CC BY
100
УДК 631.862
МЕТАНГЕНЕРАЦИЯ БЕСПОДСТИЛОЧНОГО НАВОЗА, ПОМЕТА. ЭФФЛЮЕНТ: СВОЙСТВА, ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ПРИМЕНЕНИЯ
С.И. Тарасов, кандидат биологических наук
Всероссийский научно-исследовательский институт органических удобрений и торфа E-mail: tarasov.s.i@mail.ru
Аннотация. Изучено влияние различных режимов метангенерации на изменение физико-механических, агрохимических, токсикологических, биохимических, микробиологических, ветеринарно-санитарных, гигиенических свойств бесподстилочного навоза, помета. Анаэробная переработка не снижала удобрительный потенциал бесподстилочного навоза, помета. В эффлюенте (сброженный навоз, помет) сохранялись основные гумусообразующие вещества (целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин), не снижалось содержание основных биогенных элементов (азота, фосфора, калия), увеличивалось общее содержание аминокислот. Метангенерация эффективно обеззараживала, обезвреживала бесподстилочный навоз, помет. В эффлю-енте отсутствовали патогенные, болезнетворные микроорганизмы, жизнеспособные семена сорных растений, яйца, личинки гельминтов. Резко снижались значения основных показателей химического и биологического загрязнения бесподстилочного навоза, помета (ХПК, БПК). Сброженные навоз, помет отличались меньшей плотностью, высокой гомогенностью. В сравнении с нативным навозом, пометом эффлю-ент следует признать в качестве более экологически безопасного органического удобрения. В различных почвенно-климатических регионах установлена сравнительная эффективность применения сброженного и нативного навоза (помета). Действие эффлюента на свойства почвы идентично влиянию нативного навоза (помета). В условиях дерново-подзолистой и дерново-карбонатной почв не установлены различия в действии нативного и сброженного навоза (помета) на урожай и качество сельскохозяйственных культур. На южных черноземах при использовании эффлюента прибавки урожая в среднем на 8-11% превышали их значения в сравнении с внесением нативного навоза. На южных черноземах действие сброженного и нативного навоза свиней на качество продукции растениеводства было одинаковым. Дается заключение о необоснованности введения ограничений на использование эффлюента в качестве удобрения экологического земледелия.
Ключевые слова: бесподстилочный навоз, помет, анаэробная переработка, эффлюент, свойства, почва, плодородие, сельскохозяйственные культуры,урожай, качество, эффективность.
Современные методы утилизации органогенных отходов должны соответствовать требованиям охраны окружающей среды, ре-сурсо- и энергосбережения, повышения плодородия почв, урожайности сельскохозяйственных культур. Наиболее полно предъявляемым требованиям удовлетворяют технологии анаэробной переработки органических отходов. В результате метангенерации из ор-ганосодержащих отходов получают биогаз и эффлюент.
Биогаз - энергоноситель, на 50-80% состоит из метана, 1 м3 которого эквивалентен 0,7-0,8 кг условного топлива. При анаэробной переработке 300 млн т (по сухому веществу) сельскохозяйственных, коммунально-бытовых отходов, ежегодно накапливаемых
в РФ, возможно производство 190 млн т условного топлива [1]. По данным Министерства сельского хозяйства РФ в настоящее время в Российской Федерации действует свыше 80 биоэнергетических установок различной мощности: от пилотных до промышленных. В планах Правительства РФ к 2030 г. из биомассы должно производиться более 7 ГВт энергии. К основополагающим документам государственной поддержки по увеличению производства тепловой и электрической энергии на основе органогенных отходов следует отнести: Федеральный закон от 26.03.2003 № 35-ФЗ «Об электроэнергетике»; распоряжение Правительства РФ от 08.01.2009 № 1-р "Об основных направлениях государственной политики в сфере повы-
шения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года"; постановление Правительства РФ от 03.06.2008 № 426 "О квалификации генерирующего объекта, функционирующего на основе использования возобновляемых источников энергии"; Генеральная схема размещения объектов электроэнергетики до 2020 года (одобрена распоряжением Правительства РФ от 22.02.2008 № 215-р); распоряжение Правительства РФ от 04.10.2012 № 1839-р "Об утверждении комплекса мер стимулирования производства электрической энергии генерирующими объектами, функционирующими на основе использования возобновляемых источников энергии".
Эффлюент - сброженная биомасса, используется в качестве органического удобрения и при производстве кормов для животных типа «вестлаж», «новосаж» [2]. Сведения об эффективности применения эф-флюента в качестве удобрения немногочисленны и противоречивы. Согласно сообщениям [3-7], эффлюент является более ценным органическим удобрением в сравнении с на-тивным подстилочным и бесподстилочным навозом, пометом. Высокую эффективность применения сброженных удобрений исследователи обуславливают большей доступностью для растений элементов питания в эффлюенте, улучшенными его реологическими свойствами.
В работах некоторых авторов [8-11] отмечалась равноценность удобрительного потенциала нативного и сброженного навоза, помета. Однако имеются данные и о негативном воздействии эффлюента на свойства почвы, урожай и качество сельскохозяйственных культур. Такие свойства эффлюента, как узкое соотношение С^, преобладание в эффлюенте анаэробных микроорганизмов, послужили поводом для введения Международной Федерацией органического Земледелия (IFOAM), Объединением Экологического Земледелия (ACOL) ограничений на его использование при производстве экологически чистой продукции растениеводства [12]. Учитывая перспективу анаэробной перера-
ботки отходов животноводства и птицеводства [13,14], в различных почвенно-клима-тических условиях были проведены исследования по изучению влияния метангенера-ции на свойства навоза, помета, определению эффективности применения эффлюента в качестве органического удобрения. По результатам исследований оценивалась правомерность ограничений по использованию эффлюента в экологическом земледелии.
