КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 25-16-00243
НазваниеСоздание технологичных почвоудобрительных средств со свойствами биологических мелиорантов для климатически устойчивого и экономически эффективного земледелия (на основе аборигенных почвенных микроорганизмов, цеолита, фосфат и магний содержащих минералов и ферментированных отходов птицеводства)
Руководитель Занилов Амиран Хабидович, канд. с.-х. наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова" , Кабардино-Балкарская Республика
Конкурс №104 - Конкурс 2025 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки; 06-104 - Агробиотехнологии
Ключевые слова Устойчивое земледелие, продуктивность сельскохозяйственных культур, система удобрения, биологическая мелиорация, агроэкосистемы, цеолиты, фосфоритная мука, серпентинит, почвенные микроорганизмы, переработка отходов птицеводства, географическая сеть многолетних опытов, климатический проект, углеродный след, парниковые газы, баланс СО2.
Код ГРНТИ68.33.29
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Перспективы развития существующей системы земледелия оказались тесно связанными с международной климатической повесткой, призванной снизить выбросы парниковых газов (ПГ) до четверти объема которых приходятся на сельское хозяйство. К ключевым источникам, формирующим углеродный след продукции растениеводства относятся дегумификация плодородного слоя почвы и использование синтетических азотсодержащих минеральных удобрений. При этом в условиях роста численности населения невозможно отказаться от применения минеральных удобрений без риска глобального продовольственного кризиса. Возникшая дилемма требует корректировки систем питания растений в соответствии с биосферной парадигмой природопользования.
Предложенный к созданию почвоудобрительный комплекс отвечает ряду критериев эффективности. Во-первых, в его создании используются биологические ресурсы локального происхождения (не менее 85%). Во-вторых, в едином продукте сочетаются все три ключевых компонента, обеспечивающих максимальную эффективность питания растений. В представленной комбинации выделение питательных веществ из комплекса происходит по мере роста и развития корневой системы растений и повышения уровня биологической активности почвы. Это позволяет избежать образования высоких концентрации солей в зоне развития молодых корней на что в качестве недостатка обращал внимание Д.Н. Прянишников. Современная промышленность в настоящее время находится в поиске решения данной проблемы посредством создания удобрений с пролонгированным действием. В то же время органо-минеральные удобрения изначально обладают данным свойством.
Общепризнанным средством повышения биоактвиности почвы является использование эффективных штаммов почвенных микроорганизмов, ферментативный аппарат которых участвует в высвобождении питательных веществ из природных минералов. Кроме этого продуцентами микроорганизмов являются регуляторы роста растений, влияющие на увеличение массы корневой системы, что способствует увеличению площади питания.
Повышение биоактивирирующей способности разрабатываемого комплекса достигается использованием в процессе создания продукта 3 штаммов микроорганизмов: термофильных целлюлозолитиков, нитрифицирующих микроорганизмов и азотфиксаторов.
Ферментация отходов с использованием соответствующих групп микроорганизмов отвечает интересам ограничения негативного действия на климат отрасли животноводства и способствует накоплению азотных соединений, которые при экстенсивной форме хранения отходов теряются в форме газообразного аммиака. Эффективно переработанный органический компонент выступает и в качестве питательного субстрата для микроорганизмов.
Таким образом, компоненты био-органо-минерального комплекса содержат в себе природные руды изначально богатые элементами питания, например, содержание фосфора в фосфоритной муке сопоставимо с содержанием его в простом суперфосфате и может составлять 17-19%.
Биологический и органический компоненты регулируют азотное питание выступая в качестве прямого источника азота (органический компонент), и накапливая его за счет активности азотфиксирующих микроорганизмов, входящих в состав продукта.
Биомелиоративные свойства почвоудобрительного комплекса позволяют почве не только стабильно выполнять производственные и биосферные функции почвы, но и производить продукцию с повышенным составом незаменимых аминокислот, что переводит продукт в элемент технологий биофортификации.
Технологичность продукта заключается в возможности его локального внесения в почву через стандартные посевные комплексы за счет сферической формы гранул, что позволяет снизить дозы их применения, а также создавать тукосмеси с традиционными минеральными удобрениями.
Ожидаемые результаты
В результате реализации проекта:
1. Будет разработана технология климатически безопасной утилизации отходов птицеводства с использованием эффективных штаммов почвенных микроорганизмов, выделенных из черноземных почв. Благодаря определению эффективных режимов и рекомендаций по их поддержанию технология может быть унифицирована для всех климатических зон России, где развита отрасль птицеводства;
2. Будут депонированы 3 штамма микроорганизмов: 1 штамм термофильных микроорганизмов для активной фазы биоферментации птичьего помета и 2 штамма азотфиксирующих и силикатных бактерий для обогащения компоста на стадии завершения ферментации. Будут подобраны питательные среды и разработаны режимы их культивирования;
3. Будут разработаны оптимальные формулы соотношения основных компонентов комплекса для кислых, нейтральных и щелочных почв.
