Экономическая целесообразность и обоснованность внедрения производства бактериальных удобрений

Экономическая целесообразность и обоснованность внедрения производства бактериальных удобрений

Содержание

Введение

. История развития сельскохозяйственной биотехнологии

.1 Современное состояние сельскохозяйственной биотехнологии

. Бактериальные удобрения

.1 Критерий активности и критерий вирулентности удобрений

.2 Производство нитрагина

.3 Производство ризоторфина

.4 Производство азотобактерина

.5 Производство фосфобактерина

. Процесс приготовления бактериального удобрения

. Экономическая целесообразность и обоснованность внедрения производства бактериальных удобрений

.1 Достоинства и недостатки бактериальных удобрений

. Регуляторы роста

.1 Общая характеристика регуляторов роста растений

.2 Фитогормоны и стрессовое состояние растений

.3 Взаимодействие фитогормонов

.4 Влияние фитогормонов на рост и морфогенез растений

.5 Механизм действия фитогормонов

.6 Использование фитогормонов и физиологически активных веществ

. Компостирование

.1 Виды компостов и способы компостирования

.1.1 Компостирование навоза

.1.2 Торфяные компосты

.1.2.1 Торфонавозные компосты

.1.2.2 Торфонавознофосфоритные компосты

.1.3 Торфожижевыве и торфофекальные компосты

.1.3.1 Приготовление торфожижевых компостов

.1.3.2 Приготовление торфофекальных компостов

.1.3.3 Торфоизвестковые компосты

.1.3.4 Компосты с золой

.1.3.5 Торфофосфоритные удобрения

.1.3.6 Торфоаммиачные (ТАУ) и торфоминеральноаммиачные (ТМАУ) удобрения (компосты)

.1.3.7 Торфорастительные компосты

.1.3.8 Навозноземляные и дерновонавозные компосты

.1.4 Компосты из бытовых отходов

.1.5 Компостирование отходов сельскохозяйственного производства

.1.6 Компосты с использованием дождевых червей

. Силосование

.1 Микробиологические процессы, протекающие в силосуемой массе

.1.1 Аэробные процессы. Термогенез

.1.2 Анаэробные процессы

.1.2.1 Недостаточное уплотнение и плохое укрывание силосных буртов

. Этапы превращения питательных веществ в силосуемой массе

. Буферные свойства

. Ферментация силосуемой массы. Виды ферментации

.1 Аэробная ферментация (дыхание)

.1.1 Гидролиз белков, углеводов, липидов силосуемой массы

.1.2 Катаболизм белков, углеводов, липидов силосуемой массы

.1.3 Аэробная ферментация (брожение). Виды брожения и фазы

.1.3.1 Виды молочнокислого брожения

.1.3.2 Спиртовое брожение

.1.3.3 Пропионовокислое брожение

.1.3.4 Маслянокислое брожение

. Ингибирование ферментов в силосуемой массе

Заключение

Список использованной литературы

Введение

сельскохозяйственный бактериальный удобрение растение

Сельскохозяйственная биотехнология - наука о взаимодействии растений и удобрений в процессе выращивания сельскохозяйственных культур, о круговороте веществ в земледелии и использование удобрений для увеличения урожая, улучшения его качества и повышения урожая.

Современная сельскохозяйственная биотехнология - теоретическая, биологическая, и химическая дисциплина, имеющая прямые выходы в практику сельскохозяйственного производства.

Главная задача сельскохозяйственной биотехнологии - управление круговоротом и балансом химических элементов в системе почва - растение. Применение удобрений - главным образом вмешательства человека в этот круговорот. Внесение минеральных удобрений позволяет вводить новые количества элементов питания растений, а навоза и других отходов животноводчества и растениеводства, также повторное использование питательных веществ уже входящих в состав предыдущих урожаев. Применение удобрений дает возможность восполнять вынос урожаем питательных веществ и непроизводительные потери их из почвы, вследствие ветровой и водной эрозии, выщелачивание, улетучивание в атмосферу и т.д. Таким образом, не только может поддерживать, но и повышать плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур.

Цель данной работы заключается в рассмотрении бактериальных удобрений, регуляторов роста растений, компостирования растений, силосования, научных условий питания растений с учетом знания свойств различных видов и форм удобрений, особенностей их взаимодействия с почвой, определении наиболее эффективных форм, способов, сроков применения удобрений.

Для достижения данной цели поставлены следующие задачи:

1. Изучить производство бактериальных удобрений. Их достоинства и недостатки;
2. Рассмотреть регуляторы роста растений. Изучить их механизм и влияние на растения;
3. Просмотреть виды компостов и способы компостирования;
4. Изучить процесс силосования - химию и микробиологию процессов;

Сельскохозяйственная биотехнология играет важную роль в интенсивных технологических возделываниях сельскохозяйственных культур, в создании оптимальных уровней всех факторов участвующих в формировании урожая, в их наиболее благоприятном сочетании. Получения максимального экономически выгодного урожая базируется на использовании лучших сортов, обеспечении необходимых физических и химических свойств почв, комплексов применения средств химизации в период вегетации растений, своевременном и качественном выполнении всех агротехнических работ.

Она скрывает общие закономерности процессов взаимодействия факторов среды на урожай конкретных культур. Зная эти принципиальные закономерности специалист может предвидеть в ход их течения в конкретной обстановке при различных сочетаниях факторов среды.

Сельскохозяйственная биотехнология - это отрасль биотехнологии, которая занимается клонированием животных, генетической инженерией животных, приготовлением питательных сред для культивирования микроорганизмов, основами культивирования микроорганизмов, классификацией вакцин и технологией их приготовления, методами выделения, концентрирования и высушивания микроорганизмов и продуктов микробного синтеза, новыми направления в создании вакцин.

1. История развития сельскохозяйственной биотехнологии

Рождение сельскохозяйственной биотехнологии относится к периоду семидесятых годов прошлого столетия и связано с выдающимися мировыми открытиями в науке, кризисным положением в сельском хозяйстве многих стран, в том числе СССР, и исчерпанием использования традиционных энергетических ресурсов и резервов роста аграрного сектора экономики в США и других развитых странах. В Советском Союзе была создана «Продовольственная программа», которая по большинству показателей была выполнена.

В США в сельском хозяйстве и продовольственном обеспечении страны кризиса нет. Но Президент США поставил перед учеными страны задачу: осуществить новый этап в фундаментальных исследованиях, позволяющий более полно использовать биологические резервы науки в области фотосинтеза, биоэнергетики, селекции и трансформации растений, животных и микроорганизмов. Выполнение этого поручения базировалось на новейших мировых открытиях.

1.1 Современное состояние сельскохозяйственной биотехнологии

В настоящее время во всем мире наблюдается значительный рост сельскохозяйственной отрасли. Это связано с рядом достаточно разнообразных факторов, среди которых:

Постепенное истощение природных ресурсов и энергоносителей (газ, нефть и пр.), а, следовательно, требуются новые виды сырья, в качестве которого себя прекрасно зарекомендовало сырье растительного происхождения - биогаз, биотопливо, спирт на растительной основе.

Глобальное увлечение человека здоровым образом жизни, которое, в том числе, подразумевает употребление в пищу натуральных продуктов, не содержащих консервантов, химических добавок и т.д.

В мире наблюдается тенденция возвращения человека к ведению натурального хозяйства. Человек стремится к отдалению от города, самодостаточности и полному обеспечению себя продуктами собственного труда

2. Бактериальные удобрения

Одним из наиболее актуальных применений сельскохозяйственной биотехнологии в данной области является производство различных видов бактериальных удобрений, поскольку микрофлора почвы оказывает непосредственное влияние на её плодородие и, как следствие, на урожайность растений. Почвенные микроорганизмы в процессе роста улучшают структуру почвы, накапливают в ней питательные вещества, минерализуют различные органические соединения, превращая их в легко усвояемые растением компоненты питания.

Для стимуляции этих процессов применяют различные бактериальные удобрения, обогащающие ризосферу растений полезными микроорганизмами.

Микроорганизмы, используемые для производства бактериальных препаратов, способствуют снабжению растений не только элементами минерального питания, но и физиологически активными веществами (фитогормонами, витаминами и др.).

В настоящее время наибольшее распространение в сельском хозяйстве получили такие бактериальные удобрения, как нитрагин, ризоторфин, азотобактерин, фосфобактерин. Их практическая применимость и существенная эффективность не оставляют сомнений, что подтверждается многочисленными научными исследованиями, например работой группы ученых МСХА им. Тимирязева под руководством А.Н. Постникова, исследовавших влияние биологических препаратов на рост и урожайность картофеля в средней полосе России.

К настоящему моменту доказано, что применение бактериальных удобрений не только способствует повышению урожайности ценных культур, но и значительно снижает нагрузку на окружающую среду со стороны химических соединений - минеральных удобрений и средств защиты растений, что позволяет более эффективно использовать ограниченные земельные ресурсы, затрачивать меньше усилий на их восстановление.

.1 Критерий активности и критерий вирулентности бактерий

Отечественная промышленность выпускает два вида препаратов клубеньковых бактерий: нитрагин и ризоторфин. Оба препарата производятся на основе активных жизнеспособных клубеньковых бактерий из рода Rhizobium. Эти бактерии в симбиозе с бобовыми культурами способны фиксировать свободный азот атмосферы, превращая его в соединения, легкоусвояемые растением.

Бактерии рода Rhizobium - строгие аэробы. Среди них различают активные, малоактивные и неактивные культуры. Критерием активности клубеньковых бактерий служит их способность в симбиозе с бобовым растением фиксировать атмосферный азот и использовать его в виде соединений для корневого питания растений.

Фиксация атмосферного азота возможна только в клубеньках, образующихся на корнях растений. Возникают они при инфицировании корневой системы бактериями из рода Rhizobium. Заражение корневой системы происходит через молодые корневые волоски. После внедрения бактерии прорастают внутри них до самого основания в виде инфекционной нити. Выросшие нити проникают сквозь стенки эпидермиса в кору корня, разветвляются и распределяются по клеткам коры. При этом индуцируется деление клеток хозяина и разрастание тканей.

В месте локализации бактерий на корне растения-хозяина образуются клубеньки, в которых бактерии быстро размножаются и располагаются по отдельности или группами в цитоплазме растительных клеток. Сами бактериальные клетки увеличиваются в несколько раз и меняют окраску.

Если клубеньки имеют красноватую или розовую окраску, обусловленную наличием пигмента легоглобина (леггемоглобина) - аналог гемоглобина крови животных, то они способны фиксировать молекулярный азот. Неокрашенные ("пустые") или имеющие зеленоватую окраску клубеньки не фиксируют азот.

Бактерии, находящиеся в клубеньках, синтезируют ферментную систему с нитрогеназной активностью, восстанавливающую молекулярный азот до аммиака. Ассимиляция аммиака происходит, в основном, путем вовлечения его в ряд ферментативных превращений, приводящих к образованию глутамина и глутаминовой кислоты, идущих в дальнейшем на биосинтез белка.

Помимо критерия активности в характеристике клубеньковых бактерий используют критерий вирулентности. Он характеризует способность микроорганизма вступать в симбиоз с бобовым растением, то есть проникать через корневые волоски внутрь корня и вызывать образование клубеньков. Большое значение имеет скорость такого проникновения.

В симбиотическом комплексе растение - Rhizobium бактерии обеспечиваются питательными веществами, а сами снабжают растение азотистым питанием. С вирулентностью связана и видовая избирательность, которая характеризует способность данного вида бактерий к симбиозу с определенным видом бобового растения.

Классификация различных видов Rhizobium учитывает растение-хозяина, например: Rhizobium phaseoli - для фасоли, Rhizobium lupini - для люпина, сараделлы и т.д. Вирулентность и видоспецифичность взаимосвязаны и не являются постоянными свойствами штамма.

Задачей производства бактериальных удобрения является максимальное накопление жизнеспособных клеток, сохранение их жизнеспособности на всех стадиях технологического процесса, приготовление на их основе готовых форм препарата с сохранением активности в течение гарантийного срока хранения.

2.2 Производство нитрагина

Отечественная промышленность выпускает два вида нитрагина: почвенный и сухой. Впервые культура клубеньковых бактерий на почвенном субстрате была приготовлена в 1911 году на бактериально-агрономической станции в Москве. В настоящее время его производство имеет ограниченное значение, так как технология довольно сложна и трудоёмка при выполнении отдельных операций. Более перспективна технология производства сухого нитрагина.

