CC BY
23
Валентина Александровна Афонькина, кандидат технических наук, доцент, ntc-es@mail.ru, http://orcid.org/0000-0001- 9743-5278
Victor G. Zakhakhatnov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, zahvg@inbox.ru, http://orcid.org/0000-0002- 2856-9755
VitalyM. Popov, Doctor of Technology, Professor, ntc-es@mail.ru, https://orcid.org/0000-0001-5773-4839
Valentina A. Afonkina, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, ntc-es@mail.ru, https://orcid.org/0000-0001- 9743-5278
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: all authors have made an equivalent contribution to the preparation of the publication. The authors declare no conflict of interests.
Статья поступила в редакцию 24.01.2022; одобрена после рецензирования 18.02.2022; принята к публикации 18.02.2022.
The article was submitted 24.01.2022; approved after reviewing 18.02.2022; accepted for publication 18.02.2022. -♦-
Научная статья
УДК 631.879.41
doi: 10.37670/2073-0853-2021-91-5-114-119
Приготовление компоста с использованием измельчителя древесно-растительных отходов
Максим Владимирович Панов, Татьяна Васильевна Панова
Брянский государственный аграрный университет, Брянск, Россия
Аннотация. В статье проанализированы технологии приготовления компоста, которые отличаются продолжительностью и уровнем сложности компостирования. Рассмотрены микро- и макроорганизмы, участвующие в процессе компостирования, основные фазы компостирования. Для полного соблюдения технологии высокого уровня предлагается использовать установку, предусматривающую регулярную аэрацию, увлажнение и перемешивание материала ворошителем битерного типа. Установка может эксплуатироваться как наземно, так и в бетонированном приямке с вытяжной ветвью для утилизации избыточной теплоты. Выявлены основные физико-механические свойства растительных материалов, влияющие на процесс компостирования. Для обеспечения оптимальных размеров частиц предложен измельчитель древесно-растительных отходов, посредством которого готовится материал для закладки на компост в компостарии различных типов.
Ключевые слова: компост, компостирование, измельчитель древесно-растительных отходов, микрофлора, микроорганизмы.
Для цитирования: Панов М.В., Панова Т.В. Приготовление компоста с использованием измельчителя древесно-растительных отходов // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2022. № 2 (94). С. 114 - 119. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2022-94-2-114-119.
Original article
Composting with shredder of wood and vegetable waste
Maksim V. Panov, Tatyana V. Panova
Bryansk State Agrarian University, Bryansk, Russia
Abstract. The article analyzes the technology of composting, which differ in the duration and complexity of composting. The micro- and macro-organisms involved in the composting process, the main phases of composting are considered. To fully comply with high-level technology, it is proposed to use an installation that provides for regular aeration, moistening and mixing of the material with a beater-type agitator. The unit can be operated both above ground and in a concrete pit with an exhaust branch for utilizing excess heat. The main physical and mechanical properties of plant materials that affect the composting process are revealed. To ensure the optimal particle size, a wood and vegetable waste grinder is proposed, by means of which material is prepared for laying on compost in various types of compostaria.
Keywords: compost, composting, wood and vegetable waste chopper, microflora, microorganisms.
For citation: Panov M.V., Panova T.V. Composting with shredder of wood and vegetable waste. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2022; 94(2): 114-119 (In Russ.). https://doi.org/10.37670/2073-0853-2022-94-2-114-119.
Согласно ГОСТу Р 53042-2008 компостирование - это биотермический процесс минерализации и гумификации органических отходов, проис-
ходящий в аэробных условиях под воздействием микроорганизмов [1]. Процесс разложения органических материалов, протекающий в пред-
ложенных условиях, должен контролироваться, дабы процесс разложения не перешёл в процесс брожения [2].
Процесс компостирования напрямую зависит от активности макро- и микроорганизмов (рис. 1), которым необходим источник углерода для энергии и биосинтеза на клеточном уровне, а также для синтеза клеточных белков необходим источник азота.
Углерод, составляющий примерно 50 % от общей массы микробной клетки, является для клетки строительным материалом и источником её энергии. Азот необходим для клеточного синтеза белков, нуклеиновой кислоты, аминокислоты и ферментов, участвующих в формировании клеточной структуры, обеспечивающих её рост и дальнейшее функционирование. Потребность микроорганизмов в углероде в 25 раз выше, чем в азоте. В других элементах, таких, как фосфор, калий, кальций, микроорганизмы нуждаются в меньшей степени [3 - 5].