Цель работы: изучить изменение свойств бесподстилочного навоза, помета при различных режимах метангенерации, провести сравнительные полевые исследования в целях определения эффективности применения бесподстилочного навоза, помета и эффлю-ента в различных почвенно-климатических условиях.
Методика и объекты исследований.
Сбраживание бесподстилочного навоза, помета проводилось в метантенках биоэнергетических установок совхоза «Истринский» Московской области, ОПХ «Центральное» Саратовской области, колхоза «Большевик» Нижнегорского района (Крым), межколхозной свинофермы «Пярну» (Эстония), птицефабрики «Шуйская» Ивановской области. Режимы метангенерации приведены в таблице 1. Изменения агрохимических, реологических, ветеринарно-санитарных и гигиенических характеристик навоза и помета при анаэробной переработке изучали согласно требованиям «Программы испытаний метанге-нерирующих установок» [15, 16]. Динамику изменения содержания аминокислот в навозе, помете при различных режимах сбраживания определяли на анализаторе «Рэнк Хил-гер» (ВИУА).
Подготовка образцов навоза, помета к анализу включала: выпаривание в роторном испарителе PVO-64, гидролиз сухого остатка 6-И раствором НО при 100°С в течение 24 часов в анаэробных условиях, очистку гидролизата центрифугированием при 10000 об/мин. (10 мин.). Жизнеспособность семян сорной растительности в нативном и сброженном навозе, помете определяли по методике ВНИИОУ [17]. Эффективность применения исходного и сброженного навоза, по-
мета в качестве органических удобрений изучали на опытном поле ВНИИОУ, в производственных условиях указанных выше хозяйств. Условия проведения полевых исследований приведены в таблице 2.
Способ внесения нативного и сброженного навоза - поверхностный с последующей заделкой удобрений в почву на глубину 1618 см. Удобрительный полив многолетних
трав проводили перед их отрастанием. Агротехника возделывания культур - принятая для соответствующих зон. Уборку урожая осуществляли сплошным поделяночным способом. Качество урожая определяли согласно требованиям соответствующих нормативов [18-20]. Статистическую обработку результатов всех опытов проводили методом дисперсионного анализа [21].
Таблица 1. Условия анаэробной переработки навоза, помета
Показатели Молочная ферма на 400 гол., с-з «Истринский», Моск. обл. Свинокомплекс на 24 тыс. гол., к-з «Большевик», Нижегорский р-н, Крым Свинокомплекс на 12 тыс. гол. ОПХ «Центральное», г. Саратов Свинокомплекс на 54 тыс. гол. Межколхозная свиноферма «Пяр-нуская», Эстония Птицефабрика на 650 тыс. гол. «Шуйская», Ивановская обл. Опытное поле ВНИПТИОУ
Годы проведения исследований 1988-1991 1990-1993 1990-1992 1985-1989 1995-1997 1985-1995
Вид навоза, помета навоз полужидкий КРС навоз жидкий свиней стоки навозные свиней навоз жидкий свиней помет птичий жидкий навоз полужидкий КРС
Биоэнергетическая установка (изготовитель) ВИЭСХ, «ЭНБОМ», Финляндия ВИЭСХ ВИЭСХ ПИ «Эстколхоз-проект», Гипро-сельхоз, Москва НПО «Диполь», Москва «ЭНБОМ», Финляндия, ВИЭСХ
Кол-во и объем метантен-ков в биоэнергетической установке 1х20 м3 1х65 м3 4х125 м3 пилотная 2х3250 м3 пилотная 1х65 м3 1x20 м3
Температура сбраживания, °С 52-55 38-40 32-34 32-36 52-55 52-55
Ретенция (время выдерживания навоза, помета в ме-тантенке), сут. 14 15 15 15 7 14
Режим метан-генерации термофильный мезофильный мезофильный мезофильный термофильный термофильный
Таблица 2. Условия проведения полевых исследований
С-з «Ист- К-з «Боль- ОПХ «Цент- МКСФ «Пярну- Птицефабрика Опытное поле
Показатели ринский» шевик» ральное» ская» (опытное поле ЭНИИЗМ) «Шуйская» ВНИПТИОУ
дерново- южный южный мало- дерново- дерново- дерново-
Тип почвы подзолистая чернозем мощный чернозем карбонатная подзолистая подзолистая
Механический суглинистая суглинистая средне- супесчаная супесчаная супесчаная, под-
состав почвы суглинистая стилаемая суглинистой мореной
рН сол. 6,0 7,5 6,9 6,2-6,5 6,1 5,2-6,0
Содержание в почве: гумуса,% 2,2 2,1 2,7 3,6 1,4 1,5
Р2О5, мг/100 г 14,0 5,5 12,3 6,2-7,3 25,0 9,7-17,5
К2О, мг/100 г 15,0 35,0 29,4 22,0-25,0 10,0 8,4-15,4
Изменение агрохимических свойств почвы изучали традиционными методами [22]. Численность в почве аммонифицирующих бактерий устанавливали методом титра на мясопентонном бульоне; денитрифицирующих - на жидкой среде Гильтая; нитрифицирующих - посевом на водном 2% агаре с ам-монийно-магниевой солью фосфорной кислоты; бактерий, усваивающих минеральный азот - на крахмало-аммиачном агаре. Достоверными различиями численности микроорганизмов считались те, которые составляли 2 и более раза [23]. Ветеринарно-санитарную и гигиеническую оценку проводили методами, утвержденными Госкомсанэпиднадзором [24, 25]. Биологическую активность почвы изучали методом аппликаций, весовым методом с использованием фотопластинок, по интенсивности (дыхания) - выделения углекислого газа [22, 26].
Результаты и их обсуждение. В соответствии с данными таблицы 3, в процессе метангенерации, независимо от ее режима, общее содержание основных биогенных
элементов питания (ЫРК), гумусообразую-щих веществ (целлюлозы, лигнина, гемицел-люлозы) в навозе, помете не претерпело заметных изменений.
