Библиотека ДИССЕРТАЦИЙ
Главная страница Каталог

Новые диссертации Авторефераты
Книги
Статьи
О сайте
Авторские права
О защите
Для авторов
Бюллетень ВАК
Аспирантам
Новости
Поиск
Конференции
Полезные ссылки
СУПЕРОБУЧЕНИЕ
Комната отдыха

Введите слово для поиска

Порываева Ольга Васильевна.
Органическое вещество торфа, его микробиологическая активация с целью создания нового вида органического удобрения

Российская академия сельскохозяйственных наук
Сибирское отделение
Государственное научное учреждение Сибирский научно-исследовательский институт торфа
(ГНУ СибНИИТ СО РАСХН)

Специальность 06.01.04 - агрохимия

Диссертация
на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук Титова Э. В.

Барнаул

Содержание диссертации
Органическое вещество торфа, его микробиологическая активация с целью создания нового вида органического удобрения

1. Введение

2. Общие сведения об активации природных органических материалов

3. Объекты и методы исследования

4. Разработка способа микробиологической активации органического вещества торфа
4.1. Разработка способа получения микробного инокулята на основе органических удобрений
4.2. Определение технологических параметров активации торфа
4.3. Микробиологическая активация органического вещества торфа месторождения «Темное»
4.4 Влияние свойств низинных торфов месторождений «Темное», «Таганское», «Барабинское» при активации на численность и состав ассоциации микроорганизмов

5. Влияние длительности активации на свойства торфа и его биологическая активность
5.1. Сохраняемость свойств активированного торфа при длительном сроке хранения
5.2. Оценка биологической активности микробиологически активированного торфа

6. Эффективность применения микробиологически активированного торфа под различные культуры
6.1. Влияние микробиологически активированного торфа на агрохимические свойства почвы, урожайность картофеля и его качество
6.2. Эффективность применения микробиологически активированного торфа под зерновые культуры

7. Выводы и предложения

8. Спирок литературы
Приложение 1
Приложение 2

2. Общие сведения об активации природных органических материалов

Россия самая богатая страна в мире по запасам торфа. На ее территории сосредоточено более 40% мировых запасов. Общая площадь разведанных торфяных месторождений составляет более 80 млн. га, а общий объем более 200 млрд. т. Из них 70% приходится на территорию Западной Сибири: в Тюменской области - 61,5%, в Томской - 28,8%, в Омской — 3,0%, Новосибирской — 6,4%, Кемеровской — 0,16%, Алтайском крае — 0,21% (Трунов, 1997).

Агрономическая ценность торфа определяется его минеральной частью, то есть составом и содержанием зольных элементов и органической частью. Особое значение имеют содержание и формы азота в торфе. В различных видах торфа его количество колеблется от 0,7 до 1,4% на органическое вещество. Он представлен различными формами, в том числе аммиачной, нитратной, легкогидролизуемой, а также амидной и аминной, которые усваиваются растениями после биохимических превращений (Вирясов, 1990).

Зольность в торфе колеблется от 1,5-2 до 50-60% и выше. Верхняя граница нормально зольного торфа для верхового типа 4-5,5%, для низинного т 9-12% (Вирясов, 1990). В составе зольных элементов торфа верхового типа преобладает кремний. Переходные торфа содержат больше алюминия и железа и обогащены кальцием (4-5%).

Фосфор в торфе содержится в незначительных количествах - 0,1-0,3%f при этом его водорастворимая форма составляет около 1% от общего содержания, 60% входит в состав органических веществ. Остальное количество находится в малоподвижных минеральных (фосфаты алюминия, железа и кальция) и органоминеральных комплексных соединениях.

Калия в торфе еще меньше, чем фосфора и находится он в основном в малоподвижной форме.

В торфе обнаружено около 40 различных микроэлементов, составляющих в сумме до 1% от общей зольности. Микроэлементы аккумулируются в основном гуминовой частью торфа (Наумова, 1987). Наиболее богат микроэлементами низинный торф: 1,5-6,1 мг/кг меди, 2,5-24,1 мг/кг цинка, 51-2100 — марганца, 1-7 мг/кг бора.

