XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Получение биоудобрения

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Кривцун Е.А. 1

---

1МАОУ СОШ №25

Зимина Л.В. 1

---

1МАОУ СОШ №25

Работа в формате PDF

5.4 MB

Введение

Ежегодно агропромышленный комплекс и пищевая промышленность производят колоссальные объемы органических отходов (навоз, растительные остатки, осадки сточных вод, пищевые отходы и многое другое). Их традиционные методы утилизации — хранение на открытых площадках или захоронение на полигонах — ведут к серьезным негативным последствиям: загрязнению грунтовых и поверхностных вод нитратами и фосфатами, распространению неприятных запахов. Технология получения биоудобрений предлагает эффективное решение этой проблемы, трансформируя опасные отходы в ценный ресурс, тем самым замыкая производственный цикл.

Актуальность:

Исследование и внедрение эффективных технологий получения биоудобрений является не просто научно-технической задачей, а острой необходимостью, которая сложилась из экологических, агрономических и экономических факторов. Поэтому тема получения биоудобрений является достаточно актуальной в современных условиях.

Гипотеза:

Мы предполагаем, что удобрения с определенными видами биодобавок являются более эффективными, чем простые виды удобрений.

Цель исследования:

Целью данной работы является комплексное изучение технологии получения биоудобрений, их создание, а также определение экспериментальным путем наиболее эффективного вида биоудобрений на основе нескольких видов растительных культур.

Задачи исследования:

1. проанализировать литературу по выбранной теме;

2. определить пылимость удобрения без добавок;

3. рассчитать необходимое количество добавки для внесения в удобрение; внести добавки;

4. проверить полученные биоудобрения в темной комнате;

5. провести анализ биодобавки под микроскопом для определения ее состава, чтобы выявить, содержание каких макро- и микроэлементов в ней наибольшее.

6. провести эксперимент по выращиванию растений, используя биоудобрения и удобрения без добавок. Провести анализ полученных результатов.

Объект исследования: получение биоудобрений

Предмет исследования: биодобавка, кондиционирующая добавка и аммофос

Методы исследования: наблюдение, математические расчеты, эксперимент, анализ.

Что такое биоудобрения?

Биоудобрения (органические удобрения) — это препараты на основе живых микроорганизмов, продуктов их жизнедеятельности или растительных компонентов, которые применяются для повышения продуктивности сельского хозяйства. ¹Их цель — поддерживать естественные процессы в почве, растениях и окружающей среде, избегая использования синтетических химических веществ. Биоудобрения соединяют в себе положительные свойства минеральных удобрений (известный химический состав, простая технология использования и относительно невысокая доза внесения, отсутствие семян сорняков) и органических (действие в течение 2—3 лет, повышение плодородия почвы). Значимым достоинством биоудобрений является их способность не терять своих свойств при хранении в течение нескольких лет, а также устойчивость к низким температурам.

Биоудобрение применяется для полноценного питания полевых, садовых, огородных и декоративных культур, а также для выращивания рассады. Применение удобрения обеспечивает высокий урожай с отличными вкусовыми качествами. Биоудобрение рекомендуется для подкормки рассады. Рассада, выращиваемая с использованием биоудобрения, получается хорошо развитой, очень выровненной. Оптимальное соотношение элементов питания избавляет от избыточного накопления нитратов в продуктах, обеспечивает не только прирост урожая, но и улучшает питательную ценность продуктов. Биодобавки в удобрениях способствуют увеличению плодородия почвы за счёт повышения концентрации или биодоступности макроэлементов, что ускоряет рост растений.

Некоторые виды биоудобрений:

• Бактериальные. В их основе — клубеньковые бактерии, благодаря которым растения получают доступный азот из почвы, а также фосфор. Многие удобрения из этой группы стимулируют развитие надземной массы культур, тормозят скопление нитратов, усиливают иммунитет культур, увеличивают плодовитость. 

• Грибковые. В их основе — грибы сапрофиты, которые эффективно разлагают различные органические остатки, образуя минеральные соединения. Такие удобрения существенно увеличивают урожайность.

• Биогумус. Удобрение представляет собой почву, которая «переварена» дождевыми червями и дополнительно обогащена необходимыми питательными элементами и микроорганизмами. Биогумус способствует улучшению структуры почвы, активизирует ростовые процессы культур, устраняет вредные микроорганизмы, оказывает положительное влияние на укоренение.

