Современные биотехнологии переработки экскрементов животных, торфа и других биоресурсов в универсальные биокомпосты и жидкофазную продукцию

Введение. Разработка высокоэффективных технологий, основывающихся на биопереработке отходов животноводства (навоза, помета) с углеродсодержащими наполнителями (торфом, отходами деревоперерабатывающей промышленности, биошротами сельскохозяйственных производств), - приоритетное направление, обеспечивающее решение вопросов биоремедиации с одновременным созданием новой продукции, формируемой в регулируемых условиях за счет внутреннего потенциала - микрофлоры и питательных компонентов, присущих перечисленным сырьевым ресурсам.

Разработка современных регулируемых технологий переработки биоресурсов позволяет снизить уровень потерь питательных веществ органической массой и способствует накоплению получаемой продукцией позитивных свойств, определяющих широкий спектр их действия.

Материалы и методы исследования. Разработку технологий сопровождали исследования составов исходного сырья, перерабатываемой смеси, конечной продукции. Оценка проводилась качественными и количественными ГОСТированными и унифицированными методами в лабораториях микробиологической и агрохимической направленности, позволяя отобрать наиболее перспективный алгоритм биопереработки, обеспечивающий получение продукции с заданными свойствами.

Результаты и их обсуждение. Всероссийским научно-исследователь-ским институтом сельскохозяйственного использования мелиорированных земель(ВНИИМЗ) разработана технология получения биокомпоста (компоста многоцелевого назначения -КМН), удостоенная Государственной премии РФ за 2001 г. Продукцию технологии получают путем аэробной твердофазной ферментации разнообразного органического сырья (торфа, навоза, помета, короотходов, пищевьгх отходов и др.) в специальных камерах- биоферментаторах (рис. 1).

Разработанный биоферментатор (единичный или объединенный в секцию с другими) включается в общую технологическую линию переработки органического сырья, для которой предусмотрено устройство автоматизации процесса.

Сложный композиционный состав КМН определяет наличие в нем всего спектра макро- (азот, фосфор, калий) и микро- (медь, цинк, бор, магний и др.) элементов, необходимых для питания растений. КМН поддерживается ТУ, в соответствии с которыми готовый продукт должен отвечать требованиям, представленным в таблице (табл. 1). В готовом свежем продукте содержится большое количество агрономически полезных микроорганизмов, вместе с тем в КМН отсутствуют патогены, позволяющие отнести его к разряду экологически чистых удобрений.

Безусловно, что при организации производства КМН большое значение имеет наличие животноводческих ферм, сельскохозяйственных предприятий перерабатывающего профиля, предприятий лесопереработки, торфодобывающих и других. В тесной зависимости от расстояния транспортировки биоресурсов, от соотношения и стоимости компонентов органической смеси и других факторов находятся затраты труда, техники, денежных средств на производство 1 т КМН (табл. 2).

Совокупность свойств КМН позволяет отнести его к категории высококачественных органических удобрений, рекомендуемых прежде всего в качестве основного удобрения и в подкормку. КМН может применяться под всеми культурами, возделываемыми в разных регионах (табл. 3). Применение КМН осуществляется путем локального или сплошного внесения, при этом дозы могут варьировать от 3-5 до 15-20 т/га, обеспечивая активизацию почвенной микрофлоры, численность которой первоначально возрастает в среднем в 2-3 раза, и дополнительную мобилизацию биогенных элементов, формирующих урожай, - в среднем до 25%. Локальное внесение КМН применяется выборочно, так как длительное применение такого приёма провоцирует пестроту почвы по уровню плодородия.

В севооборотах КМН рекомендовано вносить в качестве основного удобрения под различные культуры, в том числе под картофель, озимую рожь, корнеплоды, кукурузу на силос, по сравнению с традиционными органическими удобрениями его эффективность существенно выше. Высокую эффективность проявляет КМН и при использовании его в качестве подкормки. Коэффициент энергетической эффективности (Кээ) в зависимости от доз КМН колеблется в пределах 27,9-34,4 (супесчаная почва) и 31,1-37,1 (легкосуглинистая почва). При использовании традиционных органических или минеральных удобрений Кээ существенно ниже.

Итак, КМН, получаемый из вторичных ресурсов (навоза, помета, отходов деревообрабатывающей и пищевой промышленности) с добавлением залежей полезных ископаемых (помимо торфа, например, сапропеля), обладает набором свойств (биогенно-стью, питательностью, доступностью, экологичностью), обеспечивающих его применение в качестве высокоэффективных удобрений.

