сырого белка в зерне на 0,5-1%.

Экономит применение азотных удобрений до 40-60 кг/га.

Повышает устойчивость растений к болезням.

Обладает высокой конкурентоспособностью к фитопатогенным грибам. Повышает устойчивость к стрессам (засуха, критические положительные и отрицательные температуры)[4,5].

Азоризин

Предназначен для обработки семян и рассады цветов, декоративных растений и кустарников. Препарат создан на основе штаммов, относящихся к роду Azospirillum, которые заселяют прикорневую зону растений (ризосферу) и поверхность корней, вытесняют болезнетворные бактерии, лишая их пространства и пищи. Выделяют для растений ростостимулирующие вещества и витамины. Дополнительно питают растения азотом, калием и другими элементами питания, переводя их из труднодоступных форм.

Особенности действия препарата:

Оказывает мощное стимулирующее действие на растения.

Ускоряет созревание бутонов растений на 7-10 дней.

Повышает устойчивость растений к болезням.

Подавляет развитие болезней.

Повышает усвоение труднодоступных соединений из почвы.

Повышает устойчивость к стрессам.

Способствует становлению корневой системы растений и улучшению их приживаемости.

Усиливает устойчивость растений к недостатку влаги, повышенным температурам, заморозкам[4,5].

Агрофил

Микроорганизмы рода Agrobacterium, входящие в состав препарата, заселяют прикорневую зону растений, выделяют ростостимулирующие вещества (природные аналоги ауксинов и гетероауксинов), витамины, а также вырабатывают антибиотики против фитопатогенных грибов и бактерий. Благодаря данным свойствам бактерий улучшается всхожесть семян, стимулируется рост и развитие растений, повышается устойчивость к болезням, улучшается минеральное и водное питание растений, ускоряется выход ранней качественной продукции.

Предназначен для обработки посевного материала и рассады овощных культур открытого и закрытого грунта, а также плодово-ягодных растений и кустарников с целью повышения урожая и качества получаемой продукции.

Особенности действия препарата:

Увеличивает содержание витаминов, каротина в продукции на 10-30%.

Повышает урожайность и качество продукции (увеличивает содержание сахаров и снижает содержание нитратов и тяжёлых металлов).

Ускоряет созревание продукции на 7-10 дней.

Заменяет внесение 100-150кг/га аммиачной селитры или 20-30т/га навоза крупного рогатого скота (KPC), а также 50-80 кг/га суперфосфата[4,5].

Мизорин

Биопрепарат создан на основе штамма ассоциативных азотфиксаторов Arthrobactermysorens, служит для повышения урожайности и улучшения качества сельскохозяйственной продукции при неблагоприятных погодных условиях (повышенные температуры, засуха, заморозки). Обладает широким спектром воздействия на фитопатогенные микроорганизмы, практически на всех сельскохозяйственных культурах.Предназначен как для обработки семенного материала перед посевом, так и для обработки растений по вегетации.

Особенности действия препарата:

Оказывает мощное стимулирующее действие на растения.

Ускоряет созревание растениеводческой продукции на 12-15 дней.

Подавляет развитие болезней: корневой гнили, склеротинии, фитофтороза - улучшает качество продукции и ее кормовую ценность;

Повышает содержание протеина на 0,8-1,5%, сахара на 25-40%, витаминов на 30-70%.

Ограничивает поступление и накопление в растениях нитратов, радионуклидов и тяжелых металлов.

Существенно стимулирует развитие симбиотического аппарата при совместном использовании с ризоторфином (повышает эффективность ризоторфина на 40-60%).

Увеличивает урожай зерновых культур на 3-5 ц/га, кормовых трав на 10-15 ц/га, сахарной свёклы на 30-60 ц/га, картофеля на 40-60 ц/га;

Увеличивает содержание клейковины.

Таким образом, в данном подразделе выяснено, что бактериальные удобрения могут обладать широким и узким спектром действия. Это связано со специфичностью действия бактерий на растения, например, Rhizobium фиксирует азот только в симбиозе с бобовыми растениями, Flavobacterium синтезирует антибиотик «флавоцин» для всех растений, именно благодаря этому фактору и заключается разнообразие бактериальных удобрений.

Бактерии способны фиксировать и превращать химические вещества, содержащиеся в почве, воздухе в доступную для растений форму, синтезировать антибиотики, ростостимулирующие вещества и витамины. Благодаря этому данные удобрения способны повысить урожай, скорость его созревания, устойчивость к болезням и стрессам, конкурентоспособность к фитопатогенным грибам. Но необходимо учитывать, что бактериальные удобрения зависят от различных факторов почвы, например, кислотности почвы (при рН=4,0 у люпина желтого уровень фиксации азота 60% от потенциальной возможности, а у гороха - не более 5-6%)[4,5].

