CC BY
15
Агрономия УДК 631.417.2
О.А. Ульянова, И.А Речкин, Н.С. Коновалов
ОЦЕНКА ДЕЙСТВИЯ СОСТАВА УДОБРИТЕЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА ИНТЕНСИВНОСТЬ ПРОЦЕССОВ МИНЕРАЛИЗАЦИИ ПРИ КОМПОСТИРОВАНИИ
O.A. Ulyanova, I.A. Rechkin, N.S. Konovalov
THE ESTIMATION OF THE INFLUENCE OF FERTILIZER COMPOUNDS COMPOSITIONS ON THE INTENSITY OF MINERALIZATION PROCESSES DURING COMPOSTING
Ульянова О.А. - д-р биол. наук, проф. каф. почвоведения и агрохимии Красноярского государственного аграрного университета, г. Красноярск. E-mail: kora64@mail.ru
Речкин И.А. - магистрант каф. почвоведения и агрохимии Красноярского государственного аграрного университета, г. Красноярск. E-mail: kora64@mail.ru
Коновалов Н.С. - магистрант каф. почвоведения и агрохимии Красноярского государственного аграрного университета, г. Красноярск. E-mail: kora64@mail.ru
Ulyanova O.A. - Dr. Techn. Sci., Prof., Chair of Soil Science and Agrochemistry, Krasnoyarsk State Agrarian University, Krasnoyarsk. E-mail: kora64@mail.ru
Rechkin I.A. - Magistrate Student, Chair of Soil Science and Agrochemistry, Krasnoyarsk State Agrarian University, Krasnoyarsk. E-mail: kora64@mail.ru
Konovalov N.S. - Magistrate Student, Chair of Soil Science and Agrochemistry, Krasnoyarsk State Agrarian University, Krasnoyarsk. E-mail: kora64@mail.ru
Одним из перспективных путей утилизации древесных отходов и птичьего помета является их использование в качестве компонентов для производства органических компо-стов. Цель работы - исследование влияния добавок птичьего помета при компостировании опилок и коры на интенсивность минера-лизационных процессов. Задачи: изучение действия добавок птичьего помета в древесных отходах на скорость разложения органического вещества; оптимизация состава удобрительных композиций. Объекты исследования: опилки, кора, птичий помет и смеси на их основе. В лабораторном опыте исследовали скорость минерализации и общие потери С-СО2 из композиций за 12 месяцев компостирования, этот процесс оценивали абсорбционным методом в модификации И.Н. Шаркова. В результате исследований установлено, что древесные отходы и птичий помет, компостируемые отдельно, снижают интенсивность процесса минерализации органического вещества, а совместное их применение в композициях - усиливает этот процесс. Максимальное суммарное выделение углекислоты (606,2 г С м-2) выявлено в варианте, включающем птичий помет и опилки в соотношении 1:1. Близкие значения получены при совместном компостировании птичьего помета и дре-
весных отходов опилок и коры в соотношении 1:0,5:0,5. Определена средняя корреляционная зависимость между суммарным продуцированием C-CO2 и количеством азота, а также фосфора (R=0,38), но низкая корреляционная зависимость C-CO2 от содержания калия (R=0,014) в композициях. Различная скорость разложения органического вещества в композициях обусловлена неодинаковыми реакцией среды и их химическим составом.
Ключевые слова: компостирование, опилки, кора, птичий помет, удобрительные композиции, минерализация, потери углерода.
One of perspective ways to utilize sawdust, bark, bird droppings is to use it as a basic component for organic compost production. The purpose of the research was to study the effect of bird droppings additives during composting of sawdust and bark on the intensity of mineralization processes. The tasks were studying the action of additives of a bird's dung in wood waste on the speed of decomposition of organic substance; optimization of structure of fertilizer compounds. The objects of the study were sawdust, bark, bird droppings and mixtures based on them. In a laboratory experiment on bird droppings additions on waste bark on mineralization rate and total C-CO2 losses from compositions were studied throughout 12 months of com-
Вестник.КрасТЯ'У. 2019. № 9
posting using the absorption method modified by I.N. Sharkov. As a result of researches it was established that wood waste and a bird's dung punched separately reduce intensity of process of a mineralization of organic substance, and their combined use enhances mineralization processes. The maximum total carbon dioxide emission was detected in the variant which includes bird droppings and sawdust with 1:1 ratio (606.2 g cm-2). Close values are received at a joint composting of a bird's dung and wood waste of sawdust and bark in the ratio 1:0.5:0.5. Average correlation dependence between a total producing C-CO2 and the amount of nitrogen, and also phosphorus (R=0.38), but low correlation dependence of C-CO2 on the content of potassium (R=0.014) in compositions was defined. Various speed of decomposition of organic substance in compositions is caused unequal by reaction of the environment and their chemical composition.