Бытовые отходы, имеющие слабую структуру, смешивают с более грубыми и волокнистыми садовыми отходами, составляющими основную массу компостного материала и отличающимися содержанием азота и воды [6 - 8].
В литературных источниках в основном описаны четыре фазы компостирования, но есть информация и о пяти фазах. Первая фаза характеризуется как фаза распада (lag phase), которая начинается сразу после внесения материала в компостный бурт. На данном этапе происходит первичное разложение растительного материала, а микроорганизмы адаптируются к виду отходов и условиям в компостной куче. Общая популяция микробов ещё достаточно мала, температура, по данным многих авторов, низкая - 20 - 35 °С. А.К Веселов указывал на то, что на данном этапе наблюдается быстрый подъём температуры в середине компостной кучи (до 60 - 70 °С), нередко с 3-го по 7-й день, и прогрессирующее разложение легкообратимых органических веществ. В этой фазе принимают участие простейшие почвенные
микроорганизмы. Развитых микроорганизмов в первой фазе нет. Эта фаза характеризуется уничтожением фитопатогенов под действием термической реакции, снижением всхожести семян сорняков и снижением показателя кислотности.
Вторая фаза характеризуется как фаза реконструкции (mesophilic phase) и начинается после распада легкообратимых веществ. Это переходная фаза, в которой происходит увеличение количества микроорганизмов. С этого времени начинается количественный рост грибков, интенсифицируется газообмен, аммиак формирует органическое соединение и снижается соотношение C:N. Эта фаза длится 2 - 3 недели. Процесс деградации субстрата интенсифицируется, а значение рН среды снижается. Именно это и служит показателем окончания второй фазы компостирования.
Третья фаза характеризуется как термофильная (thermophilic phase). На этом этапе наблюдается значительное повышение температуры. Мезофильные микроорганизмы заменяются термофильными.
Четвёртая фаза - это фаза созревания (final phase), в которой образуются устойчивые к дальнейшему разложению комплексы органических веществ, их называют гуминовыми кислотами, или гумусом. На этом этапе температуру компоста сравнивают с естественной температурой почвы, снижается потребность в кислороде, останавливается процесс разложения и соотношение C:N устанавливается на уровне 20:1. Сложные внутренние процессы продолжают создавать зрелый компост.
Пятая фаза является самой продолжительной, и в этой фазе наблюдается полная гумификация компоста и формируются устойчивые формы гумуса с образованием конечного компоста [9, 10].
Упорядоченный вид фаз компостирования и значения параметров, характеризующих каждую фазу (температура (t), водородный показатель (pH) при влажности 50 - 60 %), представлен на рисунке 2.
Рис. 1 - Микро- и макроорганизмы, участвующие в процессе компостирования
115
Рис. 2 - Фазы компостирования
Материал и методы. Известен ряд технологий компостирования, которые отличаются продолжительностью и сложностью. Чем проще и дешевле технология приготовления компоста, тем больше места и ручного труда она требует. В простых технологиях подобранный материал складывается в длинные бурты, которые называются компостными рядами. Переворачивают бурт несколькими способами с разной степенью эффективности. При небольших объёмах материал переворачивают вручную, но чаще используются такие машины, как экскаваторы [10].
Простейшая (минимальная) технология предусматривает перебивку материала один раз в год. Технология низкого уровня предусматривает переворот компостного бурта сначала через 1 мес., затем переворачивают через 11 мес. Период готовности компоста при данной технологии составляет от 16 до 18 мес.
Технология среднего уровня характеризуется ежедневным перемешиванием материала. В этом случае компост готов через 4 - 6 мес. Недостаток технологии среднего уровня заключается в том, что при ежедневном перемешивании материала сырьё не успевает нагреться до необходимой температуры, при которой снижается всхожесть семян сорняков (65°С).
Технология высокого уровня предусматривает аэрацию бурта для равномерного доступа кислорода в его слои. При использовании технологии высокого уровня компост готов уже через 2 - 10 нед. в зависимости от качества заложенного на компост материала [11, 12].
