CC BY
49УДК 631.86 - 027.22
Трухачев В. И., Злыднев Н. 3., 3лыднева P. M.
Trukhachev V. I., Zlydnev N. Z., Zlydneva R. M.
ПРОИЗВОДСТВО И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ ORGANIC FERTILIZER MANUFACTURING
Приводятся данные о выходе навоза и помета при бесподстилочном содержании сельскохозяйственных животных и птицы, его физико-химическом составе и использовании растениями на полях. Представлены нормы, сроки внесения и способы заделки бесподстилочного навоза, разработанные ВНИИА. Даны рекомендации по обработке удобрения перед внесением на поля с целью охраны окружающей среды.
Ключевые слова: гумусообразование, органическое удобрение, почва, урожайность, биологизация земледелия, гумификация почвы.
The data on the output of manure and manure in without mat content of livestock and poultry, its physical and chemical composition and the use of plants in the field. Presented standards, terms of payment and termination methods manure developed VNIIA. Recommendations for processing before making fertilizer on fields with a view to protecting the environment.
Keywords: humus formation, organic fertilizer, soil, yields per unit, biologization of agriculture, soil humification.
Трухачев Владимир Иванович -
доктор сельскохозяйственных наук, доктор экономических наук, член-корреспондент РАН, профессор, ректор Ставропольского государственного аграрного университета Тел.: (8652) 35-22-82 Email: inf@stgau.ru
Злыднев Николай Захарович -
доктор сельскохозяйственных наук, профессор
кафедры кормления животных и общей биологии
Ставропольского государственного
аграрного университета
Тел.: (8652) 28-61-10
Email: nz-kormlenec@yandex.ru
Злыднева Раиса Михайловна -
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
кафедры кормления животных и общей биологии
Ставропольского государственного
аграрного университета
Тел.: (8652)28-61-10
Email: nz-kormlenec@yandex.ru
Trukhachev Vladimir Ivanovich -
Rector of Stavropol State Agrarian University, Doctor of Agricultural science, Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Honored Scientist of Russia, Professor of Animal Nutrition and General Biology Department
Phone: (8652) 35-22-82 Email: inf@stgau.ru
Zlydnev Nicholas Zakharovich -
Doctor of Agricultural science, Honored Scientist
of Russia, Professor
of Animal Nutrition
and General Biology Department
Phone: (8652) 28-61-10
Email: nz-kormlenec@yandex.ru
Zlydneva Raisa Mikhailovna -
PhD in Agricultural, Assistant Professor of Animal Nutrition and General Biology Department Phone: (8652) 28-61-10 Email: nz-kormlenec@yandex.ru
Органическое вещество навоз, попадающий в почву, считают вторым по массе после корневых и пожнивных остатков культивируемых культур. Кроме того, он является не только основным источником органического удобрения, с ним в почву попадают макро-и микроэлементы минерального питания животных, также создающие благоприятные условия для сельскохозяйственных культур. Физико-химические, биологические, физические свойства почвы находятся в тесной взаимосвязи с вносимым навозом. В нем находится весь комплекс органических и минеральных веществ, обладающих гуму-сообразованием и обеспечивающих формирование урожая [5].
Жизнеспособность агротехнических приемов базировалась и базируется на получении
с единицы площади максимальной урожайности. Однако это приводит к уменьшению органического вещества и получению нестабильных урожаев. Внесение навоза в почву приостанавливает этот процесс [2]. Животноводство является неотъемлемой частью агрономии.
В предыдущем издании книги "Система земледелия Ставрополья" (2011) описаны приемы технологий переработки навоза: компостирование полужидкого; гомогенизация жидкого и полужидкого; разделение жидкого в отстойниках-накопителях; разделение жидкой фракции с использованием биологической обработки, механическое разделение жидкой фракции с частичной ее биологической обработкой и подготовкой для внесения в почву.
