БЕЗРЕАГЕНТНЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО ГУМИНОВОГО ОРГАНИЧЕСКОГО БИОПРЕПАРАТА ДЛЯ РАСТЕНИЕВОДСТВА, ЖИВОТНОВОДСТВА И ПТИЦЕВОДСТВА

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к разработке композиций и производству экологически безопасных препаратов - жидких гуминовых органических биопрепаратов для растениеводства, животноводства и птицеводства на основе высокогумусированного органосодержащего субстрата (вермикомпост), которые могут быть использованы в сельскохозяйственном производстве, садоводстве, цветоводстве, для выращивания рассады овощных и цветочных культур, на приусадебных участках в качестве питательной подкормки поливом (внекорневая обработка) и опрыскиванием растений (листовая обработка) и для предпосевной обработки семян, а также в животноводстве в качестве кормовой добавки в корм и питьевую воду, обладающей антиоксидантными и иммуностимулирующими свойствами, ускоряющими регенерацию тканей и стимулирующими процессы выработки энергии, регулирующими углеводный и липидный обмен.

В современных условиях землепользования особенно важным является поиск новых форм экологически безопасных биоорганических удобрений и жидких биопрепаратов, полезных в органическом земледелии и обеспечивающих оптимизацию использования питательных веществ при культивировании растений, получение высоких урожаев, снижение химической нагрузки на сельскохозяйственные земли, сохранение и восстановление плодородия почв. Существует серьезный дефицит высокоэффективных биоорганических удобрений и биопрепаратов в виде жидких рабочих форм.

В последние десятилетия во многих странах мира, в том числе и в России, некоторые фирмы для получения и производства различных бактериальных и гуминовых биопрепаратов сельскохозяйственного назначения стали широко использовать в качестве исходного сырья конечные продукты аэробной ферментации органосодержащих отходов (вермикомпост).

Получение гуминовых биопрепаратов на основе вермикомпостов путем щелочной обработки в жидкой фазе - это наиболее широко используемая технология. Щелочная обработка исходных субстратов в воде позволяет получать более концентрированные препараты, которые содержат в себе практически все компоненты (водорастворимые и щелочерастворимые) вермикомпоста: соли гуминовых кислот и фульвокислот, аминокислоты, пептиды, витамины, антибиотики, гормоны роста и развития растений и другие продукты жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и самих дождевых червей (вермикультуры). Более того, щелочная обработка позволяет не только более полно извлекать из вермикомпостов все его компоненты, но многократно усиливать физиологические активности самих гуминовых кислот, образуя их водорастворимые соли: гуматы натрия, калия или аммония. Эта технология является безотходной, так как осадок вермикомпоста после щелочной экстракции содержит в себе органо-минеральную часть вермикомпоста и водонерастворимые гуматы кальция, железа, меди и других металлов. Этот осадок после подсушивания можно использовать как высокоценный компонент в составе почвогрунтов [1, 2].

Из уровня техники известен способ получения комплексного удобрения, который включает проведение микробиологической ферментации водной суспензии вермикомпоста при 25-30°C и непрерывное обогащение его кислородом в течение 150-170 часов. Недостатком способа является незначительное содержание гуминовых веществ в конечном продукте (не более 3-5% водорастворимых соединений переходит в водный экстракт). Кроме того, способ характеризуется большой продолжительностью и высокими энергозатратами [3].

Из уровня техники известен способ получения жидкого биостимулятора роста и развития растений из гумус-содержащих веществ, согласно которому получают бактериальную суспензию (водный экстракт веществ, содержащих гумус: вермикомпосты, компосты, зоогумус, который содержит соединения, растворимые в воде, и почвенные микроорганизмы). После отделения водного экстракта, проводят щелочную экстракцию водорастворимой фракции. После нейтрализации азотной кислотой щелочной экстракт соединяют с бактериальной суспензией с получением конечного целевого продукта [4].

Недостатком данного способа получения жидкого биостимулятора роста и развития растений является низкое содержание гуматов и фульватов веществ в целевом продукте (суммарно около 0,25% на сухое вещество).