• Органические удобрения. К ним относятся компост, перегной, торф. Эти удобрения улучшают структуру почвы, повышают её влагоёмкость и воздухопроницаемость, обогащают почву органическими веществами и микроэлементами. 

• Растительные экстракты и гуматы. К ним относятся вытяжки из водорослей, крапивы, хвои, гуминовые кислоты. Экстракты стимулируют рост растений, укрепляют иммунитет, ускоряют развитие корней и листьев. ²

В нашей работе мы рассматривали два вида добавок: кондиционирующую и биодобавку. Преимуществом кондиционирующей добавки заключается в том, что она предотвращает пылимость удобрений, так как при транспортировке удобрения крошатся и пылят, что приводит к потерям удобрения. (Также перед нами встала задача подобрать вариант обработки удобрения биодобавками, чтобы они не пылили.) основное удобрение, с которым мы проводили изменения – это аммофос (NH₄H₂PO₄).

Для нормального роста и развития растений необходимы следующие макроэлементы: азот, фосфор, калий, кальций. Каждый из них играет ключевую роль в различных процессах. Недостаток этих макроэлементов приводит к ухудшению состояния растений. Чтобы этого избежать, необходимо вносить различные удобрения. А удобрения с различными добавками несут в себе еще больше ценности.

Области применения биоудобрений

Биоудобрения нашли широкое применение в жизни людей. Основные и самые распространенные области применения биоудобрений:

1. Сельское хозяйство:

• Органическое земледелие: биоудобрения являются ключевым компонентом органического земледелия, где синтетические удобрения запрещены. Они используются для улучшения плодородия почвы, обеспечения растений питательными веществами и повышения урожайности.

• Традиционное земледелие: в традиционном земледелии, где используются синтетические удобрения, биоудобрения могут применяться для снижения зависимости от химических веществ, улучшения структуры почвы и повышения устойчивости растений к болезням.

• Выращивание зерновых культур: биоудобрения используются для выращивания пшеницы, риса, кукурузы и других зерновых культур. Они помогают улучшить усвоение азота, фосфора и других питательных веществ, что приводит к увеличению урожайности.

• Выращивание овощей и фруктов: биоудобрения применяются для выращивания овощей и фруктов, таких как томаты, огурцы, яблоки, клубника и т.д. Они способствуют улучшению качества плодов, повышению их питательной ценности и продлению срока хранения.

• Выращивание технических культур: биоудобрения используются для выращивания технических культур, таких как хлопок, сахарный тростник и соя. Они помогают улучшить рост и развитие растений, что приводит к увеличению выхода продукции.

2. Лесное хозяйство:

• Выращивание лесных культур и восстановление лесов: биоудобрения применяются для выращивания лесных культур, таких как сосна, ель и дуб. Они способствуют ускорению роста деревьев и повышению их устойчивости к неблагоприятным условиям.

3. Цветоводство и декоративное садоводство:

• Выращивание цветов и декоративных растений: биоудобрения используются для выращивания цветов, таких как розы, тюльпаны и хризантемы. Они помогают улучшить качество цветов, повысить их яркость и продлить срок цветения. Также биоудобрения применяются для выращивания декоративных растений.³

Экспериментальная часть

Практическая часть нашего эксперимента проведена в центре аналитики и контроля качества лаборатории БФ АО «Апатит» компании ФосАгро.

Работа состояла из следующих этапов:

1. Получение биоудобрения

• Деление пробы на части

• Определение пылимости удобрения

• Приготовление биоудобрения

• Химический анализ биодобавки

2. Использование полученных биоудобрений на практике, оценка и сравнение их качеств.

Ход работы

1.Получение биоудобрения

Перед началом работы мы подготовили все необходимое (Приложение 1). Далее мы поделили пробу (удобрение аммофос) на 4 равные части с помощью делителя Джонсона (Приложение 2). Первая проба будет необработанная (исходный вариант), вторая обработана биодобавкой, третья – кондиционирующей добавкой (как делают и на производстве), четвертая – смесью кондиционирующей добавки и биодобавки.

Первую пробу мы будем использовать для определения пылимости, а остальные 3 поместим в сушильный шкаф, в котором они нагреваются при температуре 65 градусов примерно 1 час. Это необходимо для того, чтобы добавки равномерно нанеслись на удобрение. Также рабочая температура добавок примерно 60 градусов, поэтому нагревание необходимо. Таким образом происходит пробоподготовка.

Осуществление пробоподготовки:

Остальные 3 части мы взвесили (Приложение 3):

• 1 мешок – 805 г

• 2 мешок – 785 г

• 3 мешок – 835 г.

