CC BY
33
ВОПРОСЫ ЭКОЛОГИИ И ИХ РЕШЕНИЕ
УДК 631.872+631.874:631.46
ПРИЕМЫ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ АЗОТА ПРИ ХРАНЕНИИ ПОМЕТНЫХ УДОБРЕНИЙ
С.М. Лукин, д.б.н., К.К. Никольский, к.х.н.
ВНИИ органических удобрений и торфа, e-mail: vnion@vtsnet.ru
Значительным резервом повышения плодородия почв и продуктивности земледелия является использование птичьего помета. За последние годы в птицеводстве России произошли существенные изменения. Принятые Правительством РФ меры по поддержке развития птицеводства способствовали росту поголовья птицы и увеличению производства продукции. С 2010 по 2013 г. поголовье птицы в сельскохозяйственных организациях России возросло на 14%, производство яиц - на 3%, мяса - на 37%. Производство мяса птицы и яиц осуществляется в основном на крупных специализированных предприятиях, где ежегодно получают 13,4 млн. т помета, в котором содержится 3,0 млн. т органического вещества и 317 тыс. т NPK. Стоимость питательных веществ, содержащихся в помете, при современных ценах на минеральные удобрения составляет 8,9 млрд. руб. При организации производства на основе помета, компостов с использованием соломы, опилок, торфа, сапропелей и других органогенных материалов птицефабрики могут поставить потребителям до 15 млн. т высококачественных органических удобрений с содержанием в 1 т 19-23 кг NPK. При длительном хранении помета возле ферм на грунтовых площадках в слое почвы 0-240 см содержится 4685 кг/га минерального азота, в том числе 2446 кг/га нитратного или в 28 раз больше, поэтому приемы снижения потерь азота особенно актуальны. Приведены результаты исследований по снижению эмиссии аммиака в атмосферу и потерь азота при хранении пометных удобрений. Установлено, что наилучшими сорбентами, позволяющими снизить эмиссию аммиака при хранении органических удобрений в 15-20 раз, являются сорбенты на основе торфа, глины и цеолитов. Эффективно также использование черной полиэтиленовой пленки.
Ключевые слова: птичий помет, эмиссия аммиака, качество органических удобрений, хранение органических удобрений.
NITROGEN LOSSES REDUCE DURING STORAGE OF POULTRY FERTILIZERS
Dr. Sci. S.M. Lukin, PhD. K.K. Nikolskiy
All-Russian Scientific-Research Institute for Organic Fertilizers and Peat, e -mail: vnion@vtsnet.ru
A significant reserve for increasing soil fertility and productivity of agriculture is poultry manure. In recent years the Russian poultry industry has been significantly changed. Adopted by the Russian Federation Government measures supported the development of the poultry industry contributed to the growth ofpoultry production. From 2010 to 2013 total head of poultry livestock in Russia increased by 14%, egg production - by 3%, meat -37%. Production of poultry meat and eggs is carried out mainly at large specialized companies, where every year 13.4 million tons of manure, which contains 3.0 million tons of organic matter and 317 thousand tons NPK. The cost of the nutrients contained in the litter, at current prices for fertilizers is 8.9 bln. rub. The organization ofproduction on the basis of manure, compost, using straw, sawdust, peat, sapropel and other biogenic materials poultry farm can deliver to customers up to 15.0 million tons of high-quality organic fertilizer with 19-23 kg of NPK per 1 ton. Long-term storage of manure on the farm near the ground floors in soil 0-240 cm contains 4685 kg/ha of mineral nitrogen, including 2446 kg/ha of nitrate nitrogen or 28 times, so the abatement of nitrogen losses are particularly relevant. The results of studies to reduce ammonia emissions to the atmosphere and nitrogen losses during storage of comet fertilizers. It is found that the best sorbents that contribute to the emission of ammonia during storage of organic fertilizers by 15-20 times, sorbents are based on peat, clays and zeolites. Effectively the use of black polyethylene film.
Keywords: poultry manure, ammonia emissions, organic fertilizers quality, organic fertilizers storage.