Это является наилучшей возможностью для сохранения и восстановления почвенной структуры, регуляции влагосодержания, формирования благоприятного почвенного раствора и оптимальных условий жизнедеятельности микроорганизмов. Вместе с тем КМН и подобная ему продукция, как показали наши исследования, многофункциональна и пригодна для извлечения из нее так называемых биоактивных составов, поступающих в жидкую фазу, с целью их последующего использования в качестве биоудобрений и биопрепаратов, идеальных по консистенции и полезных на разных фазах роста растений. Поэтому во ВНИИМЗ была разработана новейшая биотехнология, позволяющая на ее технологической линии получать несколько видов биосредств, имеющих твердую и жидкофазную консистенцию (рис. 2):

• продукт ферментации (ПФ), получаемый за счет этапа ферментации;
• жидкофазный биопрепарат (ЖФБ), получаемый извлечением из ПФ;
• биогенная основа (БО) - твердый остаток ПФ после извлечения ЖФБ, преобразуемый двумя путями, с получением сухого гранулированного БО или жидкого гумино-вого удобрения БоГум и осадка (используемого как БО).

В настоящее время наибольшее продвижение получило жидкофазное биосредство (ЖФБ), отнесенное к классу биопрепаратов широкого спектра действия. ЖФБ обладает многофункциональностью свойств (активирующей, стимулирующей, мобилизующей, структурообразующей, протекторной), обеспечивая множество областей применения.

Готовое жидкофазное биосредство не теряет своих нативных свойств в течение 1 месяца. Для более длительного хранения его целесообразно нормализовать, поэтому был разработан способ стабилизации ЖФБ. Питательная ценность ЖФБ обеспечивается благоприятным уровнем кислотности (7,0-8,0), высоким содержанием К₂О (до 12,5 г/л), Р2О5 (до 15,0 г/л), богатым микроэлементным составом, в том числе присутствием М§, Хп, Мп и Бе. В ЖФБ выявлены физиологически значимые количества ростовых факторов, благоприятных для растений. Ферментативная активность ЖФБ обеспечивается обширным микробоценозом, в составе которого доминируют агрономически полезные микроорганизмы, трансформирующие азот-фосфор и углеродсодержащие соединения.

В целом, ЖФБ не имеют ограничений при их применении в земледелии и растениеводстве, так как, фактически являясь биопрепаратами органической природы, получаемыми из нативного сырья, не сказываются негативно на здоровье людей и состоянии окружающей среды. Их использование в качестве биопрепаратов безопасно для почвы и произрастающей на ней растительности в связи с тем, что концентрация токсичных элементов в ЖФБсущественно ниже ПДК, кроме того, ЖФБ полностью лишены патогенной микрофлоры и паразитов.

ЖФБ рекомендуется использовать в качестве землеудобрительного препарата путем применения приема полива почвы и в качестве биостимулятора роста и развития сельскохозяйственных культур, применяя приемы и полива почвы, и опрыскивания растений. Применение жидкофазных биосредств отрабатывается на многих сельскохозяйственных культурах как в полевых, так и в тепличных условиях.

Эффект от применения заключается:

• в увеличении в отдельные фазы роста и развития растений содержания подвижных элементов питания, используемых растениями и почвенными микроорганизмами (в среднем около 20%);
• в росте относительно контроля численности агрономически полезной микрофлоры (аммонифицирующей и фосфатмобилизующей) (в среднем на 25%) и снижению содержания конкурентной (амилолитической) и потенциально опасной (фузариозного увядания);
• в снижении содержания в растениеводческой продукции нитратов;
• в увеличении массы товарной продукции и в соответствующей прибавке урожаев.

Часть жидкофазных биопрепаратов (ЖФБ и БоГум) планируется использовать для затравки процессов компостирования и для восстановления микробиологического статуса антропогенно- и техногенно-нарушенных территорий.

Разработанные во ВНИИМЗ биотехнологии отличаются рядом достоинств, дающих им право конкурентоспособности. Среди них:

• 1) Использование возобновляемого органического сырья.
• 2) Экспрессность.
• 3) Простота технологий и технологических линий.
• 4) Возможность неограниченного масштабирования.
• 5) Небольшие энергетические затраты.
• 6) Безотходность производств.
• 7) Экологическая чистота производств и продукции технологических линий.
• 8) Возможность нормализации составов биопрепаратов в жидкой фазе.
• 9) Многоцелевое использование продукции.
• 10) Относительная дешевизна продукции.

В настоящее время на технологической линии дополнительно отрабатывается новое направление по созданию жидкофазных биопрепаратов для консервирования кормовых культур и для использования в качестве премиксов в животноводстве. Первые наработки новой продукции данного качества (ЖиБиСил и ЖиБиММ) были получены и дали обнадеживающие результаты при тестировании.