Сухой нитрагин - порошок светло-серого цвета, содержащий в 1 г не менее 9 млрд. жизнеспособных бактерий в смеси с наполнителем. Влажность не превышает 5-7%. Промышленное производство имеет типичную схему. Необходимо отметить, что важно подбирать штаммы, устойчивые к высушиванию.

Для производства посевного материала исходную культуру клубеньковых бактерий выращивают на агаризованной среде, содержащей отвар бобовых семян, 2% агара и 1% сахарозы, затем культуру размножают в колбах на жидкой питательной среде в течение 1-2 суток при 28-30 оС и рН 6.5-7.5.

На всех этапах промышленного культивирования применяют питательную среду, включающую такие компоненты, как меласса, кукурузный экстракт, минеральные соли в виде сульфатов аммония и магния, мел, хлорид натрия и двузамещенный фосфат калия. Основная ферментация идет при тех же условиях в течение 2-3 суток.

Готовую культуральную жидкость сепарируют, получается биомасса в виде пасты с влажностью 70-80%. Пасту смешивают с защитной средой, содержащей тиомочевину и мелассу (1:20) и направляют на высушивание.

Сушат путем сублимации (в вакуум-сушильных шкафах). Высушенную биомассу размалывают. Производительнее высушивание в распылительных сушках, но при этом 75% клеток теряют жизнеспособность.

Препараты сухого нитрагина фасуют и герметизируют в полиэтиленовые пакеты по 0.2 - 1 кг, хранят при температуре 15 оС не более 6 месяцев. Семена опудривают перед посевом. Внесение нитрагина повышает урожайность в среднем на 15-25%.

.3 Производство ризоторфина

Препарат клубеньковых бактерий может выпускаться и в виде ризоторфина. Впервые торфяной препарат клубеньковых бактерий был приготовлен в 30-х годах, но технология была создана в 1973-77 гг.

Для приготовления ризоторфина торф сушат при температуре не выше 100 оС и размалывают в порошок. Наиболее эффективным способом стерилизации является облучение его гамма-лучами. Перед стерилизацией размолотый, нейтрализованный мелом и увлажненный до 30-40% торф расфасовывают в полиэтиленовые пакеты. Затем его облучают и заражают клубеньковыми бактериями, используя шприц, с помощью которого впрыскивается питательная среда, содержащая клубеньковые бактерии.

Прокол после внесения бактерий заклеивается липкой лентой. Каждый грамм ризоторфина должен содержать не менее 2.5 млрд. жизнеспособных клеток с высокой конкурентоспособностью и интенсивной азотфиксацией. Препарат хранят при температуре 5-6 оС и влажности воздуха 40-55%. Пакеты могут быть весом от 0.2 до 1.0 кг. Доза препарата составляет 200 г на га. Заражение семян производят следующим образом: ризоторфин разбавляют водой и процеживают через двойной слой марли. Полученной суспензией обрабатывают семена. Семена высевают в день обработки или на следующий.

Обработка семян бобовых культур прочно вошла в мировую сельскохозяйственную практику. Крупнейшими производителями таких препаратов являются США и Австралия.

2.4 Производство азотобактерина

Азотобактерин - бактериальное удобрение, содержащее свободноживущий почвенный микроорганизм Azotobacter chroococcum, способный фиксировать до 20 мг атмосферного азота на 1 г использованного сахара.

Внесенные в качестве удобрения в почву бактерии также выделяют биологически активные вещества (никотиновую и пантотеновую кислоты, пиридоксин, биотин, гетероауксин, гиббереллин и др.). Эти вещества стимулируют рост растений. Кроме того, продуцируемые Azotobacter фунгицидные вещества из группы анисомицина угнетают развитие некоторых нежелательных микроскопических грибов в ризосфере растения.

Все виды Azotobacter строгие аэробы. Чувствительны к содержанию в среде фосфора и развиваются лишь при высоком его содержании в питательной среде. Азотфиксирующая способность культуры подавляется аммиаком (вообще содержание в среде связанного азота угнетает азотфиксацию). Стимулируют процесс фиксации азота соединения молибдена.

Установлено, что при фиксации азота процесс его восстановления протекает на одном и том же синтезируемом азотобактером ферментном комплексе и лишь конечный продукт (аммиак) отделяется от фермента. Нитрогеназная азотфиксирующая система представляет собой мультиферментный комплекс, содержащий не связанное с геном железо, молибден и SH-группы.

Микробиологическая промышленность выпускает несколько видов азотобактерина: сухой, почвенный и торфяной. Технология получения сухого азотобактерина имеет много общего с технологией производства сухого нитрагина.

Сухой азотобактерин - активная культура высушенных клеток азотобактера с наполнителем. В 1 г препарата содержится не менее 0.5 млрд. жизнеспособных клеток. Культуру микроорганизма выращивают методом глубинного культивирования на среде, содержащей те же компоненты, что и при культивировании клеток Rhizobium. Дополнительно вводят только сульфаты железа и марганца, а также сложную соль молибденовой кислоты, рН 5.7-6.5.

Процесс ферментации проводят до стационарной фазы развития культуры, так как в этой фазе биологически активные вещества выделяются из клетки и остаются в культуральной жидкости. Биологически активные вещества могут также полностью или частично теряться при высушивании, однако жизнеспособные клетки быстро восстанавливают способность их продуцировать. Высушенную культуру стандартизируют, фасуют в полиэтиленовые пакеты по 0.4-2 кг и хранят при температуре 15 оС не более 3 месяцев.

Почвенный и торфяной азотобактерин представляют собой активную культуру азотобактера, размноженную на твердой питательной среде, и содержат в 1 г не менее 50 млн. жизнеспособных клеток. Для их приготовления берут плодородную почву или разлагающийся торф с нейтральной реакцией среды. К просеянному субстрату добавляют 2% извести и 0.1% суперфосфата. По 500 г полученной смеси переносят в бутыли емкостью по 0.5 л, увлажняют на 40-60% по объему водой, закрывают ватными пробками и стерилизуют.

Посевной материал готовят на агаровых средах, содержащих 2% сахарозы и минеральные соли. Когда агар полностью покрывается слизистой массой коричневого цвета, полученный материал стерильно смывается дистиллированной водой и переносится на приготовленный субстрат. Содержимое бутылок тщательно перемешивают и термостатируют при 25-27 оС. Культивирование продолжают до тех пор, пока бактерии не размножатся до необходимого количества. Полученный препарат сохраняет свою активность в течение 2-3 месяцев.

Использовать азотобактерин рекомендуется только на почвах, содержащих фосфор и микроэлементы. Азотобактерин применяют для бактеризации семян, рассады, компостов. При этом урожайность увеличивается на 10-15%. Семена зерновых опудривают сухим азотобактерином из расчета 100 млрд. клеток на 1 гектарную порцию семян.

Картофель и корневую систему рассады равномерно смачивают водной суспензией бактерий. Для получения суспензии 1 гектарную норму (300 млрд. клеток) разводят в 15 литрах воды. При обработке почвенным или торфяным азотобактерином семена перемешивают с увлажненным препаратом и для равномерного высева подсушивают. Корневую систему рассады смачивают приготовленной суспензией.

.5 Производство фосфобактерина

Фосфобактерин - бактериальное удобрение, содержащее споры микроорганизма Bacillus megaterium var. phosphaticum. Представляет собой порошок светло-серого или желтоватого цвета.

Бактерии обладают способностью превращать сложные фосфорорганические соединения (нуклеиновые кислоты, нуклеопротеиды и т.д.) и трудноусвояемые минеральные фосфаты в доступную для растений форму. Кроме этого бактерии вырабатывают биологически активные вещества (тиамин, пиридоксин, биотин, пантотеновую и никотиновую кислоты и др.), стимулирующие рост растения. Фосфобактерин относится к числу препаратов со стимулирующим эффектом.

Bacillus megaterium var. phosphaticum представляют собой мелкие, грамположительные аэробные спорообразующие палочки размером 2*6 мкм. Клетки содержат значительное количество соединений фосфора. В ранней стадии развития это подвижные одиночные палочки, при старении образуют эндоспоры, локализующиеся в одном из концов клетки. В силу вышеизложенного технология выращивания сводится к получению спор.

В целом производство фосфобактерина похоже на производство азотобактерина и препаратов клубеньковых бактерий. Состав питательной среды в процентах: кукурузный экстракт -1.8, меласса - 1.5, сульфат аммония - 0.1, мел - 1, остальное - вода.

Культивирование ведется глубинным методом в строго асептических условиях при постоянном перемешивании и принудительной аэрации до стадии образования спор. Основные параметры проведения процесса: температура 28-30 оС, рН 6.5-7.5, длительность культивирования 1.5-2 суток.

Полученную в ходе культивирования биомассу клеток отделяют центрифугированием и высушивают в распылительной сушилке при температуре 65-75 оС до остаточной влажности 2-3%. Высушенные споры смешивают с наполнителем. Готовый препарат должен содержать не менее 8 млрд. клеток в 1 г.

Расфасовывают препарат в полиэтиленовые пакеты по 50-500 г. В отличие от нитрагина и азотобактерина фосфобактерин обладает большей устойчивостью при хранении. Фосфобактерин рекомендуют применять на черноземных почвах, которые содержат наиболее значительное количество фосфороорганических соединений.

Необходим для повышения урожайности зерновых, картофеля, сахарной свеклы и др. сельскохозяйственных растений. Семена обрабатывают смесью сухого фосфобактерина с наполнителем (золой, почвой и др.) в соотношении 1:40. На 1 гектарную порцию требуется 5 г препарата и 200 г наполнителя.

Клубни картофеля равномерно увлажняют суспензией спор, приготовленной из расчета 15 г препарата на 15 л воды. Урожай при этом повышается на 10%. Кроме вышеупомянутых, достаточно большое распространение получил также биопрепарат АМБ (аутохтонная микрофлора Б), представляющий собой готовое сообщество микроорганизмов, нативную микрофлору почвы, способную разлагать органические вещества, высвобождая газообразный аммиак - то есть вести процесс нитрификации или аммонификации. Препарат АМБ применяется в тех случаях, когда почва обеднена и не имеет достаточного количества негативных микроорганизмов для проведения сельскохозяйственной деятельности. Кроме АМБ известен также вид препаратов ЭМ, который отличается от АМБ тем, что содержит не все почвенные бактерии подряд, а только их "элитных" представителей. В настоящее время ЭМ-препараты представляются одним из наиболее прогрессивных направлений развития биопрепаратов сельского хозяйства.

3. Процесс приготовления бактериального удобрения

Рассмотрим процесс приготовления бактериального удобрения более подробно. Весь цикл состоит из 5 этапов, каждый из которых, в свою очередь, подразделяется на несколько шагов:

Схема процесса производства бактериальных удобрений в общем виде

стадия: приготовление инокулята

) Подбор штамма бактерий, обладающего требуемыми свойствами (достаточная скорость роста, обязательно устойчивость к сухим условиям, и ряд свойств, необходимых для конечного продукта)

) Засев на твердую питательную среду. Производится в лабораторных условиях при соблюдении стерильности. Требуется для первоначального наращивания биомассы.

) Пересев на жидкую питательную среду. Также проводится в лабораторных условиях. Необходим для получения количества биомассы, достаточного для помещения в ферментер большого объема.

стадия: приготовление среды

Этот процесс идет параллельно с приготовлением инокулята, питательная среда также используется для предварительного наращивания биомассы бактерий. Состав среды подбирается индивидуально для каждого вида бактерий. Для увеличения эффективности процесса ферментации зачастую требуется достаточно трудоемкий предварительный этап подбора оптимального состава питательной среды.

) Подбор оптимального состава питательной среды, если требуется (при модернизации производства, при использовании нового штамма бактерий и т.д.).

) Приготовление требуемого количества среды.

) Стерилизация среды.

стадия: ферментация

Продолжительность культивирования зависит от требуемого количества биомассы, вида микроорганизма и других условий, в общем, подбирается экспериментальным путем.

стадия: сушка

Существует несколько методов сушки, применяемых в производстве бактериальных удобрений - сублимационная сушка, применение распылительных, ленточных и др. сушилок. Выбор метода сушки и условий процесса (температурный режим, требуемая остаточная влажность) определяются, исходя из эксплуатационных требований получаемого удобрения и того, какие микроорганизмы взяты для производства.