Для полного соблюдения технологии высокого уровня нами предлагается использовать установку, предусматривающую регулярную аэрацию, увлажнение и перемешивание материала ворошителем битерного типа (рис. 3). Установка действует таким образом, что при закрытом днище контейнер заполняется растительным материалом для компостирования. Для обеспечения аэрации компостируемого материала предусмотрена система подводящих труб, состоящая из основной горизонтальной трубы и вертикальных перфорированных аэрационных труб. При подсыхании
сырья запускается процесс аэрации, а именно через форсунки оросителя в растительное сырьё подаётся вода. При достижении оптимальных значений влажности система аэрации отключается. В случае чрезмерного нагрева сырья (выше 65 °С) срабатывают датчики температуры и через открытые клапаны происходит удаление тёплого воздуха из-под укрывного материала через вытяжную трубу. Процесс перемешивания при приготовлении компоста осуществляется ворошителем битерного типа. При включении электродвигателя ворошитель битерного типа начинает вращаться, переворачивая растительный материал в контейнере. По окончании периода компостирования готовый компост выгружается самотёком через створки открывающегося дна.
Установка может эксплуатироваться как назем-но, так и в бетонированном приямке с вытяжной ветвью для утилизации избыточной теплоты.
Результаты и обсуждение. На основании проведённых нами анкетных опросов специалистов выявлены основные физико-механические свойства растительных материалов, влияющих на процесс компостирования. Ими являются размер и состав сырья, температура компоста, влажность сырья, время его разогревания и кислотность.
Размер частиц исходного материала важен, так как основная активность микроорганизмов наблюдается на поверхности компостируемых частиц.
Уменьшение размера частиц приводит к увеличению площади поверхности, но когда частицы слишком малы, то они плотно слипаются между собой, что затрудняет циркуляцию воздуха в компостном бурте. Процесс естественного разложения органического сырья при компостировании можно ускорить за счёт постоянного контроля соотношения углерода и азота, влажности, температуры, содержания кислорода, размера частиц, размера и формы компостного бурта, значения рН.
Рабочий процесс перемешивания компонентов при компостировании органического сырья осуществляется в сложных условиях, так как масса их неоднородна по составу, т.е. по раз-
меру, плотности компостируемого сырья, а также неодинаковая по сопротивлению частиц к расслаиванию.
Литературный анализ показал, что допустимый размер частиц лежит в диапазоне 0,3 - 5 см, но зависит от характера закладываемого сырья, размера бурта и параметров микроклимата, а оптимальный размер частиц составляет 12,5 мм для механизированных установок с перемешиванием и принудительной аэрацией и 50 мм для неподвижно хранящихся буртов с естественной аэрацией и увлажнением [13].
Для обеспечения оптимальных размеров частиц, которые бы позволили повысить качество и уменьшить сроки приготовления компоста, применяют устройства для подготовки органического материала для закладки в бурт, в частности измельчители.
На рисунке 4 изображён предлагаемый измельчитель древесно-растительных отходов. Конструктивно измельчитель состоит из бункера 1, выполненного из металлических листов, в стенках верхней части которого в подшипниках закреплены горизонтальные валы 2 и 3 с режущим аппаратом для измельчения веток в виде ведущего зубчатого валка 4 и ведомого валка 5; в нижней части бункера 1 расположен режущий аппарат для измельчения волокнистого растительного материала в виде ножей 6, закреплённых на штифтах 7, которые установлены на валу 8. Регулирование количества оборотов ножевого режущего аппарата осуществляется сменой звёздочек 9 на валу 8. Электродвигатель 10 соединён с осью 2, на котором установлен зубчатый валок 4, и осью 8 посредством цепи 11, соединяющей звёздочки 9 и 12. Вал 3 также проходит через
Рис. 3 - Установка для приготовления компоста:
1 - рама; 2 - электродвигатель; 3 - цепь; 4 - контейнер; 5 - вал ворошителя; 6 - пальцы ворошителя; 7 - открывающееся двустворчатое днище; 8 - труба аэрации; 9 - перфорированные трубы; 10 - труба увлажнения; 11 - форсунки
Рис. 4 - Измельчитель древесно-растительных отходов
117
трубки 13, закреплённые на бункере, в которых расположены пружины сжатия 14, подвигающие валок 5 к валку 4.
Бункер установлен на раме, выполненной из стоек 15 и основания 16, способной передвигаться за счёт роликов 17.
Измельчитель древесно-растительных отходов работает следующим образом. В верхнюю часть бункера загружается растительное сырьё и попадает на зубчатые валки для первичного измельчения. Далее через среднюю часть бункера, выполненнного в виде усечённого конуса, частично измельчённый материал попадает на ножевой аппарат, где окончательно измельчается и выгружается.
Вывод. Установка, осуществляющая измельчение и смешивание древесно-растительных отходов, предназначенных для компостирования в компостариях различного типа, обеспечивает соблюдение технологии высокого уровня при приготовлении компоста
Список источников
1. ГОСТ Р 53042-2008. Удобрения органические. Термины и определения. Введ. 2008-15-12. М.: Изд-во стандартов, 2010. 16 с.