4. Будет создана и запатентована линейка почвоудобрительных средств (для трех сельскохозяйственных культур) для ресурсосберегающего земледелия;
5. Будут разработаны технологии высокорентабельного производства основных видов сельскохозяйственной культур (озимая пшеница, кукуруза, подсолнечник, соя) с повышенными питательными свойствами;
6. На основе расчетов баланса парниковых газов в агроэкосистеме будут разработаны рекомендации по использованию почвоудобрительного комплекса в климатических проектах.
7. Изученные штаммы микроорганизмов будут паспортизированы и введены в коллекцию ВКПМ.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Сельскохозяйственное производство, как значимый антропогенный фактор, не только обеспечивает население планеты продовольствием, но и выступает в качестве фактора нарушения природных биогеохимических циклов биосферы, что в свою очередь требует принятия мер по смягчению последствий происходящих изменений. Почвенные микроорганизмы являясь одним из важнейших биологических ресурсов, участвующих в глобальном круговороте веществ, могут быть эффективно использованы в решении обозначенной проблемы. В частности, почва может выступать донором микроорганизмов различных физиологических групп, применение которым может быть найдено в такой отрасли сельского хозяйства как животноводство.
Для решения обозначенных в проекте задач по выделению эффективных штаммов микроорганизмов и оценки их влияния на эффективность переработки побочных продуктов животноводства с целью получения ценного почвоудобрительного комплекса был использован уникальный почвенный стационар, входящий в Географическую сеть опытов с удобрениями, утвержденную приказом Наркомзема СССР №18 от 14 января 1941 года. Анализируемый участок входит в Реестр под номером 037 и был заложен в 1947-1948гг. в степной зоне Кабардино-Балкарской АССР (Терский район). Почва представлена черноземом обыкновенным.
На основе данных агрохимического мониторинга и урожайности за период 1970-2024 гг. и текущих почвенных характеристик были установлены наиболее пригодные опытные участки для выделения аборигенных почвенных микроорганизмов трех основных физиологических групп – целлюлозолитиков, нитрификаторов и азотфиксаторов.
Из варианта с максимальной целлюлозоразлагающей активностью (участок орошения с минеральной системой удобрения) были выделены 5 штаммов термофильных бактерий, один из которых демонстрировал наибольшую кинетику роста и целлюлозоразлагающую активность. Штамм был идентифицирован как Aeribacillus pallidus KCTC 3564T со 100%-м сходством по 1272 нуклеотидам (GenBank №CH017703).
На основе данных об актуальной и потенциальной азотфиксации, оцениваемой по активности нитрогеназы, был выделен донорный участок (участок орошения с органо-минеральной системой удобрения). Из почвенного образца данного участка выделены три штамма азотфиксирующих термофилов: Aeribacillus pallidus KCTC 3564T (GenBank № MN963926), 1384 нуклеотида, Aeribacillus composti N.8T (GenBank № LT594972), 1293 нуклеотида и Caldifermentibacillus hisashii N-11T (GenBank № AB618491), 814 нуклеотида.
По содержанию нитратных форм азота установлен донорный участок (богарный участок с минеральной системой удобрения) для выделения нитрифицирующих микроорганизмов: Acinetobacter pittii CIP 70.29T (GenBank № APQP01000001) по 792 нуклеотидам и Pseudomonas plecoglossicida NBRC 103162T (GenBank № BBIV01000080) по 790 нуклеотидам.
Для компостирования птичьего помета с использованием выделенных микроорганизмов был заложен экспериментальный бурт на бетонной площадке с размерами: длина - 36 м; ширина – 1,5 м, высота – 1 м. (https://t.me/dsaq4/334). Внесение микроорганизмов производилось из расчета 1 л. культуральной жидкости (2-4х10^8) на 1 тонну сухого птичьего помета. Целлюлозоразлагающие микроорганизмы вносились в качестве монокультуры. Три штамма азофиксирующих микроорганизмов вносились совместно по 0,35 л/т), два штамма нитрификаторов вносились по 0,5 л/т. Ворошение бурта осуществлялось с периодичностью 110 часов в соответствии с рекомендациями (Яковлев А.В., 2003). Влажность бурта поддерживалась на уровне 60-65% и контролировалась профессиональным влагомером МС-7828 Soil. Продолжительность периода компостирования составила 21 сутки.