Общая схема и некоторые примеры производства бактериальных удобрений

Микроорганизмы культивируют в ферментаторах (биореакторах), где создают для них все необходимые условия (питательная среда, аэрация или анаэробные условия, температура, pH, удаление продуктов метаболизма, отсутствие конкурентов, паразитов и хищников). В зависимости от целей культивирования конечным продуктом может быть биомасса клеток или какой-либо внеклеточный метаболит. Тогда в первом случае отходом будет жидкая часть культуральной среды, а во втором - клетки[6].

Производство нитрагина и ризоторфина

Почвенный нитрагин представляет собой культуру клубеньковых бактерий, выращенную в стерильной садовой почве. Стерильную почву, обычно в стеклянных сосудах, инокулируют жидкой культурой клубеньковых бактерий и выращивают в термостате при 280С. В 1г такого препарата должно содержаться не менее 300 млн. клеток. Препаратом обрабатывают семена бобовых перед посевом. Однако такая технология производства препарата очень трудоемкая и дорогостоящая, а сам он неудобен в применении.

Более совершенна технология производства сухого нитрагина (ризобина) - светло-серого порошка высушенных клеток бактерий рода Rhizobium в смеси с наполнителем (каолин, бентонит, мел). В 1г такого порошка при влажности 5-7% содержится не менее 10 млрд. жизнеспособных клеток бактерий. Исходную культуру клубеньковых бактерий выращивают на одной из агаризованных сред, например, содержащей (г/л): отвар гороха - 100, сахароза - 15, агар - 20, рН 6,8-7,0. На этапах промышленного производства бактерии выращивают в ферментерах на жидкой среде с кукурузным экстрактом или мелассой, (NH4)2SO4, KH2PO4, K2HPO4, MgSO4 и CaCO3. Значение pH поддерживается в диапазоне 6,5-7,0 при интенсивности аэрации в соотношении - 1 объем воздуха на 1 объем среды в 1 мин. Суспензию клеток из ферментера, содержащую около 10 млрд клеток в 1 мл, сепарируют. Биомассу в виде пасты с влажностью 70-80% смешивают с защитной средой, содержащей, например, 20% мелассы и 1% мочевины, и высушивают в выкуум-сушильных установках или в распылительных сушилках. В порошке определяют количество жизнеспособных бактерий в 1г, смешивают с наполнителями, фасуют и герметизируют в полиэтиленовые пакеты по 0,2-1,0 кг, которые хранят при температуре 8-120С в течение 6 мес.

Клетки клубеньковых бактерий, как и других неспоровых микроорганизмов, очень чувствительны к потере воды, поэтому даже при строгом соблюдении технологических параметров большая часть клеток в процессе высушивания погибает. Это удается избежать в торфяном нитрагине - ризоторфине.

Для получения ризоторфина торф освобождают от корней, высушивают до 25-30% влажности и размалывают так, чтобы размер частиц не превышал 0,1 мл. Размолотый торф увлажняют до 35-40%, прибавляют CaCO3 в таком количестве, чтобы довести рН до 6,8-7,0, и расфасовывают в тонкие полиэтиленовые мешки по 100-500 г. Запаянные пакеты с торфом стерилизуют радиационным способом с использованием мощных гамма-установок. В пакеты со стерильным торфом в стерильном автоматизированным боксе специальной иглой вносят жидкую посевную культуру определенного вида клубеньковых бактерий в количестве 80 мл на каждые 250 г торфа. Норму засевы выбирают так, чтобы исходный титр бактерий в инокулированном торфе составлял около 1 млрд клеток на 1г препарата влажностью 50-60%. До инокуляции в жидкую культуру вносят стерильные растворы мелассы, декстрина или молочной сыворотки в таком количестве, чтобы их количество составляло в итоге около 3% к массе сухого торфа. Если необходимо быстро получить готовый препарат и исследовать его, инокулированные пакеты помещают на 5-7 суток в термостат при 20-220С. Для длительного хранения в течении 6 мес. пакеты же сразу ставят на хранение при 12-150С. Содержание клеток клубеньковых бактерий в ризоторфине через 6 месяцев после его изготовления должно быть не нижу 3-4 млрд. в 1г препарата[3].