Вместе с тем, анаэробная переработка обусловила значительное увеличение в сбраживаемой массе уровня аммонийного азота (на 20-40%), снижение содержания общего углерода (на 15-30%), сухого и органического вещества, уменьшение соотношений С:Ы общ.; С:К-ЫН4. С повышением содержания аммонийного азота в сброженном навозе, помете отмечалось увеличение значений рН. Несмотря на снижение содержания органического вещества, количество основных гу-мусообразующих веществ (целлюлозы, лигнина, гемицеллюлозы) в эффлюенте не изменялось.
Согласно результатам исследований (таблица 4), метангенерация обусловила изменение содержания большинства аминокислот: увеличился уровень гистидина, метионина, тирозина, трионина, пролина, снизился -изолейцина, аланина, лизина.
Таблица 3. Влияние анаэробной переработки на изменение физических и химических _характеристик навоза и помета_
с-з «Истрин- к-з «Боль- ОПХ «Цент- МКСФ «Пяр- Птицефабрика
скии» шевик» ральное» нуская» «Шуйская»
Показатели -в з - -в з 1 -в з - -в з- -в з-
н СЗ 1-0 ТО ннн ^, X (ъ ^ а> н55 § Я нА Я XXX СО 0, н СЗ н0 то еннн ^, X СО И) н 53 § Л нО с^ XXX ^, Д СО О н 53 § Л нО с^ нн и СО о
Влажность, % 89,1 92,7 96,3 98,2 99,0 99,4 96,3 98,4 92,3 97,3
Сухое вещество, % 10,9 7,3 3,7 1,8 1,0 0,6 3,7 1,6 7,7 2,7
Зола, % 20,8 43,0 18,5 34.8 19,6 40,2 20,8 35,3 19,2 29,9
Органическое в-во, % 79,2 57,0 81,5 65,2 80,4 59,8 79,2 64,7 80,8 70,1
С общ., % 39,6 28,5 40,8 32,6 40,2 29,9 39,6 32,4 40,4 35,1
N общ., % 0,45 0,46 0,30 0,30 0,05 0,05 0,31 0,30 0,33 0,32
Ы-ЫЩ % 0,28 0,34 0,20 0,26 0,03 0,04 0,22 0,28 0,18 0,24
Ы03, мг/л 206,0 164.0 117,0 86,0 60,0 44, 0 155, 0 129,0 194,0 144,0
Р2О5 общ., % 0,25 0,25 0,11 0,11 0,02 0,02 0,08 0,08 0,30 0,30
К2О общ., % 0,38 0,38 0,08 0,08 0,02 0 ,02 0,12 0,12 0,17 0,17
СаО, % - - 0,20 0,20 - - 0,38 0,37 0,10 0,10
Ыя0, % - - 0,09 0,09 - - 0,14 0,14 0,05 0,05
рН 7,0 7,6 6,5 6,9 6,4 6,8 6,8 7,7 7,3 7,8
9,6 4,5 5,0 2,0 7,7 3,7 4,7 1,7 9,4 3,0
С: Ы-ЫН4 15,4 6.1 7,6 2,3 13,0 4,5 . 6,7 1,9 17,6 3,9
Лигнин, % 7,2 7,8 2,2 2,7 5,4 5,8 7,5 8,3 2,8 3,8
Гемицеллюлоза, % 22,7 19,0 5,9 5,3 18,7 18,2 21,5 19,9 6,1 5,0
Целлюлоза, % 16,8 16,7 4,9 4,2 15,3 14,3 17,7 15,6 5,8 5,2
Таблица 4. Влияние анаэробной пере
»аботки на изменение содержания аминокислот в навозе, помете
С-з «Истринский» К-з «Большевик» ОПХ «Центральное» Птицеф-ка «Шуйская»
Аминокислоты натив-ный эффлю-ент +, % натив-ный эф-флю- +, % натив-ный эф-флю- +, % натив-ный эф-флю- +, %
навоз навоз ент навоз ент навоз ент
Аспараг. к-та 8,01 10,41 +30 9,7 12,5 +29 11,4 15,9 +39 2,14 3,10 +14
Трионин 4,54 6,06 +33 3,9 5,1 +31 4,9 7,5 +53 0,84 1,34 +60
Серин 4,92 5,23 + 6 2,2 2,5 +14 4,0 4,7 +17 1,37 1,70 +24
Глутанин. к-та 15,43 15,86 + 3 19,7 21,3 + 8 19,6 22,9 +17 3,39 4,14 +22
Глицин 5,67 6,05 + 7 8,9 8,9 0 10,7 10,6 0 1,64 1,66 0
Алании 7,68 6,07 -21 14,9 12,8 -14 16,9 13,0 -23 2,11 1,68 -20
Валин 4,82 6,04 +25 3,3 3,9 +18 6,1 8,5 +40 1,19 1,81 +52
Метионин 1,39 2,66 +91 1,7 2,3 +35 1,9 3,8 +100 0,48 0,96 +100
Изолейцин 7,36 6,85 - 7 3,1 2,5 -19 5,1 4,4 -14 1,10 0,78 -29
Лейцин 7,85 8,22 + 5 6,9 7,5 + 9 10,0 11,9 +19 1,88 2,60 +38
Тирозин 3,27 4,74 +45 1,4 1,8 +29 2.9 4,3 +48 0,56 0,90 +61
Фенилаланин 4,48 5,73 +28 3,8 4,9 +29 5,0 7,4 +48 0,98 1,49 +52
Гистидин 6,21 16,77 +170 1,1 4,7 +327 2,6 5,4 +108 1,19 2,62 +120
Лизин 4,69 3,38 -28 3,7 3,0 -19 6,7 6,2 - 8 1,27 1,08 -15
Аргинин 4,28 4,16 -3 2,1 2,2 0 3,5 4,9 +40 1,49 2,29 +54
Пролин 4,47 5,63 +26 3,4 4,3 +26 5,4 7,8 +44 2,08 4,00 +92
Сумма 95,07 113,86 +20 89,8 100,2 +12 116,7 139,2 +19,3 23,76 32,15 +35
Общее содержание аминокислот после ферментации в навозе, помете повысилось на 12-35%. В соответствии с литературными данными увеличение содержания аминокислот в почве после внесения удобрений может оказать заметное положительное влияние на микрофлору почвы, повышение урожайности и качества продукции растениеводства [27]. Анаэробная переработка сопровождалась заметным улучшением реологических свойств навоза, помета: уменьшалось общее содержание взвешенных веществ, снижалось
количество частиц крупного размера (таблица 5). Плотность навоза, помета во время ферментации понижалась.