стадия: фасовка и выпуск продукта

Зачастую, стадия фасовки готового удобрения мало выделяется среди предшествующих стадий производства. Это связано с тем, что во многих случаях культивирование микроорганизмов производится непосредственно в товарной упаковке (например, ризоторфин - в ПЭ пакетах (предварительно в них расфасована подготовленная среда - торф), азотобактерин - в стеклянных бутылях и т.д.).

Во многом это связано с тем, что срок хранения готового продукта очень недолог, поэтому экономически наиболее приемлема скорейшая его реализация. В других случаях производится сортировка, отбор, фасовка и упаковка готового продукта, для чего может потребоваться введение отдельной производственной линии.

4 Экономическая целесообразность и обоснованность внедрения производства бактериальных удобрений

Рассмотрим более подробно экономическую целесообразность и обоснованность внедрения производства бактериальных удобрений. По результатам их работы было установлено, что при применении азотфиксирующих бактериальных препаратов рост продуктивности картофеля за 2 года составил от 7% до 43% в зависимости от разведения препарата и сочетания его с другими бакудобрениями (конкретно были исследования силикатные бактерии).

Кроме того, была обнаружена зависимость эффективности препарата от типа почвы, в которую он был внесен и глубины заделки саженцев. Немаловажным экономическим фактором так же является и то, что наибольшую эффективность препарат продемонстрировал при среднем разведении (эксперимент проводился при разведениях от 1:200 до 1:1000, при этом наивысший результат был достигнут при разведении 1:400, далее происходило снижение эффективности).

Судя по всему, это связано со значительным накоплением в почве продуктов жизнедеятельности бактерий, которые нейтрализуют положительный эффект от их применения.

Из описанных результатов можно сделать вывод о том, что при соблюдении ряда условий, либо путем подбора более эффективных биопрепаратов, применение бактериальных удобрений в общем позволяет получать плоды, обладающие большей массой, экологичностью, безвредностью для человека и животных, и содержащие больше витаминов по сравнению с аналогами, выращенными без применения таких удобрений. Все это в итоге повышает экономичность и эффективность сельского хозяйства в целом.

4.1 Достоинства и недостатки бактериальных удобрений

Рассмотрим достоинства и недостатки бактериальных удобрений как таковых. К их плюсам можно отнести следующее:

Представляют собой 100% экологически чистые препараты

Относительно простой производственный цикл

Доступные штаммы микроорганизмов

Существенная эффективность использования по сравнению с минеральными удобрениями

К недостаткам биопрепаратов можно отнести:

Зависимость эффективности их действия от состава и свойств почвы, и ряда других факторов

Расчет товарной упаковки на применение на больших площадях, затруднено использование на малых садовых участках

Малый срок хранения, некоторая "сезонность" производств

5. Регуляторы роста

Регуляторы роста находят всё большее применение в современных технологиях производства продукции растениеводства. К ним относятся природные и синтетические органические соединения, которые в малых дозах активно влияют на обмен веществ растений, вызывая стимуляцию или подавление их роста и морфогенеза.

Фитогормоны - соединения, с помощью которых осуществляется взаимодействие клеток, тканей и органов и которые в малых количествах необходимы для запуска и регуляции физиологических и морфогенетических программ растений.

К природным регуляторам роста растений относятся фитогормоны: ауксины, гиббереллины, цитокинины, абсцизовая кислота, этилен, брассинолиды и другие.

.1 Общая характеристика регуляторов роста растений

Ауксины - соединения преимущественно индольной природы: индолилуксусная кислота и ее производные. Ауксин образуется в апикальных меристемах и стимулирует клеточное растяжение.

Гиббереллины ускоряют рост стебля, в меньшей степени - корня за счет, как деления, так и растяжения, прерывают период покоя у семян, клубней и луковиц, индуцируют цветение длиннодневных растений при коротком дне, стимулируют прорастание пыльцы, оказывают действие на биосинтез ферментов. Обработка озимых гиббереллинами заменяет яровизацию.

Цитокинины - производные 6-аминопурина, синтезируются главным образом в меристеме корня, участвуют в регуляции обмена веществ в надземных органах, индуцируют в присутствии ауксина деление клеток.

Абсцизовая кислота накапливается осенью в семенах и почках, индуцирует их переход в период покоя и увеличивает его продолжительность, ускоряет образование отделительного слоя при опадении листьев, тормозит рост отрезков стеблей и калеоптилей.

Этилен - содержится в различных органах растений, способствует замедлению роста, ускорению старения клеток, созреванию и опадению плодов.

Брассинолиды - поддерживают иммунитет растений в стрессовых ситуациях (уменьшение температуры, засуха, заморозки, засоление почвы, болезни, действие пестицидов).

Первый эпи-брассинолид был выделен американскими учеными в 1979 г. из пыльцы рапса, он обладает биорегуляторной и ростостимулирующей активностью. Природные РРР не представляют какой-либо опасности для окружающей среды и человека, т.к. в процессе эволюции биосферы и организма человека вырабатывались соответствующие механизмы их биотрансформации.

Синтетические регуляторы роста растений получают химическим или микробиологическим путём. С физиологической точки зрения они являются аналогами эндогенных фитогормонов, либо могут оказывать влияние на биосинтез и функционирование гормонов растений. Их применяют с целью влияния на процессы роста, развития и жизнедеятельности растений, обеспечения урожайности, улучшения качества, обеспечения уборки. К этой группе соединений можно отнести также гербициды, вызывающие задержку роста и гибель растений. Известно, что гербициды в зависимости от дозы могут проявлять как ингибирующее, так и стимулирующее действие.

.2 Фитогормоны и стрессовое состояние растений

Фитогормоны полифункциональны, регулируют многие физиологические процессы, физиологическое действие их на растение зависит от следующих факторов:

• специфики фитогормона - спектра физиологических действий на растительный организм данного фитогормона;
• специфики объекта - видовых, органных, тканевых, возрастных и других особенностей растительного объекта, определяющих его восприимчивость к фитогормону;
• концентрации фитогормона - определенных границ концентраций, в которых фитогормон активирует или ингибирует данный физиологический процесс;
• обеспеченности растительного объекта необходимыми факторами минерального и углеродного питания;
• эндогенного содержания фитогормона - ответной реакции растительного объекта на экзогенный гормон, зависящей от его концентрации внутри растения;
• Устойчивость растений к воздействию неблагоприятных факторов среды связана с защитным реакциями, формирующимися с участием гормонов. В период действия стрессора преобладает роль гормонов-ингибиторов, а при выходе растений из состояния стресса - гормонов-активаторов.
• Абсцизовая кислота является основным фактором замедления обмена веществ при действии стресса, что связано с её способностью интенсивно накапливаться в клетках, тканях и органах, а при улучшении условий быстро подвергаться деградации. Абсцизовая кислота накапливается в растениях при водном дефиците.
• Этилен также интенсивно образуется в растениях в ответ на действие засухи, жары, на повреждение насекомыми и инфекцию, на механические травмы и др.
• «Стрессовый» этилен способствует отмиранию и отторжению поврежденных тканей, листьев и других органов растений, что обеспечивает нормальную работу в целом. При засухе, недостатке минеральных элементов питания нарушается синтез цитокининов в корневых окончаниях и их транспорт в надземную часть растений. С помощью экзогенных цитокининов удаётся повысить устойчивость клеток к разнообразным стрессовым воздействиям, сохранить жизнеспособность листьев.
• 5.3 Взаимодействие фитогормонов
• В.И. Кефели (1991) считает, что для обеспечения каждой формы ростового процесса имеется доминирующий гормон, а другие гормоны сопровождают его. Регуляцию прорастания семян можно представить, как доминирование гиббереллина, цитокинина или ауксина с редукционным содержанием эндогенного ингибитора. Регуляцию роста корня - как действие ауксина с редукционным содержанием ингибитора; регуляцию роста стебля - как функцию совместного действия гиббереллина и ингибитора; старение стебля - как доминирование ингибиторов с редукционным содержанием гиббереллинов; старение листьев - как доминирование с редуцированным содержанием цитокинина.
• Следует подчеркнуть, что ауксин индуцирует, а гиббереллин приостанавливает процесс образования корней; зеленение листа запускает цитокинин. Цитокинин вызывает рост боковой почки, а ауксин приостанавливает его. Стареющие органы обедняются ауксином, и обогащаются этиленом, начинается формирование отделительного слоя. Если ауксины способствуют биосинтезу белков, клетчатки и пектинов в растении, то этилен - их распаду.
• Антагонизм цитокинина и абсцизовой кислоты проявляется в ростовых явлениях, движении устьиц, процессе старения и др. Повышение концентрации ауксина в одном органе растения приводит к накоплению этилена.
• Взаимодействие фитогормонов в растении на уровне биосинтеза возможно благодаря их общему предшественнику и взаимодействию метаболических ветвей, ведущих к активации или подавлению биосинтеза гормонов конечным продуктом.
• 5.4 Влияние фитогормонов на рост и морфогенез растений
• Прорастание семян. В набухающем семени центром образования или высвобождения гиббереллинов, цитокининов и ауксинов из связанного состояния является зародыш. Из зародыша первые порции этих гормонов обеспечивают мобилизацию запасных белков, углеводов и др., способствуя питанию зародыша, а также стимулируют начало процессов деления и растяжения клеток в осевых органах зародыша, запуск всего ростового процесса молодого растения.
• Ведущая роль на этом этапе принадлежит гиббереллину. Гиббереллин вызывает в эндосперме синтез новых порций гидролитических ферментов, которые расщепляют связанные гормонально-белковые комплексы ауксинов и цитокининов. Апикальная меристема начавшего рост зародышевого корня синтезирует цитокинины, которые стимулируют рост калеоптиля и тормозят развитие боковых корней. Синтезируемый в верхушке калеоптиля ауксин активирует растяжение клеток в калеоптиле, а также заложение боковых и придаточных корней. Апикальные меристемы образующихся корней интенсивно синтезируют цитокинины и гиббереллины, стимулируя рост побега.
• Развитие проростка. В дальнейшем лист прорывает калеоптиль, и проросток превращается в ювенильное растение, способное к автотрофному питанию. Регуляция роста отдельных органов растения (стебель, корень, листья) осуществляется, прежде всего, за счет изменения соотношения эндогенных гормонов и определяется различиями в реакции каждого органа на сходные изменения баланса фитогормонов.
• В процессе ориентации роста основную роль играет ауксин и абсцизовая кислота. Пробившись на поверхность почвы, побег ориентируется в сторону света в результате повышения содержания ауксина на теневой стороне проростка (положительный фототропизм) и усиленного растяжения клеток этой зоны.
• На свету проросток разворачивает листья, линейный рост стебля несколько затормаживается, он утолщается, начинается фотосинтез. В хлоропластах накапливается гиббереллины, ряд полифенолов. В листья из корней поступают цитокинины. Активно растущие листья посредством движения черешков (филлотаксис) располагаются на стебле так, чтобы фотосинтез был максимальным.
• Филлотаксис определяется ауксинами. Растущий лист кроме собственных продуктов фотосинтеза использует ассимилянты других листьев за счет синтеза и накопления в молодом листе фитогормонов, способствующих притоку питательных веществ. В полностью развившемся листе снижается содержание этих гормонов и повышается концентрация ингибиторов роста.
• Размножение. Перед цветением уменьшается активность ауксина, а ряд растений синтезирует большое количество ингибиторов. Уровень гиббереллинов у длиннодневных растений резко возрастает. Для растущей пыльцевой трубки характерно повышенное содержание ауксинов; после оплодотворения в семяпочке возрастает уровень цитокининов, а затем ауксинов. Семя становится активным центром притяжения питательных веществ из других органов растения. В нём накапливаются также фитогормоны в связанной форме. В период активного роста семя обычно сильно оводнено, т.к. ауксины интенсивно притягивают воду.
• В последующем содержание ауксинов и гиббереллинов в семени снижается при одновременном возрастании АБК. Накапливающиеся ингибиторы роста способствуют экспорту питательных веществ в семена и плоды. В сочных плодах при созревании семян количество стимуляторов из мякоти снижается при одновременном увеличении содержания этилена.
• В зимующих органах растений формируются зародышевые структуры: почки с зачаточным стеблем, клубни с глазками, луковицы и др., переходящие в состояние покоя. В растениях снижается содержание гормонов-стимуляторов, накапливаются ингибиторы, и усиливается их активность. Первоначально накапливаясь в листьях, ингибиторы затем перемещаются в почки, обеспечивая переход растений в покой. В период глубокого покоя в растениях уменьшается количество ингибиторов, а содержание стимуляторов интенсивно увеличивается весной при возобновлении роста. Состояние покоя, сопутствующие ему ингибиторы роста защищают многолетние и зимующие растения и их органы размножения от неблагоприятных условий зимовки, препятствуют неожиданному развитию ростовых процессов.
• Гормональная регуляция клубнеобразования. Все фитогормоны принимают участие в клубнеобразовании растений. Процесс клубнеобразования проходит две фазы: возникновение и рост столонов; формирование и рост клубней.
• Функциональная роль фитогормонов в этих процессах следующая: ауксины синтезируются в стеблевых почках и прилегающих молодых листьях, стимулируют корнеобразование и тормозят образование клубней; гиббереллины синтезируются в листьях, стимулируют рост столонов, задерживая образование клубней; абсцизины задерживают рост столонов и тем самым стимулируют образование клубней; цитокинины синтезируются в корнях и вызывают утолщение столонов и образование клубней.
• Между содержанием в растущих клубнях картофеля фитогормонов - стимуляторов роста и интенсивностью притока в них ассимилянтов из ботвы имеется прямая связь. Осенние клубни картофеля содержат большое количество тормозящих веществ, поступивших из ботвы. Это АБК, фенольные ингибиторы, наиболее активные в кожуре и периферийной части паренхимы клубней. С началом зимы уровень ингибиторов в клубнях снижается, а весной они почти полностью исчезают.
• 5.5 Механизм действия фитогормонов
• Фитогормоны, обладая полифункциональным действием, регулируют многие биохимические процессы растений. Перемещаясь в растении, гормоны проникают в клетки тканей-мишеней, отличающиеся повышенной чувствительностью к гормонам. Проникнув в клетки, гормон связывается с белками-рецепторами, являющимися проводниками гормонального действия в клетке.
• Взаимодействие гормона и рецептора приводит к биохимическим реакциям, обеспечивающим реализацию физиологического действия данного гормона. Известны 2 типа рецепторов: внутриклеточные растворимые белки-рецепторы, связывающие фитогормоны и мигрирующие между цитоплазмой и ядром; мембранные белки-рецепторы, связывающие фитогормоны из внеклеточного пространства. Рецепторы первого типа, связав гормон, воздействуют на метаболизм в клетке, изменяя уровень транскрипции соответствующих генов ДНК ядра и органелл (экспрессия генома). Обнаружены растворимые связывающие белки первого типа для ауксина, цитокинина и гиббереллина. Мембранные белки-рецепторы второго типа, образовав комплекс с гормоном, вызывают быстрое увеличение в клетке концентрации метаболитов-посредников, при помощи которых реализуется физиологическое действие фитогормона.
• Таким образом, механизм действия фитогормонов в клетке сводится, прежде всего, к активации специфических генов, ответственных за синтез необходимых ферментов. Фитогормоны воздействуют также на структуру и функции клеточных мембран, рибосом, эндоплазматического ретикулума, что приводит к изменению метаболизма клетки. Механизмы действия как мембранно-связанных, так и растворимых комплексов белок - гормон изучены недостаточно. Биосинтез самих фитогормонов контролируется геномом растения.
• 5.6 Использование фитогормонов и физиологически активных веществ
• Регулировать рост и развитие растений - значит хорошо сбалансировать действие веществ, ускоряющих и задерживающих эти процессы.
• Гербициды - это синтетические препараты, вызывающее торможение роста и гибель растений в связи с отмиранием точек роста. Основой применения гербицидов является их избирательное действие на различные растения. Разная чувствительность растений к гербицидам связана с особенностями их морфологии и обмена веществ, ферментативной системы. У чувствительных растений гербицид нарушает полярность, вызывает утолщение побегов, опадение листьев, морфозы, в результате жизнедеятельность растений дезорганизуется и наступает их гибель.
• Ретарданты - это синтетические регуляторы, тормозящие биосинтез гиббереллинов, подавляющие рост стебля и вегетативных побегов, придающие растениям устойчивость к полеганию. В то же время они способствуют росту корней, листьев, повышают содержание хлорофилла, устойчивость растений к неблагоприятным условиям.
• К ретардантам относятся ССС (или тур), алар, которые сдерживают вегетативный рост кроны плодовых деревьев и стимулируют плодоношение, фосфон, ускоряющий выгонку декоративных культур и другие соединения.
• ССС (хлорхолинхлорид) снижает рост соломины озимой и яровой пшеницы, ярового ячменя, но делает её стенки толще, повышает продуктивную кустистость. Применяется против полегания в посевах зерновых, семенниках злаковых трав.
• Применение алара (продукт превращения янтарной кислоты) ослабляет периодичность плодоношения, ускоряет закладку цветочных почек и вызывает плодоношение молодых деревьев, предупреждает преждевременное опадение плодов яблони, груши, сливы, вишни, персика, чёрной смородины. Ретарданты широко применяют в декоративном садоводстве, т.к. они укорачивают и делают более прочными цветоносы.
• Регуляторы созревания - это вещества, ускоряющие достижение растением, его органами зрелого состояния. Задержка опадения завязей у томата достигается применением ауксина.
• Обработка гиббереллином обеспечивает стимуляцию роста листьев чайного куста, выгонку растений в декоративном цветоводстве, получение длинноволокнистых стеблей и повышение урожайности конопли, выход волокна и улучшение его качества.
• Регуляторы покоя помогают продлить покой, улучшить лежкость клубней, корнеплодов и луковиц можно обработкой посевов за 12-15 дней до уборки гидразидом малеиновой кислоты (ГМК). Для прерывания покоя свежеубранных клубней раннего картофеля их обрабатывают раствором гиббереллина и тиомочевины, что стимулирует пробуждение глазков.
• Регуляторы вегетативного размножения растений используют для улучшения корнеобразования у черенков, сеянцев, саженцев и взрослых деревьев и кустарников применяют аналог ауксина (ИУК) - НУК и ИМК. ИУК, попадая в ткани растения, быстро разрушается и поэтому малопригоден для практических целей.
• Дефолианты и десиканты применяют для ускорения опадения и засыхания листьев, что необходимо при механизированной уборке хлопчатника и других культур. Дефолианты - вещества, вызывающие опадение листьев, десиканты - вещества, способствующие обезвоживанию растительных тканей.
• Активаторы (регуляторы) транспорта веществ в растении. Приобретают всё более важное значение синтетические регуляторы, ускоряющие транспорт питательных веществ, активизирующие их накопление в хозяйственно полезных органах (плодах, семенах). К таким препаратам относятся вещества, интенсифицирующие отток углеводов их листьев сахарного тростника или сахарной свёклы в стебли или корни.
• 6. Компостирование
• Компостирование - биотермический процесс минерализации и гумификации обычно двух органических компонентов (иногда с добавками минеральных), уменьшающий потери питательных элементов одних (навоз, жижа и стоки, фекалии, помёт птиц, ОСВ и др.) с одновременным ускорением разложения других (торф, солома, опилки, бытовой мусор и др.) и переводом в доступные для растений формы. При компостировании органических отходов происходит биотермическое обеззараживание, компост нагревается до 600 С, что убивает яйца и личинки мух и гельминтов, а также болезнетворные неспоровые микроорганизмы.
• В органических компостах один из компонентов выступает в роли поглотителя влаги, аммиака, диоксида углерода и без компостирования слабо разлагается (торф, бытовой мусор, дерновая земля, солома), а другой (навоз, его жижа, фекалии, птичий помёт и др.) обогащён микрофлорой и содержит значительные количества легкоразлагающихся азотистых и безазотистых органических соединений.
• Важны и часто необходимы и органо-минеральные компосты, которые повышают усвояемость растениями питательных элементов их компонентов, обогащают недостающие элементы, устраняют кислотность удобрения, предотвращают потери.
• Компоненты компостов смешивают и выдерживают до тех пор, пока содержимое их не превратится в однообразную рассыпчатую массу.
• 6.1 Виды компостов и способы компостирования
• 6.1.1 Компостирование навоза
• Навоз - основной вид органических удобрений во всех почвенно-климатических зонах страны. Эффективность применения навоза зависит от правильной его подготовки - компостирования. При компостировании навоз значительно изменяется и нередко при неправильной рыхлой укладке в штабеля теряет большое количество питательных веществ, в первую очередь - азота.
• Различают четыре стадии разложения навоза.
• Свежий, слаборазложившийся навоз. Солома при этом незначительно изменяет цвет и прочность.
• Полуперепревший навоз. Солома приобретает тёмно-коричневый цвет, теряет прочность и легко разрывается. В этой стадии навоз теряет от 15 до 30% первоначального веса.
• Перепревший навоз. Это чёрная мажущая масса, в которой солома разложилась настолько, что нельзя различить отдельные соломины. При доведении до такой степени разложения навоз теряет около 50% первоначального веса.
• Перегной (сыпец). В этой стадии навоз теряет до 75% первоначального веса и представляет собой рыхлую землистую массу. По мере разложения навоза содержание в нём азота, фосфора и других элементов возрастает.
• Свежий навоз не рекомендуется вносить в почву, потому что в нём иногда содержится большое количество семян сорняков. При компостировании навоза основная масса этих семян теряет всхожесть. Сильно соломистый свежий навоз, внесённый незадолго до посева, может оказаться малоэффективным или даже снизить урожай вследствие того, что микроорганизмы, разлагающие солому в процессе своей жизнедеятельности, поглощают большое количество растворимых соединений азота и фосфора.
• Рыхлую укладку навоза, при которой он укладывается в узкие (не шире 3-4 м) штабеля (аэробный или горячий способ компостирования). Температура в навозе быстро поднимается и на 4-6 день достигает 600 и выше. Навоз в штабеле высотой 1,5-2 м или совсем не уплотняют или уплотняют после того, как он достаточно перегорит и температура в нём спадёт.
• Существует ещё так называемый горячее - пресованный способ компостирования навоза. В этом случае навоз рыхло укладывают в штабель слоями 80-100 см. Каждый слой уплотняют, когда температура в нём поднимается до 55-60 0С
• Широко применяется плотный, или холодный, способ компостирования навоза. В результате тщательного уплотнения свежего навоза при укладке его в штабеля высотой не менее 1,5-2 м температура в нём зимой не поднимается выше 20-250, а летом - выше 30-350.
• Детальное изучение различных способов компостирования навоза показало, что чем выше при компостировании поднимается температура, тем больше теряется азота. Поэтому основное условие правильного компостирования для всех районов РФ, как в навозохранилищах, так и в поле - плотная укладка его в штабеля шириной не менее 3-4 м и высотой 1,5-2 м. При такой укладке навоз сильно не разогревается и потери азота бывают минимальными.
• Очень популярны компосты из навоза и фосфорной муки и из навоза и простого суперфосфата. Установлено, что суперфосфат и фосфоритная мука способствуют увеличению скорости разложения органического вещества навоза, фосфор переходит в более подвижные формы, значительно сокращаются потери азота из навоза.
• 6.1.2 Торфяные компосты
• В районах нечерноземной полосы имеются огромные возможности для увеличения производства высокоценных органических удобрений (компостов) путём широкого использования торфа, запасы которого практически не ограничены.
• 6.1.2.1 Торфонавозные компосты
