ГУМИНОВЫЕ ПРЕПАРАТЫ НА ОСНОВЕ ПРОДУКТОВ

АЭРОБНОЙ И АНАЭРОБНОЙ БИОКОНВЕРСИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ

1. Введение

В последние десятилетия во многих странах мира, в том числе и в России, некоторые фирмы для получения и производства гуминовых препаратов  (ГП) стали широко использовать в качестве исходного гумусосодержащего  сырья  конечные продукты аэробной ферментации (компосты и вермикомпосты)  и анаэробного сбраживания (жидкие отходы из метантенка). На первый взгляд это кажется нерациональным, так как эти субстраты по уровню содержания самих гуминовых веществ  (ГВ) намного беднее бурых углей и торфов. Однако все эти виды гумусосодержащего органического сырья стали использоваться для получения различных видов ГП (пастообразных, жидких и сухих) по следующим причинам.

Во-первых,  в отличие от бурых углей и торфа, прежде всего, это возобновляемые источники гумусосодержащего сырья (даже, можно сказать, очень быстро возобновляемые виды сырья, так как процессы их биоконверсии длятся от нескольких суток до нескольких месяцев). Более того, повсеместная переработка самых разнообразных органических отходов растительного и животного происхождения с помощью аэробных и анаэробных технологий биоконверсии позволяет получить не только высокоценные виды органических удобрений и кормовых добавок для животных из низко качественных органических отходов, но и снизить антропогенную нагрузку в городах от вывоза и захоронения органической части твердых бытовых отходов на полигоны и свалки. 

Во-вторых, конечные продукты аэробной и анаэробной биоконверсии органических отходов содержат в себе кроме ГВ очень широкий набор биологически активных веществ и богатую по видовому составу микрофлору полезных почвенных микроорганизмов-антагонистов самых различных патогенов, в частности фитопатогенов. Поэтому, используя различные технологические приемы, из такого сложного по составу органического сырья возможно получать не только ГП, содержащие в себе очищенные и сконцентрированные гуминовые кислоты (ГК) и/или фульвокислоты (ФК),  но и  более сложные по составу комплексные ГП, содержащие в себе кроме ГВ ряд биологически активных веществ,  продукты метаболизма почвенных микроорганизмов и  живые почвенные микроорганизмы. То есть такие препараты более правильно было бы называть комплексными микробиологическими ГП. Такие биопрепараты в отличие от ГП на основе бурых углей или торфов обладают априори более широким спектром действия как на почву, так  и на растения.

Однако при производстве таких ГП возникают две проблемы:  проблема их стандартизации, так они содержат в себе широкий спектр действующих веществ, и проблема стабилизации микроорганизмов в жидких и пастообразных формах.

Сейчас минеральные удобрения стали дорогими, а органических удобрений недостаточно. Поэтому необходимо практически повсеместно внедрять технологии утилизации отходов растениеводства и животноводства с целью получения компостов и вермикомпостов. Эти два аэробных процесса способны превратить низко активные органические отходы в ценнейшее органическое высокогумусированное удобрение, которое в свою очередь является возобновляемым источником и  сырьем для получения  различных ГП.

2. ГП на основе компостов и вермикомпостов

Компосты (нем. Kompost, итал. composta от лат. compositus — составной) - это органические удобрения, получаемые в результате разложения различных органических веществ под влиянием деятельности микроорганизмов. При компостировании в органической массе образуются ГВ: ГК, ФК и гумины, повышается содержание питательных макроэлементов (азота, фосфора и калия), доступных растениям, а микроэлементы становятся биодоступными. Кроме того,  обезвреживается патогенная микрофлора, погибают яйца гельминтов, и при этом происходит многократное увеличение биомассы полезных почвенных микроорганизмов.

Различают следующие виды конечных продуктов аэробной переработки органических отходов:

- компосты -  органические удобрения, полученные в процессе компостирования при активном участии микроорганизмов;

- биокомпосты -  компосты, полученные в результате переработки органических отходов методом ускоренной твердофазной ферментации в специальных камерах-ферментерах с применением специальных штаммов микроорганизмов;

- вермикомпосты (червекомпост, копролит, вермигумус или биогумус) -  органические удобрения, полученные в процессе вермикомпостирования, то есть компостирования с участием микроорганизмов в присутствии некоторых видов дождевых червей (вермикультуры);

- биоперегной -  компосты, полученные в результате переработки органических отходов при участии личинок некоторых видов синантропной мухи;

- зоокомпосты – компосты, полученные в результате переработки органических отходов с участием личинок копрофагов.

В литературе зоокомпостами называют часто компосты, полученные в результате переработки органических отходов при участии личинок некоторых видов синантропных мух, как правило,  вида Musca domestica.