Одна из острых проблем современного земледелия - крайне низкое использование минеральных и органических удобрений. В пахотных почвах страны на протяжении последних двадцати лет ежегодно
складывается отрицательный баланс основных питательных веществ. Потребность в удобрениях для бездефицитного баланса элементов питания удовлетворяется всего лишь на 15-20%, причем для боль-
1. Показатели развития птицеводства в сельскохозяйственных организациях РФ [1, 2]
Показатели 2010 г. 2011 г. 2012 г. 2013 г.
Поголовье птицы, млн. голов 348,0 371,0 395,2 395,4
Производство яиц, млн. шт. 31316 31849 32768 32255
Производство мяса, тыс. т (в убойной массе) 2516 2858 3255 3459
2. Ресурсы помета в сельскохозяйственных организациях РФ, 2013 г.
Показатель Количество Выход помета Выход В том числе, тыс. т Стоимость пита-
голов, на 1 голову помета, тельных веществ
млн. в сутки,г в год, кг млн. т орг. вещество №К помета, млн. руб.
Производство яиц 105,8 155 56,6 5,988 1,37 140,6 3858,4
Производство мяса бройлеров 289,6 70 25,6 7,414 1,64 176,5 5080,7
Итого 395,4 13,402 3,01 317,1 8939,1
шинства хозяйств удобрения не доступны в связи с высокой их стоимостью.
Значительным резервом повышения плодородия почв и продуктивности земледелия может стать использование птичьего помета, так как в птицеводстве России произошли существенные изменения. Принятые Правительством РФ меры по поддержке развития птицеводства способствовали росту поголовья птицы и увеличению производства продукции [1, 2]. С 2010 по 2013 г. поголовье птицы возросло на 14%, производство яиц - на 939 млн. шт. (+3%), мяса - на 943 тыс. т (+37%) (табл. 1).
Производство мяса птицы и яиц осуществляется в основном на крупных специализированных предприятиях. По данным ВНИТИП [3], от птицефабрики на 400 тыс. кур несушек при содержании их в клеточных батареях ежегодно поступает 43,6 тыс. т помета, от птицефабрики на 3 млн. бройлеров - 23,3 тыс. т. При содержании в 1 т помета 23,4 кг КРК с ним в почву можно внести 1020 и 545 т КРК, соответственно, и произвести продукции 5,1 и 3,2 тыс. т зерновых единиц на сумму 42,8 и 22,9 млн. руб. [4].
В настоящее время от имеющегося поголовья птицы в сельскохозяйственных организациях России ежегодно получают 13,4 млн. т помета в год, в котором содержится 3,0 млн. т органического вещества и 317 тыс. т КРК. Стоимость питательных
веществ, содержащихся в помете, при современных ценах на минеральные удобрения составляет 8,9 млрд. руб. (табл. 2).
При организации производства на основе помета, компостов с использованием соломы, опилок, торфа, сапропелей и других органогенных материалов птицефабрики могут поставить потребителям до 15.0 млн. т высококачественных органических удобрений с содержанием в 1 т 19-23 кг №К [5]. При нормативной окупаемости 1 т подстилочного помета и компостов 1,6 ц зерн. ед. [6, 7] суммарная прибавка урожая от использования помета может составить 2,4 млн. т зерновых единиц на сумму 16,8 млрд. руб. [8].
Во многих случаях на птицефабриках отсутствует система эффективного использования пометных удобрений. Влажность помета превышает проектную; из-за недостатка необходимой площади угодий отмечается «утилизация помета», когда помет в огромных количествах запахивается в почву без выращивания сельскохозяйственных культур [9].