2. Марфенина О.Е. Антропогенные изменения комплексов микроскопических грибов в почвах: автореф. дис. ... д-ра биол. наук. М.: МГУ, 1999. 48 с.
3. Афанасьев В.Н., Миллер В.В. Критическая влажность компостируемых отходов животноводства и птицеводства // Вестник сельскохозяйственной науки. 1987. № 5. С. 133.
4. Возна Л.И. Компосты: как повысить плодородие почвы. М.: Кладезь-Букс, 2009. 62 с.
5. Гончарук Е.И. Руководство к лабораторным занятиям по коммунальной гигиене. М.: Медицина, 1990. 404 с.
6. Муравьева Ю.В., Гальперина А.Р. Особенности формирования микрофлоры в результате компостирования. М.: Научный биологический блог, 2010.
7. Неклюдов А.Д., Федотов Г.Н., Иванкин А.Н. Интенсификация процесса компостирования при помощи аэробных микроорганизмов. Мытищи: Московский государственный университет леса, 2008.
8. Лумисте Е.Г., Панова Т.В., Панов М.В. Установка для приготовления компоста // Вестник Брянской государственной сельскохозяйственной академии. 2011. № 5. С. 43 - 49.
9. Ешинимаев Б.Ц. Термофильные и термотолерантные аэробные метанотрофы // Микробиология. 2009. Т. 78. № 4. 435 - 450 с.
10. Шаланда А.В. Оценка риска здоровью при компостировании органических отходов // Жизнь без
опасностей. Здоровье. Профилактика. Долголетие. 2009. № 4-1. С. 26 - 31.
11. Миронов В.В., Хмыров В.Д. Влияние активной аэрации на интенсивность протекания биотермических процессов в компостируемой смеси // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2002. Т. 7. № 4. С. 668 - 672.
12. Панов М.В., Лумисте Е.Г. Устройство для приготовления компоста // Сельский механизатор. 2011. № 10. С. 26 - 27.
13. Влияние состава органо-минеральных композиций на интенсивность процесса минерализации при компостировании / О.А. Ульянова, В.В. Чупрова, И.В. Люкшина и др. // Химия растительного сырья. 2002. № 2. C. 39-45.
References
1. GOST R 53042-2008 Udobremya organicheskiye. Terminy i opredeleniya [Tekst]. Vved. 2008-15-12. M.: Izd-vo standartov, 2010. 16 р.
2. Marfenina O.E. Anthropogenic changes in complexes of microscopic fungi in soils: dis. ... Dr. of Biology. M.: MGU, 1999. 48 р.
3. Afanasiev V.N., Miller V.V. Critical moisture content of compostable animal and poultry waste. Bulletin of Agricultural Science. 1987; 5: 133.
4. Vozna L.I. Composts: how to improve soil fertility. M.: Kladez-Buks, 2009. 62 p.
5. Goncharuk E.I. Guide to laboratory studies in communal hygiene. M.: Medicine, 1990. 404 p.
6. Muravieva Yu.V., Galperina A.R. Features of the formation of microflora as a result of composting. M.: Scientific Biological Blog, 2010.
7. Neklyudov A.D., Fedotov G.N., Ivankin A.N. Intensification of the composting process with the help of aerobic microorganisms. Mytishchi: Moscow State Forest University, 2008.
8. Lumiste E.G., Panova T.V., Panov M.V. Installation for the preparation of compost. Vestnik of the Bryansk State Agricultural Academy. 2011; 5: 43-49.
9. Yeshinimaev B.Ts. Thermophilic and thermotoler-ant aerobic methanotrophs. Microbiology. 2009; 78(4): 435-450.
10. Shalanda A.V. Health risk assessment during organic waste composting. Life without dangers. Health. Prevention. Longevity. 2009; 4-1: 26-31.
11. Mironov V.V., Khmyrov V.D. Influence of active aeration on the intensity of biothermal processes in a com-postable mixture. Tambov University Reports. Series Natural and Technical Sciences. 2002; 7(4): 668-672.
12. Panov M.V, Lumiste E.G. Device for making compost. Selskiy Mechanizator. 2011; 10: 26-27.
13. Influence of the composition of organo-mineral compositions on the intensity of the mineralization process during composting / O.A. Ulyanova, V.V. Chuprova, I.V. Lyukshina et al. Chemistry of plant raw materials. 2002; 2: 39-45.