Из всех вышеприведенных видов субстратов - конечных продуктов биоконверсии органических отходов, возможно при их дальнейшей более глубокой переработке получать как ГП, так и комплексные гуминовые биопрепараты, используя их как по отдельности, так и в сочетании друг с другом.

Считается, что в процессе компостирования, представляющим собой динамический многофазный микробиологический процесс, принимают участие более 2000 видов бактерий и не менее 50 видов грибов. Технологически правильно приготовленные компосты имеют двойную ценность по сравнению с компостируемыми материалами. Для производства биокомпостов требуются специальные устройства – биоферментаторы модульного типа. Использование технологии ускоренной ферментации в твердой фазе позволяет получать из органосодержащих отходов в течение 3-5 суток зрелый высококачественный биокомпост высокого нагрева. Это экологически чистые субстанции -  безопасные органические удобрения и полезные почвоулучшители. …

2.1. О некоторых различиях между компостами и вермикомпостами

В течение более двух десятков лет в лаборатории экологии почв университета штата Огайо (США, г. Колумбус),  возглавляемой  проф. Клайвом Эдвардсом (Klive Edwards),  проводятся  широкие научные исследования по вермикультуре и вермикомпостам. Прежде всего, было обнаружено, что стерилизация вермикомпостов устраняет стимулирующий эффект на рост и развитие растений, то есть стимулирующий эффект имеет микробиологическую природу. Была показана существенная разница в микробиологических активностях компостов и вермикомпостов в пользу последних…..

Использование вермикомпоста (15-20%) в составе почвогрунтов  позволяет сократить сроки созревания урожая до 7-10 дней, продлить сроки плодоношения растений на 2-3 недели и повысить урожайность в 1,5-2 раза. При этом в овощах повышается содержание сахаров, витаминов и сухого вещества и, вместе с тем, существенно снижается  количество нитратов. Выращенные в теплицах овощи и фрукты с использованием вермикомпоста имеют практически такой же вкус и аромат, как полученные в естественных условиях. Время хранения плодов увеличивается почти в 2 раза. Важно отметить, что вермикомпосты обладают пролонгированным действием в течение 3-4 лет после их однократного внесения в почву. При выращивании декоративных растений использование вермикомпоста ускоряет рост и развитие растений, усиливает обильность цветения, способствует лучшему укоренению черенков и стимулирует корнеобразование. …

2.2. Водные вытяжки из компостов и вермикомпостов

В последние годы во многих зарубежных странах получили очень широкое распространение  водные вытяжки или водные экстракты из компостов и вермикомпостов, так называемые компостные и  вермикомпостные «чаи» (compost tea, vermicompost tea). Они в настоящее время являются одними из экологически самых безопасных и недорогих универсальных средств для оживления почвы, оздоровления растений и борьбы с некоторыми фитопатогенами и насекомыми-вредителями…. Идеологом, пионером и пропагандистом этой биотехнологии в Америке стала д-р Элайн Ингхэм (Elaine Ingham) – Президент и директор корпорации Soil Foodweb Inc. Она разработала методику оценки качества компостного «чая», которая заключается в определении количества и процентного соотношения основных групп почвенных микроорганизмов (бактерии, грибы, простейшие и нематоды) …

Компостный и вермикомпостный «чаи» близки по своим свойствам. Они содержат в себе как водорастворимые компоненты компоста или вермикомпоста (ГК, ФК, органические кислоты, аминокислоты, регуляторные пептиды, витамины, гормоны и другие продукты жизнедеятельности микроорганизмов, обитающих в компостах или вермикомпостах, так и живую почвенную (ризосферную) микрофлору. Биофунгицидные свойства ему придают различные виды и типы почвенных микроорганизмов. Присутствуют азотфиксирующие бактерии, которые способны превращать атмосферный азот в аммонийные формы, доступные растениям. Они содержат в себе как несимбиотические аэробные формы бактерии  родов Azotobacter, Azomonas, Mycobacterium и Azospirillum так и симбиотические бактерии рода Rhizobia. ….

В лабораторных и полевых опытах было показано, что водные экстракты из компостов и вермикомпостов существенно подавляют такие фитопатогены: рода Verticillium  (вилт, сухая гниль), рода Phomopsis  (черная пятнистость),  рода Sphaerotheca (мучнистая роса), Uncinula necator  (мучнистая роса),  рода Pythium (черная ножка),  Rhizoctonia  (черная ножка),  Plectosporium,  рода Phytophthora (фитофтороз) и рода Fusarium (фузариоз).

