RU2796126C2 - Fertilizer composition which includes a potentiator of plant-consumed phosphorus and calcium and its application - Google Patents
Fertilizer composition which includes a potentiator of plant-consumed phosphorus and calcium and its application Download PDFInfo
- Publication number
- RU2796126C2 RU2796126C2 RU2021128281A RU2021128281A RU2796126C2 RU 2796126 C2 RU2796126 C2 RU 2796126C2 RU 2021128281 A RU2021128281 A RU 2021128281A RU 2021128281 A RU2021128281 A RU 2021128281A RU 2796126 C2 RU2796126 C2 RU 2796126C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- calcium
- acid
- phosphorus
- fertilizer
- plant
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к удобрительной композиции, которая включает в себя потенцирующее средство усваиваемого растением фосфора и кальция, а также к применению указанной удобрительной композиции.The present invention relates to a fertilizer composition that includes a plant-available phosphorus and calcium potentiator, as well as to the use of said fertilizer composition.
Более конкретно, согласно первому аспекту настоящее изобретение относится к удобрительной композиции, которая включает в себя глицериновую кислоту в качестве потенцирующего средства усваиваемого растением фосфора и кальция, при этом глицериновая кислота улучшает содержание общего фосфора в растении, при этом ее применение представляет собой альтернативу традиционным фосфатным удобрениям.More specifically, according to the first aspect, the present invention relates to a fertilizer composition that includes glyceric acid as a potentiator of plant uptakeable phosphorus and calcium, while glyceric acid improves the total phosphorus content of the plant, while its use is an alternative to traditional phosphate fertilizers. .
Согласно второму аспекту настоящее изобретение относится к комбинации раскрываемой удобрительной композиции вместе с другим дополнительным удобрением и/или биостимулятором.According to a second aspect, the present invention relates to a combination of the disclosed fertilizer composition together with another additional fertilizer and/or biostimulant.
Фосфор является важным макроэлементом для роста растений и определяющим фактором их урожайности. Он усваивается растениями в растворимых формах, в основном в виде НРO4 2- и Н2РO4 -. Однако, несмотря на широкое применение фосфатных минеральных удобрений, дефицит фосфора является распространенной проблемой в сельскохозяйственных почвах из-за низкой растворимости (<1%) общего органического и неорганического фосфора в таких почвах (Bunemann et al., "Assessment of gross and net mineralization rates of soil organic phosphorus - A review", Soil Biology and Biochemistry. 89: 92-98, 2015). Это связано с тем, что большая часть фосфора, вносимого с удобрениями, иммобилизуется в результате процессов сорбции, путем осаждения ионами Fe3+ и Al3+ в кислых почвах и ионами Са2+ в известковых почвах или путем его преобразования в органические формы (Liao et al., "Phosphorus and aluminum interactions in soybean in relation to aluminum tolerance. Exudation of specific organic acids from different regions of the intact system", Plant Physiol. 141, 674-684, 2006). Следовательно, основная проблема питания растений, связанная с фосфором, заключается не в общей концентрации фосфора в почве, а в его биодоступности для растений.Phosphorus is an important macronutrient for plant growth and a determining factor in plant productivity. It is absorbed by plants in soluble forms, mainly in the form of HPO 4 2- and H 2 PO 4 - . However, despite the widespread use of phosphate mineral fertilizers, phosphorus deficiency is a common problem in agricultural soils due to the low solubility (<1%) of total organic and inorganic phosphorus in such soils (Bunemann et al., "Assessment of gross and net mineralization rates of soil organic phosphorus - A review", Soil Biology and Biochemistry. 89: 92-98, 2015). This is due to the fact that most of the phosphorus applied with fertilizers is immobilized as a result of sorption processes, by precipitation by Fe 3+ and Al 3+ ions in acidic soils and by Ca 2+ ions in calcareous soils, or by its transformation into organic forms (Liao et al., "Phosphorus and aluminum interactions in soybean in relation to aluminum tolerance. Exudation of specific organic acids from different regions of the intact system", Plant Physiol. 141, 674-684, 2006). Therefore, the main problem of plant nutrition related to phosphorus is not the total concentration of phosphorus in the soil, but its bioavailability for plants.
Кроме того, злоупотребление или ненадлежащее применение фосфатных минеральных удобрений и низкая эффективность их использования сельскохозяйственными культурами (около 45%) приводят к снижению плодородия почвы, значительному загрязнению окружающей среды, в основном рек, озер и водоносных горизонтов, и к увеличению производственных затрат для фермеров (Tilman et al., "Agricultural sustainability and intensive production practices", Nature. 418: 671-7, 2002). Кроме того, фосфатные породы, которые являются основным сырьевым материалом, используемым в промышленности для производства фосфатных удобрений, являются невозобновляемым источником фосфора, поэтому их запасы ограничены и постепенно уменьшаются (Saeid et al., "Phosphorus Solubilization by Bacillus Species", Nature. 418: 677-7, 2002). Molecules. 23, 2897, 2018).In addition, the abuse or misuse of phosphate mineral fertilizers and the low efficiency of their use by crops (about 45%) lead to a decrease in soil fertility, significant environmental pollution, mainly of rivers, lakes and aquifers, and an increase in production costs for farmers ( Tilman et al., "Agricultural sustainability and intensive production practices", Nature 418: 671-7, 2002). In addition, phosphate rocks, which are the main raw material used in the industry for the production of phosphate fertilizers, are a non-renewable source of phosphorus, therefore their reserves are limited and gradually decreasing (Saeid et al., "Phosphorus Solubilization by Bacillus Species", Nature. 418: 677-7, 2002). Molecules. 23, 2897, 2018).
В этом смысле основные решения, разработанные для устранения вышеупомянутых проблем, заключаются в применении ионов металлов в комплексе с аминокислотами для улучшения солюбилизации фосфора микроорганизмами, присутствующими в почве (ЕР 3181538 А1), или во внесении инокулюма солюбилизирующих фосфор микроорганизмов (Hu et al., "Development of a biologically based fertilizer, incorporating Bacillus megaterium A6, for improved phosphorus nutrition of oilseed rape", Can J Microbiol. 59:231-6, 2013; US 5256544 A; WO 2014082167 A1).In this sense, the main solutions developed to overcome the aforementioned problems are the use of metal ions in combination with amino acids to improve the solubilization of phosphorus by microorganisms present in the soil (EP 3181538 A1), or the introduction of an inoculum of phosphorus solubilizing microorganisms (Hu et al., " Development of a biologically based fertilizer, incorporating Bacillus megaterium A6, for improved phosphorus nutrition of oilseed rape", Can J Microbiol. 59:231-6, 2013; US 5256544 A; WO 2014082167 A1).