Сбраживаемая масса характеризовалась большей гомогенностью. Метангенерация позволила значительно улучшить ветеринар-но-санитарные, гигиенические характеристики навоза, помета: наблюдалось снижение микробной обсемененности, полная гибель жизнеспособных семян сорных растений, яиц гельминтов. Значения ХПК и БПК5 уменьшались на 85-90% (таблица 6).
Таблица 5. Влияние анаэробной переработки на изменение физических характеристик навоза, помета
С-з «Истрин- К-з «Больше- ОПХ «Цен- МКСФ «Пяр- Птицефабрика
ский» вик» тральное» нуская» «Шуйская»
Показатели натив- эф- натив- эффлю- натив- эффлю- натив- эффлю- натив- эффлю-
ный флю- ный ент ный ент ный ент ный ент
навоз ент навоз навоз навоз навоз
Плотность, г/см3 1,026 1,014 1,008 1,006 1,011 1,007 1,010 1,004 1,036 1,004
Содержание взвешенных веществ, мг/л 42334 33867 23700 20800 29579 13311 36400 18200 55700 16060
Фракционный состав, %
до 0,5 мм 34,3 59, 8 5,4 7,9 5, 0 14,1 5,6 12,8 40,0 74,0
0,6-1,0 мм 2,0 3, 0 26,7 35,4 15, 8 23,3 17,0 33,7 - 9,0
1,1-2,0 мм 10,6 18, 7 27,9 38,7 14, 9 35,2 21,9 34,0 34,0 2,0
2,1-3,0 мм 1,7 4, 1 19,5 10,8 24, 7 20,2 15,8 9.8 10,0 8,0
3,1-5,0 мм 42,4 12, 8 15,8 5,5 33, 3 6,2 35,4 8,3 4,0 7,0
5,1-7,0 мм 6,4 1, 2 4,2 1,7 5,1 0,9 3,9 1,5 6,0 -
7,1-10,0 мм 2,2 0, 3 0,4 - 0,9 0,1 0,3 - 4,0 -
>10 мм 0,1 0, 1 0,1 - 0,3 - 0,1 - 2,0 -
Таблица 6. Влияние анаэробной переработки на изменение ветеринарно-санитарных и гигиенических _характеристик навоза, помета, наличие в удобрении семян сорных растений_
С-з «Истринский» ОПХ «Центральное», Саратов МКСФ «Пяр-нуская» Птицефабрика «Шуйская»
Показатели натив- эффлю- натив- эффлю- натив- эффлю- натив- эффлю-
ный ент ный ент ный ент ный ент
навоз навоз навоз навоз
БГКП (бактерии группы кишечной палочки), шт/мл 5,4-107 4,2-106 3,8-107 2,4-107 4,1-Ш7 7,1-108 1,3-106 8,9-107 2,8^106 1,2-104
Фекальные кишечные палочки,
шт/мл 3,2-105 2,4-103 - - - - - -
Энтерококки (стафилококки; клостридиум, бациллы) шт/мл 3,4-106 2,2-102 - - 2,6-105 ^ 7,6-106 9,0-102 ^ 8,6-103 - -
Наличие жизнеспособных яиц
гельминтов, шт/л 8 0 4 0 3-4 0 6 0
Наличие жизнеспособных семян
сорной растительности, шт/л 17 0 45 0 8-11 0 12 0
ХПК, г/л 17,7 2,2 39,4 14,0 47,3 13,6 10,7 2,7
БПК5, г/л 11,9 0,8 16,0 2,8 17,7 2,7 4,5 1,1
Таблица 7. Влияние нативного и сброженного навоза, помета на агрохимические, _токсикологические характеристики почвы*_
Место проведения исследований Культура Вариант опыта* Содержание в почве
рН гумус, % Р2О5 К2О СаО МяО Си гп са РЬ Ня АЭ
мг/100 г мг-экв/100г мг/кг (валовое содержание)
Опытное поле ВНИИОУ Картофель N200 5,8 1,53 15,9 12.0 4,6 2.0 22 34 0 13 0 0
5,8 1,52 16,3 11,9 5,0 2,2 18 35 0 17 0 0
Кукуруза на силос N300 5,7 1,49 15,6 11,8 4,8 2,1 19 37 0 14 0 0
5,9 1,52 15,8 12,0 4,8 2,2 18 35 0 16 0 0
Птицеф-ка «Шуйская» Свекла кормовая N300 6,0 1.54 32,0 8,0 - - - - - - - -
6,2 1,61 31,8 7,4 - - - - - - - -
Опытное поле Эст. НИИЗМ Картофель N120 6,4 3,54 6,0 14,8 - - - - - - - -
6,6 3,56 5,5 15,4 - - - - - - - -
Озимая рожь N120 6,4 3,6 22,0 22,2 - - - - - - - -
6,5 3,54 5,8 21,8 - - - - - - - -
К-з «Большевик» Яровая пшеница N120 7,4 2,2 5,7 33,3 - - - - - - - -
7,6 2,4 5,5 33,1 - - - - - - - -
Рапс яровой N140 7,5 2,3 6,5 33,7 - - - - - - - -
7,5 2,3 6,4 33,3 - - - - - - - -
ОПХ «Центральное» Кукуруза на силос N300 7,0 2.6 14.3 28.4 - - 48 89 0 23 0 0
6,9 2,7 14,1 27,9 46 104 0 25 0 0
Яровая пшеница N120 6,8 2,4 12.3 27.7 - - 52 94 0 24 0 0
6,9 2,6 12,1 27,3 - - 46 108 0 23 0 0
* Верхнее значение - показатели почвы от влияния нативного навоза (помета), нижнее - эффлюента.