В исследованиях ВНИИОУ установлено, что при длительном хранении помета возле ферм на грунтовых площадках в слое почвы 0-240 см содержится 4685 кг/га минерального азота, в том числе 2446 кг/га нитратного или в 28 раз больше, по сравнению с незагрязненной почвой (табл. 3). Наибольшее со-
3. Содержание минерального азота на площадке для хранения пометных удобрений, мг/кг
Слой почвы, см N-N03 N-NH4 Сумма минерального азота
1 2 1 2 1 2
0-20 отс. 476,0 1,6 125,0 1,6 601,0
20-40 отс. 97,7 2,8 144,3 2,8 242,0
40-60 отс. 97,7 3,1 17,3 3,1 115,0
60-80 отс. 69,2 2,0 8,7 2,0 77,9
80-100 отс. 30,2 2,0 3,9 2,0 34,1
100-120 1,1 13,2 3,9 16,3 5,0 29,5
120-140 2,5 7,9 0,9 52,9 3,4 60,8
140-160 3,8 3,5 2,4 125,0 6,2 128,5
160-180 4,8 7,9 3,1 125,1 7,9 133,0
180-200 4,8 5,8 2,4 67,3 7,2 73,1
200-220 5,5 3,5 2,4 48,1 7,9 51,6
220-240 3,8 2,6 2,4 12,5 6,2 15,1
Примечание: 1 - незагрязненная почва, 2 - почва с грунтовой площадки для хранения пометных удобрений.
держание нитратов наблюдается в слое почвы 0-100 см, при этом концентрация N N03 в верхнем горизонте почвы достигала 476 мг/кг или 1100 кг/га. Содержание нитратного азота на площадке для хранения помета резко убывало с глубиной отбора проб, что объясняется строением гидрологического профиля и приуроченностью верхней границы капиллярной каймы к поверхности при обнаружении грунтовых вод на глубине 160-180 см.
В отношении аммонийного азота, характерны два максимума накопления: первый -в верхних горизонтах почвы и второй - на глубинах 120-220 см. По-видимому, это связано с наличием двух периодических циклов увлажнения почвы - весеннего и осеннего, а также с более тяжелым гранулометрическим составом почвы нижних горизонтов.
Значительное количество азота поступает не только в почву и грунтовые воды, но и в атмосферу. В соответствии с утвержденными в Российской Федерации нормативами выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух удельные выбросы аммиака из помещений и пометохранилищ, а также при внесении помета, в расчете на 1 ц живой массы, составляют: куры - 14,5 утки - 13,4, гуси - 11,4 мкг ММНз в 1 секунду [9]. Эмиссия аммиака при хранении и внесении помета создает неблагоприятные санитарно-гигиенические условия для лиц, работающих на птицефабриках, а также представляет экологическую проблему для близлежащих населенных пунктов.
Для снижения потерь аммиачного азота при хранении подстилочного помета была изучена эффективность использования различных сорбентов: торфа, глины, цеолита, фосфогипса. Исследования проводили в 2 опытах на площадке компостирования ВНИИОУ. В опыте 1 подстилочный птичий помет загружали в ящики емкостью 50 кг, сверху слоем 10 см насыпали сорбент. В динамике адсорбционным методом определяли интенсивность выделения ММНз и СО2. В опыте 2 на площадке компостирования закладывали бурты торфопометного компоста, приготовленного при соотношении торф : помет (4:1), которые укрывали торфом, глиной, цеолитом слоем 10-15 см и черной пленкой. По окончании процесса компостирования и хранения определяли качественный состав готового компоста, а также потери азота при хранении.
Результаты исследований. В опыте № 1 установлено, что использование цеолита
для укрытия буртов снижает потери аммиачного азота в 75 раз, торфа - в 17 раз, глины - в 21 раз. Суммарная эмиссия аммиачного азота при использовании для укрытия помета торфа составила - 5,9%, глины - 4,7%, цеолита - 1,3%, фосфогипса - 16,9% от эмиссии ММНз в контрольном варианте. В то же время использование сорбентов не влияло на интенсивность биотермического процесса и эмиссию углекислого газа (рис. 1, 2).