По вышеуказанным причинам в настоящее время в области питания растений существует потребность в поиске альтернатив традиционному фосфатному удобрению для повышения использования как фосфатных удобрений, так и накопленных запасов общего фосфора в почвах (Zhu et al., "Phosphorus activators contribute to legacy phosphorus availability in agricultural soils: A review", Science of the Total Environment 612 (2018) 522-537, 2018), а также для устойчивого повышения урожайности культурных растений. Действительно, некоторые авторы предполагают, что накопленного фосфора в сельскохозяйственных почвах могло бы быть достаточно для поддержания урожайности сельскохозяйственных культур в мире в течение 100 лет, если бы он был в доступных формах (Khan et al., "Role of phosphate-solubilizing microorganisms in sustainable agriculture - a review", Agron. Sustain. Dev. 27, 29-43, 2007).For the above reasons, there is currently a need in the field of plant nutrition to find alternatives to traditional phosphate fertilizer to increase the use of both phosphate fertilizers and the accumulated reserves of total phosphorus in soils (Zhu et al., "Phosphorus activators contribute to legacy phosphorus availability in agricultural soils : A review", Science of the Total Environment 612 (2018) 522-537, 2018), as well as to increase crop yields sustainably. Indeed, some authors suggest that the accumulated phosphorus in agricultural soils could be sufficient to sustain the world's crop yields for 100 years if it were available in available forms (Khan et al., "Role of phosphate-solubilizing microorganisms in sustainable agriculture - a review", Agron. Sustain. Dev. 27, 29-43, 2007).
Кроме того, растения выделяют через корни значительную часть органических соединений, образующихся в процессе фотосинтеза (от 11 до 40%), чтобы регулировать химический состав ризосферы и обеспечивать рост микроорганизмов, которые могут принести пользу растениям в данной экосистеме (Badri and Vivanco, "Regulation and function of root exudates", Plant, Cell and Environment 32, 666-681, 2009; Zhalnina et al, "Phosphorus activators contribute to legacy phosphorus availability in agricultural soils: A review", Science of the Total Environment 612 (2018) 522-537, 2018). Соединения, присутствующие в корневых экссудатах, включают в себя сахара, аминокислоты, органические кислоты, жирные кислоты и вторичные метаболиты (Bais et al., "The role of root exudates in rhizosphere interactions with plants and other organisms", Annu Rev Plant Biol. 57: 233-66, 2006).In addition, plants release a significant proportion of the organic compounds produced during photosynthesis (between 11 and 40%) through their roots to regulate the chemistry of the rhizosphere and support the growth of microorganisms that can benefit plants in the ecosystem (Badri and Vivanco, "Regulation and function of root exudates", Plant, Cell and Environment 32, 666-681, 2009; Zhalnina et al, "Phosphorus activators contribute to legacy phosphorus availability in agricultural soils: A review", Science of the Total Environment 612 (2018) 522- 537, 2018). Compounds present in root exudates include sugars, amino acids, organic acids, fatty acids, and secondary metabolites (Bais et al., "The role of root exudates in rhizosphere interactions with plants and other organisms", Annu Rev Plant Biol. 57 : 233-66, 2006).
Помимо культивируемых видов и их фенологической стадии на состав и количество этих экссудатов в основном влияют сигналы окружающей среды, например, доступность питательных веществ в почве. Фактически, у растений имеются механизмы адаптации к почвам с низким количеством усваиваемого фосфора, включая выделение на корневом уровне метаболитов, которые увеличивают солюбилизацию и поглощение фосфора и/или модулируют состав почвенных микробных сообществ, благоприятствуя микроорганизмам со способностью растворять неорганический фосфор или минерализовать органический фосфор. Эти экссудаты включают в себя карбоновые кислоты, сахара, фенольные соединения, аминокислоты и даже некоторые ферменты (Carvalhais et al., "Root exudation of sugars, amino acids, and organic acids by maize as affected by nitrogen, phosphorus, potassium, and iron deficiency", J. Plant Nutr. Plant Nutr. Soil Sci. 174, 3-11, 2011; Vengavasi and Pandey, "Root exudation index as a physiological marker for efficient phosphorus acquisition in soybean: an effective tool for plant breeding", Crop Pasture Sci. 67, 1096-1109, 2016). Высокая корневая экссудация дополнительно усиливает потребность растения в углероде, что отвлекает на эти цели больше ресурсов, вырабатываемых его фотосинтетическими механизмами (Vengavasi and Pandey, см. выше). В конкретном случае дефицита фосфора растения выделяют около 30% углерода, зафиксированного фотосинтезом, в виде корневых экссудатов во время дефицита фосфора (Khorassani et al., "Citramalic acid and salicylic acid in sugar beet root exudates solubilize soil phosphorus", BMC Plant Biol. 11, 121, 2011).Apart from the cultivated species and their phenological stage, the composition and amount of these exudates are mainly influenced by environmental cues, such as nutrient availability in the soil. In fact, plants have adaptation mechanisms to soils with low available phosphorus, including excretion at the root level of metabolites that increase solubilization and uptake of phosphorus and/or modulate the composition of soil microbial communities, favoring microorganisms with the ability to dissolve inorganic phosphorus or mineralize organic phosphorus. These exudates include carboxylic acids, sugars, phenolic compounds, amino acids, and even some enzymes (Carvalhais et al., "Root exudation of sugars, amino acids, and organic acids by maize as affected by nitrogen, phosphorus, potassium, and iron deficiency ", J. Plant Nutr. Plant Nutr. Soil Sci. 174, 3-11, 2011; Vengavasi and Pandey, "Root exudation index as a physiological marker for efficient phosphorus acquisition in soybean: an effective tool for plant breeding", Crop Pasture Sci. 67, 1096-1109, 2016). High root exudation further increases the carbon demand of the plant, diverting more of the resources generated by its photosynthetic machinery to this end (Vengavasi and Pandey, supra). In a specific case of phosphorus deficiency, plants release about 30% of the carbon fixed by photosynthesis as root exudates during phosphorus deficiency (Khorassani et al., "Citramalic acid and salicylic acid in sugar beet root exudates solubilize soil phosphorus", BMC Plant Biol. 11 , 121, 2011).