Как следует из данных таблицы 7, в условиях дерново-подзолистых, дерново-карбонатных, супесчаных и суглинистых почв Центра России, Эстонии действие эффлюента на изменение физико-химических, агрохимических, биологических и токсикологических свойств почвы не отличалось от вли-
яния нативного навоза, помета. В соответствии с результатами микробиологических исследований после внсеения эффлюента в микробиоте почвы анаэробные микроорганизмы доминировали на протяжении 2 недель. Однако во все последующие сроки наблюдений микробиоценозы почв, удоб-
ренные в одинаковых дозах эффлюентом и нативным навозом, пометом, не имели заметных различий и представлялись идентичными. Ни в одном из вариантов опытов, проведенных в различных регионах, использование эффлюента не оказало негативного воздействия на биологическую активность почвы, ее целлюлозоразрушающую, проте-азную активность, дыхание (таблица 8). Не установлены также различия в действии данных удобрений на урожай и качество сельскохозяйственных культур (табл. 9). Более высокая эффективность применения эффлю-ента на удобрение в сравнении с нативным навозом отмечалась при возделывании сельскохозяйственных культур на южных черноземах (Саратовская обл., Крым). При использовании эффлюента прибавки урожая в среднем на 8-11% превышали их значение при внесении несброженного навоза (табл. 10).
Большая эффективность применения сброженного навоза, как показывают результаты исследований (таблица 11), возможно, связана с перегруппировкой основных видов почвенных микроорганизмов в направлении повышения удельного веса агрономически более ценных бактерий, минерализующих органическое вещество, усваивающих минеральные формы азота, аммо-нификаторов и снижением доли грибной микрофлоры, актиномицетов, считающихся потенциальными продуцентами токсических соединений [28].
На южных черноземах действие сброженного и нативного навоза на качество культур было одинаковым. При равных дозах использования данных удобрений в продукции растениеводства обнаружено одинаковое содержание биогенных элементов, клетчатки белков, жиров, витаминов (таблицы 12-13).
Таблица 8. Влияние нативного и сброженного навоза, помета на биологическую активность почвы
Хозяйство С.-х. культура Доза, N кг/га* Средний % разложения полотна Средний % разложения желатина Среднее количество выделенного СО2, мг/м2/ч
Опытное поле ВНИПТИОУ Картофель N200 30,4 20,8 54,73
31,6 22,1 53,88
Кукуруза N300 35,2 28,4 58,12
34,9 28,4 58,44
Птицефабрика «Шуйская» Свекла кормовая N300 26,8 20,4 -
27,0 20,8 -
Колхоз «Большевик» Пшеница яровая N120 45,8 31,6 -
44,9 30,9 -
Рапс яровой N140 39,3 34,2 -
40,6 33,8 -
Верхнее значение - показатели почвы от влияния нативного навоза (помета), нижнее - эффлюента
Таблица 9. Влияние нативного и сброженного навоза на урожай сельскохозяйственных культур
Место проведения исследований Культура Урожайность, ц/га НСР0,05, ц/га
Навоз нативный N кг/га Эс )флюент N кг/га
60 120 200 300 60 120 200 300
Совхоз «Истринский» Озимая рожь 27,0 27,3 2,0*
Кукуруза на силос 550 572 28,8*
Картофель 220 216 8,2*
Опытное поле ЭНИИЗМ Озимая рожь 30,7 42,4 29,9 45,1 3,0*
Картофель 340 338 3,1*
Райграс, з. м. 99,3 90,4 11,3*
Горохо-овсяная смесь 125 144 126 145 18,0*
Опытное поле ВНИИОУ Кострец безостый 146 151 143 153 9,0*
Кукуруза на силос 489 523 490 519 50,1*
Картофель 180 180 181 176 5,3*
* По результатам математической обработки прибавка урожая от внесения эффлюента в сравнении с нативным навозом на дерново-подзолистых почвах недостоверна.
