К производству экологически чистых многоцелевых компостов при утилизации навоза и птичьего помёта

Введение. Чтобы устранить многие негативные факторы, возникающие при отдельном использовании навоза или птичьего помёта (бессистемное соотношение С: N, высокое содержание семян сорных растений, наличие патогенных микроорганизмов при игнорировании обеззараживания, неравномерность внесения в почву при вязком состоянии удобрения и др.), рекомендуется подвергать компостированию все их виды с влажностью до 92% (НТП 17-99*). Для компостирования навоза и помёта в качестве наполнителя могут быть использованы торф, солома, опилки и другие органические углерод-содержащие и влагопоглощающие компоненты.

Компостам, производимым на основе навоза и птичьего помёта, отдается предпочтение в земледелии многих стран. Традиционные методы компостирования давно и широко применяются в отечественном земледелии и при достижении в буртах необходимых гидротермического и кислородного режимов возможно производство высококачественных компостов, удовлетворяющих соответствующим техническим условиям, разработанным для различных видов компостов: торфонавозного, соломопомётного, ко-ропомётного,соломонавозного, торфопомётного и др. Основными недостатками традиционных методов являются:

• длительное (до нескольких месяцев) прохождение процесса переработки исходного сырья в компост;
• возможные нарушения гидротермического режима при укрытии буртов, перемешивании массы и др., из-за чего частично сохраняется патогенная микрофлора и всхожесть семян сорной растительности.

Наш институт разработал усовершенствованный вариант высокоэффективной ускоренной технологии приготовления компостов на основе навоза и помета в специальных камерах-биоферментаторах при непрерывной аэрации компостной смеси путем принудительной подачи кислорода воздуха, что позволило сократить продолжительность процесса компостирования до 6-7 суток. Производственная мощность двухкамерного биоферментатора до 8 тысяч тонн в год; выход продукции за один цикл (7 суток) -120 т. Затраты на производство одной тонны компоста: техники - 0,3-0,4 маш./час.; труда - 0,5-0,7 чел./час.; электроэнергии - 0,15-0,20 квт/час. Следует отметить, что затраты на строительство биофементаторов окупаются за счет прибавки урожая культур полевого севооборота за 9-10 месяцев, а при возделывании картофеля - за 4-5 месяцев при внесении производимого на них компоста.

При ферментации органической смеси контролируется два параметра: температура и наличие кислорода в ней. Первые двое суток после загрузки смеси с влажностью 55-65% в условиях её систематической продувки кислородом температура постепенно возрастает и поддерживается на уровне 40-50°С; при этом происходит усиленное развитие аэробных микроорганизмов, что значительно ускоряет сроки переработки органического сырья.

Затем при повышении и поддержании температуры на уровне 60-70°С в ферментируемой массе уничтожается патогенная микрофлора, подавляется жизнеспособность семян сорной растительности. Об окончании процесса ферментации свидетельствует падение температуры в смеси до 40-30⁰С, при которой вновь активизируется мезофильная микрофлора. В результате получаемый компост отличается от других органических удобрений более высоким содержанием полезных микроорганизмов (табл. 1), и при заделке в почву привнесённая микрофлора начинает активную работу, связанную с оптимизацией питательного режима возделываемых культур.

Дальнейшее развитие теории твердофазной ферментации органического сырья позволило институту решить проблему получения из навоза и помета продукции с заданными агрохимическими свойствами, за что коллектив ученых под руководством Н.Г. Ковалёва был удостоен Государственной премии РФ 2001 года в области науки и техники. Получаемый по данной технологии компост многоцелевого назначения (КМН) соответствует таким важным критериям качества, как экологическая чистота, обогащённость полезной для земледелия микрофлорой, сыпучесть, приятный запах, длительный срок хранения и др. Помимо использования в качестве удобрения компост прошёл успешное испытание в качестве протеиновой, аминокислотной и микроэлементной добавки в кормовые рационы различных видов домашних животных и птицы.

Положительное воздействие компоста многоцелевого назначения на показатели плодородия почвы в сравнении с другими видами органических удобрений получило самую высокую экспертную оценку по таким критериям качества, как активность полезной почвенной микрофлоры, содержание органического вещества, содержание элементов питания, структурно-агрегатный состав, кислотность почвы (табл. 2). При оценке качества представленных в таблице 2 органических удобрений снимались баллы по следующим позициям отрицательного воздействия на почву:

• по засорению почвы сорной растительностью (навоз, помет; частично - традиционные компосты);
• по заражению почвы патогенами (особенно помет, навоз);
• по загрязнению грунтовых вод (особенно полужидкие виды).

Компост многоцелевого назначения (КМН) полностью соответствует требованиям технических условий (табл. 3), выполнение которых можно принять в качестве критериев оценки современных органических удобрений, соответствующих экологическим нормам.