Из уровня техники известен способ получения жидкого биоорганического удобрения по технической сути и достигаемому результату является способ получения биостимулятора роста и развития растений из гумусосодержащих веществ (прототип). Способ включает получение водной вытяжки из гумусосодержащих веществ и последующую микробиологическую ферментацию с наращиванием в водном экстракте биомассы почвенных микроорганизмов. Процесс проводят в течение 3-24 часов при температуре 20-35°C и непрерывной аэрации. Полученную суспензию отстаивают, обогащенную водную вытяжку отделяют от осадка. Осадок подвергают щелочной экстракции 0.02-0.3 н. раствором щелочи при 60-100°C. Полученный щелочной экстракт нейтрализуют азотной кислотой до значения рН 8.0-9.5 и добавляют водную суспензию с бактериями, перемешивают, отстаивают, получая жидкий целевой продукт [5].

Из уровня техники известен способ получения жидкого биостимулятора роста и развития растений на основе вермикомпостов, в котором проводится дробное фракционирование исходного сырья, то есть бактериальную суспензию получают при аэрации водной суспензии вермикомпоста, затем раздельно получают кислотную и щелочную вытяжки из вермикомпоста, которые объединяют, нейтрализуют и вводят бактериальную суспензию для получения целевого продукта [6].

Недостатками вышеописанных способов получения жидких гуминовых препаратов на основе вермикомпостов являются:

- невозможность использования таких препаратов, полученных данными способами, в органическом земледелии, животноводстве и птицеводстве, так как для его получения используют неорганические соединения (неорганические кислоты и щелочи);

- высокая энергоемкость технологического процесса из-за длительной стадии наращивания биомассы почвенных микроорганизмов (до 24-х часов) и высокой температуры щелочной экстракции (60-100°С);

- необходимость соблюдения техники безопасности при производстве с использованием концентрированных неорганических кислот и высокотемпературной щелочной экстракции;

- наличие в готовом продукте, наряду с полезными почвенными микроорганизмами, патогенной микрофлоры;

- необходимость ингибировать процессы брожения в жидком продукте для хранения готовой продукции.

Для получения жидкого гуминового биопрепарата ставится задача:

- получить жидкий биопрепарат для применения в органическом земледелии, животноводстве и птицеводстве, содержащее кроме гуминовых соединений (гуминовых кислот и фульвокислот) комплекс макро-, микроэлементов и биологически активные вещества, что позволит использовать его в растениеводстве, животноводстве и птицеводстве;

- разработать энергосберегающий, технологически и экологически безопасный способ получения жидкого биоорганического препарата высокой концентрации и функциональности при отсутствии патогенной микрофлоры.

Решение указанных задач достигается за счет того, что жидкий гуминовый биопрепарат получается с помощью экстракции кислоторастворимых и щелочерастворимых соединений из гумусосодержащего сырья (вермикомпоста) не используя неорганические кислоты и щелочи, а с помощью католита и анолита электроактивированной воды, которые характеризуется высокими биологическими и физико-химическими активностями.

Анолит, или «мертвая» вода обладает кислотными свойствами (значения рН могут иметь широкий диапазон от 3,5 до 5,5 при величине окислительно-восстановительного потенциала до +1000 мВ) и является антисептиком и дезинфектантом. Его используют для дезинфекции в больнице, им можно дезинфицировать воду.

Католит, или «живая» вода обладает щелочными свойствами (значения рН могут иметь широкий диапазон от 10,5 до 12,5 при величине окислительно-восстановительного потенциала до -800 мВ), а также ростстимулирующими, антиоксидантными и иммуностимулирующими свойствами [7, 8].

Электроактивация водных растворов, как правило, происходит в электролизных устройствах. Электролизер состоит из пары электродов, погруженных в электролит и подключенных к внешнему электрическому полю (постоянному или переменному). Непрерывность электрического тока обеспечивается потоком положительно и отрицательно заряженных ионов и молекул в растворе электролита. Анодные и катодные секции разделяют нейтральными неселективными или монополярными ионообменными мембранами [9].