Таблица 10 . Влияние нативного и сброженного навоза, помета на урожай сельскохозяйственных культур
Место проведения исследований Культура Урожайность, ц/га НСР0,05, ц/га Прибавки урожая, ц/га
Варианты опыта
Навоз нативный N кг/га Эс )флюент N кг/га
120 140 200 300 120 140 200 300
Колхоз «Большевик» Яровая пшеница 32,5 35,1 0,8 2,6
Викоовсяная смесь 118 128 8,2 10,0
Рапс яровой 109 125 13,6 16,0
Редька масличная 109 128 16,9 19,0
ОПХ «Центральное» Яровая пшеница 40,0 44,5 3,8 4,5
Кукуруза на силос 297 330 3,5 33,0
Рапс яровой 161 174 4,0 13,0
Птицефабрика «Шуйская» Ячмень 24,0 25,0 3,5 1,0
Свекла кормовая 334 337 14,0 3,0
Таблица 11. Влияние нативного и сброженного навоза на микробиологические _характеристики дерново-подзолистой почвы и южного чернозема_
Микроорганизмы С-з «Истринский» (дерново-подзолистая) ОПХ «Центральное» (чернозем южный)
Кукуруза на силос
нативный навоз, N300 эффлю-ент, N300 нативный навоз, N300 эффлю-ент, N300
Нитрификаторы, тыс. шт/г 40 92 69 220
Денитрификаторы, тыс. шт/г 2900 1950 3600 4700
Аммонифицирующие микроорганизмы, тыс. шт/г 40800 26600 38600 21400
Микроорганизмы, использующие минеральный азот, тыс. шт/г 3980 6610 3200 8500
Грибы на среде Чапека, тыс. шт/г 38 24 52 22
Актиномицеты, использующие минеральные формы азота, тыс. шт/г 11900 25400 12600 12600
Целлюлозоразрушающие микроорганизмы, тыс. шт/г 140 110 148 187
Таблица 12. Влияние нативного и сброженного навоза, помета на качество продукции растениеводства ___ (почва: дерново-подзолистая, супесчаная) _ _
Хозяйство Культура Вари ант опыта Каротин N03 Сырой протеин ^^ общ- Р2О5 К2О СаО МяО Сырая клетчатка Крахмал, о/„ Масса 1000 зерен, г Витамин С, мг/кг
мг/кг сырой массы % на абсолютно сухое вещество
Опытное поле ВНИИ-ОУ Горохо- овсяная смесь N300 134 39 15,60 2,50 0,54 2,49 0,31 0, 36 32,6
134 33 15,40 2,46 0,55 2,62 0,31 0,34 33,2 - - -
Кострец безостый N300 120 215 9,31 1,49 0,76 3,18 0,16 0,44 34,2 - - -
110 197 9,63 1,54 0,78 3,17 0,16 0,43 34,1 - - -
Картофель N300 - 31 9,88 1,58 0,96 3,62 0,16 0,32 - 13,1 - 16,4
- 30 10,00 1,60 1,05 3,62 0,20 0,32 - 13,2 - 16,8
Кукуруза на силос N300 79 165 9,88 1,58 0,80 3.63 0,16 0,32 38.4 - - -
78 158 10,60 1,69 0,63 3,45 0,17 0,39 36,9 - - -
Птицефабрика "Шуйская" Ячмень N140 - 26 7,24 1,27 0,94 0,58 0,16 0.32 - - 38.4 -
- 30 7,24 1,27 0,93 0,59 0,16 0,32 - - 38,8 -
Кормовая свекла N300 - 224 14,81 2,37 0.97 2,77 0,11 0,66 - - - -
- 236 14,63 2,34 1,16 2,66 0,11 0,70 - - -
Таблица 13. Влияние нативного и сброженного навоза на качество продукции растениеводства _(почва: южный чернозем)_
Хозяйство Культура Вариант опыта Каротин N03 Сырой протеин N общ- Р2О5 К20 СаО МяО Клетчатка Мас са 1000 зерен, г
мг/кг сырой массы % на абсолютно сухое вещество
ОПХ «Центральное» Пшеница яровая N120 - 42 12,94 2,27 0,91 0,54 0,22 0,32 - 40,4
- 39 12,81 2,25 0,97 0,58 0,25 0,34 - 39,8
Кукуруза на силос N300 59 68 9,25 1,48 0,83 1,43 0,26 0,32 36,81 -
63 65 9,25 1,48 0,79 1,53 0,26 0,34 37,10 -
Рапс яровой N200 44 101 18,25 2,92 1,18 2,48 0,66 0,83 35,73 -
43 94 18,00 2,88 1,19 2,46 0,66 0,81 35,81 -
Колхоз «Большевик» Викоовся-ная смесь N140 49 112 9,38 1,50 0,42 2,14 0,26 0,39 37,30 -
48 116 9,25 1,48 0,44 2,10 0,26 0,39 36,80 -
Рапс N140 47 88 16,25 2,60 1,85 2,69 0,58 0,91 36,51 -
48 84 16,25 2,60 1,87 2,63 0,57 0,90 36,54 -
Редька масличная N140 54 188 13,10 2,10 1,65 2,89 0,64 0,91 34,20 -
54 191 13,80 2,21 1,63 3,04 0,68 0,89 34,70 -
Пшеница яровая N120 - 34 12,20 2,14 2,11 0,74 0,27 0,42 - 38,8
- 30 11,90 2,09 2,02 0,69 0,24 0,39 - 39,4
Результаты многочисленных физико-химических, агрохимических, токсикологических, биохимических, микробиологических, ветеринарно-санитарных, гигиенических исследований, проведенных в различных поч-венно-климатических регионах, свидетельствуют о недостаточной мотивации ограничений использования эффлюента в качестве удобрения экологического земледелия. Вероятно, данные меры, введенные ШОАМ, АСОЬ, носят превентивный характер и в научном плане представляются малообоснованными, требуют большей аргументации.
Выводы:
1. Анаэробная переработка не оказала негативного влияния на свойства органогенных отходов - навоза, помета. Несмотря на снижение содержания в эффлюенте органического вещества, основные гумусообразую-щие вещества (целлюлоза, лигнин, гемицел-люлоза) при сбраживании сохраняются. При метангенерации в субстрате повышается уровень легкодоступных форм азота, физиологически активных аминокислот. Сбраживание позволяет получать экологически чистые удобрения: обеззараживает и обезвреживает навоз, помет от жизнеспособных яиц личинок гельминтов, семян сорных растений, болезнетворных микроорганизмов. Эф-
флюент характеризуется улучшенными реологическими свойствами: меньшей плотностью, низким содержанием взвешенных частиц, частиц крупных размеров;
2. Действие эффлюента на изменение физико-химических, агрохимических и токсикологических свойств почвы не отличалось от влияния нативного навоза (помета). Ни в одном из вариантов опытов, проведенных в различных регионах, использование эф-флюента в сравнении с нативным навозом (пометом), не превышало суммарную токсичность почвы, не оказывало негативного воздействия на интенсивность ее дыхания, целлюлозоразрушающую и протеазную активность;
3. В условиях дерново-подзолистой и дерново-карбонатной почв не установлены различия в действии нативного и сброженного навоза (помета) на урожай и качество сельскохозяйственных культур. На южных черноземах при использовании эффлюента прибавки урожая в среднем на 8-11% превышали их значения в сравнении с внесением на-тивного навоза, что, вероятно, связано с перегруппировкой основных видов почвенных микроорганизмов на отдельных этапах роста и развития растений в направлении повышения удельного веса агрономически более
ценных бактерий (усваивающих минеральные формы азота, минерализующих органическое вещество, аммонификаторов), снижения доли грибов, актиномицетов-продуцен-тов токсичных соединений. На южных черноземах действие сброженного и нативного навоза на качество культур было одинаковым.