Производство азотобактерина

Сухой азотобактерин производят по технологии, во многом сходной технологией производства сухого нитрагина. Культуру бактерий выращивают методом глубинного культивирования на среде, содержащей практически те же компоненты, что и при культивировании клеток Rhizobium, но с добавлением сульфата железа и сложной соли молибденовой кислоты. Значение рН поддерживается в диапазоне 6,1-6,5 при интенсивности аэрации в соотношении - 1 объем среды в 1 мин. Для того чтобы клетки не теряли способности фиксировать азот и сохраняли биологически активные вещества, их выращивание ведут до середины логарифмической фазы роста. После сепарации и высушивания клеток в вукуум-сушильных установках или в распылительных сушилках вместе с защитными средами в порошке определяют количество жизнеспособных бактерий в 1г, стандартизируют смешиванием с наполнителями (каолин, бентонит, мел), фасуют в полиэтиленовые пакеты по 0,2-1,0 кг и хранят при температуре до 120С не более 3 мес. В 1г такого порошка при влажности 5-6% в конце срока хранения должно содержаться не менее 0,5 млрд жизнеспособных клеток азотобактера.

Торфяной азотобактеринпредставляет собой торф с нейтральной реакцией среды, содержащий в 1г не менее 50 млн жизнеспособных клеток. Для его приготовления размолотый торф увлажняют до 40%, прибавляют 0,1% суперфосфата, минеральные соли, 3% мелассы и СаСО3 в таком количестве, чтобы довести рН до 6,5-7,0, и расфасовывают в тонкие полиэтиленовые мешки по 100-500г. Запаянные пакеты с торфом стерилизуют радиационным способом. Культуру азотобактера выращивают методом глубинного культивирования и добавляют в пакет со стерильным торфом с таким расчетом, чтобы 1г препарата содержал 40-50 млн. жизнеспособных клеток. Мешки помещают в термостат и подращивают в них культуру азотобактера при 25-270С в течении 4-6 суток до содержания не менее 180-200 млн. клеток азотобактера в 1г препарата. Затем мешки герметично запаивают и хранят в холодильнике при 7-120С Получены препараты сохраняют свою активность в течении 3-4 мес. [3].

Производство фосфобактерина

Промышленное производство бактерий осуществляют в ферментерах в строго асептических условиях на одной из сред, например, содержащей (г/л): кукурузный экстракт - 20, мелассу - 15, фосфат калия двухзамещенный - 0,1, сульфат аммония - 1, мел - 10 при температуре при 300С и рН 6,8-7,3.

Полученную биомассу клеток отделяют центрифугированием и высушивают в распылительной сушилке при 65-750С до влажности 3-4%. Полученые высушенные споры B.megateriumсмешивают с наполнением (каолин, бентонит, мел) и расфасовывают в герметические полиэтиленовые пакеты. В 1г препарата должно содержаться 8-10 млрд жизнеспособных спор. Препарат стабилен не менее 1 года при комнатной температуре.

Основными проблемами производства фосфобактерина являются фаголизис культуры и непрорастаемость спор. Фаголизис связан с тем, что промышленные штаммы бацилл чувствительны к действию бактериофагов, попадающих в виде инфекций извне, а также сами содержат в себе профаг, который в определенных условиях активизируется. В целях борьбы с фаголизисом поддерживают асептические условия на всех стадиях производства, проводят селекцию устойчивых к фагам штаммов, вводят в среду для культивирования бацилл соли органических кислот в количестве до 0,1%. Непрорастаемость спор связана с нарушением соотношения в среде культивирования фосфатов и сульфатов из-за возможных нестандартных источников сырья[3].

Таким образом, можно выделить основные пять этапов производства бактериальных удобрений, каждый из которых, в свою очередь, подразделяется на несколько шагов:

Приготовление инокулянта:

Подбор штамма бактерий, обладающего требуемыми свойствами (достаточная скорость роста, обязательно устойчивость к сухим условиям, и ряд свойств, необходимых для конечного продукта);

Засев на твердую питательную среду. Производится в лабораторных условиях при соблюдении стерильности. Требуется для первоначального наращивания биомассы.

Пересев на жидкую питательную среду. Также проводится в лабораторных условиях. Необходим для получения количества биомассы, достаточного для помещения в ферментер большого объема.

Приготовление среды.Этот процесс идет параллельно с приготовлением инокулянта, питательная среда также используется для предварительного наращивания биомассы бактерий. Состав среды подбирается индивидуально для каждого вида бактерий. Для увеличения эффективности процесса ферментации зачастую требуется достаточно трудоемкий предварительный этап подбора оптимального состава питательной среды:

Подбор оптимального состава питательной среды, если требуется (при модернизации производства, при использовании нового штамма бактерий и т.д.).

Приготовление требуемого количества среды.

Стерилизация среды.

Ферментация. Процесс ферментации проводится, как правило, глубинными методами в таре, предназначенной для конечного продукта, в помещениях, обеспеченных оптимальными для процесса условиями; реже в ферментерах. Условия культивирования строго асептические, температурный режим как правило 26-30°С, pH среды близка к нейтральной (6,5 - 7,5). Продолжительность культивирования зависит от требуемого количества биомассы, вида микроорганизма и других условий, в общем, подбирается экспериментальным путем.