Механизмы подавления этих инфекций имеют микробную природу, так как стерилизация компостов или  вермикомпостов устраняет эту биологическую активность. …

Однако жидкие водные биопрепараты, полученные  на основе компостов и вермикомпостов имеют два существенных недостатка.

Во-первых, такие биопрепараты не подлежат хранению и должны использоваться сразу после их приготовления.  Это обусловлено тем, что живая популяция почвенных аэробных  микроорганизмов быстро погибает в препарате при отсутствии кислорода воздуха после розлива и упаковки. Поэтому в такие  жидкие биопрепараты необходимо добавлять   или стабилизаторы, или консерванты для сохранения жизнеспособности микроорганизмов.

Во-вторых, при получении водных вытяжек из компостов или вермикомпостов в экстракт переходит очень малая доля исходного субстрата (1-3%). Это обусловлено тем, что гранулы компостов и, особенно вермикомпостов, обладают водопрочностью. Поэтому необходимо использовать физические (механическое тонкое измельчение, ультразвук или кавитация) или химические  (изменение значение рН среды в щелочную сторону) методы обработки, что приводит к разрушению гранул этих субстратов и высвобождению в экстракт водорастворимых и щелочерастворимых соединений, особенно ГК и ФК.

2.3. Рекомендации по приготовлению водных  вытяжек

Существует несколько простых способов приготовления  водных экстрактов  из компостов и вермикомпостов, которые можно осуществлять в домашних условиях, на садовом участке или на ферме. Для этого потребуется емкость, вода, компост или вермикомпост. Для аэрирования водной суспензии желательно иметь компрессор, резиновый шланг и насадку для образования мелких пузырьков воздуха. Такая система используется в аквариумах. В пластиковую или металлическую емкость наливают воду, свободную от хлора, добавляют компост или вермикомпост примерно 1/10 по весу. (Хлорированную воду предварительно отстаивают в течение 1-2 суток для удаления хлора. Присутствие хлора в воде убивает почвенную микрофлору компоста или вермикомпоста).  Если нет системы аэрации, то для приготовления водной вытяжки используют следующие простые приемы:

      - субстрат помещают в марлевый мешок или в старые колготки и замачивают в воде;

      - фильтруют воду через слой субстрата на сите или на куске ткани;

 -  замачивают  субстрат в воде от 1 до 7 дней при периодическом энергичном перемешивании.

Наилучший препарат получают при использовании постоянной аэрации суспензии в течение 1-3 дней. Для усиления роста микроорганизмов в суспензии можно добавить немного сахара (1 стакан),  патоки, или варенья. После аэрации суспензию отстаивают, фильтруют и полученный водный настой компоста или вермикомпоста используют для опрыскивания листовой поверхности вегетирующих растений с помощью ранцевого опрыскивателя или обрабатывают почву поливом. Оптимальная доза – 50 л/га, то есть 0,5 л на сотку. Для того, чтобы обработать таким количеством препарата, необходимо разбавить его водой в 50-100 л и использовать для полива почвы. Из 1 кг компоста или вермикомпоста возможно получить около 10 л вытяжки и обработать свой участок в 20 соток!

Эта технология абсолютно безотходная, так как после получения водной вытяжки оставшийся осадок компоста или вермикомпоста можно внести под корни растений или использовать в качестве одного из ингредиентов при производстве почвосмесей. Следует отметить, что вермикомпост и вермикомпостный «чай» надо применять в сочетании. Они не заменяют друг друга, а взаимно дополняют и усиливают положительное действие каждого компонента на почву и растения. Постоянное использование компостов или вермикомпостов в сочетании с водной настойкой из них для корневой и некорневой обработки растений позволит в дальнейшем существенно снизить дозы до 50% или отказаться от применения минеральных удобрений и химических средств защиты растений….

2.4. Щелочные вытяжки из вермикомпостов

…Получение ГП из вермикомпостов путем щелочной обработки в растворе – это наиболее широко используемая технология в последние 10-15 лет. Щелочная обработка исходных субстратов позволяет получать более концентрированные препараты, которые содержат в себе  практически все компоненты (водорастворимые и щелочерастворимые) вермикомпоста: соли ГК и ФК, 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 полностью извлекать из вермикомпоста все его компоненты, но многократно усилить физиологическую активность ГК, переводя их водорастворимые соли ГК (гуматы натрия, калия или аммония).  Эта технология является безотходной, так как осадок вермикомпоста после 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 для почвосмесей.

Источник: сборник трудов «Гуминовые вещества – ресурсы 21 века»

Титов И.Н., - Лаборатория биотехнологии, кафедра химии,  ВГГУ, 

  Кыдралиева К.А. ^- Институт химии и химической технологии, НАН КР,