Предлагаемый способ получения жидкого гуминового биопрепарата для растениеводства, животноводства и птицеводства на основе вермикомпоста является дальнейшим усовершенствованием выше указанного способа получения жидкого гуминового биопрепарата с применением неорганических кислот и щелочей.

Для этого предлагается проводить дробное фракционирование исходного гумусосодержащего сырья (вермикомпоста) раздельно, получая кислотную вытяжку с использованием анолита и щелочную вытяжку с использованием католита, которые затем объединяют для получения целевого продукта.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленный способ отличается новой совокупностью признаков, а именно дробное фракционирование кислоторастворимых и щелочерастворимых соединений из высокогумусированного сырья из вермикомпоста, является принципиально новым подходом при получении конечного жидкого продукта, в котором происходит экстрагирование гуминовых веществ, а также (водорастворимые, кислоторастворимые и щелочерастворимые вещества) в физиологически активном и биодоступном для растений состоянии; при этом одновременно происходит дезинфекция готового жидкого продукта, что исключает его брожение при хранении.

Вышеуказанные обстоятельства свидетельствуют о соответствии заявленного технического решения критерию "Новизна".

Сравнение заявленного способа с известными способами показывает, что оно для специалиста не следует явным образом из уровня техники. Это свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию "Изобретательский уровень".

Заявляемое изобретение иллюстрируется следующим примером.

Пример. Для получения заявляемого жидкого гуминового биопрепарата для растениеводства, животноводства и птицеводства для получения анолита и католита предварительно осуществляют электроактивацию водопроводной воды с общей минерализацией 200-300 мг/л, рН 6,5-7,0, используя установку типа СТЭЛ, например, СТЭЛ-МТ-1 с вертикальным электролизером-активатором, снабженным катодом и анодом из титана и керамической диафрагмой, в непрерывном режиме работы с протоком анолита и католита при скорости от 3,5 до 6 л/час. Плотность тока на электродах 50-100 А/м², температура 20-30°С. При этом получают анолит со значением pH 4,0-5,0 и при величине окислительно-восстановительного потенциала +500-+650 мВ и католит со значением pH 9,0-10,0 и при величине окислительно-восстановительного потенциала около -600 мВ. 10 кг вермикомпоста с влажностью 60-70% загружают в отдельную емкость, добавляют 100 л анолита, гомогенизируют суспензию с помощью высокооборотной мешалки в течение 5-10 мин, смесь отстаивают в течение 30-60 мин, водный кислый экстракт отделяют декантированием от осадка, обработанного анолитом вермикомпоста, в емкость-накопитель. 10 кг вермикомпоста с влажностью 60-70% загружают в отдельную емкость, добавляют 100 л католита, гомогенизируют суспензию с помощью высокооборотной мешалки в течение 5-10 мин, смесь отстаивают в течение 30-60 мин, водный щелочной экстракт отделяют декантированием от обработанного католитом осадка вермикомпоста в емкость-накопитель. Объединенные экстракты в емкости-накопителе перемешивают, определяют значение рН, отстаивают и разливают полученный целевой продукт в тару.

Предлагаемый способ позволяет извлечь из вермикомпоста практически все компоненты (водорастворимые, кислоторастворимые и щелочерастворимые вещества) в физиологически активном и биодоступном для растений и животных состоянии: гуминовые кислоты, фульвокислоты, органические кислоты, витамины, аминокислоты, регуляторы роста и развития растений, бактерицидные и фунгицидные вещества, микро- и макроэлементы.

Предлагаемый способ получения жидкого гуминового препарата для растениеводства, животноводства и птицеводства из вермикомпоста направлен на повышение качества целевого продукта за счет исключения использования неорганических кислот и щелочей с целью получения жидкого биопрепарата для использования в органическом земледелии, животноводстве и птицеводстве; при этом предлагаемый способ обеспечивает получение жидкого гуминового препарата более высокого качества и с более высоким содержанием физиологически активных веществ, что, в конечном счете, обуславливает его более высокую биологическую и физиологическую эффективности.