Сушка. Существует несколько методов сушки, применяемых в производстве бактериальных удобрений: сублимационная сушка, применение распылительных, ленточных и др. сушилок. Выбор метода сушки и условий процесса (температурный режим, требуемая остаточная влажность) определяются, исходя из эксплуатационных требований получаемого удобрения и того, какие микроорганизмы взяты для производства.

Фасовка и выпуск продукта. Зачастую, стадия фасовки готового удобрения мало выделяется среди предшествующих стадий производства. Это связано с тем, что во многих случаях культивирование микроорганизмов производится непосредственно в товарной упаковке (например, ризоторфин - в полиэтиленовых пакетах (предварительно в них расфасована подготовленная среда - торф), азотобактерин - в стеклянных бутылях и т.д.). Во многом это связано с тем, что срок хранения готового продукта очень недолог, поэтому экономически наиболее приемлема скорейшая его реализация.

В других случаях производится сортировка, отбор, фасовка и упаковка готового продукта, для чего может потребоваться введение отдельной производственной линии.

Использование препаратов микроорганизмов

В растениеводстве используют как микробную массу, так и метаболиты. В редких случаях культуральную жидкость не разделяют и употребляют оба компонента совместно.

Препараты микроорганизмов в растениеводстве:

Микробная масса:

Землеудобрительные препараты.

Препараты для борьбы с микроорганизмами вредителями сельского хозяйства.

Антагонисты фитопатогенов.

Микробная масса+метаболиты:

Препараты для борьбы с вредителями сельского хозяйства.

Регуляторы для жизнедеятельности растений.

Метаболиты:

Регуляторы жизнедеятельности растений.

Препараты для борьбы с вредителями сельского хозяйства.

Пленки для защиты корней[6].

Применение микробной массы в растениеводстве

Применение землеудобрительных препаратов

Использование нитрагина и ризоторфина

Практическое использование клубеньковых бактерий фактически началось еще в середине XIX в., когда почву, на которой до того выращивали бобовые культуры, в количестве 3-5 т/га разбрасывали по полям, где также планировали посевы бобовых и где они раньше не выращивались.

Однако в конце XIX- начале XX в. стали применять более эффективный метод клубеньки с корней бобовых подсушивали, тонко измельчали и размешивали с наполнителями (тальк, бентонит).

Такими препаратами, получившими название нитрагин, обрабатывали семена бобовых перед посевом в США (1986), Германии (1896), Венгрии (1898), Англии (1906), России (1907). В настоящее время препараты клубеньковых бактерий производят и применяют во многих странах.

Наиболее распространенный метод применения нитрагина и ризоторфина - это предпосевная обработка семян в день их посева из расчета 200г сухого нитрагина и 500г ризоторфина на 1 га.

Применение фосфорно-калиевых и органических удобрений повышает эффективность препаратов клубеньковых бактерий. Нитрагин и ризоторфин увеличивают урожайность бобовых на полях, где они выращиваются впервые [3,4].

Применение азотобактерина

Препараты на основе азотобактера целесообразно использовать лишь в плодородных почвах, содержащих фосфор и микроэлементы, особенно молибден, ванадий и бор, в сочетании с внесением органических и минеральных удобрений. Способ применения зависит от особенностей обрабатываемого посевного материала. Семена зерновых обрабатывают сухим азотобактерином механизированным способом из расчета 100 млрд. жизнеспособных клеток на одну гектарную порцию смеси. Клубни картофеля, предназначенные для посадки на 1га, смачивают водной суспензией бактерий из расчета 300 млрд. на 15 л воды [3,4].

Применение фосфобактерина

Фосфобактерин применяют для повышения урожайности картофеля, сахарной свеклы, зерновых на черноземных почвах, отличающихся большим количеством фосфорорганических соединений. На гектарную порцию зерновых требуется 100 млрд. спор B.megaterium, а на 1 га посадочного материала картофеля - 150-120 млрд. спор бактерий[3,4].

Применение флавобактерина

Обработка рабочим раствором посадочный материал перед посевом (посадкой) - норма расхода биопрепарата от 300 мл до 1 л в зависимости от культуры.

Обработка растений в период вегетации. Норма расхода биопрепарата 250-500 мл на 1 гектар. При необходимости можно проводить повторные обработки через 2 недели.

Обработка сельскохозяйственной продукции перед закладкой на хранение путем опрыскивания или обмакивания в растворе биопрепарата[5].

Применение ризоагрина

Предпосевная обработка семенного материала.

Внекорневые обработки в период вегетации[5].

Применение азоризина

При посадке в условиях открытого грунта семена равномерно обрабатываются суспензией препарата и высеваются;

При посадке в условиях закрытого грунта рассадой, корневую систему растений погружают в суспензию препарата и высаживают;

При посеве семян (саженцев) непосредственно в лунку (1-2г твердого или 1-2мл жидкого препарата);

2-х кратная обработка в период вегетации с интервалом 15-20 дней[5].