Рис. 1. Суммарная эмиссия аммиачного азота и углекислого газа при укрытии буртов помета различными сорбентами, г/м2
Рис. 2. Суммарная эмиссия аммиачного азота относительно контроля при укрытии буртов помета различными сорбентами, %
12 10 8 6
» контроя ь —■ —торф
----глина —- • пленка
ч , \
__. • . ч ч ч Ч \\ \\
/ ^-т- Л V -т-,—*--,->-1-,
А^ ОчГ
О^ Л* Л* А* Л*
-СГ ЛУ ЛУ Л лу
^ . лГ
Л<э „ЛЛ л<>> <\Л
% V «V
Рис. 3. Влияние различных укрытий на концентрацию аммиака в воздухе над поверхностью буртов, мг NHз/м3
4. Агрохимические показатели исходной смеси и готовых компостов, полученных
Наименование Влажность, % Зольность, % Кислотность Nes™., %
Исходные данные
Торфопометная смесь - контроль 72,0 18,4 7,9 0,74
Торфопометная смесь + торф 72,2 21,8 7,9 0,77
Торфопометная смесь + глина 72,0 22,0 8,0 0,78
Торфопометная смесь + п/э пленка 72,0 22,4 7,9 0,77
После компостирования
Торфопометный компост - контроль 70,5 26,7 6,7 0,73
Торфопометный компост + торф 68,9 29,6 7,0 0,94
Торфопометный компост + глина 68,8 25,0 7,0 0,81
Торфопометный компост + п/э пленка 63,4 27,8 7,6 0,97
В опыте № 2 применение сорбентов для укрытия буртов пометных компостов значительно снижало концентрацию аммиака в воздухе над поверхностью бурта. Наиболее эффективно было использование черной полиэтиленовой пленки. Применение торфа для укрытия буртов снижало концентрацию аммиака в 1,2-1,3 раза, глины - до 2 раз (рис. 3).
Использование укрытий способствовало повышению качества органических удобрений. Если без укрытия содержание азота в компосте, по сравнению с исходной смесью торфа и помета, осталось на прежнем уровне, несмотря на увеличение в компосте сухого вещества и снижении массы компоста на 22,5%, то при укрытии буртов оно возросло на 0,03-0,20% (табл. 4).
Потери общего азота за период компостирования и хранения (2 месяца) без использования укрытий составили 20%, при использовании цеолита - 7%, торфа - 8,0%, глины - 12%.
Таким образом, использование простейших материалов для укрытия буртов пометных удобрений позволяет существенно снизить выбросы аммиачного азота в атмосферу и повысить их качество.
Основные приемы снижения потерь аммиачного азота при производстве пометных удобрений предусматривают:
• перевод минерального азота в органическую форму посредством содержания животных и птицы на подстилке;
• использование различных сорбентов, химически активных веществ для связывания аммиака;
• внедрение технологий ускоренного производства компостов;
• производство компостов в закрытых помещениях с последующей очисткой воздуха от аммиака;
• хранение помета в в закрытых пометохранилищах, предотвращающих улетучивание аммиака в атмосферу.
Литература
1. Сельское хозяйство России. - М.: МСХ РФ, 2014. - 48 с.
2. Отраслевая программа «Развитие птицеводства в Российской Федерации на 2013-2015 годы. - М.: МСХ РФ, 2013. - 45 с.
3. Фисинин В.И. Птицеводство России в 2011 году: Состояние и перспективы инновационного развития до 2020 года // Материалы XVII Международной конференции «Инновационные разработки и их освоение в промышленном птицеводстве. - Сергиев Посад, 2012. - С. 7-17.
4. Малофеев В.И. Технология термической переработки помета. - М.: Колос, 1981. - 117 с.
5. Прохоров И.С., Завалин А.А., Семенцов А.Ю. Биокомпосты «ПИКСА» - продукт биотехнологической переработки торфа / Материалы Международной научно-практической конференции «Торф в решении проблем энергетики, сельского хозяйства и экологии». - Минск, 2006. - С. 103-105.
6. Седых В.А., Савич В.И., Поветкина Н.Л. Оценка влияния птичьего помета на состояние почв, воздушной и водной среды // Агрохимический вестник, 2013, № 1. - С. 33-36.
7. Титова В.И., Дабахова Е.В., Сорокина Н.А. Перспективы интенсификации растениеводства в условиях промышленного птицеводства // Агрохимический вестник, 2003, № 5. - С. 22-24.
8. Нормативы прибавок урожая сельскохозяйственных культур от применения органических удобрений. -Владимир: ВНИПТИОУ, 1990. - 124 с.
9. Методическое пособие по расчету, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух (дополненное и переработанное). - СПб.: НИИ Атмосфера, 2005. - 149 с.