Органическое вещество торфа состоит из битумов, гуминовых веществ, углеводов, трудногидролизуемых веществ (или целлюлозы) и негидролизуемого остатка (лигнина). Наиболее ценна его гуминовая часть. В составе гуминовых веществ присутствуют гуминовые и фульвокислоты. Среднее содержание гуминовых кислот в торфе низинного типа составляет 38-40%, переходного - 35-39%, верхового — 24-26%, фульвокислот — 16-17% для торфа низинного типа, 17-19% - для переходного и верхового.

Такая химическая характеристика торфа, как природного сырья издавна определяла широкий круг его применения в сельском хозяйстве. С момента возникновения биотехнологии спектр применения торфа значительно расширился.

Биологизация сельскохозяйственных технологий имеет несколько направлений. Одно из них, создание микробиологических инокулятов. Получаемые продукты этих технологий «работают» в системе почва-растение^ оказывая прямое влияние на растения и опосредованное на свойства почвы.

Наибольшее распространение в мире получили биопрепараты для связывания азота атмосферы. Самым первым микробным инокулятом был нитрагин, полученный в 1897 году Ноббе и Гильтнер, который содержал культуры клубеньковых бактерий (Чиканова, 1988). В 1901 году М.Бейеринком был выделен в чистой культуре аэробный микроорганизм, обладающий высокой азотфиксирующей способностью, и назван им Azotobacter chroococcum. В 1937 году А.И. Макринов использовал его совместно с целлюлозоразрушающими микроорганизмами при приготовлении торфяных компостов. С этого времени начались массовые исследования с выходом на промышленное производство биопрепаратов. Одним из первых стал ризобин (1971 г) и его производное — ризоторфин (1979г), где были использованы симбиотические азотфиксирующие бактерии рода Rhizobium.

Азотфиксирующие микроорганизмы, по данным Е.Д. Новогрудской и Л.Ш. Меметовой (1987), представляют обширную и разнообразную по своим свойствам группу, среди представителей которой большое внимание привлекают бактерии, способные усваивать азот атмосферы посредством ассоциативных связей с корневой системой или надземной частью растений злаковых, пасленовых и других культур. Эти бактерии получили общее название ризосферных. К настоящему времени выделено около 50 видов таких бактерий из 12 семейств. Наиболее активные их представители обнаружены среди семейств Spirillaceae, Enterobacteriaceae, Bacillaceae и другие. Наиболее перспективными считаются препараты, создаваемые на основе культур Azospirillum. В США фирма «Biotechnology General Corp.» разработала биоудобрение на основе этих культур. В Индии производят почвенные формы биопрепаратов азоспирилл. Азоспириллы часто используют совместно с микоризными грибами Glomus fascienlatum и Gigaspora margarita, обладающими фосфатазной активностью.

Следующим этапом в создании микробных инокулятов, по утверждению В.М. Чикановой (1988), стали научные исследования микробиологической мобилизации фосфатов почвы. Еще в 1935 году Р.А. Менкиной были выделены чистые культуры бактерий, энергично разлагающие органические соединения фосфора и названные фосфорными бактериями. Выделенные бактерии были отнесены к двум видам: Bacillus megaterium var. phosphaticum, Bacillus serratiacunu Был создан препарат фосфорбактерин.

Научные исследования в области производства бактериальных удобрений идут по пути совершенствования самих штаммов микроорганизмов и по рецептуре питательных добавок для наполнителя.

Среди производства микробных инокулятов, по мнению М.Б. Базилевской (1989), можно выделить несколько разновидностей, которые различаются по конечному виду - это чистые культуры микроорганизмов, выращенные на агаре или на жидких средах, биомасса которых подвергается обезвоживанию или смешиванию с адсорбентами (торф, клетчатка, лигнит, древесный уголь и другие). Основными достоинствами бактериальных препаратов, получаемых на жидких средах, являются простота изготовления и чистая культура определенных штаммов микроорганизмов. Недостатками являются: ограниченный срок хранения (до 10 дней), особое значение приобретают проблемы с тарой, транспортировкой и условиями хранения, узкая специализация используемых штаммов микроорганизмов, то есть либо азотфиксирующая, либо фосфатредуцирующая, сложность применения, то есть неравномерность распределения препарата при обработке сельскохозяйственных культур.