Литература:
1. Современные высокорентабельные биогазовые технологии и оборудование. Опыт России / В.А. Пожар-нов и др. // Чистая Россия. 2002. М., 2002. С. 21.
2. Эрнст Л. Переработка отходов животноводства и птицеводства // Животноводство России. 2004. №5.
3. Костенберг Д.Я. Агрохимическая характеристика и удобрительные свойства продуктов метанового брожения отходов животноводства // Анаэробная биологическая обработка сточных вод. Кишинев, 1988.
4. Characterization of the effluent rusidee from anaerobic digestion of pig excreta for its utilization as fertilizer/ J. Plaixats and et.al. // Agrochimica. 1988. №32. Р.236-239.
5. The infinence of different processing methods for slurry upon its fertiliser value on grassland / Н. Vetter and et.al. // Developments in plant and soil sciences. 1987. 30.
6. Morga Р. Biogas e biofertilizante a partiz de residuo organicos // Lavoura Arrozeira. 1982. №25(338). Р.6-22.
7. Тарасов С.И. Эффективность применения сброженного навоза КРС в качестве органического удобрения // Агрохимия. 1991. №5. С. 96-102.
8. Мерзлая Г.Е. Применение сброженного куриного помета в качестве удобрения // Анаэробная биологическая обработка сточных вод. Кишинев, 1988. С. 158.
9. Гринблат Г.Я. Ферментированные отходы свиноферм - качественное удобрение // Биотехнология вторичных органических субстратов. Рига, 1990. С. 13.
10. Визла P.P. Эффективность действия сброженного навоза // Удобрение полевых культур в системе интенсивного земледелия. Рига, 1990. С. 43-59.
11. Asmus F. Eingenschaften und Diingenvirkung von ausgefaiilter Guile aus der Biogasge winnung // Arch. Acker Pflanzenbau Bodenk. 1988. №8(32). Р. 527-532.
12. Девес Т. Хозяйственное использование животноводческих стоков в экологическом земледелии // Зем-леделатель. М.: Прогресс-Пангея, 1992. C. 110-126.
13. Безруких П. Нетрадиционная энергетика // Деловой мир. 1993. №10. С. 11-14.
14. Чайлс Д.Р. Современная энергетика // Зеленый мир. 1996. №18. С. 6-11.
15. Испытание с.-х. техники. Установка для метанового сбраживания навоза. М.,1987. 67 с.
16. Инструкция по лабораторному контролю очистных сооружений на животноводческих комплексах. М., 1982.
17. Рекомендации по определению засоренности и мерам борьбы с семенами сорняков в органических удобрениях. Владимир, 1986. 32 с.
18. ОСТ 10 106-87. Опыты полевые с удобрениями. Порядок проведения. М.: МСХ СССР, 1988. 48 с.
19. ГОСТ Р RU 0001.8.1.0039. Правила сертификации кормов и кормовых средств на соответствие требованиям безопасности. М., 1994.
20. ГОСТ Р RU 0001.8.1.0060. Правила сертификации плодов, овощей и продуктов их переработки на соответствие требованиям безопасности. М., 1994.
21. Доспехов Б. Методика полевого опыта. М., 1985.
22. Практикум по агрохимии. М.: Изд-во МГУ, 2001.
23. Ремпе Е.Х. Влияние возрастающих доз удобрений на микробиологические процессы дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почвы, содержание нитратов в почве и корнеплодах кормовой свеклы // Агрохимия. 1987. №8.
24. Руководство по санитарно-химическому исследованию почвы. М., 1984. 130 с.
25. МУК 4.2.2661-10. Методы санитарно-паразитоло-гических исследований. М.: Минздрав России, 2010.
26. Вавуло Ф.П. К методике определения суммарной протеазной активности почвы прямым методом // Микробиологические и биологические методы исследования почв. Киев, 1971. С. 34-43.
27. Бабьева И., Зенова Г. Биология почв. М., 1989.
28. Минеев В.Г. Агрохимия, биология и экология почвы. М., 1990. 206 с.
Literatura:
1. Sovremennye vysokorentabel'nye biogazovye tekhno-logii i oborudovanie. Opyt Rossii / V.A. Pozharnov i dr. // CHistaya Rossiya. 2002. M., 2002. S. 21.
2. EHrnst L. Pererabotka othodov zhivotnovodstva i pti-cevodstva // ZHivotnovodstvo Rossii. 2004. №5.
3. Kostenberg D.YA. Agrohimicheskaya harakteristika i udobri-tel'nye svojstva produktov metanovogo brozhe-niya othodov zhivotnovodstva // Anaehrobnaya biologi-cheskaya obrabotka stoch-nyh vod. Kishinev, 1988.
4. Characterization of the effluent rusidee from anaerobic digestion of pig excreta for its utilization as fertilizer/ J. Plaixats and et.al. // Agrochimica. 1988. №32. R.236-239.
5. The infinence of different processing methods for slurry upon its fertiliser value on grassland / N. Vetter and et.al. // Developments in plant and soil sciences. 1987. 30.
