Новая стратегия получения биокомпоста с заданными свойствами на основе исследований кинетики роста микроорганизмов, материально-энергетического баланса и прогнозирования биотехнологии с использованием динамической имитационной модели

Об исследовании

Проект направлен на поиск новых приемов повышения эффективности использования удобрений, оптимизации круговорота питательных веществ, сохранения и накопления гумуса, способствующих обеспечению урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности животноводства.

Результаты выполнения проекта должны обусловить создание и широкое внедрение биотехнологии получения биоудобрений с функцией стимулятора роста и защиты растений, технологичные в производстве и применении, конкурентоспособные на мировом рынке.

Повышение плодородия почвы, снижение заболеваемости растений, увеличение урожайности и качества продукции является актуальной задачей. Решение возможно, в том числе, за счет использования органических удобрений (биокомпостов) обладающих высокими агрохимическими и супрессивными свойствами. Передовое агропроизводство предъявляет высокие требования к биокомпосту, который должен быть физико-химически стабилен, содержать высокие концентрации основных элементов питания и гумусовых веществ, освобожден от всхожих семян сорных растений и обеззаражен от возбудителей болезней сельскохозяйственных культур, а также обладать способностью подавлять жизнедеятельность фитопатогенов в почве. Достичь высокого качества биокомпостов возможно только строгим управлением биотехнологией их получения. В целях производства биокомпостов, аэробной твердофазной биодеградации подвергаются сложные гетерогенные агроотходы (отходы животноводства, птицеводства, переработки плодов и овощей), что является стохастическим динамическим процессом с множеством переменных: качественный и количественный состав микробного сообщества (культивируемые и некультивируемые гидролитики, протеолитики, целлюлозолитики, нитрификаторы, аммонификаторы, фосфатсолюбилизаторы, азотофиксаторы и др.), фракционный и химический состав отходов, температура, влагосодержание, параметры аэрации, концентрации кислорода и диоксида углерода, объем субстрата и др. Переменные влияют на целевую функцию процесса – качество биокомпостов, при ограниченной эмиссии аммиака, летучих органических соединений и биоаэрозолей.

Применение современных микробиологических, физиолого-биохимических и молекулярно-генетических методов позволит получить результаты мирового уровня исследования кинетики роста микроорганизмов и материально-энергетического баланса. Знание кинетики роста микроорганизмов, синтеза и распада биомассы имеет решающее значение для построения адекватных математических моделей и оптимизации компостирования, поскольку метаболизм микроорганизмов напрямую связан с изменением температуры компостирования и деградацией органического вещества. Полученные модели станут основой динамической имитационной модели, являющейся мощным инструментом для прогнозирования биотехнологии, что имеет широкий практический интерес в управлении процессом и обеспечит возможность технологической реализации полученных результатов исследований в ближнесрочной перспективе.

В.В. Миронов

Исследователи ФИЦ Биотехнологии РАН