Более удачной формой бактериальных препаратов считается сухая, которая отличается от жидкой формы простотой применения, хорошей транспортабельностью. Сдерживающим фактором ее выпуска является высокая себестоимость и нестабильность титра.

Наиболее перспективными считаются бактериальные удобрения с использованием адсорбирующих твердых, сьшучих материалов органического происхождения. Такие удобрения имеют ряд преимуществ: возможность равномерного внесения в почву, длительный срок хранения (до 6 месяцев), удобство транспортировки. Одним из главных преимуществ этих препаратов, в частности, торфяных является возможность использовать как моно-, так и мультикультуру микроорганизмов (Базилевская, 1989). При этом сокращается до минимума риск несовместимости между различными штаммами, что очень важно, поскольку препарат считается лучшим, если его можно использовать на широком спектре хозяев (растений) и он содержит штаммы, которые могут кооперироваться, удлиняя срок активного симбиоза.

Примером бактериальных удобрений, содержащих несколько культур микроорганизмов, могут служить, торфобактериальное удобрение созданное в Новосибирском сельскохозяйственном институте в 1962 году (Андреюк, Антипчук, Рангелова, 1999) и биоторфяное удобрение созданное в институте микробиологии и вирусологии АН Украины в 1992 году А.И. Хоровой, Е.С. Редько, Т.В. Скворцовой. Эти удобрения содержат азотфиксирующие и фосфатминерализующие штаммы бактерий, получаемые по разным технологиям. В одном случае это торфобактериальные гранулы, в другом смесь культуры более высокоэффективных штаммов с измельченным торфом.

Производство бактериальных препаратов имеет тенденцию к расширению, что вызвано высокой эффективностью, основанной на мобилизации питательных элементов, содержащихся как в самой почве, так и в атмосфере. Так в 1975 году О.И. Колешко, Ю.К. Фомичев, О.И. Конюко разработали бактериальный препарат - торфяной нитрагин. На питательной среде, содержащей бобовый экстракт, минеральные соли и источник углерода, выращивали клубеньковые бактерии, которые затем вносили в торф. В инокулят дополнительно вносили хлористый кобальт и дрожжевой экстракт (А.С. 540852).

А.С. Новикова, В.Л. Князева, Н.М. Лазарева (А.С. 1458359) из ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии также разработали бактериальный препарат ризоторфин, представляющий штамм клубеньковых бактерий №476, смешанный с торфом и имеющий рН6,8-7,2, влажность 30-40%, стерилизованный гамма-излучением при дозе 2,5 Мрад. Культуру в торфе подращивали, выдерживая 3-5 суток при 15-20°С. Этот препарат содержит 4-6 млрд/г клубеньковых бактерий. Срок годности 6 месяцев. Доза применения препарата 200 г на 1 литр водопроводной воды. Полученным раствором обрабатывают гектарную норму семян (10кг/га) при тщательном перемешивании.

Е.В. Кандыба, МБ. Никитина, А.М. Фатеев (1996) опубликовали материал о разработке фирмой «Биолин» так называемого активатора почвенной микрофлоры. Этот биопрепарат содержит микроорганизмы интродуценты, то есть внесенные извне, но обычные в видовом отношении для данного агробиоценоза. Особенность их заключается в том, что они как бы «включают» активность других микроорганизмов, уже имеющихся в данной почве, и стимулируют их метаболическую и физиологическую активность, угнетая фитопатогенную микрофлору, что ведет к более активной жизнедеятельности почвенной биоты и ее оздоровлению.