6. Morga R. Biogas e biofertilizante a partiz de residuo organicos // Lavoura Arrozeira. 1982. №25(338). R.6-22.
7. Tarasov S.I. EHffektivnost' primeneniya sbrozhen-nogo navoza KRS v kachestve organicheskogo udobreni-ya // Agrohimiya. 1991. №5. S. 96-102.
8. Merzlaya G.E. Primenenie sbrozhennogo kurinogo pometa v kachestve udobreniya // Anaehrobnaya biologiche-skaya obrabotka stochnyh vod. Kishinev, 1988. S. 158.
9. Grinblat G.YA. Fermentirovannye othody svinoferm -kachestvennoe udobrenie // Biotekhnologiya vtorichnyh organicheskih substratov. Riga, 1990. S. 13.
10. Vizla P.P. EHffektivnost' dejstviya sbrozhennogo na-voza // Udobrenie polevyh kul'tur v sisteme intensivnogo zemle-deliya. Riga, 1990. S. 43-59.
11. Asmus F. Eingenschaften und Diingenvirkung von ausgefaiilter Guile aus der Biogasge winnung // Arch. Acker Pflanzenbau Bodenk. 1988. №8(32). R. 527-532.
12. Deves T. Hozyajstvennoe ispol'zovanie zhivotnovod-cheskih stokov v ehkologicheskom zemledelii // Zemlede-latel'. M.: Progress-Pangeya, 1992. C. 110-126.
13. Bezrukih P. Netradicionnaya ehnergetika // Delovoj mir. 1993. №10. S. 11-14.
14. CHajls D.R. Sovremennaya ehnergetika // Zelenyj mir. 1996. №18. S. 6-11.
15. Ispytanie s.-h. tekhniki. Ustanovka dlya metanovogo sbrazhivaniya navoza. M.,1987. 67 s.
16. Instrukciya po laboratornomu kontrolyu ochistnyh so-oruzhenij na zhivotnovodcheskih kompleksah. M.,1982.
17. Rekomendacii po opredeleniyu zasorennosti i meram bor'by s semenami sornyakov v organicheskih udobreni-yah. Vladimir, 1986. 32 s.
18. OST 10 106-87. Opyty polevye s udobreniyami. Por-yadok provedeniya. M.: MSKH SSSR, 1988. 48 s.
19. GOST R RU 0001.8.1.0039. Pravila sertifikacii kor-mov i kormovyh sredstv na sootvetstvie trebovaniyam be-zopasnosti. M., 1994.
20. GOST R RU 0001.8.1.0060. Pravila sertifikacii plod-ov, ovoshchej i produktov ih pererabotki na sootvetstvie trebovaniyam bezopasnosti. M., 1994.
21. Dospekhov B. Metodika polevogo opyta. M., 1985.
22. Praktikum po agrohimii. M.: Izd-vo MGU, 2001.
23. Rempe E.H. Vliyanie vozrastayushchih doz udobrenij na mikrobiologicheskie processy dernovo-podzolistoj tya-zhelosuglinistoj pochvy, soderzhanie nitratov v pochve i korneplodah kormovoj svekly // Agrohimiya. 1987. №8.
24. Rukovodstvo po sanitarno-himicheskomu issledova-niyu pochvy. M., 1984. 130 s.
25. MUK 4.2.2661-10. Metody sanitarno-parazitologiche-skih issledovanij. M.: Minzdrav Rossii, 2010.
26. Vavulo F.P. K metodike opredeleniya summarnoj pro-teaznoj aktivnosti pochvy pryamym metodom // Mikrobi-ologicheskie i biologicheskie metody issledovaniya pochv. Kiev, 1971. S. 34-43.
27. Bab'eva I., Zenova G. Biologiya pochv. M., 1989.
28. Mineev V.G. Agrohimiya, biologiya i ehkologiya pochvy. M., 1990. 206 s.
METANOGENERATION OF NON-BEDDING MANURE, DUNG. EFFLUENT: PROPERTIES, APPLICATION'S
EFFICIENCY
S.I. Tarasov, candidate of biological sciences All-Russian research institute of organic fertilizers and peat
Abstract. The methanogeneration's various regimes influence of physicomechanical agro-chemical, toxicological, biochemical, microbiological, veterinary-sanitary, hygienic properties changing on non-bedding manure, dung is studied. Anaerobic processing did not reduce the fertilizing potential of non-bedding manure or dung. In the effluent (fermented manure, dung), the main humus-forming substances (cellulose, hemicellulose, lignin) were preserved, as well as main biogenic elements' content (nitrogen, phosphorus, potassium) did not decrease, the total content of amino acids is increased. Methanogeneration effectively disinfected, neutralized manure, dung. There were no pathogenic, malignant microorganisms, vital seeds of weed, eggs, helminth larvae in the effluent. The non-bedding manure's chemical and biological pollution, (HPK, BPK) main indicators' values were sharply decreased. Fermented manure, dung differed lesser density, high homogeneity. In comparison with native manure, manure effluent should be recognized as a more environmentally friendly organic fertilizer. In various soil-climatic regions, the comparative effectiveness of fermented and native manure (dung) application was established. The effluent's effects on soil properties is identically to native manure (dung) influence. Under sod-podzolic and sod-calcareous soils' conditions, no differences of native and fermented manure (dung) effect on the crops' yield and agricultural culture's quality was established. In the southern chernozem, at effluent using, the yield an average was exceeded in 8-11% of their values in comparison with the native manure introduction. In the southern chernozem, the fermented and native pig manure effect on crop production quality was the same. It is concluded that effluent's using as a fertilizer for ecolo g-ical farming's restrictions introducing is unreasonable.
Keywords: non-bedding manure, dung, anaerobic processing, effluent, properties, soil, soil fertility, agriculture cultures, harvest, quality, efficiency.