Keywords: composting, sawdust, bark, bird droppings, fertilizer compounds, mineralization, carbon dioxide losses.
Введение. Россия обладает четвертью мировых запасов древесины, половина из которых находится в Сибири. На всех этапах производства в лесной индустрии образуется огромное количество древесных отходов, имеющих в составе высокое содержание органического вещества. Однако недостаток в них азота и фосфора не позволяет их использовать в чистом виде в качестве удобрительного ресурса. Проблема утилизации отходов весьма актуальна, поскольку в целевые продукты перерабатывается всего 10 % от общей образующейся массы, а остальная их часть хранится в многолетних отвалах или сжигается, загрязняя окружающую среду [1]. Известны способы переработки древесных отходов в эффективные удобрения методом компостирования их с минеральными компонента-
ми [2-4]. В то же время минеральные удобрения являются дорогостоящей добавкой, увеличивающей затраты на производство таких компо-стов. Более перспективным направлением утилизации древесных отходов может служить компостирование их с птичьим пометом местных птицефабрик, являющимся крупнотоннажным отходом, требующим эффективного использования. Наличие в крае крупнотоннажных древесных отходов (коры, опилок) и отходов птицеводства (птичьего помета) делает возможным разработку на их основе удобрительных композиций, в которых остро нуждается сельское хозяйство региона. Однако процессы, протекающие при компостировании этих отходов, как и оптимальные количественные отношения указанных компонентов, не исследованы.
Цель исследования. Изучаение влияния добавок птичьего помета при компостировании с опилками и корой на интенсивность их разложения с целью получения эффективных удобрений.
Объекты и методы исследования. Объектами исследования являлись крупнотоннажные отходы деревообрабатывающего производства - опилки, кора и отходы сельскохозяйственного производства - птичий помет, а также удобрительные композиции на их основе. Исследования проводили в лабораторном эксперименте в сосудах объемом 1,5 л по следующей схеме:
1) опилки; 2) кора; 3) птичий помет (ПП); 4) опилки: ПП =1:1; 5) кора: ПП=1:1; 6) ПП:опилки:кора=1:0,5:0,5. Скорость разложения субстратов оценивали по интенсивности выделения СО2 (г С м-2 сут-1) с поверхности удобрительных смесей один раз в неделю абсорбционным методом в модификации И.Н. Шаркова [5], а суммарное продуцирование углерода в виде СО2 за годовой период наблюдений определяли с помощью метода линейного интерполирования по формуле
А =
(В + В2) t .(B2+B3) t + , (B-i + B) t
2 1 2 2 "' 2 n-1
■ 0,273 .
где А - суммарное количество С-СО2, выделившееся за период наблюдений, в г С м-2; В1, В2, Вз...Вп - соответственно величины первого, второго, третьего, п-го измерений скорости продуцирования СО2 при компостировании (г С м-2); 11, 12, 1п-1 - периоды времени между измерениями
(сут); 0,273 - коэффициент пересчета СО2 в С. Измерения проводили в течение 12 месяцев компостирования композиций.