Применение агрофила

Замачивание посадочного материала;

Обработка при посадке путём полива;

Замачивание черенков перед посадкой;

Внекорневые обработки в период вегетации[5].

Применение мизорина

Обработка рабочим раствором посадочного материала перед посевом (посадкой) - норма расхода биопрепарата от 250 мл до 1 л в зависимости от культуры.

Обработка растений в период вегетации. Норма расхода биопрепарата 250-500 мл.на 1 гектар. При необходимости можно проводить повторные обработки через 2 недели[5].

Применение препаратов для борьбы с вредителями сельского хозяйства

Бактериальные препараты для борьбы с насекомыми-вредителями сельского хозяйства и леса включают чаще всего энтомопатогенную тюрингскую бациллу Bacillusthuringiensis. Данный ид образует два токсина - ви д. в-экзотоксин имеет широкий спектр действия на насекомых, но губителен и для млекопитающих. д-эндотоксин при попадании в кишечник насекомого модифицируется и взаимодействует со стенкой кишки, изменяя ее так, что содержимое кишечника попадает в гемолимфу, вызываю общий паралич [6].

Применение препаратов микроорганизмов - антагонистов фитопатогенов

Между растениями и населяющими их поверхность эпифитными микроорганизмами складываются самые разнообразные симбиотические взаимоотношения. При этом между эпифитными микроорганизмами возникает конкуренция за источник питания, причем у здорового развитого растения нормальная микрофлора подавляет патогенную. Поэтому встает задача как можно раньше занять места для на растении для нормальной полезной микрофлоры. Этого можно достичь путем инокуляции семян, опрыскивания проростков или растений или обработкой корней при пересадке суспензией нужных микроорганизмов, а также внесения их в почву. В России применяют бактериальные и грибные препараты - антагонисты фитопатогенов: фитоспорин (Bacillussubtilis, на пшенице и картофеле), псевдобактерин-2 (Pseudomonasaureofaciens, на пшенице и овощах закрытого грунта), планриз (Pseudomonasfluorescens, на зерновых, картофеле, капусте), триходермин (Trichodermalignorum, на овощах и цветах защищенного грунта) и др. [7].

Применение метаболитов микроорганизмов

Регуляторы жизнедеятельности растений

С помощью фиторегуляторов удается значительно повысить устойчивость растений к неблагоприятным внешним воздействиям, увеличить продуктивность, устранить некоторые недостатки высокоурожайных сортов. На первом месте по масштабам применения стоит гибберелловая кислота (продукт «Завязь») - продукт гриба Gibberellafujikuroi, фитогормон, активирующий рост растительных клеток и применяющийся на овощах для стимуляции образования завязей и ускорения созревания, а также для получения бессемянных сортов винограда [8].

Микробные метаболиты для борьбы с вредителями сельского хозяйства

В России для борьбы с фитопатогенными микроорганизмами очищенные антибиотики в настоящее время не используют, хотя в мире эта практика существует[7].

Пленки для защиты корней

Многие бактерии имеют слизистую капсулу, причем микробные слизи синтезируются больших количествах. В растворе эти слизи образуют гели, при высыхании тонкие пленки, проницаемые для кислорода, но непроницаемые для воды. Микробные слизи в растениеводстве для сохранения корней рассады до высыхания.

В этом разделе выяснилось, что землеудобрительные препараты, это всего лишь частный случай, когда микробную массу можно использовать как удобрение. Возможно использование метаболитов микроорганизмов, которые являются не менее эффективными.

Так же выяснилось, что чаще всего бактериальное удобрение применяют путем предпосевной обработки посадочного материала, а также применяют полив растений в период вегетации, замачивание черенков, полив при посадке. Применяя удобрение необходимо учитывать количество бактерий на гектар, состав и кислотность почвы.

Изучив бактериальные удобрения промышленного производства, следует изучить бактериальные удобрения, которые получают путем переработки навоза.



РАЗДЕЛ 2. ИЗУЧЕНИЕ БАКТЕРИАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ ПРОИЗВОДСТВА БИОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ НАПРИМЕРЕ «РОСПОЧВА»

По данным экспертов 2011 года за один год выход навоза одной коровы составляет 20 000 кг, свиньи - 4000 кг, курицы - 200 кг помета; от одной фермы объем навозных стоков составляет 2000м3 , которые по уровню химического загрязнения в 10 раз опаснее коммунально-бытовых отходов; площадь загрязненных полей в РФ 2,5 млн. га. Повысить уровень экологической безопасности атмосферы и земельных угодий путем переработки отходов животноводства и птицеводства сможет биогазовая установка[9].