Несмотря на то, что бактериальные препараты благоприятно влияют на рост и развитие растений. Способствуют повышению урожайности сельскохозяйственных культур, выполняют защитные функции растений от фитопатогенной микрофлоры и обладают антистрессовыми свойствами. Тем не менее, они не решают основную задачу настоящего момента, а именно, не оказывают влияния на процессы минерализации и гумусонакопления и, следовательно, не влияют на повышение почвенного плодородия.

Другое направление в биологизации сельскохозяйственных технологий — микробиологическая активация и конверсия природных органосодержащих материалов. Продукты этих технологий «работают» в почвенной системе, влияя непосредственно на ее плодородие через органоминеральный комплекс и опосредованно на растение. Это направление представляет собой широкий спектр научных исследований, позволяющих успешно разрабатывать и внедрять новые производственные технологии, так как в качестве основы для микробиологической переработки могут быть использованы торф, лигнин, солома, отходы животноводства и птицеводства, бытовые и промышленные отходы и многое другое.

Сущность действия биоудобрений заключается в том, что при разложении и образовании из них органической части почвы используются содержащиеся в них углеводы (моно-, ди- и трисахара, а также аминокислоты, амиды, алкалоиды хлорофиллы и глюкозы), жиры и близкие к ним вещества (пальметиновая, олеиновая, линолевая кислоты, лецитины, фитостерины и воск), а также зольные вещества, то есть минеральные компоненты (Власюк, Хоменко, Мельничук, 1968). кроме того, продукты распада органического вещества торфа — креатин, аргинин, гистидин, гуанидин, ксантин, гипоксантин и нуклеиновая кислота могут усваиваться растениями вместо нитратов и аммония, сахара могут использоваться растениями в качестве источника углерода, а лецитин и цистин как источник фосфора и серы.

Все разнообразие, получаемых из природного органического сырья, биоудобрений можно условно разделить на несколько групп.

Первая группа — это удобрения, полученные путем интенсификации естественных процессов компостирования за счет создания оптимальных условий (температура и корректировка питательных веществ). К таковым можно отнести производство биокомпостов, биоудобрений, полученных путем аэробной биологической конверсией естественных отходов животноводства, птицеводства и свиноводства (Зеников, Харламов, Цветкова, 1996).

Примером может служить и способ производства биологических, образующих гумус, удобрений (заявка 85.00203). Где жидкую смесь отходов животноводства подвергают анаэробной ферментации в две стадии. На первой стадии создают условия, благоприятные для жизнедеятельности мезофильных бактерий (30-40°С), вызывающих гидролиз и подкисление исходной смеси. На второй стадии создают термофильные условия, проводя ферментацию при +50-60°С

Во вторую группу входят биоудобрения, получаемые в результате жизнедеятельности дождевых червей или синантропных мух. При вермикультивировании получают биогумус, обогащенный не только питательными веществами и микроэлементами, но и активной микрофлорой (Агафонов, Ефремов, Агафонова, 2001). Зоогумус получают при переработке птичьего помета личинками синантропных мух. По данным Г.А. Кунавина (1999), он содержит физиологически активные вещества и большое разнообразие полезных микроорганизмов.

В третью группу вошли биоудобрения, получаемые при микробиологической активации природного органического сырья: торфа, бурого угля, лигнина, коркового шлама и др.

Известно, что микробиологические процессы в торфе, угле, лигнине и корковом шламе протекают очень слабо и основная часть необходимых растениям питательных веществ находится в недоступном состоянии. В усваиваемую форму эти вещества переходят лишь после разложения органических соединений до более простых и конечных продуктов. В данном процессе участвует большое количество самых различных сообществ и групп микроорганизмов. В результате микробиологической деятельности органическое сырье обогащается доступными питательными и физиологически активными веществами.

Запрос на диссертацию присылайте на адрес kulseg@mail.ru

Биология
Ветеринария
Геология
Искусствоведение
История
Культурология
Медицина
Педагогика
Политика
Психология
Сельхоз
Социология
Техника
Физ-мат
Филология
Философия
Химия
Экономика
Юриспруденция

Подписаться на новости библиотеки


Пишите нам
X