Результаты исследования и их обсуждение. Процесс минерализации удобрительных композиций при компостировании можно про-
следить по респирационной активности (рис. 1). Результаты проведенных исследований за годовой срок компостирования показывают, что интенсивность продуцирования углекислоты в варианте с птичьим пометом имела минимальное значение на протяжении всего периода наблюдений и варьировала от 1,5 до 13,5 г С м-2 сут-1. Близкие значения по выделению СО2 отмечаются в варианте с опилками и изменяются от 5,4 до 15,01 г С м-2 сут-1. Лимитирующим фактором, снижающим этот показатель, в указанных выше вариантах является реакция среды: у птичьего помета она резко щелочная (рН H2O -9,0), а у опилок - кислая (рН H2O - 4,1). Кроме
Химический
этого, на процессы минерализации органического вещества субстратов влияет и их химический состав. В варианте с птичьим пометом ингиби-рующее действие на интенсивность процесса выделения СО2 оказало избыточно высокое содержание азота - 3,55 %, а в варианте с опилками - его недостаток (0,12 % N (табл. 1). При совместном компостировании древесных отходов с птичьим пометом отмечали усиление выделения углекислоты, связанного с нейтрализацией избыточной кислотности у древесных отходов и щелочности у птичьего помета и оптимизацией пищевого режима.
Таблица 1
композиций, %
Вариант N P K
1.Опилки 0,12 0,06 0,18
2.Кора 0,31 0,08 0,25
З.Птичий помет 3,55 1,50 0,8
4.Опилки: ПП=1:1 1,50 0,78 0,49
5.Кора: ПП=1:1 1,65 0,79 0,53
6.ПП: кора:опилки=1:0,5:0,5 1,70 0,82 1,12
В варианте кора:ПП = 1:1 интенсивность выделения углекислоты изменялась в пределах 3,01-26,8 г С м-2 сут-1. Близкие значения обнаружили и в варианте опилки:ПП = 1:1. Максимальное выделение углекислоты выявили при совместном компостировании птичьего помета, опилок и коры в соотношении 1:0,5:0,5, оно варьировало в течение исследований от 1,7 до 34,9 г С м-2 сут-1. Динамика колебания скоростей продуцирования СО2 по всем вариантам опыта представлена многовершинными кривыми убывающего характера и связана с температурой в дни определений и содержанием легкогидроли-зуемых соединений в разные периоды наблюдений. Максимальное количество легкогидроли-зуемых соединений в композициях выявили в первые 2 месяца компостирования. По мере их разложения отметили уменьшение выделения углекислого газа.
Оценивая полученные результаты по суммарному продуцированию СО2, отметим, что минимальное значение показателя установлено в варианте с птичьим пометом (225,4 г С м-2),
связано со щелочной реакцией среды и очень высоким содержанием азота, ингибирующими микробиологическую деятельность, повлиявшую на выделение углекислого газа (рис. 2). Однако добавление птичьего помета в опилки привело к усилению в 2,7 раза суммарных потер С-СО2 за 12-месячный период компостирования, а при внесении его в кору суммарный поток углекислоты возрос в 2,3 раза. Это обусловлено нейтрализацией кислотности и оптимизацией пищевого режима в композициях, что стимулировало деятельность микроорганизмов и способствовало значительным потерям углерода в виде С-СО2. Отметим, что максимальное выделение С-СО2 (606,2 г С м-2) обнаружили в композиции, состоящей из опилок и птичьего помета в соотношении 1:1. Близкие значения по этому показателю имели композиции, включающие птичий помет, кору и опилки в соотношении 1:0.5:0.5 (594 г С м-2). В этих вариантах в целом были созданы благоприятные условия для жизнедеятельности микрофлоры и минерализации органического материала.
Рис. 1. Динамика продуцирования углекислого газа из композиций за 12 месяцев компостирования, г С м-2 сут-1
С-СО2, г С м-2 700 '
606,2 594
600 М 519 4 Н
492,3 519'4
I I ■ I I I
■ Суммарное продуцирование Рис. 2. Суммарные потери С-СО2 из композиций, г С м-2
В то же время низкие значения показателя в варианте с птичьим пометом обусловлены высоким содержанием азота в нем. Так, по данным В.М. Назарюка [6], чрезмерно большое количество азота в композициях, почве и т.д. угнетающе действует на микрофлору и снижает общие потери С-СО2.
Результаты корреляционно-регрессионного анализа показали, что общие потери С-СО2 из композиций в средней степени зависели от содержания в них общего азота и фосфора (К=0,38) и в слабой - от количества калия (Р=0,014) (табл. 2).