• Торфонавозные компосты готовят вблизи животноводческих помещений, в навозохранилищах или полевых штабелях. Отношение навоза к торфу в компосте зависит от качества компонентов и обеспеченности ими - зимой это обычно 1:1, а летом до 1:3. Для компостирования пригодны любые торфы с влажностью до 60%.
• Выделяют:
• Послойное компостирование, которое возможно в любое время года; при этом торф слоем до 50 см разравнивают на подготовленных местах шириной 4-5 м и длиной в зависимости от возможностей. Затем покрывают его слоем навоза, который вновь покрывают торфом, затем вновь - навозом и т.д. Слои торфа и навоза чередуют, пока высота штабеля не достигнет 2 м. Толщина слоёв зависит от принятого соотношения компонентов. Завершают укладку слоем торфа.
• Очаговое компостирование предпочтительнее зимой, когда навоз по подготовленному (50-60 см) слою торфа размещают непрерывным или прерывистым слоем 70-80 см и шириной на 1,0-1,5 м меньше нижележащего торфа. При недостатке навоза его размещают прерывистым слоем (кучами) на торфе и, как в первом случае, со всех сторон укрывают торфом слоем 50-70 см. Зимой штабель очагового компоста закладывают за 1-2 дня, обычно во время оттепелей, когда температура внутри него не опускается ниже 25-30 градусов.
• Ценность компостирования торфа с навозом определяется тем, что торф отличаясь высокой поглотительной способностью, полностью связывает аммиак, который мог бы улетучиться из навоза при его хранении.
• Кроме того, под влиянием навоза устраняется кислотность торфа, создаются благоприятные условия для энергичной деятельности микроорганизмов, с помощью которых азот, содержащийся в торфе, переходит в аммиак и нитраты, то есть в соединения, доступные для питания. Особенно быстро это происходит, если температура в компосте достигает 50-600. Установлено, что под влиянием нагревания во влажной среде до 50-700 действие торфа как источника азота на урожай сельскохозяйственных культур превосходит действие обычного навоза.
• 6.1.2.2 Торфонавознофосфоритные компосты
• Качество торфонавозного компоста резко повышается при добавлении к нему фосфоритной муки (1-3% от веса компоста).
• Доля приготовления высококачественного торфонавознофосфоритного компоста необходимо применять хорошо проветренный торф (торфяную крошку) влажностью не более 50-70%. Под влиянием фосфоритной муки в компосте усиливается деятельность микроорганизмов, способных переводить азот воздуха в соединения, доступные для питания растений.
• Часто в торфонавознофосфоритном компосте не только полностью сохраняется азот, который содержится в компостируемом материале (навозе, торфе), но при благоприятных условиях дополнительно накапливается значительное кол-во связанного азота 20-25 кг на 20 т компоста.
• 6.1.3 Торфожижевые и торфофекальные компосты
• Одним из крупнейших резервов повышения урожайности сельскохозяйственных культур являются навозная жижа и фекалии. К сожалению, навозная жижа и фекалии используются в крайне незначительном количестве. Между тем при компостировании торфа с навозной жижей и фекальными массами можно получать высокоценные органические удобрения, так как в них почти полностью сохраняется азот навозной жижи и фекалий, а питательные вещества торфа переводятся в соединения, усвояемые растениями.
• 6.1.3.1 Приготовление торфожижевых компостов
• Их готовят с любым торфом, кроме известкового (содержание СаО более 5%), зимой в навозохранилищах или рядом с животноводческими помещениями, а летом в полевых штабелях или на осушённых торфяниках. На каждую тонну проветренного торфа в зависимости от влажности берут 1- 3 т навозной жижи и 1,5-2,0% от массы компоста фосфоритной муки. Торф укладывают в 2 смежных вала с корытообразным углублением между ними, в которое сливают навозную жижу.
• После поглощения жижи торфом массу сгребают бульдозером в штабеля, которые покрывают торфом, а при достижении температуры 600С уплотняют. В зависимости от свойств компонентов компоста и времени года массу выдерживают в течение 1-4 месяцев, затем применяют в качестве основного удобрения под различные культуры в таких же дозах, как подстилочный навоз. Торфожижефосфоритные компосты не уступают по эффективности хорошо приготовленному навозу.
• Для приготовления компостов с жижей в зимнее время (чтобы предотвратить замерзание их) следует добавлять к торфу свежий навоз. Торф вместе с навозом укладывают слоями 50-60 см и каждый из них поливают навозной жижей. На 1 т проветренного торфа, в зависимости от его влажности, берут от 0,5 до 2 т навозной жижи Через 4-5 дней, когда первый слой компоста разогреется, закладывают второй такой же слой, затем - третий и т.д., до тех пор, пока высота штабеля не достигнет 1,5-2 м; каждый слой поливают навозной жижей. Зимой такие компосты лучше закладывать в навозохранилище.
• 6.1.3.2 Приготовление торфофекальных компостов
• Их получают при компостировании фекальных масс торфом (можно соломой, городским мусором и другими слаборазлагающимися материалами). Это быстродействующее удобрение. В фекальной массе в среднем содержится 0,5-0,8% N, 0,2-0,4% Р2О5 и 0,3-0,4 K2O, азот в них на 70-80 % представлен аммиаком и мочевиной, да и фосфор с калием находятся в легкоусвояемых для растений формах. Высушенные фекальные массы - пудреты содержат около 2% N, 4% Р2О5, 2% K2O. Для уменьшения потерь азота при сушке фекальных масс к ним добавляют сухой торфяной порошок в кол-ве 8-10% их массы. Пудреты можно применять под декоративные и лубяные культуры в дозе 2-3 т/га; по эффективности не уступают эквивалентным дозам минеральных удобрений.
• С санитарной, агрономической и экологической точек зрения фекальные массы лучше применять в виде компостов. Для приготовления их к 1 т низинного торфа влажностью около 70% добавляют до 0,5 т фекалий, к 1 т верхового 2 т, а при влажности торфа до 50% - 3,5 т фекалий. Компостирование при температуре 56-600С с последующим уплотнением - лучший способ обеззараживания, снижения потерь питательных элементов и ликвидации неприятного запаха фекальных масс. По эффективности торфофекальные компосты нередко превосходят навоз при эквивалентных по питательным элементам дозах на 30-50%.
• Указанные виды компостов применяются как основное удобрение, вносят под плуг или даже под культивацию перед посевом сельскохозяйственных культур, а также для подкормки.
• 6.1.3.3 Торфоизвестковые компосты.
• Торфоизвестковые компосты готовят с кислым торфом (рНсол <5), пересыпая ими каждый 15-20- сантиметровый слой при укладке штабеля. Дозу извести рассчитывают по 0,8 гидролитической кислотности торфа, что при влажности торфа 60-70% составляет в среднем 1-3% его массы. Лучшей формой известковых удобрений для этих целей является доломитовая мука. Такие, обогащённые Са и Mg, но бедные калием и фосфором компосты выдерживают до применения в течение 4-5 мес.
• 6.1.3.4 Компосты с золой
• Компосты с золой приготавливают для обогащения почвы кальцием, калием, фосфором и другими элементами с одновременной нейтрализацией обменной кислотности его. Штабель готовят так же, как с известью, добавляя на каждую тонну проветренного торфа 2,5-5,0% золы (25-50 кг/т). Такие компосты пригодны для удобрения на всех почвенных разностях, под все сельскохозяйственные культуры, в первую очередь под картофель и лён
• 6.1.3.5 Торфофосфоритные компосты
• Торфофосфоритные компосты позволяют при тщательном перемешивании компонентов уже через месяц их хранения перевести в усвояемую для растений форму 30-60% Р2О5 фосфоритной муки и одновременно несколько уменьшить кислотность торфа. Для этих целей применяют кислый торф, не содержащий подвижных форм алюминия, на тонну которого при влажности 65-70% добавляют 10-30 кг фосфоритной муки и выдерживают 2-3 месяца.
• Торфоизвестковые и торфофосфоритные компосты применяют в таких же дозах, как навоз, причём эффективность их значительно возрастает при сочетании с азотно-калийными минеральными удобрениями.
• 6.1.3.6 Торфоаммиачные (ТАУ) и торфоминерально-аммиачные (ТМАУ) удобрения (компосты)
• Их готовят насыщением торфа аммиаком (жидкий аммиак, аммиачная вода) и добавлением к нему фосфорных и калийных минеральных удобрений. Для этих целей применяют торф с зольностью до 25%, влажностью 55-65% и степенью разложения для низинного 15-20%, для верхового 20-25. В состав ТМАУ в каждую тонну сухого торфа вводят 30-35 кг фосфоритной муки или смеси её(1:1) с суперфосфатом, 10-12 кг КСl (или др. калийного удобрения) и 30-35 л 25%-го раствора аммиака (или эквивалентного по NH3 дозу жидкого аммиака).
• В ТМАУ на основе низинного торфа количество перечисленных минеральных компонентов уменьшают на 30-50%.
• Приготовление различных компостов на осушённых торфяниках вблизи удобряемых ими полей значительно снижает себестоимость и повышает их эффективность.
• Технология приготовления компостов на торфяниках заключается в сочетании обработок и рыхления их с внесением соответствующих компонентов (навоза, навозной жижи, фекальных масс, извести, фосфоритной муки и т.д.) с последующим сгребанием и уплотнением желаемых смесей в штабеля. При расчётах количеств любых компонентов и всего компоста учитывают, что при массе 1 м3 400 кг и глубине сгребаемого слоя 20 см на каждом га торфяника за сезон получают 800 т торфа.
• 6.1.3.7 Торфорастительные компосты
• Получают при выращивании на торфяниках бобовых и других (или смесей разных) культур (сидератов) с последующей запашкой их и приготовлением штабелей из полученных смесей торфа и растений.
• Растительную массу сидератов в фазе цветения прикапывают, измельчают и запахивают на глубину 15 см. Через 2-3 недели после запашки торфяник дискуют, торфосидеральную массу сгребают в штабеля высотой 1,5-2 м и выдерживают 1-2 месяца.
• Торфорастительные компосты применяют под различные культуры в таких же дозах, что и подстилочный навоз. По эффективности в эквивалентных по питательным элементам дозах они не уступают полуперепревшему навозу плотного хранения.
• 6.1.3.8 Навозноземляные и дерновонавозные копосты
• Установлено, что покрытие штабелей навоза слоем земли 8-10 см значительно сокращает потери органического вещества и азота в 2 раза.
• Земля поглощает аммиак и тем самым предохраняет его от улетучивания. В штабеле накапливается и углекислый газ, который значительно уменьшает скорость расщепления углекислого аммония на свободный аммиак и углекислоту.
• Если же земля используется не только для покрытия штабелей, но и перемешивается со всей массой навоза, то положительная роль её в составе компоста резко возрастает. Навоз при компостировании без земли теряет около 32% азота, а компостированный с 25-30% земли от веса навоза - 10,4%.
• Одним из наиболее важных свойств навозноземляного компоста является то, что содержащийся в нём аммиачный азот находится в прочно поглощённом состоянии, не улетучивается из компоста при внесении его в почву даже в том случае, если компост в течение длительного времени после внесения не запахивается. Однако прибавка урожайности при внесении навозноземляного компоста примерно такая же, как и от простого навозного компоста.
• Естественная дернина для приготовления компостов имеет ряд преимуществ по сравнению с обычной полевой землёй. По нашим данным, на 1 га в 10-12-сантиметровом слое хорошей многолетней дернины содержится столько же неразложившегося органического вещества, сколько имеется его в 50-70 т навоза, правда, по содержанию питательных веществ органическое вещество дернины несколько уступает навозу.
• Однако использование многолетней дернины для приготовления компостов имеет и некоторые недостатки. Компост, приготовленный на дернине, созревает медленнее, чем компост из навоза и полевой земли.
• Для механизированного приготовления дерновонавозных компостов на участок с хорошо изрезанной дисками естественной дерниной вносят органические и минеральные удобрения и запахивают их на глубину 12-14 см. Навоз вносят до 300 т, фосфоритной муки - до 30 и извести - 40-50 т на 1 га компостной площадки. Запаханные удобрения дисковыми боронами хорошо перемешивают с дерниной и после этого сгребают в штабеля.
• Техника приготовления навозноземляных компостов проста и сводится к следующему: на выбранный под компостирование участок равномерно вносят известь, после чего участок культивируют или пашут на глубину 10-12 см. Затем на компостную площадку вносят навоз и фосфоритную муку, участок снова пашут на глубину 10-14 см и дискуют. В результате удобрения хорошо перемешиваются с почвой.
• 6.1.4 Компосты из бытовых отходов
• В связи с возрастающими требованиями к охране окружающей среды и ростом количества бытовых отходов в городах всё более широкое распространение получают промышленные методы биотермического обеззараживания отходов и приготовления из них компостов. В пригородных хозяйствах городской мусор используют как биотопливо в парниках.
• Из промышленных отходов наибольшее значение для приготовления компостов имеют следующие: отходы боен и кожевенных заводов, отходы табачной, шерстяной, рыбной, маслобойной, сахарной, костяной промышленности и различные шлаки металлургических заводов. Немаловажную роль как сырьё для компостов имеют фекалии муниципальных канализаций.
• Барьером для использования мусора городских свалок и предприятий является наличие в нём стекла, железа, костей и др. предметов, требующих удаления из компостируемого материала путём просеивания и прочих видов сортировки. Большой проблемой являются токсичные отходы, опасные для здоровья человека и почв, поскольку способны привносить с собой тяжёлые металлы, химикаты, токсины, которые очень сложно удалять из почвы. Эти компоненты делают её непригодной для сельскохозяйственного использования.
• По действию на урожай заводской компост из бытовых отходов не уступает в эквивалентных дозах навозу и при наличии соответствующего сертификата качества может применяться с агрохимическим контролем под различные культуры.
• 6.1.5 Компостирование отходов сельскохозяйственного производства
• Во многих районах нашей страны, особенно в лесостепной и степной зонах, часто большие количества соломы, мякины, половы и других отходов полеводства остаются неиспользованными. Из этих отходов можно приготовлять высококачественные удобрения.
• Особенно ценно использование соломы для подстилки в пастбищный период на временных полевых загонах скота. Для этого полевую стоянку скота покрывают слоем соломы 20-30 см. Солома смачивается мочой, перемешивается с калом животных и хорошо уплотняется. Благодаря атмосферным осадкам и влаге, которая подтягивается к слою навоза из почвы, солома начинает быстро разлагаться, и в течение 1,5-2 месяцев на загоне образуется хороший, полноценный навоз. Перед сменой стоянки скота навоз укладывают в хорошо уплотнённый штабель, где навоз дозревает быстро и без больших потерь азота.
• Сельскохозяйственной наукой разработаны приёмы приготовления из соломы так называемого искусственного навоза. На специально приготовленной площадке закладывают слой соломы (лучше в виде резки) шириной 3-4 м, толщиной 80-100 см, длина зависит от количества соломы.
• При укладке солому равномерно посыпают азотными минеральными удобрениями, после этого равномерно смачивают водой в 3-4 приёма (через каждые 10-12 часов), чтобы вода не вытекала из-под соломы, а целиком ею впитывалась (на каждую тонну заложенной соломы - 0,5 т воды). Только после того, как начинается брожение первого слоя соломенной резки и температура в нём поднимается до 50-600С, следует закладывать второй слой соломы, потом третий и т.д., пока высота штабеля не поднимется. Вместо минерального азота и воды можно использовать навоз и навозную жижу.
• Приготовлять искусственный навоз из соломы злаковых и бобовых культур, не пригодной на корм половы, мякины и других отходов можно непосредственно в поле, на месте использования его на удобрение.
• 6.1.6 Компосты с использованием дождевых червей
• Вермикультивирование - искусственное разведение червей, одно из перспективных направлений в сельскохозяйственной практике всего мира. В качестве источников корма для червей используют различные органические материалы: навоз, бытовые отходы, растительные остатки, осадок сточных вод и др.
• Питаясь, черви быстро размножаются и способствуют превращению отходов в компост. При этом в сравнении с компостом, получаемым традиционными методами вермикомпост характеризуется гомогенностью и высокой водоудерживающей способностью. Также здесь отмечается сбалансированное соотношение основных макроэлементов, что позволяет сократить применение минеральных удобрений, а также в конечном итоге решить проблему утилизации бытовых и прочих органических отходов.
• Первоначально вермикультивирование было разработано в США и распространилось впоследствии по многим регионам мира. Из европейских стран широкое распространение это направление получило в Италии, есть масштабные коммерческие хозяйства во Франции, Германии, Голландии, Великобритании, Польше, Венгрии, во многих азиатских странах, а также в Южной Америке и Австралии.
• В странах СНГ работы по разведению червей ведутся в России (Владимир), Киргизии (Бишкек), Беларуси (Гомель, Минск, Добруш), на Украине (Ивано-Франковск). Из большого количества видов дождевых червей для вермикультуры пригодны только те, которые приспособились к жизни в компостах. Одним из таких видов является Eisenia foetida.
• Промышленное разведение целесообразно проводить при крупных животноводческих фермах и причина тому - навоз. Под хозяйство необходимо определить закрытое помещение, в котором размещаются контейнеры или гряды для выращивания червей, участок для буртования органических отходов и их хранения, помещение для просушивания и просеивания гумуса. Крайне желательно иметь отапливаемое помещение для содержания маточных культур.
• Гряды располагают с небольшим уклоном для стока воды. Расстояние между грядами не менее 1,5 метра с учетом прохождения тележки или малогабаритного трактора, ширина гряды - 1 метр, длина может быть любой.
• 7. Силосование
• Силос - законсервированная в процессе силосования зелёная масса кукурузы, подсолнечника и других силосных культур. Сочный корм для сельскохозяйственных животных всех видов, по питательности близок к зелёным кормам.
• Силосование зеленых кормов сопровождается меньшими потерями питательных веществ, в частности протеина (белка), чем при сушке на сено. Если при обычных условиях уборки на сено из зеленой травы теряется до 30% и более питательных веществ, то при правильно проведенном силосовании в хороших силосных сооружениях потери в общей питательности редко достигают 10%, а в белке близки к нулю. Белки в процессе силосования распадаются частично на пептиды и аминокислоты, но это не существенно снижает их питательность.