Ввиду вышеизложенного настоящее изобретение основывается на вышеупомянутых подходах, основанных на том, что, с одной стороны, регулируя процессы трансформации фосфора в почвах, корневые экссудаты могут повышать доступность этого питательного вещества для растений и эффективность его использования в сельскохозяйственных почвах, а, с другой стороны, представляют собой альтернативу применению традиционных фосфорных удобрений.In view of the foregoing, the present invention is based on the aforementioned approaches based on the fact that, on the one hand, by regulating the transformation of phosphorus in soils, root exudates can increase the availability of this nutrient for plants and the efficiency of its use in agricultural soils, and, on the other hand, represent an alternative to the use of traditional phosphate fertilizers.
Поэтому желательны удобрения, имитирующие корневые экссудаты и обладающие аналогичным эффектом, что позволяет отказаться от внесения минеральных удобрений или сократить их внесение и уменьшить загрязнение окружающей среды с одновременным обеспечением альтернативы традиционным фосфатным удобрениям для снижения загрязнения окружающей среды от его применения и повышения эффективности использования фосфора и урожайности культурных растений.Therefore, fertilizers that mimic root exudates and have a similar effect are desirable, thereby eliminating or reducing the application of mineral fertilizers and reducing environmental pollution, while providing an alternative to traditional phosphate fertilizers to reduce environmental pollution from its application and increase the efficiency of phosphorus use and crop yields. cultivated plants.
Настоящее изобретение отвечает обеим вышеупомянутым целям, обеспечивая удобрительную композицию, которая включает в себя глицериновую кислоту в качестве потенцирующего средства усваиваемого растением фосфора, при этом глицериновая кислота улучшает общее содержание фосфора в растении.The present invention fulfills both of the above objectives by providing a fertilizer composition that includes glyceric acid as a plant uptakeable phosphorus potentiator, wherein the glyceric acid improves the plant's total phosphorus content.
Аналогичным образом, в основных почвах (с рН 8 или выше) и с высоким содержанием известняка из-за присутствия кальция фосфор выпадает в осадок, что приводит к образованию фосфатов кальция. В таких почвах солюбилизация нерастворимого фосфора приводит не только к высвобождению усваиваемого растениями фосфора, но также и усваиваемого кальция (Rietra RPJJ, et al., "Interaction between Calcium and Phosphate Adsorption on Goethite", Environ. Sci. Technol., 2001, 35 (16), pp. 3369-3374; Lei Y. et al., 2018, "Interaction of calcium, phosphorus and natural organic matter in electrochemical recovery of phosphate", Water Research Volume 142., pp. 10-17; Tunesi S., et al., 1999, "Phosphate adsorption and precipitation in calcareous soils: the role of calcium ions in solution and carbonate minerals", Volume 53, (3), pp. 219-227).Similarly, in basic soils (pH 8 or higher) and high limestone content, due to the presence of calcium, phosphorus precipitates, leading to the formation of calcium phosphates. In such soils, the solubilization of insoluble phosphorus leads not only to the release of plant-available phosphorus, but also of available calcium (Rietra RPJJ, et al., "Interaction between Calcium and Phosphate Adsorption on Goethite", Environ. Sci. Technol., 2001, 35 ( 16), pp. 3369-3374; Lei Y. et al., 2018, "Interaction of calcium, phosphorus and natural organic matter in electrochemical recovery of phosphate", Water Research Volume 142., pp. 10-17; Tunesi S. , et al., 1999, "Phosphate adsorption and precipitation in calcareous soils: the role of calcium ions in solution and carbonate minerals", Volume 53, (3), pp. 219-227).
Глицериновая кислота или 2,3-дигидроксипропановая кислота представляет собой трехосновную кислоту, полученную в результате окисления глицерина, которое происходит в естественных условиях в растениях, таких как растения рода Brassica (Kim et al., "Metabolic Differentiation of Diarnondback Moth (Plutella xylostella (L.)) Resistance in Cabbage (Brassica oleracea L. ssp.capitata)", J. Agric. Food Chem., 2013, 61 (46), pp. 11222-11230, 2013).Glyceric acid or 2,3-dihydroxypropanoic acid is a tribasic acid derived from the oxidation of glycerol that occurs naturally in plants such as plants of the genus Brassica (Kim et al., "Metabolic Differentiation of Diarnondback Moth (Plutella xylostella (L .)) Resistance in Cabbage (Brassica oleracea L. ssp.capitata)", J. Agric. Food Chem., 2013, 61 (46), pp. 11222-11230, 2013).
Как упомянуто выше, согласно первому аспекту настоящее изобретение относится к удобрительной композиции, которая включает в себя глицериновую кислоту в качестве потенцирующего средства усваиваемого растением фосфора и кальция.As mentioned above, according to a first aspect, the present invention relates to a fertilizer composition that includes glyceric acid as a plant-available phosphorus and calcium potentiator.
Согласно одному варианту осуществления удобрительная композиция в соответствии с настоящим изобретением состоит из 100% по массе глицериновой кислоты в форме растворимого в воде порошка.According to one embodiment, the fertilizer composition according to the present invention consists of 100% by weight of glyceric acid in the form of a water-soluble powder.
Согласно другому варианту осуществления удобрительная композиция в соответствии с настоящим изобретением содержит от 30 до 80% по массе глицериновой кислоты и от 5 до 30% по массе других компонентов, выбранных из группы, состоящей из сахаров, аминокислот, органических кислот, отличных от глицериновой кислоты, полиаминов, глицерина, миоинозитола, аденина, урацила, цитозина, гуанина и их комбинаций, при этом удобрительная композиция находится в форме растворимого в воде порошка.According to another embodiment, the fertilizer composition according to the present invention contains from 30 to 80% by weight of glyceric acid and from 5 to 30% by weight of other components selected from the group consisting of sugars, amino acids, organic acids other than glyceric acid, polyamines, glycerol, myoinositol, adenine, uracil, cytosine, guanine and combinations thereof, wherein the fertilizer composition is in the form of a water-soluble powder.