2.1 Производство бактериального удобрения «РосПочва» (Патент РФ № 2248955)

Это удобрение производится на единственной в Удмуртии биогазовой установке для переработки навоза крупнорогатого скота. В результате анаэробного (без доступа воздуха) разложения навоза, при температуре 52-55 0С, в биогазовой установке, производится два основных продукта: биогаз и удобрение. Биогаз используется для поддержания температуры в реакторе биогазовой установки, а удобрение - экологически чистый, готовый к применению жидкий концентрированным продуктом. Это позволяет решить важные экологические задачи: утилизацию отходов и поддержание плодородия почв.

Структура биогазовой установки (смотри рис. 1)

Приемная емкость.

Биореактор (внутренний).

Биореактор (внешний, V=1300м3, со встроенным газгольдером V=217 м3).

Газгольдер наружный (V=5м3).

Когенерационная станция (тепловая энергия 180кВт/ч, электроэнергия 125 кВт/ч).

Емкость для биоудобрения (наружная, V= 50м3).

Емкость для хранения биоудобреня (внутренняя, V=25 м3).

Лагуна для хранения биоудобрения.

Газовый котел.

Контроллер[10].

Рис. 1 - Структура действующего биогазового комплекса

Описание процесса

Ежедневно субстрат собирается в яме (приемной емкости) и перед подачей в биореактор при необходимости измельчается и смешивается с водой до состояния, способного перекачиваться насосом.

Субстрат попадает в анаэробный биореактор. Биореактор работает по принципу расхода. Это значит, что в него с помощью насоса, без доступа воздуха поступает (6-12 раз в день) свежая порция подготовленного субстрата. Такое же количество переработанного субстрата вытесняется из биореактора в резервуар - хранилище.

Биореактор работает в мезофильном диапазоне температур 38-400С. Система обогрева обеспечивает необходимую для процесса температуру и управляется автоматически.

Существующие типы ферментации:

Мезофильный тип

Положительные факторы:

Производительность газа практически не снижается при отклонении температуры на 1-20С от оптимума.

Требуется меньше энергетических затрат на поддержание температуры.

Отрицательные факторы:

Выделение газа менее интенсивно.

Требуется больше времени до полного разложения субстрата -25 дней.

Биошламполученный при данном режиме не является полностью стерильным.

Термофильный тип

Положительные факторы:

Выделение газа интенсивнее.

Требуется меньше времени до полного разложения субстрата - 12 дней.

Биошламполученый при данном режиме является полностью стерильным и поэтому его можно применять в качестве кормовых добавок животным.

Отрицательные факторы:

Производительность газа значительно снижается при отклонении температуры на 1-20С от оптимума;

Требуется больше энергетических затрат на поддержание температуры [11].

Содержимое биореактора регулярно перемешивается с помощью встроенного устройства гомогенизации.

Образующийся при ферментации газ скапливается в газгольдер. Давление газа регулируется с помощью встроенного предохранительного клапана.

Полученный биогаз после осушки поступает в блочную когенерационную установку, производящую тепло- и электроэнергию. Около 10% электроэнергии и 30% теплоэнергии (в зимний период) необходимы для работы самой установки.

Переработанный субстрат после биогазовой установки (БГУ) возможно сепарировать. Система механического разделения разделяет остатки брожения на твердые и жидкие фракции. Твердые фракции составляют 3-3,5% субстрата и представляют собой биогумус.

В установке BiogasEnergyв качестве опции предлагается модуль LANDСO, перерабатывающей жидкую фракцию в жидкие удобрения и чистую (дистиллированную) воду. Чистая вода составляет 85% от объема жидкой фракции. Оставшиеся 15% занимают жидкие удобрения.

Работа БГУ непрерывна, т.е. постоянно в реактор поступает свежий субстрат, сливается переброженный, сразу же разделяясь на воду, био- и минеральные удобрения. Цикл образования биогаза в зависимости от типа ферментора и типа субстрата составляет от нескольких часов до месяца[12,13].

Исследовав структуру и процесс работы БГУ можно сделать вывод, что основным продуктом является биогаз, а удобрение как дополнительный продукт, который в дальнейшем возможно сепарировать. Основные процессы происходят в биореакторе в мезофильном диапазоне температур, хочу это подчеркнуть, так как данный диапазон является не губительным для бактерий, благодаря чему в образовавшемся биошламе возможно содержание активной микрофлоры.

2.2 Характеристика удобрения «РосПочва»

Органические отходы животноводческих комплексов и перерабатывающей промышленности сами по себе уже являются удобрениями.

Однако коэффициент полезного действия таких удобрений составляет всего 10-15% от возможного. При переработке же этих отходов на биогазовой установке происходит значительное улучшение их свойств.