• Силосование дает возможность заготавливать сравнительно дешевый сочный корм на зимний период, а в засушливых районах - и на летние месяцы при недостатке пастбищного корма; позволяет возделывать такие кормовые культуры, которые дают наивысший урожай, и убирать их независимо от погоды в наиболее удобное для хозяйства время; дает возможность широко пользоваться пожнивными и промежуточными культурами, а также хорошо использовать осенью отаву, которую не удается высушить на сено; позволяет использовать на корм сорняки и грубое разнотравье, из которых при сушке получается плохое сено, а при силосовании - вполне удовлетворительный сочный корм.
• В настоящее время трудно представить зимние рационы животных без силоса. Силос повышает аппетит животных, улучшает пищеварение, обеспечивает потребность животных в витаминах и минеральных веществах. В значительной мере этим качествам способствует специфический вкус и запах силоса, образующийся в процессе сложных биохимических превращений белка и углеводов силосуемой массы и напоминающий запах квашеной капусты и других овощей, хлебного кваса и свежевыпеченного хлеба.
• Основное преимущество силосования состоит в том, что доброкачественный силос по своей питательности и биологической ценности почти не отличается от зеленой травы. В силосованном корме количество протеина, жира, клетчатки, минеральных веществ и каротина почти не изменяется. Уменьшается лишь содержание сахара на 60-90%, который расходуется на образование органических кислот, главным образом, молочной кислоты.
• Органические кислоты по своим энергетическим свойствам незначительно уступают простым сахарам и легко усваиваются организмом животного. Например, уксусная кислота, накапливающаяся в процессе силосования, необходима для образования молочного жира. В целом силос высокого качества оказывает положительное влияние на молочную продуктивность коров. Переваримость основных питательных веществ силоса по сравнению со свежескошенной травой изменяется незначительно.
• 7.1 Микробиологические процессы, протекающие в силосуемой массе
• 7.1.1 Аэробные процессы. Термогенез
• Микрофлора силоса. При соблюдении технологических правил заготовки и хранения в силосе создаются условия (анаэробиоз, повышенная кислотность, температура), при которых количество первоначальной микрофлоры, в том числе «полевой», значительно сокращается. Однако ряд грибов приспосабливается к этим условиям и составляет так называемую силосную микрофлору.
• К ней, помимо дрожжей, представляющих доминантную грибную флору силоса хорошего качества, относят Geotrichum candidum, некоторые Muco-raceae (Mucor griseo-cyanus, M. hiemalis, Absidia corymbifera, Rhizo-pus arrhizusn др.), Manascus pursureus, Penicillium rogueforti, а также Byssochlamys (B. nivea, B. fulva) и их конидиальные стадии, относящиеся к роду Palcilomyces. Наибольшую опасность представляют грибы двух последних родов, способные продуцировать микотоксин-патулин.
• Кроме того, в периферийных участках силосуемой массы (верхние и боковые слои, поверхность среза - в траншеях; пристеночные части - в башнях) локализуются Fusarium (F. роае, F. graminea-тит), Aspergillus (A. fumigatus, A. flavus, A. glaucus), виды группы Botrytis, Trichoderma и др. При значительных нарушениях технологии заготовки силоса эти грибы могут интенсивно развиваться в глубинных слоях, поражая либо отдельные участки, либо всю его массу, вызывая заплесневение.
• В случаях длительной закладки корма, плохой трамбовки массы и недостаточной герметизации увеличивается ее аэрация и постепенно наступает самосогревание. В этом процессе большую роль играют грибы, образующие плесени. Температура массы силоса может повышаться до 60-70 °С.
• Термогенез сопровождается снижением содержания углеводов, переваримого протеина, каротина и других веществ. Самосогревшийся корм становится малоценным, а в ряде случаев при интенсивном гнилостном распаде белковой части растительной массы и вредным для здоровья животных. Токсигенные штаммы грибов в таких благоприятных условиях для их развития могут продуцировать различные микотоксины.
• При нарушении правил выемки усиливаются аэрация и подсыхание корма, в обнажившемся слое начинает развиваться микофлора.
• В результате нарушений технологии силосования в силосе в больших количествах образуются масляная, капроновая, валериановая кислоты, кетоновые тела. Такой корм вреден для организма жвачных. Повышенное содержание масляной кислоты в рационе или усиленное маслянокислое брожение в рубце обусловливают развитие субклинической формы кетоза, которая в дальнейшем переходит в клинически выраженный кетоз.
• 7.1.2 Анаэробные процессы
• 7.1.2.1 Недостаточное уплотнение и плохое укрывание силосных буртов
• Приведенная причина может также привести к плохой консервации и большим потерям при силосовании из-за доступа воздуха (кислорода). В таких условиях значение рН 4.0 не достигается. Следовательно, могут быстро размножаться микроорганизмы, которые обычно ингибированы анаэробиозом.
• Энтеробактерии и Clostridium, которые ингибируются низкими значениями рН, будут способны расти и утилизировать молочную кислоту,белок последующей утратой пищевой ценности силоса. Рост видов Clostridium, имеющий оптимум при рН 7.2, не ингибируется до тех пор, пока рН не упадет ниже 5.5. Следовательно, в плохо законсервированном влажном силосе они могут доминировать среди микрофлоры. Виды Clostridium предпочитают также более высокую влажность и силос с низким содержанием СВ.
• Сахаролитические виды, такие как Clostridium tyrobutyricum, используют ВРУ и молочную кислоту в процессе своего роста, и в силосе, который может изначально иметь низкую концентрацию молочной кислоты, неизбежно будет расти рН из-за наработки масляной кислоты, которая слабее, чем молочная.
• Протеолитические виды бактерий, такие как С.sporogenes, используют многие из аминокислот силоса, продуцируя преимущественно масляную кислоту и аммиак.
• Скармливание коровам, молоко которых идет на сыр, недоброкачественного силоса, подвергавшегося масляно-кислому брожению, вызывает в сыре подобное брожение.
• Также нежелательны в силосе и дрожжи. Обычно после начального быстрого размножения аэробные виды, такие как Candidas spp. и Pichia spp., «остаются в спячке» в анаэробных условиях, пока силос не откроют для кормления животных. Аэробная порча силоса на поверхности бурта может быть очень быстрой и приводить к полной потере питательности, сопровождаясь образованием диоксида углерода, воды и выделением теплоты, как видно из приведенных ниже типичных реакций дрожжей.
• 8. Этапы превращения питательных веществ в силосуемой массе
• Рассмотрим динамику созревания силоса. Процесс квашения можно условно разбить на три фазы.
• Первая фаза созревания заквашиваемого корма характеризуется развитием смешанной микрофлоры. На растительной массе начинается бурное размножение разнообразных групп микроорганизмов, внесенных с кормов в силосное помещение. Силосование связано с накоплением в корме кислот, образующихся в результате сбраживания микробами-кислото-образователями содержащихся в растениях сахаристых веществ.
• Основную роль в процессе силосования играют молочнокислые бактерии, продуцирующие из углеводов (в основном из моно- и дисахаридов) молочную и частично уксусную кислоты. Данные кислоты имеют приятные вкусовые свойства, хорошо усваиваются организмом животного и возбуждают у него аппетит. Молочнокислые бактерии снижают реакцию среды корма до pH 4.2...4.0 и ниже.
• Накопление молочной и уксусной кислот в силосе обусловливает его сохранность, так как гнилостные и прочие нежелательные для силосования бактерии не способны размножаться в среде с кислой реакцией (ниже рН 4.5...4.7). Сами же молочнокислые бактерии относительно устойчивы к кислотам.
• Обычно первая фаза брожения бывает кратковременной. Вначале захваченный атмосферный кислород в сырье используется растительными ферментами в еще дышащих растениях, но кислород вскоре кончается, и далее брожение происходит в анаэробных условиях. В это время молочнокислые бактерии, присутствующие вначале в небольшом количестве, начинают быстро размножаться до концентрации 109 -1010 клеток/г, используя сахара, освобожденные из разрушенных растительных клеток, как основной источник энергии.
• Во второй фазе - главного брожения - основную роль играют молочнокислые бактерии, продолжающие подкислять корм. Большинство неспороносных бактерий погибает, но бациллярные формы в виде спор могут длительное время сохраняться в заквашенном корме.
• В начале второй фазы брожения в силосе обычно преобладают кокки, которые позднее сменяются палочковидными молочнокислыми бактериями, отличающимися большой кислотоустойчивостью. При идеальных условиях рН стабилизируется на уровне 3.8 - 4.2, в зависимости от содержания сухого вещества, и силос эффективно консервируется за несколько недель.
• Однако, когда содержание СВ скошенной травы менее 25%, условия не идеальные, процесс консервации может пройти плохо, особенно если уровень ВРУ также низок (как часто бывает у трав, выросших в умеренном климате). Для нормального силосования нормальных кормов требуется неодинаковое подкисление, в зависимости от различного проявления буферных свойств некоторых составных частей растительного сока.
• 9 Буферные свойства
• Механизм действия буферов заключается в том, что в их присутствии значительная часть ионов водорода нейтрализуется. Поэтому, несмотря на накопление кислоты, реакция среды почти не снижается до тех пор, пока не израсходован весь буфер. В силосе образуется запас так называемых связанных буферами кислот. Роль буферов могут играть различные соли и некоторые органические вещества (например, протеины), входящие в состав растительного сока.
• Для повышения в силосе содержания сырого протеина, а также улучшения ферментации корма в период закладки к массе добавляют мелассу, мочевину, соевый шрот. Мелкое измельчение стержней и оберток початков повышает на 30% поедаемость силоса.
• Более буферный корм для получения хорошего силоса должен иметь больше сахаров, чем менее буферный. Следовательно, силосуемость растений определяется не только богатством их сахарами, но и специфическими буферными свойствами. Основываясь на буферности сока растений, можно теоретически вычислить нормы сахара, необходимые для успешного силосования различного растительного сырья.
• Буферность сока растений находится в прямой зависимости от количества в них белков. Поэтому большинство бобовых растений трудно силосуется, т.к. в них относительно мало сахара (3...6%) и много белка (20...40%). Прекрасная силосная культура - кукуруза, в стеблях и початках ее содержится 8...10% белка и около 12% сахара. Хорошо силосуется подсолнечник, в котором много белка (около 20%), но и достаточно углеводов (более 20%). Приведенные показатели рассчитаны на СВ.
• В основном силосуемость связывают с запасом моно- и дисахаридов, дающих необходимое подкисление. Минимальное их содержание для доведения реакции среды корма до рН 4.2 может быть названа сахарным минимумом. Технически определить сахарный минимум несложно.
• Титрованием устанавливают необходимое количество кислот для подкисления пробы исследуемого корма до рН 4.2. затем определяют количество простых сахаров в корме. Допуская, что около 60% сахаров превращаются в молочную кислоту, можно рассчитать, хватает ли имеющегося сахара для должного подкисления корма.
• Качество силоса во многих случаях не отвечает зоотехническим требованиям. Это обусловлено нарушением технологии силосования (длительное нахождение зеленой массы в поле, силосование перезревшей массы силосных культур, слабая утрамбовка при заполнении траншеи). Третья фаза брожения корма - конечная - связана с постепенным отмиранием в созревающем силосе возбудителей молочнокислого процесса. К этому времени силосование подходит к естественному завершению.
• 10. Ферментация силосуемой массы. Виды ферментации.
• 10.1 Аэробная ферментация (дыхание)
• 10.1.1 Гидролиз белков, углеводов и липидов силосуемой массы
• Аэробная ферментация (дыхание клеток растений) - происходит со времени скашивания зеленых растений и до полного исчезновения воздуха после герметизации силосного сооружения. Она происходит и в период от вскрытия и до его вскармливания.
• Под влиянием гидролитических ферментов (гидролиз) кормов и микроорганизмов разлагаются на более простые вещества.
• Гидролизом сложных органических веществ кормов называется разложение их водой под влиянием ферментов.
• При гидролизе белков в силосуемой массе (в готовом силосе) падает количество белкового азота, но он не теряется, по аминному азоту в силосе определяют степень распада белков и интенсивность гидролиза.
• К углеводам силосуемой массы, способным гидролизоваться относятся - полисахариды (крахмал, клетчатка, инулин, гемицеллюлоза). Крахмал под влиянием ферментов растений и микроорганизмов расщепляется до декстринов, декстрины распадаются до мальтозы, до глюкозы. Гидролиз липидов происходит под влиянием липаз.
• 10.1.2 Катаболизм белков, углеводов, липидов силосуемой массы
• Катаболизм - это фаза, в которой происходит расщепление сложных органических молекул до более простых конечных продуктов. В аэробном катаболизме (с участием кислорода):
• На первой стадии полисахариды (углеводы) распадаются до гексоз и пентоз, жиры до жирных кислот, глицерина, белки - до аминокислот.
• На второй стадии распада веществ, все эти продукты превращаются в еще более простые соединения. Так, гексозы, пентозы и глицерин расщепляются до одного и того же промежуточного продукта ацетил коэнзима. Аналогичные превращения претерпевают жирные кислоты и аминокислоты. Их расщепление также завершается образованием ацетилкоэнзима. Таким образом, ацетилкоэнзим представляет собой общий конечный продукт второй стадии катаболизма.
• На третьей стадии ацетильная группа ацетил вступает в цикл Кребса (цикл лимонной кислоты) - общий конечный путь, на котором почти все виды клеточного топлива окисляются до углекислого газа, воды и аммиака.
• Катаболический и соответствующий ему, но противоположный по направлению, анаболический путь различаются по промежуточным продуктам реакций. Однако их связывает общая стадия, которая включает в себя цикл лимонной кислоты.
• На этой стадии завершается не только распад молекул (катаболизм), но происходит и процесс анаболизма, заключающийся в поставке молекул предшественников для биосинтеза молекул аминокислот, жирных кислот и углеводов.
• 10.1.3 Аэробная ферментация (брожение). Виды брожения и фазы силосования
• На основе микробиологических процессов и брожений различаются 3 фазы:
• 1. Смешанное брожение, которое начинается одновременно с началом заполнения силосохранилища и заканчивается при создании однородных условий. Она характеризуется активным развитием смешанной микрофлоры, которая поступает в силосуемую массу. Необходимо сокращать продолжительность закладки силоса и быстрейшее укрытие.
• 2. Характеризуется созданием анаэробных условий.
• 3. Связана с окончанием основных процессов брожения в силосе.
• 10.1.3.1 Виды молочнокислого брожения Основным свойством молочнокислых бактерий, по которым их объединяют в отдельную обширную группу микроорганизмов, является способность образовывать в качестве продукта брожения молочную кислоту: С6Н12О6 ═ 2С3Н6О3
• Она создает в среде активную кислотность (рН 4,2 и ниже), неблагоприятно действующую на нежелательные микроорганизмы. Помимо этого, значение молочнокислых бактерий заключается в бактерицидном действии недиссоциированной молекулы молочной кислоты и способности их образовывать специфические антибиотические и др. биологически активные вещества.
• В процессе брожения, протекающем в обычных благоприятных условиях, гомоферментативные молочнокислые бактерии (Streptococcus sp., Pediococcus sp., Lactobacterium plantarum и др.) образуют из глюкозы (гексозы) преимущественно молочную кислоту по гликолитическому пути Эмбдена-Мейергофа-Парнаса. Выход молочной кислоты составляет 95-97%. Одновременно образуются следовые количества летучих кислот, этилового спирта, фумаровой кислоты и углекислоты. Из субстрата извлекается значительно меньше энергии, чем при других (аэробных) процессах энергетического обмена. Тем не менее, этот путь энергетических превращений при достаточном уровне углеводов обеспечивает быстрое развитие.
• Уксуснокислые бактерии являются ацидофилами, то есть переносят кислую среду. Но так как они являются аэробами, поэтому в хорошо уплотненной массе они не способны развиваться.
• Гетероферментативные формы (Leuconostoc sp., Lactobacillus sp.) сбраживают углеводы пентозофосфатным путем. Они менее желательны в силосе, так как кроме молочной кислоты образуют значительное количество побочных продуктов распада углеводов (этиловый спирт, уксусная кислота, углекислый газ, глицерин и др.), используя на это до 50% сбраживаемых углеводов (гексозы, пентозы). Судя по интенсивности роста гетероферментативных бактерий, выход энергии на 1 моль глюкозы оказывается на одну треть ниже, чем у гомоферментативных молочнокислых бактерий.
• Температурный фактор влияет как на рост молочнокислых бактерий, так и на характер конечных продуктов брожения. Педиококки, преобладающая форма молочнокислых бактерий в первые дни созревания силоса, хорошо растут при 450С. Оптимальной температурой роста палочковидных форм молочнокислых бактерий (L. plantarum, L. brevis), которые приходят на смену коккам, является 30-35 0С. При температуре выше 400С их количество резко падает, угнетается кислотообразование в 1,3-3 раза. Установлено, что наибольший выход молочной кислоты и наименьший - уксусной наблюдается при температуре ниже 300С.
• Для получения качественного силоса не меньшее значение имеет создание анаэробных условий плотная трамбовка и хорошая герметизация.
• В силосе, полученном в негерметичных условиях (аэробных), количество молочнокислых бактерий после начального увеличения быстро падает, в герметичных (анаэробных) - оно остается высоким. На седьмые сутки брожения при анаэробных условиях наблюдается высокий процент гомоферментативных бактерий, в аэробных - педиококков. Хотя позднее в этом силосе и появляется достаточное количество молочнокислых палочек, но они уже не могут предотвратить размножение нежелательных микроорганизмов.
• Таким образом, молочнокислые бактерии отличаются следующими особенностями, важными для силосования:
• Нуждаются для обмена веществ, главным образом, в углеводах (сахар, реже крахмал);
• Белок не разлагают (некоторые виды в ничтожном количестве);
• Они факультативные анаэробы, т.е. развиваются без кислорода и при наличии кислорода;
• Температурный оптимум чаще всего составляет 30 0С (мезофильные молочнокислые бактерии), но у некоторых форм он достигает 60 0С (термофильные молочнокислые бактерии);
• Выдерживают кислотность до рН 3,0;
• Могут размножаться в силосе с очень высоким содержанием сухого вещества;
• Легко переносят высокие концентрации NаCl и обладают устойчивостью к некоторым другим химическим препаратам;

