Результат интеллектуальной деятельности: Опилочно-почвенный субстрат для оптимизации плодородия почв

Изобретение относится к лесному хозяйству и может быть использовано для переработки большого количества древесно-опилочных материалов, которые представляют пожарную опасность на предприятиях лесного комплекса. Также имеет значение для искусственного лесовыращивания и содействия естественному восстановлению почв на участках вырубок, путем повышения их плодородия.

Известен способ утилизации некондиционной полимеризованной смолы с помощью компостирования [патент RU 2505561 С2, МПК C08J 11/04, С05С 9/02, опубл. 27.01.2014]. Данное изобретение может быть использовано с целью рециклинга для получения конечного продукта - органоминерального удобрения. Опилки в данном способе используются как органический наполнитель осадков сточных вод.

Известен способ повышения плодородия почвы [патент RU 2426292 C1, МПК А01В 79/02, В09С 1/10, опубл. 20.08.2011], заключающийся в создании на поверхности грунта отдельного поля многослойной гряды, содержащей слои навоза и отходов сельскохозяйственных культур. Многослойную гряду выдерживают до нарастания количества компостных червей до критической массы. Затем создают протяженный бурт, содержащий слои навоза и органических отходов. Выдерживают бурты до нарастания количества компостных червей до критической массы. Недостаток способа в том, что такая гряда содержит только органические вещества, а минеральные компоненты не вносятся.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является способ получения биологически активного средства для роста и развития растений [патент RU №2264460 С2, МПК С12Р 1/00, C05F 3/00, опубл. 20.11.2005]. Способ включает предварительное измельчение органических отходов и торфа при соотношении компонентов 50:50 с последующим их перемешиванием, введение в смесь фосфорнокислого калия в количестве 0,01-0,5 мас. % исходной смеси, дополнительное перемешивание компонентов и проведение процесса биоконверсии в две стадии при повышенной температуре. Недостатком данного способа является то, что процесс биоконверсии протекает при повышенной температуре, это ведет к дополнительным энергозатратам.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является приготовление опилочно-почвенного субстрата для оптимизации плодородия почв, позволяющего утилизировать большое количество древесно-опилочных материалов.

Техническим результатом данного изобретения является повышение эффективности опилочно-почвенного субстрата, путем внесения микокомпоста (продукта биоконверсии опилок дереворазрушающим грибом Trametes versicolor), это позволяет повысить плодородие почвы и стимулировать обменные процессы в тканях растений, а также утилизировать большое количество древесно-опилочных материалов.

Технический результат достигается тем, что опилочно-почвенный субстрат для оптимизации плодородия почв, содержащий опилочно-почвенную смесь, насыщенную тщательно подобранными микродозами удобрительных композиций, дополнительно содержит микокомпост (продукт биоконверсии опилок дереворазрушающим грибом Trametes versicolor) при следующем соотношении компонентов, масс. %: опилочно-почвенная смесь, приготовленная в соотношении 50:50 - 90,8; удобрительная композиция - 0,1; микокомпост - 9,1.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемое изобретение отличается от известного тем, что дополнительно содержит микокомпост (продукт биоконверсии опилок дереворазрушающим грибом Trametes versicolor) в соотношении ≈10% к основной опилочно-почвенной массе.

Признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию «новизна».

Признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа не выявлены при изучении других известных технических решений в данной области техники и, следовательно, обеспечивают ему соответствие критерию «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется диагрммами. На фиг. 1 представлено содержание микроорганизмов в опилочно-почвенных субстратах на основе микокомпоста; на фиг. 2 - активность оксидоредуктаз в опилочно-почвенных субстратах на основе микокомпоста; на фиг. 3 - высота саженцев сосны обыкновенной (Pinus silvestris) после применения опилочно-почвенных субстратов на основе микокомпоста; на фиг. 4 - прирост верхушечной почки главного побега у ели сибирской (Picea obovata) в результате применения опилочно-почвенных субстратов на основе микокомпоста; на фиг. 5 - содержание азотистых веществ в хвое сосны обыкновенной (Pinus silvestris) после применения опилочно-почвенных субстратов на основе микокомпоста.

Сущность изобретения заключается в приготовлении опилочно-почвенного субстрата для оптимизации плодородия почв, включающем в себя смешивание чистых сосновых опилок и верхнего плодородного слоя лесной почвы в соотношении 50:50 и насыщение данной смеси тщательно подобранными микродозами удобрительных композиций. Верхний плодородный слой лесной почвы в короба с опилками добавлялся с целью снабжения азотом обедненных данным элементом отходов лесопереработки и для снабжения соответствующей азотмобилизующей почвенной микрофлорой. Для активизации определенных форм микроорганизмов, отвечающих за метаболизм того или иного элемента в почве, использовались удобрительные композиции в пропорциях, соответствующих приготовлениям микробиологических сред для роста этих микроорганизмов.

1. Вариант: Диаммофоска (NH₄)₂HPO₄, N:P:K 10:24:24 / 40 г на 10 л воды + СаСО₃

2. Вариант: Аммонийная селитра (NH₄NO₃) N - 34,5% / 40 г на 10 л воды + СаСО₃

3. Вариант: Сульфат аммония (NH₄)₂SO₄ N - 21% S-24% / 40 г на 10 л воды + СаСО₃

4. Вариант: Мочевина СО(NH₂)₂ N - 46% / 40 г на 10 л воды + СаСО₃

5. Контроль: Опилки + Почва + СаСО₃.