Если присутствуют в заявляемой удобрительной композиции, сахара предпочтительно выбраны из моно- и дисахаридов, таких как сахароза, фруктоза, трегалоза, глюкоза, арабиноза, мальтоза, а также их смесей.If present in the inventive fertilizer composition, the sugars are preferably selected from mono- and disaccharides such as sucrose, fructose, trehalose, glucose, arabinose, maltose, as well as mixtures thereof.
Если присутствуют в заявляемой удобрительной композиции, аминокислоты предпочтительно выбраны из треонина, лизина, фенилаланина, глутаминовой кислоты, метионина, GABA, орнитина, глицина, глутамина, аспарагиновой кислоты, серина, аспарагина, тирозина, триптофана, валина, лейцина, изолейцина, пролина, 4-гидроксипролина, аргинина, гистидина, аланина, цистеина и их смесей.If present in the claimed fertilizer composition, the amino acids are preferably selected from threonine, lysine, phenylalanine, glutamic acid, methionine, GABA, ornithine, glycine, glutamine, aspartic acid, serine, asparagine, tyrosine, tryptophan, valine, leucine, isoleucine, proline, 4 -hydroxyproline, arginine, histidine, alanine, cysteine and mixtures thereof.
Если присутствуют в заявляемой удобрительной композиции, органические кислоты, отличные от глицериновой кислоты предпочтительно выбраны из молочной кислоты, янтарной кислоты, щавелевой кислоты, глюконовой кислоты, треоновой кислоты, фумаровой кислоты и их смесей.If present in the inventive fertilizer composition, organic acids other than glyceric acid are preferably selected from lactic acid, succinic acid, oxalic acid, gluconic acid, threonic acid, fumaric acid and mixtures thereof.
Полиамины, если присутствуют в заявляемой композиции, предпочтительно выбраны из путресцина, спермидина, спермина и их смесей.The polyamines, if present in the claimed composition, are preferably selected from putrescine, spermidine, spermine and mixtures thereof.
Присутствие этих компонентов, отличных от глицериновой кислоты в композиции в соответствии с настоящим изобретением основано на том факте, что такие компоненты составляют часть описанных ниже корневых экссудатов культурных растений, тестируемых в отсутствие фосфора, или описаны в литературе как компоненты указанных экссудатов в нормальных условиях для развития растений (Zhalnina et al, "Dynamic root exudate chemistry and microbial substrate preferences drive patterns in rhizosphere microbial community assembly", Nat Microbiol, 3 (4): 470-480, 2018), которые, следовательно, желательны для вышеупомянутой цели, заключающейся в обеспечении удобрительной композиции, имитирующей корневые экссудаты, с аналогичным эффектом, что позволяет отказаться от внесения минеральных удобрений или уменьшить их внесение.The presence of these components other than glyceric acid in the composition according to the present invention is based on the fact that such components form part of the root exudates of cultivated plants described below, tested in the absence of phosphorus, or are described in the literature as components of said exudates under normal conditions for development. plants (Zhalnina et al, "Dynamic root exudate chemistry and microbial substrate preferences drive patterns in rhizosphere microbial community assembly", Nat Microbiol, 3 (4): 470-480, 2018), which are therefore desirable for the aforementioned purpose of providing a fertilizer composition that mimics root exudates with a similar effect, which makes it possible to refuse the application of mineral fertilizers or reduce their application.
Удобрительную композицию в соответствии с настоящим изобретением составляют в виде растворимого в воде порошка, как указывается выше, но также ее можно составлять в виде жидкой композиции путем растворения в воде или в форме гранулятов путем добавления гранулирующих средств, известных специалисту в данной области.The fertilizer composition according to the present invention is formulated as a water-soluble powder as indicated above, but it can also be formulated as a liquid composition by dissolving in water or in the form of granulates by adding granulating agents known to the person skilled in the art.
Согласно второму аспекту настоящее изобретение относится к удобрительной композиции, описываемой выше, в комбинации с другим дополнительным удобрением, выбранным из азотных удобрений, фосфатных удобрений, калийных удобрений, кальциевых удобрений и улучшающих добавок, микроэлементов, борной кислоты и леонардита и их комбинаций, и/или в комбинации с одним или несколькими биостимуляторами, выбранными из группы, состоящей из аминокислотных гидролизатов, гумусовых экстрактов, экстрактов водорослей, живых микроорганизмов, экстрактов микроорганизмов и их комбинаций. Живые микроорганизмы или экстракты микроорганизмов предпочтительно должны относиться к видам Pichia guilliermondii, Azotobacter, chroococcum, Bacillus megaterium, Bacillus aryabhattai, Oceanobacillus picturae, или к бактериям, принадлежащим родам, известным своей способностью солюбилизировать фосфор: Pseudomonas, Bacillus, Rhizobium, Burkholderia, Achromobacter, Agrobacterium, Micrococcus, Aerobacter, Fiavobacterium, Mesorhizobium, Azotobacter, Azospirillum, Erwinia, Paenibaciiius и Oceanobacillus (Rodriguez and Fraga, "Phosphate solubilizing bacteria and their role in plant growth promotion", Biotechnology Advances 17 (1999) 319-339, 1999; El-Tarabily and Youssef, "Enhancement of morphological, anatomical and physiological characteristics of seedlings of the mangrove Avicennia marina inoculated with a native phosphate-solubilizing isolate of Oceanobacillus picturae under greenhouse conditions", Plant Soil (2010) 332: 147-162, 2010; Zhu et al., 2018, supra).According to a second aspect, the present invention relates to a fertilizer composition as described above in combination with another additional fertilizer selected from nitrogen fertilizers, phosphate fertilizers, potash fertilizers, calcium fertilizers and improvers, trace elements, boric acid and leonardite and combinations thereof, and/or in combination with one or more biostimulants selected from the group consisting of amino acid hydrolysates, humus extracts, algae extracts, live microorganisms, extracts of microorganisms, and combinations thereof. Live microorganisms or extracts of microorganisms should preferably be of the species Pichia guilliermondii, Azotobacter, chroococcum, Bacillus megaterium, Bacillus aryabhattai, Oceanobacillus picturae, or bacteria belonging to genera known for their ability to solubilize phosphorus: Pseudomonas, Bacillus, Rhizobium, Burkholderia, Achromobacter, Agrobacterium , Micrococcus, Aerobacter, Fiavobacterium, Mesorhizobium, Azotobacter, Azospirillum, Erwinia, Paenibaciiius and Oceanobacillus (Rodriguez and Fraga, "Phosphate solubilizing bacteria and their role in plant growth promotion", Biotechnology Advances 17 (1999) 319-339, 1999; El- Tarabily and Youssef, "Enhancement of morphological, anatomical and physiological characteristics of seedlings of the mangrove Avicennia marina inoculated with a native phosphate-solubilizing isolate of Oceanobacillus picturae under greenhouse conditions", Plant Soil (2010) 332: 147-162, 2010; Zhu et al., 2018, supra).