Жидкий гуминовый биопрепарат, получаемый по предлагаемому нами способу из вермикомпоста, представляет собой темно-коричневую жидкость без запаха. Предлагаемый способ получения жидкого гуминового биопрепарата является простым в отношении аппаратурного оформления и может быть реализован в промышленных условиях.

Применение данного биопрепарата в сельскохозяйственной практике экологически безопасно как для человека, так и животных и почвенной микрофлоры.

При использовании в растениеводстве при корневой обработке растений (полив) и внекорневой обработке растений (опрыскивание) он обладает следующими свойствами:

- повышает всхожесть семян и энергию прорастания;

- стимулирует корнеобразование; способствуют быстрому укоренению черенков;

- стимулирует рост и развитие растений;

- повышает урожайность сельскохозяйственных культур;

- повышают устойчивость растений к неблагоприятным воздействиям окружающей среды при листовой обработке опрыскиванием;

- улучшает структуру почв при поливе;

- снижает количество нитратов в растениях;

- увеличивает содержание в плодах и овощах белков, сахаров, витаминов;

- устраняет хлороз;

- стимулирует цветение и плодоношение;

- усиливает устойчивость растений к бактериальным и грибковым заболеваниям;

- повышает качество урожая и продлевает сроки его хранения.

При использовании в животноводстве и птицеводстве в качестве биологически активной кормовой добавки и при выпаивании животных и птицы он обладает следующими свойствами:

- стимулирует процессы кроветворения и обменные процессы в организме;

- повышает стрессоустойчивость животного организма;

- повышает иммунитет;

- обладает противовоспалительным эффектом;

- является гипоаллергенным раствором;

- нормализует микрофлору желудочно-кишечного тракта;

- имеет нейтральную среду и положительно влияет на процессы пищеварения в рубце и кишечнике;

- повышает сохранность и продуктивность животных;

- рекомендуется для всех видов животных и птиц.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Титов И.Н. / Биопрепараты на основе вермикомпостов: получение, применение и перспективы // Проблемы механизации агрохимического обслуживания сельского хозяйства: сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции «Инновационные агротехнологии и средства механизации для развития органического земледелия», 2-3 декабря 2015 г., г. Рязань, ФГБНУ ВНИИМС / ФГБНУ ВНИИМС. - Рязань. 2015. Стр. 58-65.

2. Титов И.Н., Белик Е.В. / Биопрепараты на основе вермикомпостов: получение, применение и перспективы // Проблемы и перспективы биологического земледелия: материалы Международной научной конференции, 23-25 сентября 2014 г., п. Рассвет. Изд-во Южного федерального университета. - Ростов-на-Дону, 2014, стр. 8-13.

3. Каржеманов В.Н. / Способ получения комплексного удобрения // Патент РФ №2107054 от 27.01.1996.

4. Титов И.Н., Шишова Т.И., Денисов А.А., Феоктистов В.И., Дамиров И.И. / Способ получения жидкого биостимулятора роста и развития растений из гумусосодержащих веществ // Патент РФ №2112763 от 01.10.1996.

5. Титов И.Н. / Способ получения биостимулятора роста и развития растений из гумусосодержащих веществ // Патент РФ №2253641 от 25.12.2002.

6. Титов И.Н., Мулярчик Г.Н. / Способ получения гуминовой органо-минеральной подкормки для растений // Патент РФ №2015154307 от 17.12.2015.

7. Ашбах Д.С. / Живая и мертвая вода - новейшее лекарство современности // Питер, СПб., 2008.

8. Осадченко И.М., Горлов И.Ф., Харченко О.В., Чурзин В.Н., Юрина Е.С., Баранников В.А. / Способ стимуляции проращивания семян сельскохозяйственных структур // Патент РФ №2430501 от 16.06.2009.

9. Плутахин Г.А., Аидер М., Кощаев А.Г., Гнатко Е.Н. / Теоретические основы электрохимической обработки водных растворов // Научный журнал КубГАУ, №92(08), 2013 http://ej.kubagro.ru/2013/08/pdf/35.pdf