Также в качестве контроля присутствовал участок без внесения удобрительных субстратов.

Процесс биокомпостирования опилочно-почвенной смеси, насыщенной микродозами удобрительных композиций, проходил в течение 1 месяца в специальных коробах-биореакторах размером 3×4 м в соотношении 100 г удобрения на 100 кг опилочно-почвенной смеси, приготовленной в соотношении 50:50. Для приготовления удобрительных субстратов 40 г удобрения растворяли в 10 л воды и смачивали ими опилочно-почвенную смесь. Также в 10 л воды одновременно растворяли 40 г извести (СаСО₃) в целях повышения уровня рН почвенного раствора.

В середине вегетационного периода получившиеся опилочно-почвенные субстраты в количестве около 100 кг были заделаны непосредственно в верхний пахотный слой почвы лесопитомника на специально выделенных и огороженных участках 3×3 метра. На поле лесопитомника высажены двухлетние саженцы ели и сосны в трех повторностях на участках с вариантами удобрительных композиций. Также высажены культуры в контрольный вариант почвы без опилок.

Применение опилочно-почвенного субстрата повысило трофическую, микробиологическую и энзиматическую активность почвы под хвойными культурами, и оптимизировало процессы трансформации опилочно-почвенной смеси.

Далее проводились работы по повышению эффективности опилочно-почвенной смеси путем внесения микокомпоста (продукта биоконверсии опилок дереворазрушающим грибом Trametes versicolor).

Пример приготовления

Приготовление заявленного опилочно-почвенного субстрата для оптимизации плодородия почв с соотношением компонентов, масс. %:

Приготовление опилочно-почвенного субстрата включает в себя смешивание чистых сосновых опилок и верхнего плодородного слоя лесной почвы в соотношении 50:50 и насыщение данной смеси микродозами удобрительных композиций в соотношении 100 г удобрения на 100 кг опилочно-почвенной смеси. Для приготовления удобрительных субстратов 40 г удобрения растворяли в 10 л воды и смачивали ими опилочно-почвенную смесь. Также в 10 л воды одновременно растворяли 40 г извести (СаСО₃) в целях повышения уровня рН почвенного раствора.

Приготовление микокомпоста осуществлялось следующим образом.

Был приготовлен субстрат: 4740 г чистой сухой стружки залито 16 литрами сусла. В стружку добавлено 400 г чистотела для усиления лигнолитической активности. На следующий день имеющийся продукт раскладывали по 3-х литровым банкам и добавляли зерновой инокулюм гриба Trametes versicolor в стерильных условиях в соотношении 2,5-3% от объема.

В течение полугода в банках наращивался микокомпост, далее его добавляли к 6-7 кг автоклавированных опилок. В результате чего получилось 5 контейнеров с микокомпостом весом 8-10 кг каждый. В начале сезона контейнеры перевозились на стационар, где в соотношении ≈10% к основной опилочно-почвенной массе добавлялись в короба-биореакторы с микродозами диаммофоски, аммонийной селитры, сульфата аммония, мочевины и контрольным вариантом.

Применение опилочно-почвенного субстрата на основе микокомпоста благоприятно сказалось на состоянии почвенного микробиоценоза (Фиг. 1). В варианте с микродозами диаммофоски и мочевины количество всех групп микроорганизмов превышает таковое как в контрольном варианте, так и в остальных вариантах. Количество гидролитиков возрастает более, чем в 3 раза по сравнению с контролем, что указывает на активность большего количества внешних ферментов для инициации начальной стадии деструкции опилок.

На Фиг. 2 наглядно показано увеличение активности ферментов полифенолоксидазы и пероксидазы в вариантах микопродукта с удобрительными композициями, по сравнению с контрольным вариантом. Данные ферменты участвуют в реакциях разложения фенольных соединений при образовании гумусовых веществ, и по их соотношению определяется коэффициент гумификации: чем он выше в почвах - тем интенсивнее идут процессы гумусообразования, гумусонакопления. В вариантах с аммонийной селитрой и мочевиной коэффициент гумификации наиболее близок к контрольной смеси.

Обогащение почвы опилочно-почвенным субстратом с микопродуктом также сказалось на приросте и выживаемости саженцев (Фиг. 3 и Фиг. 4). Показано, что в конце вегетационного периода в результате применения опилочно-почвенных субстратов достоверно увеличился рост саженцев сосны обыкновенной (в случае использования микродоз сульфата аммония в 2 раза), также в 2-3 раза увеличился прирост верхушечной почки главного побега у ели сибирской по сравнению с контролем.

Кроме того, применение опилочно-почвенного субстрата на основе микокомпоста стимулировало увеличение содержания аммонийного азота в почве и белкового азота в хвое сосны и ели, что говорит об увеличении жизненного потенциала растения, оптимизации габитуса и усилении естественного прироста (Фиг. 5). В нашем случае максимальное содержание белкового азота в хвое сосны присутствовало в вариантах с мочевиной, сульфатом аммония, аммонийной селитрой, и диаммофоской (от 12,5 до 14,6 мг/ г^-1 а.с.в.), что составляет от 67,5 до 75% от общего азота в хвое. В контрольном варианте наблюдается наименьший показатель содержания белкового азота, (8,7 мг/ г^-1 а.с.в.).