В этом случае композиция в соответствии с настоящим изобретением присутствует в комбинации в пропорции от 0,5 до 10% по массе.In this case, the composition according to the present invention is present in combination in a proportion of 0.5 to 10% by weight.
Согласно одному варианту осуществления дополнительное азотное удобрение присутствует в комбинации в пропорции от 5 до 90% по массе и выбрано из мочевины, нитросульфата аммония, нитрата калия, сульфата аммония, нитрата аммония, нитрата кальция.In one embodiment, the additional nitrogen fertilizer is present in combination in a proportion of 5 to 90% by weight and is selected from urea, ammonium nitrosulfate, potassium nitrate, ammonium sulfate, ammonium nitrate, calcium nitrate.
Согласно другому варианту осуществления дополнительное фосфатное удобрение присутствует в комбинации в пропорции от 5 до 90% по массе и выбрано из фосфатной породы, тройного суперфосфата, простого суперфосфата, концентрированного суперфосфата, фосфорной кислоты.According to another embodiment, the additional phosphate fertilizer is present in combination in a proportion of 5 to 90% by weight and is selected from phosphate rock, triple superphosphate, simple superphosphate, concentrated superphosphate, phosphoric acid.
Согласно другому варианту осуществления дополнительное калийное удобрение присутствует в комбинации в пропорции от 5 до 90% по массе и выбрано из хлорида калия, сульфата калия, двойного сульфата калия и магния, гидроксида калия.According to another embodiment, the additional potassium fertilizer is present in combination in a proportion of 5 to 90% by weight and is selected from potassium chloride, potassium sulfate, double potassium and magnesium sulfate, potassium hydroxide.
Согласно другому варианту осуществления дополнительное кальциевое удобрение присутствует в комбинации в пропорции от 5 до 90% по массе и выбрано из хлорида кальция, цианамида кальция, сульфата кальция, доломита, известняка, оксида кальция, гидроксида кальция.According to another embodiment, the additional calcium fertilizer is present in combination in a proportion of 5 to 90% by weight and is selected from calcium chloride, calcium cyanamide, calcium sulfate, dolomite, limestone, calcium oxide, calcium hydroxide.
Согласно другому варианту осуществления дополнительное микроэлементное удобрение присутствует в комбинации в пропорции от 1 до 30% по массе и выбрано из сульфата железа, сульфата магния, сульфата цинка, сульфата марганца, сульфата меди, молибдата аммония, хлорида кобальта.In another embodiment, the additional micronutrient fertilizer is present in combination in a proportion of 1 to 30% by weight and is selected from ferrous sulfate, magnesium sulfate, zinc sulfate, manganese sulfate, copper sulfate, ammonium molybdate, cobalt chloride.
Согласно следующему варианту осуществления борная кислота в качестве дополнительного удобрения присутствует в комбинации в пропорции от 1 до 30% по массе.According to a further embodiment, boric acid as an additional fertilizer is present in the combination in a proportion of 1 to 30% by weight.
Согласно другому варианту осуществления леонардит в качестве дополнительного удобрения присутствует в комбинации в пропорции от 5 до 90% по массе.According to another embodiment, leonardite as an additional fertilizer is present in the combination in a proportion of 5 to 90% by weight.
В случае комбинации удобрительной композиции в соответствии с настоящим изобретением с биостимуляторами, описываемыми выше, предпочтительно биостимуляторы присутствуют в комбинации в пропорции от 5 до 90% по массе.In the case of a combination of the fertilizer composition according to the present invention with the biostimulants described above, preferably the biostimulants are present in the combination in a proportion of 5 to 90% by weight.
Также целью настоящего изобретения является применение удобрительных композиций, описываемых в настоящем документе, в форме растворимого в воде порошка, в форме гранулята или в форме жидкости с предварительным растворением в воде для внесения их путем фертигации или внекорневого внесения.It is also an object of the present invention to use the fertilizer compositions described herein in the form of a water-soluble powder, in the form of a granulate, or in the form of a liquid, pre-dissolved in water, for application by fertigation or foliar application.
Если композицию в соответствии с настоящим изобретением используют в форме растворимого в воде порошка путем фертигации или путем внекорневого внесения с предварительным растворением в воде, то ее предпочтительно вносить в количестве от 0,5 до 20 кг/га и от 0,06 до 1 кг/га, соответственно.If the composition in accordance with the present invention is used in the form of a water-soluble powder by fertigation or by foliar application with prior dissolution in water, then it is preferably applied in an amount of from 0.5 to 20 kg / ha and from 0.06 to 1 kg / ha, respectively.
Если композицию в соответствии с настоящим изобретением используют в комбинации с другим дополнительным удобрением в форме гранулята, то предпочтительно указанную комбинацию вносят непосредственно в количестве от 75 до 1500 кг/га.If the composition according to the invention is used in combination with another additional fertilizer in the form of a granulate, then preferably said combination is applied directly in an amount of 75 to 1500 kg/ha.