Установлено положительное влияние микроорганизмов на параметры процесса компостирования птичьего помета: степень деструкции (фракционирование, https://t.me/dsaq4/335), степень минерализации (Сорг), степень гуммификации (гуминовые кислоты).
Установлено, что рост доли наименьших фракций (≤0,25 и 0,5 мм) отражает интенсивность протекающих биохимических реакций в компостируемом материале, а данный показатель может служить важным элементом мониторинга процесса биоферментации.
Установлено, что валовое содержание гуминовых кислот в мелких фракциях компоста (≤0,25+0,5 мм) возрастает под влиянием нитрификаторов (14,9%) и азотфиксаторов (16,4%). Действие целлюлозолитиков минимально (1,5%).
Валовое содержание азота в наименьших фракциях под действием целлюлозолитиков возрастает на 17,9%, нитификаторов на 11,2% и азотфиксаторов на 26,0%.
В качестве источника биогенных элементов создаваемого комплекса рассмотрены природные руды (фосфоритная мука, сильвинит, серпентинит и вулканический пепел). Их биомелиорирующий потенциал оценивался по влиянию на изменение ферментативной активности почвы (уреаза, фосфатаза, каталаза и инвертаза) в условиях модельного эксперимента. По своей сути органо-минеральные комплексы на основе природных руд решают задачи, над которыми работают современная агрохимическая индустрия, преследующая цели пролонгации действия быстрорастворимых синтетических минеральных удобрений, а мобилизация элементов питания достигается увеличением биоактивности почвы. Анализ руд на активность радионуклидов доказала их радиоактивную безопасность.
Было установлено, что на уреазную активность положительно влияют фосфоритная мука (87%), сильвинит (102%) и серпентинит (317%). Под действием фосфоритной муки также существенно возрастает каталазная (548%) и фосфатазная активность почвы (77%), но ингибируется инвертазная активность (77%). Установлено, что из сравниваемых руд положительно на инвертазную активность влияет внесение серпентинита (6,9%). Учитывая минимальное влияние вулканического пепла на биоактивность почвы и ингибирующее действие в случае с инвертазой, вулканический пепел исключен из состава биологического мелиоранта.
Установлено, что угнетающее действие инвертазы отдельных руд может быть компенсирована увеличением доли наименьших фракции компоста. за счет интродукции в биокомпостируемую массу термофильных микроорганизмов. Так, суммарная активность инвертазы во фракциях ≤0,25-0,5 мм в вариантах с азотфиксаторами (69,3 мг глюкозы/г почвы/час), нитрификаторами (65,4 мг глюкозы/г почвы/час) и целлюлозолитиками (60,1 мг глюкозы/г почвы/час), выше, чем во фракциях 1,0-≥2,0 мм повышается на 20,7%; 24,6 и 2,4% соответственно.
Анализ данных позволяет сделать вывод, что использованием биоагентов (целевые штаммы микроорганизмов) можно воздействовать на направленность процессов трансформации биокомпостируемых материалов с целью повышения качественных показателей конечного продукта – степени фрагментации (разрушение), гуммификации и улучшения азотного режима, что в итоге сказывается на биомелиорирующих свойствах компоста, а подбором природных руд в составе почвоудобрительного средства можно повысить биомелиорирующие свойства конечного продукта.
Публикации
1. Занилов А.Х., Таов Р.Х., Азнаева М.Р., Дударова Д.Г., Пшуков А.М., Крылов В.А. Биомелиоративный потенциал радиоактивно безопасных природных руд для использования в органо-минеральных удобрительных комплексах Агрохимический вестник (год публикации - 2026)
2.
Крылов В.А., Занилов А.Х., Козлов А.В., Крылова М.Ф., Хахунова М.М.
Агротехнологический потенциал использования птичьего помета в России
Птица и птицепродукты, Птица и птицепродукты. 2025. № 4. С. 65-68. (год публикации - 2025)
10.30975/2073-4999-2025-27-4-65-68
3. Азнаева М.Р., Крылов В.А., Крылова М.Ф. Физиолого-биохимические свойства термофильных бактерий, выделенных из чернозема обыкновенного для компостирования птичьего помета Материалы LXI Международной междисциплинарной конференции «Инновации и тенденции современной науки», Материалы LXI Международной междисциплинарной конференции «Инновации и тенденции современной науки»]. Роттердам, Нидерланды, ноябрь, 2025, с. 32-37 (год публикации - 2025)
4. Дударова Д.Г. Оценка ростостимулирующих свойств термофильных азотфиксирующих микроорганизмов Материалы VIII Всероссийской с международным участием школы-конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Материалы и технологии XXI века», Материалы VIII Всероссийской с международным участием школы-конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Материалы и технологии XXI века», 2025, с. 14 (год публикации - 2025)