Помимо молочной кислоты, которая играет решающую роль в подавлении нежелательных типов брожения, молочнокислые бактерии выделяют биологически активные вещества (витамины группы В и др.). Они обладают профилактическими (или лечебными) свойствами, стимулируют рост и развитие животных.

При благоприятных условиях (достаточное содержание в исходном растительном материале водорастворимых углеводов, анаробиоз) молочнокислое брожение заканчивается всего за несколько дней и рН достигает оптимального значения - 4,0-4,2.

.1.3.2 Спиртовое брожение

Спиртовое брожение осуществляется тем же ферментативным путем, что и гликолиз, с той разницей, что последняя, завершающая реакция заменена здесь двумя другими, в результате которых, трехуглеродные фрагменты разрушаются до этанола и двуокиси углерода:

С6Н1206 +2Фн -I- 2АДФ. 2СН3СН2ОН + 2С02 + 2АТФ + 2Н20

этиловый спирт с образованием 2 молекул АТФ. Большинство других типов сбраживания глюкозы (муравьинокислое, маслянокислое, пропионовокислое, ацетоно-бутиловое брожение и др.).

Процесс брожения сопровождается образованием АТФ из АДФ и фосфата. При спиртовом брожении наблюдаются большие потери энергии. Если при молочнокислом брожении теряется 3% энергии сахара, то при спиртовом - более половины. В аэробных условиях окисление углеводов дрожжами приводит к получению воды и СО2. Некоторые дрожжи используют пентозы (Д-ксилозу, Д-рибозу), полисахариды (крахмал).