Биоудобрение «РосПочва» по многим показателям в несколько раз лучше других органических удобрений (навоз, помет, торф). Вот некоторые из них:

отсутствие семян сорняков, отсутствие адаптационного периода, стойкость к вымыванию из почвы питательных элементов, максимальное сохранение и накопление азота, но важнейшими показателями являются:

Отсутствие патогенной микрофлоры. Через органические удобрения часто распространяется много возбудителей заболеваний растений. Например, в навозе могут содержаться свыше 100 опасных для животных и человека болезней: сибирская язва, туберкулез, бруцеллез, паратиф, паратуберкулез, ящур, сальмонеллез, аскаридоз, кишечные инфекции, - это лишь некоторые из них. Биоудобрение «РосПочва», благодаря специальной технологии переработки в биогазовой установке, полностью обеззаражено от патогенной микрофлоры.

Наличие активной микрофлоры, которое способствуют интенсивному росту растений.

Органические отходы, которые используют в качестве удобрения, не имеют или содержат небольшое количество микрофлоры. В навозе содержится 109 колоний/гр. разной микрофлоры, в том числе и патогенной.

В биоудобрении «РосПочва» содержится 1012 - 1014 колоний/гр. микрофлоры.

Состав:

Гиббереллины;

Ауксины;

Витамины.

Эффективность использования:

Ускоряет наступление периода плодоношения.

Продлевает период продуктивной вегетации растений.

Позволяет значительно повысить урожайность.

Увеличивает энергию прорастания семян.

Значительно снижает содержание нитратов в плодах.

Является универсальным и может быть использовано под любые культуры, на любых почвах.

Высокая эффективность удобрения «РосПочва» объясняется изменением микробиологических процессов в самой почве, которые способствуют преобразованию и накоплению питательных веществ в доступной для растений форме.

Основные показатели:

Массовая доля влаги - 90±5 %.

Кислотность среды - рН= 7ч8.

Содержание макроэлементов в % на АСВ, не менее

Азот общий - 4,2.

Калий - 3,7.

Фосфор - 1,7.

Содержание микроэлементов в мг/л, не более

Цинк - 4,4.

Кобальт - 1.

Медь - 0,7[14].

Виды продукции:

Универсальное.

Томат-перец-баклажан.

Плодово-ягодное и др. [15].

2.3 Практическое применение удобрения

Проведены исследования действия биоудобрения «РосПочва» на содержание нефтепродуктов в загрязненной почве, на состояние растительности для получения практических данных его эффективности. Выявлено увеличение прироста биомассы надземнойчасти растений [16].

В течение 2006-2008 гг. изучалось влияние удобрения «РосПочва» на урожайность и качество продукции овощных культур. Основные исследования были проведены в д. Якшур Завьяловского района Удмуртской республики на дерново-подзолистой среднеокультуренной супесчаной почве, близкой к нейтральной, с очень высокообеспеченной подвижным фосфором и обменным калием, с содержанием 1,44% гумуса.

Результаты исследований:

При сравнении с несброженным (нативным) навозом, удобрение «РосПочва» дало достоверную прибавку урожайности 5,1 т/га. Действие нативного навоза было близко к поливу водой и значительно уступало удобрению.

Удобрение в больших дозах не оказало положительного влияния на урожайность моркови (угнетался рост растений, появлялись уродливые корнеплоды). Выход товарной продукции с большой концентрацией составил 75%, а при внесении с водой - 81-82%, это связано с присутствием в метанизированном шламе биологически активных веществ (фитогормонов). При разбавлении удобрения в 20 раз, «РосПочва» оказалась эффективна: прибавка урожайности лука репчатого и моркови столовой составили 3,9 т/га и 4,6т/га, белокочанной капусты - 10,9-17,8%, причем в луке репчатом повысилось содержание аскорбиновой кислоты на 2,8-4,8 мг/100г и водорастворимых сахаров на 0,7-1,2%; снизилось содержание нитратов в луке репчатом на 2,0-3,0 мг/кг, в моркови столовой на 13,21 мг/кг, в капусте белокочанной повысилось содержание сухого вещества на 2,0% и водорастворимых сахаров на 0,2-0,7%.

Подробный анализ почвенных образцов, отобранных, как до посева, так и после уборки культур, показал, что применение удобрения в изучаемых дозах не оказывает существенного влияния на агрохимические показатели почв. «РосПочва» играет роль биостимулятора.

От внесения удобрения интенсивность выделения углекислого газа составила 82,9 мг CO2/м2 час.

Можно сделать заключение о том, что исследование удобрения «РосПочва» на дерново-подзолистых почвах Удмуртской Республики в качестве органического удобрения способствует получению высокой урожайности экологически чистой овощной продукции, а так же указывает положительное влияние на биологические свойства почвы. Таким образом, продукт анаэробной переработки навоза крупного рогатого скота является перспективным биоорганическим удобрением и может быть использован в овощеводстве открытого грунта в условиях Среднего Предуралья[17].