Далее их поместили в сушильный шкаф (Приложение 4). Пронумеровали мешочки. Добавка наносится по определенной граммовке, а именно расходная норма 3 кг добавки на 1 тонну удобрений.

Исходную пробу мы поделили на 2 части и взвесили (для проверки пылимости необходима навеска массой 200 +-30 грамм).

Итоговый вес проб:

• Первая часть – 204,28 (желтая);

• Вторая – 208,07 (белая).

Количество пыли определяется при вращении барабана, который имитирует процесс перевозки (соответственно тряски) удобрений (Приложение 5). Вращать необходимо в течение 2 минут и выдувать воздух 1 минуту. Далее взвесили бюксы с фильтрами до проверки и после (Приложение 6):

• 1 бюкс: без фильтра – 28,1454г, с фильтром – 28,3761 г (желт)

масса фильтра: 0,2307;

• 2 бюкс: без фильтра – 27,7542, с фильтром – 27,9839 (бел)

масса фильтра: 0,2297.

Определяем количество пыли путем взвешивания фильтра до и после процесса пыления. Количеством пыли будет разница.

После процесса:

• 1 бюкс: 28,3856;

• 2 бюкс – 27,9998.

Пылимость мы определяли по формуле:

Р = m(фильтра с пылью) – m(чистого фильтра)/m(навески) * 1000 * 1000

1. Первая часть:

Масса фильтра: 28,3856-28,1454=0,2402

Пылимость = 0,2402-0,2307/204,28 * 1000 * 1000 = 46,504 г/т

2. Вторая часть:

Масса фильтра:27,9998-27,7542=0,2456

Пылимость = 0,2456-0,2297/208,07 * 1000 * 1000 = 76,4 г/т

Среднее арифметическое: 46,504 + 76,4 / 2 = 61,45 г/т

Данные по пылимости:

• Необработанный продукт (исходный) -46 и 70 г/т параллельные (среднее 58 г/т)

• Обработанный биодобавкой продукт-91 г/т

• Обработанный кондиционирующей добавкой продукт-4 г/т

• Обработанный кондиционирующей добавкой и биодобавкой продукт-7 г/т

Наиболее эффективный способ обработки удобрений является обработка кондиционирующей добавкой, а также обработка смесью биодобавки и кондиционирующей.

Далее мы рассчитали сколько необходимо взять добавки на навеску удобрения:

1) 1 мешок – 805 г удобрений. Необходимо взять 2,415 г биодобавки

2) 2 мешок – 785 г удобрений. необходимо взять 2,355 г кондиционированной добавки

3) 3 мешок – 835 г удобрений. Необходимо взять 2,505 г смеси биодобавки и кондиционирующей добавки.

Смешивание навесок удобрений с добавками

Кондиционирующие добавки мы нагрели на плите при температуре 60 градусов (Приложение 7). После нагрева обрабатываем удобрения биодобавками. Пересыпаем первый мешок в колбу, добавляем 2,42 г биодобавки и перемешиваем (Приложение 8).

Далее берем исходный образец удобрений и полученное удобрение с биодобавкой, и помещаем в темную комнату, где с помощью ультрафиолета можно увидеть, насколько хорошо распределилась добавка (Приложение 9).

Второй мешок пересыпаем на поднос и добавляем нагретую кондиционирующую добавку, перемешиваем (Приложение 10). Также смотрим в темной комнате.

По итогу можно сделать промежуточный вывод, что второй способ обработки (кондиционирующей добавкой) является более эффективным, так как не остается частичек добавки, как это происходит с перемешиванием в колбе (на стенках остается добавка после перемешивания).

Третий мешок сначала пересыпали в колбу, добавив биодобавку и перемешали. Далее выложили на поднос и добавили кондиционированную добавку. Также посмотрели в темной комнате. Полученные удобрения расфасовали по пакетам.

Анализ

Следующим этапом работы стал анализ биодобавки. Под микроскопом мы изучили состав добавки и выяснили, каких элементов в ее составе больше. Этими элементами оказались кремний (40%), кислород (52%), алюминий (3,4%). Также в более низком количестве содержались калий, железо и магний. (Приложение 11)

Эксперимент

Полученные биоудобрения мы применили на практике.

Цель практической работы: выявить, какой из четырех видов полученных удобрений будет наиболее благоприятно влиять на рост и скорость развития разных культур.

Для проведения практической работы мы использовали:

1. Семена огурца, редиски, гороха, кабачка.