Максим Владимирович Панов, кандидат технических наук, pmv-1980@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-3266-670X
Татьяна Васильевна Панова, кандидат технических наук, доцент, panovatava@yandex.ru, https://orcid. org/0000-0002-4238-2233
Maxim V. Panov, Candidate of Technical Sciences, pmv-1980@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-3266-670X Tatiana V. Panova, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, panovatava@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-4238-2233
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: all authors have made an equivalent contribution to the preparation of the publication. The authors declare no conflict of interests.
Статья поступила в редакцию 19.02.2022; одобрена после рецензирования 11.03.2022; принята к публикации 18.03.2022.
The article was submitted 19.02.2022; approved after reviewing 11.03.2022; accepted for publication 18.03.2022.
-Ф-
Научная статья УДК 635.621: 631.5
doi: 10.37670/2073-0853-2022-94-2-119-125
Влияние методов механизированного возделывания на семенную продуктивность различных сортов тыквы в Нечернозёмной зоне
Андрей Владимирович Гончаров12
1 Российский государственный аграрный заочный университет, Балашиха, Россия
2 Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева, Москва, Россия
Аннотация. Семена тыквы являются сырьём для получения лекарственных препаратов, используются для составления различных диет, лечения и профилактики различных заболеваний. Подбор новых сортов с высокой семенной продуктивностью для механизированного возделывания в условиях умеренной зоны РФ позволит увеличить урожайность этой ценной культуры. Проанализированы методы механизированного возделывания тыквы различных сортов в условиях открытого грунта Московской области, сельскохозяйственная техника, применяемая при посеве семян, уходе за посевами, сборе урожая. Выявлено, что для получения семян для механизированного возделывания из твердокорых сортов тыквы лучше всего подходит сорт Пивденная (250,9 кг/га) из крупноплодных - сортообразец № 119-С (240,2 кг/га), из мускатных -№ 19-Пгв (339,3 кг/га). Полезный выход семян составляет 100,0 % у сорта Пивденная, так как этот сорт голосемянный, что очень удобно использовать для переработки.
Ключевые слова: тыква, семена, механизированное воздействие, урожайность.
Для цитирования: Гончаров А.В. Влияние методов механизированного возделывания на семенную продуктивность различных сортов тыквы в Нечернозёмной зоне // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2022. № 2 (94). С. 119 - 125. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2022-94-2-119-125.
Original article
Influence of mechanized cultivation methods on seed productivity of various varieties of pumpkin in the Nonchernozem zone
Andrey V. Goncharov12
1 Russian State Agrarian Correspondence University, Balashikha, Russia
2 Russian State Agrarian University - Moscow Timiryazev Agricultural Academy, Moscow, Russia
Abstract. Pumpkin seeds are raw materials for the production of medicines, are used to make various diets, treat, and prevent various diseases. The selection of new varieties with high seed productivity for mechanized cultivation in the temperate zone of the Russian Federation will increase the yield of this valuable crop. The methods of mechanized cultivation of pumpkins of various varieties in open ground conditions of the Moscow region, agricultural machinery used for sowing seeds, caring for crops, and harvesting are analyzed. It was found that for obtaining seeds for mechanized cultivation from hard-skinned varieties of pumpkin, the Pivdennaya variety (250.9 kg/ha) is best suited from large-fruited varieties - variety No. 119-C (240.2 kg/ha), from muscat varieties - No. 19-Pgv (339.3 kg/ha). The useful seed yield is 100.0 % for the Pivdennaya variety, since this variety is gymnospermous, which is very convenient to use for processing.
Keywords: pumpkin, seeds, mechanized impact, productivity.
For citation: Goncharov A.V. Influence of mechanized cultivation methods on seed productivity of various varieties of pumpkin in the Nonchernozem zone. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2022; 94(2): 119-125. (In Russ.). https://doi.org/10.37670/2073-0853-2022-94-2-119-125.
В настоящее время тыква выращивается практически во всех странах мира. Раньше в России тыкву выращивали в основном в южных регионах [1], но в последние годы потепление климата привело к расширению ареала возделывания этой ценной культуры [2, 3]. Семена тыквы можно использовать в качестве лекарственного сырья (используют порошок, отвар, эмульсию, кашу),
из них получают витамин Е (токоферол), который является антиокислителем многих соединений. Широко применяются семена и мякоть тыквы в диетическом и лечебно-профилактическом питании [4], при профилактике различных заболеваний. Сортимент тыквы для Нечернозёмной зоны невелик [5]. В последние годы выводятся новые сорта. Подбор сортов с высокой семен-