Удобрение «РосПочва» рассматривается как биоорганическое (наличие в нем активной микрофлоры и органических веществ), но в большей степени производитель относит его к органическому удобрению, так как основой удобрения являются ауксины, гиббереллины и фитогормоны. Необходимо исследовать состав микрофлоры и ее роль при внесении в почву.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате работы я изучил теоретический материал по бактериальным удобрениям. Проанализировав литературу, я выяснил, что специфичность действия данных удобрений связана с процессами метаболизма бактерий. Бактерии способны фиксировать и превращать химические вещества, содержащиеся в почве, воздухе в доступную для растений форму, синтезировать антибиотики, ростостимулирующие вещества и витамины. Благодаря этому биоудобрения способны повысить урожай, скорость его созревания, устойчивость к болезням и стрессам, конкурентоспособность к фитопатогенным грибам. При этом производство и применение относительно простое. К недостаткам биопрепаратов можно отнести зависимость эффективности их действия от состава и свойств почвы, условий производства, условий хранения и ряда других факторов, расчет товарной упаковки на применение на больших площадях, затруднено использование на малых садовых участках, малый срок хранения, некоторая "сезонность" производства. Также в ходе работы было исследовано удобрение, полученное путем переработки навоза в биогазовой установке «РосПочва». Данное биоорганическое удобрение можно отнести по эффективности к бактериальным удобрениям промышленного производства, но необходимо учитывать, что функциональную основу выполняют гиббереллины и ауксины, а не бактерии.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Академик [Электронный ресурс] / Словари и энциклопедии на Академике. - 2000-2013. - Режим доступа: http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/519056.

2. Дятлова К.Д. Микробные препараты в растениеводстве / К.Д. Дятлова // Соросовский образовательный журнал - 2001. - Т. 7, вып. 5. - С. 17-22.

3. Практикум по микробиологии: Учеб. Пособие для студ. высш. учеб.заведений / А.И. Нетрусов, М.А. Егорова, Л.М Захарчук и др.; Под ред. А.И. Нетрусова. - М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 453-459 с.

4. Биоудобрения на основе микроорганизмов: Учебное пособие/Н.Н. Терещенко. - Томск:Томский государственный университет, 2003. - 60c.

5. Профессия фермер [Электронный ресурс]/Полезная информация. Форум. - Алексей Рагузин: 2007. - Режим доступа к журн.: http://www.profermer.ru

6. Основы биотехнологии: Для студентов, аспирантов и практ. работников / Елинов Н.П. - СПб.: Наука, 1995. - 600 с.

7. Справочник пестицидов и агрохимикатов, разрешенных применению в Российской Федерации в 2000 году. - М.: Агрорус, 2000. - 277 с.

8. Сельскохозяйственная биотехнология: Учебник/ Шевелуха В.С., Калашникова Е.А., Дегтярев С.В. и др.; Под. ред. В.С. Шевелухи. - М.: Высш.шк., 1998. - 416с.

9. Биогазовая установка [Электронный ресурс]: 2011. - Режим доступа: http://www.youtube.com/watch?v=AfO-3lDB44A

10. РосПочва [Электронный ресурс]: Электрон. дан. - компания «Picom».2008-Режим доступа: http://rospochva.ru

11. ТБО (твердые бытовые отходы) [Электронный ресурс]:Основы производства биогаза - Издательский дом "Отраслевые ведомости".2007.-Режим доступа: http://www.solidwaste.ru/publ/view/34.html

12. BiodasEnergy [Электронный ресурс]: Электрон. дан. - AEnergy.ru.2007-2013-Режим доступа: http://biogas-energy.ru

13. Биотехнология: свершения и надежды: Пер. с англ./Под ред., с предисл. и дополн. В.Г. Дебабова. - М.:Мир, 1987.-411с., ил.

14. Ижевск. форум [Электронный ресурс]: Элитное удобрение «РосПочва» - ООО "Марк" 2014. - Режим доступа: http://izhevsk.ru/forummessage/51/750512.html

15. Натуральное удобрение «Роспочва» [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://ground.grossbuilding.ru/#benefits

16. Тезисы докладов «Первой региональной экологической конференции»//Вестник КИГИТ - 2011. - 28 апреля.

17. Колодкин В.М., Бухарина И.Л. Безопасность в техносфере / Бортник Т.Ю., Лекомцева Е.В., Иванова Т.Е. // Использование продукта анаэробной переработки навоза в качестве удобрения на легких дерново-подзолистых почвах Удмуртской Республики: статья - Ижевск: Изд-во «Удмуртский университет», 2010. - С. 110-117.

Размещено на Allbest.ru