Если композицию в соответствии с настоящим изобретением используют в комбинации с биостимуляторами в форме жидкости для внесения ее путем фертигации или внекорневого внесения, то ее предпочтительно вносить в количестве от 0,5 до 20 кг/га и от 0,06 до 1 кг/га, соответственно.If the composition according to the present invention is used in combination with biostimulants in the form of a liquid for its application by fertigation or foliar application, it is preferably applied in an amount of from 0.5 to 20 kg/ha and from 0.06 to 1 kg/ha, respectively.
ПримерыExamples
1. Испытание для получения и идентификации корневых экссудатов в отсутствие фосфора1. Test for obtaining and identifying root exudates in the absence of phosphorus
Чтобы подробно охарактеризовать реакцию культурных растений на дефицит фосфора и идентифицировать выделяемые корнями метаболиты, которые оказывают наибольшее влияние на динамику фосфора в почве, Заявитель проанализировал дифференциальный профиль экссудата двух видов представляющих агрономический интерес культурных растений - кукурузы и томата в отсутствие фосфора. Ниже приводится краткое описание испытания по определению корневых экссудатов, выделяемых в отсутствие фосфора.In order to characterize in detail the response of crop plants to phosphorus deficiency and to identify root-excreted metabolites that have the greatest impact on soil phosphorus dynamics, the Applicant analyzed the differential exudate profile of two crop species of agronomic interest, maize and tomato, in the absence of phosphorus. The following is a brief description of the test for the determination of root exudates released in the absence of phosphorus.
Способ, аналогичный тому, который использовали другие авторы (Naveed et al., 2017, "Plant exudates may stabilize or weaken soil depending on species, origin and time", European Journal of Soil Science), был одинаковым как для семян кукурузы (сорт LG 34.90), так и семян томата (сорт Agora гибрид F1). Поверхность семян стерилизовали, промывая в течение 5 минут 96% этанолом, а затем 10 минут 5% отбеливателем. Затем семена тщательно промывали и обеспечивали гидратирование в стерильной воде MilliQ в течение 4 часов. Для прорастания семена помещали на слой фильтровальной бумаги, смоченной стерильной водой MilliQ. Семена оставляли прорастать в темноте на протяжении 4 суток, после чего проростки помещали в лотки для гидропонной культуры с корнями, погруженными в стандартный питательный раствор Хогланда. Двенадцать растений помещали в каждый лоток, при этом три лотка (каждый соответствует биологической повторности) использовали для контрольной обработки и три лотка - для обработки без фосфора. Растения выращивали при температуре и световом периоде 16 часов света при 25°С/8 часов темноты при 22°С и интенсивности света 4000 люкс на поверхности.A method similar to that used by other authors (Naveed et al., 2017, "Plant exudates may stabilize or weaken soil depending on species, origin and time", European Journal of Soil Science) was the same as for maize seeds (variety LG 34.90) and tomato seeds (variety Agora hybrid F1). The seed surface was sterilized by washing for 5 minutes with 96% ethanol and then 10 minutes with 5% bleach. The seeds were then thoroughly washed and hydrated in sterile MilliQ water for 4 hours. For germination, the seeds were placed on a layer of filter paper moistened with sterile MilliQ water. Seeds were allowed to germinate in the dark for 4 days, after which the seedlings were placed in hydroponic culture trays with roots immersed in Hoagland's standard nutrient solution. Twelve plants were placed in each tray, with three trays (each corresponding to biological replication) used for control treatment and three trays for treatment without phosphorus. Plants were grown at temperature and a light period of 16 hours of light at 25°C/8 hours of darkness at 22°C and a light intensity of 4000 lux on the surface.
Питательный раствор заменяли свежим каждые трое суток и постоянно аэрировали с помощью зондов-барботеров. После 10 суток роста растения подвергали обработке с истощением фосфора. Для этого три лотка инкубировали в течение трех суток с модифицированным раствором Хогланда без фосфора, а остальные три лотка инкубировали с полным раствором. После инкубации получали корневые экссудаты.The nutrient solution was replaced with fresh every three days and constantly aerated using bubbler probes. After 10 days of growth, the plants were subjected to a phosphorus depletion treatment. To do this, three trays were incubated for three days with modified Hoagland's solution without phosphorus, and the remaining three trays were incubated with a complete solution. After incubation, root exudates were obtained.
Растения осторожно вынимали из лотков для культивирования и промывали большим количеством воды с последующей окончательной промывкой дистиллированной водой. Растения, соответствующие каждому лотку, помещали в колбы с широким горлышком, содержащие 200 мл воды MilliQ, при этом корни погружали в воду. Растения инкубировали в колбах в течение 6 часов. Затем растения удаляли, а нерастворимый материал удаляли из раствора путем фильтрования через фильтры 0,20 мкм. Отфильтрованный материал быстро замораживали в жидком азоте и сушили вымораживанием. Полученный высушенный материал взвешивали и анализировали с помощью газовой хроматографии-масс-спектрометрии после дериватизации метоксиамином и N-метил-(триметилсилилтрифторацетамидом).The plants were carefully removed from the culture trays and washed with plenty of water, followed by a final rinse with distilled water. The plants corresponding to each tray were placed in wide-mouthed flasks containing 200 ml of MilliQ water, with the roots immersed in the water. Plants were incubated in flasks for 6 hours. The plants were then removed and the insoluble material was removed from the solution by filtration through 0.20 µm filters. The filtered material was quickly frozen in liquid nitrogen and freeze dried. The resulting dried material was weighed and analyzed by gas chromatography-mass spectrometry after derivatization with methoxyamine and N-methyl-(trimethylsilyltrifluoroacetamide).
В таблице 1 показаны метаболиты, выделяемые растениями, и их отношения в условиях отсутствия фосфора по сравнению с контрольными условиямиTable 1 shows plant excreted metabolites and their ratios under phosphorus-free conditions compared to control conditions.