Негативное действие дрожжей в процессах вторичного брожения состоит в том, что они развиваются за счет окисления органических кислот, наступающего после законченного брожения при доступе воздуха. В результате окисления молочной и др. органических кислот кислая реакция среды сменяется на щелочную - до рН-10,0.

В результате этого снижается качество силоса из кукурузы, а также из «глубоко» провяленных трав, т.е. кормов с наилучшими показателями по продуктам брожения.

.1.3.3 Пропионовокислое брожение

Тип брожения, осуществляемый пропионовокислыми бактериями, использующими в анаэробных условиях широкий круг соединений - глюкозу, сахарозу, лактозу, а также лактат, малат, глицерол и других с образованием пропионовой кислоты.

Расщепление гексоз происходит по гликолитическому пути. Восстановление пирувата идет по метилмалонил - пути, названному так по характерному промежуточному продукту. При этом пируват сначала карбоксилируется до оксалацетата, который последовательно восстанавливается до сукцината через малат и фумарат.

На уровне метилмалонил, образующегося из активизированного сукцината, происходит декарбоксилирование и образование пропионил, а затем пропионата как продукта брожения. Пропионовокислое брожение в силосуемом корме может идти только при внесении специальных культур бактерий.

10.1.3.4 Маслянокислое брожение

Маслянокислые бактерии (Clostridium sp.) - спорообразующие, подвижные, палочковидные анаэробные маслянокислые бактерии (клостридии) широко распространены в почве. Присутствие клостридий в силосе является результатом загрязнения почвой, поскольку их численность на зеленой массе кормовых культур, как правило, очень низка. Почти сразу же после заполнения хранилища зеленой массой маслянокислые бактерии начинают интенсивно размножаться вместе с молочнокислыми в первые несколько дней.

Высокая влажность растений, обуславливающаяся наличием в измельченной силосной массе клеточного сока растений и анаэробные условия в силосохранилище - идеальные условия для роста клостридий. Поэтому уже к концу первых суток их численность возрастает и в дальнейшем зависит от интенсивности молочнокислого брожения.

Трудно указать точное критическое значение рН силоса, при котором начинается ингибирование клостридий, так как оно зависит не только от количества образованной молочной кислоты, но также от воды в корме и температуры среды.

Клостридии чувствительны к недостатку воды. Доказано, что с увеличением свободной воды чувствительность этих бактерий к кислотности среды снижается.

Температура корма оказывает заметное влияние на рост клостридий. Оптимальная температура для роста большинства этих бактерий около 370С. Высокой термоустойчивостью характеризуются споры клостридий.

Маслянокислое брожение приводит к высоким потерям питательных веществ в результате катаболизма белков, углеводов и энергии. Энергии теряется в 7-8 раз больше, чем при молочнокислом. Кроме того, происходит смещение реакции силоса в нейтральную сторону из-за образования щелочных соединений при расщеплении белка и молочной кис

11. Ингибирование ферментов в силосуемой массе химическими консервантами

В настоящее время известно большое количество консервантов, которые классифицируются:

. Неорганические консерванты (соляная кислота, серная и др.)

. Органические консерванты (пропионовая кислота, муравьиная, бензойная и др.)

. Твердые консерванты (сорбиновая и др.)

. Жидкие консерванты(серная, муравьиная)

. Газообразные (двуокись углерода и др.)

. Растворимые в воде и соков кормов (пропионовая, перосульфит натрия)

. Нерастворимые в воде (сорбиновая)

. Электролиты (все кислоты,щелочи и соли)

. Неэлектролиты (формальдегид)

Консерванты - электролиты, которые диссоциируют в силосе на 30 % и более, называются сильными консервантами, от 30 до 3 % - средние, менее 3% - слабые.

По влиянию на животный организм химические консерванты делят на 2 группы:

. Ксенобиотики на: химические консерванты, которые безразличны для животного организма. способных изменять физиологическое состояние и обмен веществ.

Само ингибирование ферментов можно разделить на 2 вида:

. Ингибирование биосинтеза ферментов

. ингибирование происходит на генетическом уровне, в результате чего клетка погибает.

Заключение

Вклад биотехнологии в сельское хозяйство заключается в облегчении традиционных методов селекции растений и животных и разработке новых технологий, позволяющих повысить эффективность сельского хозяйства.

В растениеводстве биотехнология помогает добиться устойчивости к неблагоприятным условиям среды или повысить их урожайность. С помощью селекции создаются новые сорта сельскохозяйственных растений, обладающих полезными, с точки зрения человека, свойствами. Методами генетической и клеточной инженерии созданы высокопродуктивные и устойчивые к вредителям, болезням, гербицидам сорта сельскохозяйственных растений. Разрабатываются новые регуляторы роста растений, микробиологические средства защиты растений от болезней, бактериальные удобрения.

Таким образом, спектр применений биотехнологии в сельском хозяйстве достаточно широк, и с каждым годом в агропромышленное производство внедряется все больше достижений ученых-биотехнологов.

Список использованной литературы

1. Авраменко П.С., Постовалова Л.М. Производство силосованных кормов. Минск: Урожай, 1984. - 110 c.

. Боярский Л.Г. Технология приготовления силоса. - М.: Агропромиздат, 1988. - с.13-20.

. Клаар Я. И. Технология производства препарата силосных бактерий (L.plantarum) и их применение для силосования. - Таллин, 1961.- 32 с.

. Мак-Доналд П. Биохимия силоса: пер. с англ. М.: Агропромиздат, 1985.

. Ильина К.А., Беседина С.Ф. Влияние Propionibacterium shermanii на состав органических кислот в силосе // Тр. Ин-та микр. и вирусол. АН Каз.ССР. 1966 Т.9 с.29-35

. Рекомендации по силосованию зеленых кормов с использованием закваски молочнокислых бактерий / Отделение ВАСХНИЛ по нечерноземной зоне РСФСР. Ярославский НИИ животноводства и кормопроизводства. Произв. управл. с.-х. Ярославского облисполкома; Сост.: Н.В. Колесников, Т.Ф. Ерофеева.- Ярославль, 1982.- 10 с.

. Барсукова, Е.Н. Основные направления и результаты использования методов сельскохозяйственной биотехнологии / Е.Н. Барсукова, П.П. Фисенко, Н.И. Хохлова // Достижения науки и техники АПК. - 2008. - № 6. - С. 5-6. - Библиогр.: с. 6 (9 назв.).

. Баутин, В.М. Современное состояние сельскохозяйственной биотехнологии: взгляд экономиста / В.М. Баутин // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. - 2007. - № 1. - С. 4-8.

. Биология с основами экологии : учеб. для студентов вузов, обучающихся по направлению «Химия» / [А.С. Лукаткин и др.]; под ред. А.С. Лукаткина. - Москва: Академия, 2008. - 396, [1] с.: ил. - Библиогр.: с. 390-395.

.Боровский, Е.Э. Зеленая революция: [о попытке решить продовольственную проблему путем интенсивного развития сельского хозяйства] / Е.Э. Боровский // Химия в школе. - 2009. - № 1. - С. 5-11. - Библиогр.: с. 11.

.Жиганова, Л.П. Современные тенденции развития биотехнологии в сельском хозяйстве США: [применение биотехнологических методов в мировом сельском хозяйстве в трансгенезе растений и животных] / Л.П. Жиганова // США. Канада. Экономика - политика - культура. - 2008. - № 4. - С. 99-114.

. Международная научно-практическая конференция «Нанобиотехнологии в сельском хозяйстве» (Москва, 16-17 дек. 2008 г.) // Сельскохозяйственная биология. - 2009. - № 2. - С. 61.

. Сельскохозяйственная биотехнология : учеб. для студентов вузов / [В.С. Шевелуха и др.]; под ред. В.С. Шевелухи. - Изд. 3-е, перераб. и доп. - Москва: Высшая школа, 2008. - 708, [1] с.: ил. - Библиогр. в конце гл.

. Флегонов, К. Биоэкономика, основанная на знаниях: [о необходимости разработки новых видов лекарств, сельскохозяйственной продукции, альтернативных источников энергии в целях улучшения экономического положения страны] / Кирилл Флегонов // Международная экономика. - 2009. - № 2. - С. 52-57.

.Шестибратов, К.А. Лесная биотехнология: методы, технологии, перспективы: [обзор посвящен методам биотехнологии, которые являются перспективной альтернативой традиционной селекции в лесном хозяйстве] / К.А. Шестибратов, В.Г. Лебедев, А.И. Мирошников // Биотехнология. - 2008. - № 5. - С. 3-22. - Библиогр.: с. 18-22 (198 назв.).

. Алтухов, И. Экологические и экономические риски генно-модифицированных семян: [ученые высказывают свои опасения по поводу использования ГМО в качестве продуктов питания] / И. Алтухов // Агробизнес - Россия. - 2009. - № 4. - С. 5-9.

. Бондарев, Н. И. Особенности роста и накопления стевиол-гликозидов у растений Stevia rebaudiana Bertoni различных клонов in vivo и in vitro / Н.И. Бондарев, О.В. Решетняк, А.М. Носов // Биотехнология. - 2007. - № 1. - С. 22-28. - Библиогр. в конце ст.

. Будущее за биотехнологиями: [о трансгенных сельхозкультурах] // Экономика сельского хозяйства России. - 2007. - № 3. - С. 44.

. Елдышев, Ю.Н. Новые рубежи нового земледелия: [об экономических результатах коммерческого возделывания новых сортов сельскохозяйственных культур] / Ю.Н. Елдышев // Экология и жизнь. - 2007. - № 3. - С. 16-19.

. Зленко, В.А. Определение потребности в содержании минеральных элементов в почве у генотипов винограда по способности растений образовывать корневые волоски in vitro: [преимущества по сравнению с оценкой по признакам развития растений] / В.А. Зленко, И.В. Котиков, Л.П. Трошин // Сельскохозяйственная биология. - 2008. - № 3. - С. 88-95.

. Картель, Н. ДНК-технологии - новый этап в селекции и семеноводстве растений: [о частной генетике различных культур, популяционно-генетической изменчивости и ее возможных механизмах в ходе селекции] / Николай Картель // Наука и инновации. - 2008. - № 6. - С. 36-41. - Библиогр.: с. 41 (17 назв.).

. Попов, А. Козлятник восточный по биотехнологии - основа создания собственной прочной и дешевой кормовой базы для высокопродуктивного молочного скота / А. Попов // Агробизнес-Россия. - 2009. - № 1/2. - С. 71-72.

. Рейни, Т. Семена генной инженерии: [распространение новых генетически модифицированных культур поможет в борьбе с голодом и нищетой] / Терри Рейни, Прабху Пингали; пер. Н.Н. Шафрановская // В мире науки. - 2007. - № 12. - С. 64-71.

. Рожанская, О.А. Создание селекционного материала эспарцета и люцерны методами биотехнологии: [приведены результаты селекционного изучения сомаклонов эспарцета, показана фертильность сортов и сортообразцов люцерны] / О.А. Рожанская, В.Г. Дарханова, Н.С. Строева // Кормопроизводство. - 2008. - № 5. - С. 29-32.

. Алиев Э.А., Смирнов Н.А. Технология возделывания овощных культур и грибов в защищенном грунте: Учебник. - М.: Агропромиздат, 1987. - 351 с.

. Вакуленко В.В., Шаповал О.А. Регуляторы роста // Агро XXI. - 1999. №3. - С. 2-3.

. Кириллов Ю.И., Немченко В.В., Думанская Г.А. Рост и развитие растений: Учеб. пособие / Под общ. ред. Павлова В.Д. -Курган: Зауралье, 2001.

. Регуляторы роста растений /Под ред B.C. Шевелухи. - М.: Агропромиздат, 1990.-185 с.

.Барнет А.Д. Процессы брожения в силосе. - М., ИИЛ, 1955

. Бойко И.И. Консервирование кормов. - М., Россельхозиздат, 1980

. Зубрилин А.А. Научные основы консервирования зеленых растений М., Сельхозгиз, 1947.

. Зафрен С. Я. Технология приготовления кормов.- М., Колос, 1947

. Квасников Е. И. Биология молочнокислых бактерий. - М., Колос, 1980

. Таранов М.Т., Сабиров А.Х. Биохимия кормов. - М., Агропромиздат, 1987

.Щеглов В.В., Боярский Л.Г. Корма, приготовление, хранение, использование. - М., Агропромиздат, 1990

. Шлегель Г. Общая микробиология: пер. с нем. / под ред. Е.Н. Кондратьевой. - М.: Мир, 1987.