Бактериальные удобрения

Бактериальные удобрения

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 <#"727164.files/image001.jpg">

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.

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= 7÷8.

Содержание макроэлементов в % на АСВ, не менее

Азот общий - 4,2 <http://www.lightinthebox.com/ru/4-2-4-inch-activated-carbon-ceramic-painting-water-purifier_p1166880.html>.

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>.

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

.        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.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

.        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.