На основании этих результатов отбирали 11 подходящих метаболитов в экссудатах обеих культур. Этими метаболитами были глюконовая кислота, глицериновая кислота, молочная кислота, глюкоза, треоновая кислота, фруктоза, аспарагиновая кислота, серии, глицерин, арабиноза и глутамин. Каждый из метаболитов вносили отдельно в дозе 1 кг/га в горшок с 3 кг почвы, высаживали растения кукурузы (4 горшка на обработку, по одному растению на горшок), и эффект в отношении их сухой массы наблюдали через 6 недель. Эффект метаболитов сравнивали с отрицательным контролем (без обработки) и положительным контролем с традиционным фосфатным удобрением (тройной суперфосфат в дозе 100 единиц фосфорного удобрения -P2O5- на гектар). Почву получали из сельскохозяйственной почвы со структурой песчаного суглинка и содержанием усваиваемого фосфора 0,5 части на миллион, что считается очень низким содержанием этого элемента для сельскохозяйственной практики (
Выбранные метаболиты усиливают рост кукурузы в различной степени, как показано в приведенной ниже таблице 2.Selected metabolites enhance corn growth to varying degrees, as shown in Table 2 below.
Приведенные выше результаты показывают, что глицериновая кислота является наиболее усиливающим рост метаболитом кукурузы, достигая того же результата, что и обработка традиционным фосфатным удобрением тройным суперфосфатом.The above results show that glyceric acid is the most growth promoting metabolite of corn, achieving the same result as conventional phosphate fertilizer treatment with triple superphosphate.
2. Внесение удобрительной композиции и комбинации в соответствии с настоящим изобретением2. Application of fertilizer composition and combination according to the present invention
Получали три удобрительных композиции в форме растворимого в воде порошка в соответствии с настоящим изобретением со следующей композицией:Received three fertilizer compositions in the form of a water-soluble powder in accordance with the present invention with the following composition:
А: 100% по массе глицериновой кислоты;A: 100% by weight glyceric acid;
В: комбинация 30-80% по массе глицериновой кислоты и 5-30% глюконовой кислоты, 5-30% молочной кислоты и 5-30% глутамина;B: combination of 30-80% by weight glyceric acid and 5-30% gluconic acid, 5-30% lactic acid and 5-30% glutamine;
С: комбинация 30-80% по массе глицериновой кислоты и 5-30% глюкозы, 5-30% фруктозы и 5-30% глицерина.C: combination of 30-80% by weight glyceric acid and 5-30% glucose, 5-30% fructose and 5-30% glycerol.
Эти продукты (А, В, С) тестировали в полевых испытаниях на растениях кукурузы и томата и сравнивали с отрицательным контролем (без обработки) и положительным контролем в виде традиционного фосфатного удобрения, состоящего из тройного суперфосфата (D). Нормы и способ внесения были следующими:These products (A, B, C) were field tested in corn and tomato plants and compared to a negative control (no treatment) and a positive control conventional phosphate fertilizer consisting of triple superphosphate (D). The rules and method of application were as follows:
- для кукурузы- for corn
• А: 10,0 кг/га путем фертигации;• A: 10.0 kg/ha by fertigation;
• В: 10,0 кг/га путем фертигации;• B: 10.0 kg/ha by fertigation;
• С: 10,0 кг/га путем фертигации;• C: 10.0 kg/ha by fertigation;
• D: тройной суперфосфат: 100 единиц фосфорного (Р2О5) удобрения на гектар;• D: triple superphosphate: 100 units of phosphorus (P 2 O 5 ) fertilizer per hectare;
- для томата- for tomato
• А: 8,0 кг/га путем фертигации;• A: 8.0 kg/ha by fertigation;
• В: 8,0 кг/га путем фертигации;• B: 8.0 kg/ha by fertigation;
• С: 8,0 кг/га путем фертигации;• C: 8.0 kg/ha by fertigation;
• D: тройной суперфосфат: 80 единиц фосфорного (Р2О5) удобрения на гектар.• D: triple superphosphate: 80 units of phosphate (P 2 O 5 ) fertilizer per hectare.
Обработки значительно улучшали урожайность и содержание фосфора кукурузы (таблицы 3 и 4), а также томата (таблицы 5 и 6).The treatments significantly improved the yield and phosphorus content of corn (tables 3 and 4) and tomato (tables 5 and 6).
Чтобы определить, связано ли повышение содержания фосфора в исследуемых обработках с увеличением доступности усваиваемого фосфора для растений, в испытаниях с растениями кукурузы и томата изучали баланс фосфора.To determine whether the increase in phosphorus content in the studied treatments is associated with an increase in the availability of assimilable phosphorus to the plants, phosphorus balance was studied in tests with corn and tomato plants.
В испытании 2 использовали ту же сельскохозяйственную почву, что и в испытании 1, с содержанием усваиваемого фосфора 0,5 части на миллион (что соответствует 1,95 кг/га фосфора и 4,5 кг/га единиц удобрений Р2О5) и содержанием общего фосфора 252 части на миллион (что соответствует 983 кг/га фосфора и 2,251 кг/га единиц удобрения Р2O5).Trial 2 used the same agricultural soil as Trial 1 with 0.5 ppm available phosphorus (corresponding to 1.95 kg/ha phosphorus and 4.5 kg/ha P 2 O 5 fertilizer units) and a total phosphorus content of 252 ppm (corresponding to 983 kg/ha of phosphorus and 2.251 kg/ha of P 2 O 5 fertilizer units).
В обработках А, В и С не добавляли единицы фосфорного удобрения, поскольку ни одна из молекул, используемых в этих обработках, не содержала этот элемент.In treatments A, B, and C, no units of phosphate fertilizer were added because none of the molecules used in those treatments contained this element.
Принимая во внимание сухую массу биомассы растений кукурузы и томата (см. таблицы 7 и 8) и процентное содержание общего фосфора в растениях (таблицы 4 и 6), можно рассчитать количество фосфора в кг в полученной биомассе на гектар. Как можно видеть, количество фосфора в сухой биомассе во всех случаях намного выше, чем количество фосфора, доступного в почве. Следовательно, повышение содержания фосфора в растениях безусловно связано с увеличением доступности усваиваемого растениями фосфора благодаря удобрительной композиции с потенцирующим средством усваиваемого фосфора.Taking into account the dry weight of the biomass of maize and tomato plants (see tables 7 and 8) and the percentage of total phosphorus in plants (tables 4 and 6), it is possible to calculate the amount of phosphorus per kg in the obtained biomass per hectare. As can be seen, the amount of phosphorus in dry biomass is in all cases much higher than the amount of phosphorus available in the soil. Therefore, an increase in the content of phosphorus in plants is certainly associated with an increase in the availability of plant-available phosphorus due to a fertilizer composition with an available phosphorus potentiator.