2. Удобрение, обработанное кондиционирующей добавкой/биодобавкой/кондиционирующей и биодобавкой, а также исходное удобрение (аммофос)

В начале мы приготовили растворы удобрений, которыми будем поливать. Раствор приготовили в соотношении 1 чайная ложка на 5 литров воды.

Далее посадили семена различных культур и произвели первый полив. Начало эксперимента: 28 августа 2025.

Можно сделать промежуточный вывод: на начальном этапе развития растения лучше всего влияет удобрение, обработанное биодобавкой и кондиционирующей добавкой.

Огурцы и горох взошли 3 сентября. Восходы и рост гороха во всех 4-х контейнерах с разными удобрениями примерно одинаковые. Также на 3 сентября остается без восходов контейнер, семена в котором обрабатываются моноаммонийфосфатом.

На 9 сентября один из контейнеров с огурцами по-прежнему остался без восходов.

ИТОГ: в основном на все виды растений лучше всего повлияла смесь кондиционирующей добавки и биодобавки. В контейнерах с этим видом удобрений наблюдался высокий рост растений, ростки более крепкие. Моноаммонийфосфат в чистом виде на последних этапах эксперимента плохо повлиял на горох и кабачки. Можно сказать, что именно смесь удобрений окажет на развитие и рост растений отличный эффект, нежели брать эти удобрения по отдельности. Кондиционирующая добавка улучшает физические свойства почвы, а биодобавка улучшает биохимические процессы в почве и воздействие на физиологию растения. Растению нужны все эти функции, поэтому лучше использовать смесь добавок. Этот комплексный подход решает проблемы почвы, корневой системы, что приводит к более сильным, здоровым растениям и полезным для человека плодам.

Список используемой литературы

1. Громов, Б.В. Практикум по микрологии и биотехнологии: учебное пособие / Б.В. Громов, Г.С. Калашникова. — М.: Академия, 2010. — 256 с.

2. ​Завалин, А.А. Биопрепараты, удобрения и урожай / А.А. Завалин. — М.: ВНИИА, 2015. — 304 с.

3. Коршиков, Ю.В. Биотехнология переработки органических отходов в удобрения / Ю.В. Коршиков, Л.М. Гарбуз. — Белгород: БГТУ, 2018. — 145 с.

4. Лысак, В.В. Микробиология: учебник для вузов / В.В. Лысак. — Минск: БГУ, 2009. — 430 с.

5. Мотузова, Г.В. Химическое загрязнение биосферы и его экологические последствия: учебник / Г.В. Мотузова. — М.: Издательство Московского университета, 2012. — 304 с.

6. Орлов, Д.С. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении: учебное пособие / Д.С. Орлов, Л.К. Садовникова, Н.И. Суханова. — М.: Высшая школа, 2009. — 334 с.

7. Попов, А.И. Биоудобрения в современном земледелии / А.И. Попов, В.П. Попович. — СПб.: ПрофиКС, 2017. — 198 с.

8. Чеботарев, В.Е. Технология производства и применение органических удобрений / В.Е. Чеботарев. — М.: Росинформагротех, 2014. — 220 с.

9. Чернов, И.Ю. Экология и биотехнология микроорганизмов-деструкторов / И.Ю. Чернов. — Пущино: ПНЦ РАН, 2011. — 180 с.

10. Штерншис, М.В. Биологическая защита растений и производство экологически безопасной продукции / М.В. Штерншис, Ф.С. Джалилов. — М.: Лань, 2016. — 264 с.

.

Приложение:

Приложение 1. Приложение 2.

Приложение 3.

Приложение 4.

Приложение 5.

Приложение 6.

Приложение 7.

Приложение 8.

Приложение 9.

Приложение 10.

Полученные образцы биоудобрений

Приложение 11. Анализ

Экспериментальная часть.

(подготовка растворов)

(посев и первый полив)

31.08.2025 – первые ростки редиса

02.09.2025-первые ростки гороха 02.09.2025-ростки редиса

09.09.2025-ростки редиса 09.09.2025-ростки огурца

09.09.2025-ростки кабачков 09.09.2025-ростки гороха 09.09.2025-ростки огурцов

16.09.2025-ростри гороха 16.09.2025-ростки кабачка

23.09.2025-ростки редиса

Замер размера ростка

30.09.2025 – огурцы 30.09.2025 – редис

30.09.2025 – горох

11.10.2025 – огурцы

18.10.2025 – горох 18.10.2025 - кабачки