Методы исследований. Качественный состав органических удобрений определялся в аналитической лаборатории института по типовым методикам. Результаты по содержанию микроэлементов получены на основании рентгенофлуоресцентного анализа. Полевые опыты проводились на осушаемых дерново-подзолистых легкосуглинистых почвах, среднеобеспеченных гумусом и основными элементами питания. При закладке опыта и обработке данных руководствовались методикой Б.А. Доспехова. При экономических расчетах себестоимость КМН определялась на основании затрат института, понесённых на его производство; стоимость остальных удобрений и растениеводческой продукции бралась по рыночным ценам Тверской области.

Результаты исследований и их обсуждение. Наши исследования показали, что компост многоцелевого назначения выполняет не только функции высокоэффективного удобрения и может использоваться в качестве кормовых добавок, но также служит универсальным биомелиорантом, при внесении которого в почву усиливается её микробиологическая активность, улучшаются такие важные агрофизические свойства, как структурно-агрегатный состав, плотность, порозность, влагоемкость и др.

Высокое содержание в составе КМН кальция способствует снижению кислотности почв. Широкий спектр микроэлементов (табл. 4) является ценным дополнением для оптимизации важных биохимических процессов почвы и физиологических реакций у растений.

В соответствии с потребностями земледелия свойства компоста многоцелевого назначения можно целенаправленно регулировать. В определённых пределах агрохимические показатели компоста можно изменять количественным соотношением компонентов исходного сырья (табл. 5).

Одним из способов регулирования процесса ферментации в целях получения продукта с заданными агрохимическими свойствами является обогащение исходной смеси минеральными удобрениями. К примеру, добавление в исходную смесь фосфоритной муки (Рф) в дозе 2% от общей массы органической смеси и калийной соли (KCl) в дозе 1% не оказывает ингибирующего воздействия на протекание процесса ферментации органического сырья.

Включение Рф и KCl в указанных дозах в исходную смесь значительно повысило содержание фосфора и калия в продукте КМН: фосфора на 1,28%, калия на 1,0%. В другой партии, где в сравнительно бедную исходную смесь добавлялось по 1% мочевины, суперфосфата и калийной соли, содержание азота возросло на 0,37%, фосфора - на 0,65%, калия - на 0,36% (табл. 6).

Примечание: Н - навоз, П - помет, Т - торф

Наконец, качественный состав КМН меняется при введении в ферментируемую смесь различных растительных компонентов (табл. 7).

Многочисленные полевые опыты по испытанию компоста многоцелевого назначения неизменно показывали его превосходство перед традиционными органическими удобрениями [1, 2]. К примеру, в опыте по сравнению эффективности внесения 12 т/га КМН на основе птичьего помета и 17 т/га на основе навоза КРС выявлено, что внесение КМН более эффективно, чем внесение 40 т/га навоза или 49 т/га торфонавозного компоста (табл. 8).

Примечание: Н - навоз, П - помет, Т - торф

* - удобренные варианты сбалансированы из расчета N=135 кг/га; КМНн - компост с навозом, КМНп - с пометом

Компост многоцелевого назначения положительно проявляет себя в составе различных смесей. Результаты испытаний осадка сточных вод (ОСВ), проведённых Тверской ГСХА [3], показали, что добавление 5 т/га КМН к 25 т/га ОСВ способствовало дополнительному повышению урожайности культур на 0,7 т/га, в то время как добавление 20 т/га торфа на урожае не отразилось.

Экономические расчёты, проведённые нами по этому опыту (табл. 9), подтвердили положительный результат совместного внесения осадка сточных вод и КМН, что выразилось в окупаемости дополнительных затрат стоимостью выращенной продукции.

Дальнейшие исследования показали высокую эффективность совместного внесения КМН и минеральных удобрений. Окупаемость затрат на удобрение и орошение картофеля при различном увлажнении осушаемой почвы наглядно представлена на графике рисунка.

Из графика видно, что на осушаемой почве при совестном внесении 15 т с минеральными удобрениями, рассчитанными на получение урожая 30 т/га, прибавка составила 9,7 т/га при окупаемости дополнительных затрат 2,80 руб./руб. При двустороннем регулировании водного режима (осушение + орошение) на органоминеральном варианте, рассчитанном на получение 40 т/га, прибавка достигла 16,7 т/га при окупаемости 3,67 руб./руб. Во второй части графика при тех же урожаях выделена эффективность дополнительного орошения осушаемой почвы, которое оказалось наиболее эффективным на варианте 15 т/га КМН + NK (прибавка урожая картофеля за счет трех поливов, проводимых при влажности почвы 75% от ППВ, составила 10,9 т/га при окупаемости затрат на орошение и уборку дополнительного урожая 6,13 руб./руб.)

* удобрения вносились под первую культуру

Рис. Окупаемость затрат на удобрение и орошение картофеля при различном увлажнении осушаемой дерново-подзолистой почвы в 2011 году

Таким образом, представленные в статье материалы свидетельствует о целесообразности переработки навоза и птичьего помёта в экологически чистые компосты методом твердофазной ферментации органического сырья по широко используемой в РФ и странах СНГ технологии, разработанной ГНУ ВНИИМЗ.