Во всех проведенных тестах используемая почва характеризовалась рН 8,4 и 14% активного известняка. Эти условия типичны для известковых почв, в которых осаждения фосфора с кальцием приводят к образованию фосфатов кальция. Таким образом, в этом типе почвы при солюбилизации нерастворимого фосфора высвобождается не только усваиваемый растениями фосфор, но и усваиваемый кальций.In all tests carried out, the soil used was characterized by pH 8.4 and 14% active limestone. These conditions are typical of calcareous soils, in which precipitation of phosphorus with calcium leads to the formation of calcium phosphates. Thus, in this type of soil, the solubilization of insoluble phosphorus releases not only plant-available phosphorus, but also available calcium.
Claims (15)
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021128281A RU2021128281A (en) | 2023-03-28 |
| RU2796126C2 true RU2796126C2 (en) | 2023-05-17 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1054339A1 (en) * | 1981-03-03 | 1983-11-15 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт охраны окружающей среды в угольной промышленности | Method for producing complex organomineral fertilizer |
| US6391079B1 (en) * | 1998-07-09 | 2002-05-21 | Iwao Takeda | Fertilizer with a chelate element |
| US20050039509A1 (en) * | 2002-09-27 | 2005-02-24 | Muma Stephen C. | Phosphate replacement fertilizers |
| EP2371220A1 (en) * | 2010-03-31 | 2011-10-05 | Taminco | Stabilized bio-available soluble silicate solution |
| EP3059218B1 (en) * | 2013-08-27 | 2018-08-22 | Verdesian Life Siciences, LLC | Fertilizer compositions including polyanionic polymers |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1054339A1 (en) * | 1981-03-03 | 1983-11-15 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт охраны окружающей среды в угольной промышленности | Method for producing complex organomineral fertilizer |
| US6391079B1 (en) * | 1998-07-09 | 2002-05-21 | Iwao Takeda | Fertilizer with a chelate element |
| US20050039509A1 (en) * | 2002-09-27 | 2005-02-24 | Muma Stephen C. | Phosphate replacement fertilizers |
| EP2371220A1 (en) * | 2010-03-31 | 2011-10-05 | Taminco | Stabilized bio-available soluble silicate solution |
| EP3059218B1 (en) * | 2013-08-27 | 2018-08-22 | Verdesian Life Siciences, LLC | Fertilizer compositions including polyanionic polymers |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| НОВАЯ РОССИЙСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ, гл. ред. В.И. ДАНИЛОВ-ДАНИЛЬЯН, Москва, "ЭНЦИКЛОПЕДИЯ", "ИНФРА-М", 2011, стр. 181-182. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Alvarez et al. | Microalgae, soil and plants: A critical review of microalgae as renewable resources for agriculture | |
| Yu et al. | Isolation and characterization of phosphate-solubilizing bacteria from walnut and their effect on growth and phosphorus mobilization | |
| Mahajan et al. | Integrated nutrient management (INM) in a sustainable rice—wheat cropping system | |
| Manna et al. | Comparative effectiveness of phosphate-enriched compost and single superphosphate on yield, uptake of nutrients and soil quality under soybean–wheat rotation | |
| Ghumare et al. | Bio-fertilizers-increasing soil fertility and crop productivity | |
| Huang et al. | Effects of fungal residues return on soil enzymatic activities and fertility dynamics in a paddy soil under a rice-wheat rotation in Chengdu Plain | |
| Goud et al. | Productivity and profitability of pigeonpea under different sources of nutrients in rainfed condition of Central India | |
| RU2796126C2 (en) | Fertilizer composition which includes a potentiator of plant-consumed phosphorus and calcium and its application | |
| JP7317980B2 (en) | Fertilizer composition containing plant absorbable phosphorus and calcium enhancer and use thereof | |
| Al-Maliki et al. | The Integration of Vermicompost, Plant Growth-Promoting Rhizobacteria and Amino Acid under Seasonal Variations Improve Soil Biological Properties and Maize Crop in Saline Soils | |
| Golla | Role of integrated nutrient management for enhancing nitrogen use efficiency in crop | |
| EP3950647A1 (en) | Fertiliser composition that includes a plant-assimilable potassium booster | |
| Nama et al. | Consequence of liquid bio-fertilizers and drought mitigating chemicals on soil physico-chemical properties and nutrient availability of mungbean [Vigna radiata (L.) Wilczek] under SE-Rajasthan | |
| Kumar et al. | Biofertilizers and their role in Agriculture | |
| Wolna-Maruwka et al. | Biological activity of grey-brown podzolic soil organically fertilized for maize cultivation in monoculture. | |
| Balo | Studies on response of mung bean on phosphorous nutrition: A Review | |
| Srinivasarao et al. | Soil health improving strategies for resilient rice based cropping systems of India | |
| TR2021014776T (en) | Fertilizing composition containing phosphorus and calcium booster that can be assimilated by a plant and their use. | |
| EP4095117A1 (en) | Fertiliser composition including struvite and syringic acid as an enhancer of the biological solubilisation of struvite and use thereof | |
| Nassal | The functional role of phosphorus-mobilizing bacteria in the rhizosphere of tomato and maize | |
| Vasanthi et al. | Concurrent release of secondary and micronutrient by a Bacillus sp | |
| Misra et al. | Fertilizer value of indigenous phosphate rock modified by mixing with pyrite and composting with paddy straw | |
| Sucahyono et al. | Research Article Impact of Organic Matter, Inorganic, and Biofertilizer Combination on Soybean Yield in Entisol Soil of Indonesia | |
| Bhattacharjee et al. | In situ Management of Rice Stubble in Relation to soil Nitrogen Status Vis-à-Vis Performance of Wheat Crop in an Entisol | |
| Kurbanoglu et al. | Effect of ram horn hydrolyzate on the growth of bean (Phaseolus vulgaris cv. Aziziye-94) |