Таблица 2
Корреляционные зависимости между продуцированием С-СО2 и количеством элементов питания в композициях
N-N03 Р2О5 К2О
Ур-е регрессии К Ур-е регрессии К Ур-е регрессии К
у= -49,83х+554,9 0,38 у= -100,4х+543,4 0,38 у= 19,06х+465,2 0,014
Выводы
1. Внесение птичьего помета в древесные отходы оказало существенное влияние как на динамику продуцирования СО2 с поверхности удобрительных композиций, так и на суммарные потери углерода в форме СО2.
2. Добавка птичьего помета в опилки и кору наиболее значимо усиливала минерализацион-ные процессы в первые 2 месяца компостирования, что связано с наличием в композициях легкогидролизуемых соединений.
3. За 12 месяцев компостирования суммарные потери углерода в форме СО2 из компози-
ций варьировали от 519 до 606 г С м-2 при добавлении птичьего помета в опилки и кору. Максимальные потери углекислоты отмечены в варианте, включающем птичий помет: опилки в соотношении 1:1.
4. Установлена средняя корреляционная зависимость между общими потерями углерода в форме С-СО2 и содержанием азота и фосфора в композициях. Количество питательных элементов в композициях определяет скорость разложения органического вещества.
Вестник. КрасГАУ. 2019. № 9
Литература
1. Ломовский О.И., Болдырев В.В. Механохи-мия в решении экологических задач: ана-лит. обзор. - Новосибирск: ГПНТБ СО РАН, 2006. - 221 с.
2. Ульянова О.А., Нечаева А.С., Хижняк С.В. Трансформация сосновой коры и композиций на ее основе // Вестник КрасГАУ. -2009. - № 11. - С. 126-130.
3. Ульянова О.А., Чупрова В.В. Минерализация коры разных видов деревьев и удобрительных композиций на ее основе // Агрохимия. - 2015. - № 2. - С. 33-45.
4. Курганова И.Н, Лопес де Гереню В.О., Капица Е.А. [и др.]. Влияние минеральных добавок на скорость биогенного разложения коры хвойных пород в отвалах // Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства: мат-лы V междунар. науч. конф., по-свящ. 95-летию Кубанского ГАУ. - Краснодар, 2017. - С. 64-69.
5. Шарков И.Н. Абсорбционный метод определения эмиссии СО2 из почв // Методы исследований органического вещества почв.
- М.: Россельхозакадемия, ГНУ ВНИПТИ-ОУ, 2005. - С. 401-407.
6. Азотный режим почв различных генотипов макросимбионта / В.М. Назарюк, К.К. Сидорова, В.К. Шумный [и др.] // Почвоведение.
- 2007. - № 2. - С. 189-196.
Literatura
1. Lomovskij O.I., Boldyrev V.V. Mekhanohimiya v reshenii ekologicheskih zadach: analit. obzor. - Novosibirsk: GPNTB SO RAN, 2006. - 221 s.
2. Ul'yanova O.A., Nechaeva A.S., HizhnyakS.V. Transformaciya sosnovoj kory i kompozicij na ee osnove // Vestnik KrasGAU. - 2009. -№ 11. - S. 126-130.
3. Ul'yanova O.A., Chuprova V.V. Mineralizaciya kory raznyh vidov derev'ev i udobritel'nyh kompozicij na ee osnove // Agrohimiya. -2015. - № 2. - S. 33-45.
4. Kurganova I.N., Lopes de Gerenyu V.O., Kapica E.A. [i dr.]. Vliyanie mineral'nyh dobavok na skorost' biogennogo razlozheniya kory hvojnyh porod v otvalah // Problemy rekul'tivacii othodov byta, promyshlennogo i sel'skohozyajstvennogo proizvodstva: mat-ly V mezhdunar. nauch. konf., posvyashch. 95-letiyu Kubanskogo GAU. - Krasnodar, 2017. -S. 64-69.
5. Sharkov I.N. Absorbcionnyj metod opredeleniya emissii CO2 iz pochv // Metody issledovanij organicheskogo veshchestva pochv. - M.: Rossel'hozakademiya, GNU VNIPTIOU, 2005. - S. 401-407.
6. Azotnyj rezhim pochv razlichnyh genotipov makrosimbionta / V.M. Nazaryuk, K.K. Sidorova, V.K. SHumnyj [i dr.] // Pochvovedenie. - 2007. - № 2. - S. 189-196.