Следует обратить внимание, что проблемой, которая возникла в стране с введением в эксплуатацию мегаферм, является утилизация
бесподстилочного навоза и помета, что обусловило резкое увеличение нагрузок на окружающую среду. По данным экологической комиссии ЕС, при несвоевременной заделке в почву навоза и помета до 80 % аммиака и до 10 % метана, поступающего в атмосферу, выделяется из навоза [1]. В целях улучшения физических характеристик бесподстилочного навоза и помета необходимо создание надежных технических средств по их разделению на фракции и гомогенизации. Это снизит выход навоза и помета, резко сократит затраты на их утилизацию. При этом обязательна своевременная утилизация навоза, не допускающая загрязнения окружающей среды.
Под влиянием навоза и других органических удобрений улучшаются физические, химические и биологические свойства почв, их водный и воздушный режимы. С увеличением интенсификации земледелия значение органического удобрения для пополнения запаса гумуса в почве значительно возрастает.
Для края это насущная проблема, так как в сельскохозяйственных организациях существенно сократилось количество крупного рогатого скота, овец, свиней. В то же время на фермах скопилось огромное количество навоза, который не вывозится на поля якобы из-за сокращения затрат, но при этом не учитывается гумусообразующая способность навоза, т. е. сохранение плодородия почв на годы вперед. На это должны обращать внимание руководители и специалисты сельскохозяйственных предприятий.
В круговороте веществ в природе, в частности в образовании гумуса, большую роль играет навоз и помет. С ними в почву попадают органические вещества. Выход навоза и помета определяется многими факторами. Среди них вид и возраст животных, набор кормов в рационе, способ содержания животных.
Возможное количество получения мочи и фекалий от животных показано в таблице 1.
Влажность подстилочного навоза крупного рогатого скота в зависимости от способа содержания животных и количества добавляемой подстилки, согласно общероссийским нормам технологического проектирования, ориентировочно может приниматься для коров молочных пород, молодняка и телят соответственно:
- при привязном содержании - 78,72 и 68 %;
- боксовом содержании - 79,78 и 72 %;
- беспривязном содержании на глубокой подстилке - 69,71 и 70 %.
Суточный выход помета по возрастным группам птиц различного вида и возраста на голову приведен в таблице 2.
Влажность помета кур и индеек составляет 73-76 %, гусей и уток - 83-85 %. При клеточном содержании усушка помета кур и молодняка старшего возраста в птичниках составляет через 8 ч - 10 %, через 12 ч - 13 %, через 24 ч -27 %; усушка помета молодняка в возрасте 1-40 дней за 8 ч - 12 %, через 12 ч - 16 %, через 24 ч 32 %. Объемная масса помета (при расчете пометохранилища) - 0,7-0,6 т/м3, зольность 17,3 %, влажность - 55-60 %.
При содержании кур на подстилке в птичниках с пометными коробами следует считать: 60 % помета в коробах и 40 % на подстилке. Усушку помета при напольном содержании кур принимать 50 %, влажность - 50-60 % [6, 3].
На каждый литр произведенного молока приходится около 1,45 кг навоза, а на каждый килограмм прироста животных приходится от 6 до 25 кг навоза (Лавтон и др. 1960; Р. Лер, 1979). Часть общего количества отходов животных остается на пастбищах, но большое количество скапливается на откормочных площадках и в коровниках, вследствие чего их необходимо собрать, транспортировать и использовать экономически целесообразным способом, исключая вредное воздействие на окружающую среду.
Термин «отходы животноводства» означает любую из следующих разновидностей:
Таблица 1 - Количество мочи и фекалий от одного животного в сутки
Группы животных, системы содержания Моча, л Фекалии, кг Группы животных Моча, л Фекалии, кг
Коровы при привязном содержании 20 30 Свиньи супоросные и холостые 8 8
беспривязном содержании 20 50 Подсосные с поросятами 10 15
Быки-производители при привязном содержании 10 30 Ремонтный молодняк 2,5 5
беспривязном содержании 10 35 Поросята-отъемыши 0,8 2,5-3,5
Нетели при привязном содержании 7 20 Взрослые свиньи на откорме 4 6,5
беспривязном содержании 7 25 Откормочный молодняк 2,5 5,0
Молодняк при привязном содержании 6 12 Овцы взрослые 1 4
беспривязном содержании 4 15 Молодняк 0,5 2
Телята при клеточном содержании 2 5 Лошади взрослые 10-12 20
групповом содержании 2,5 10 Молодняк 6-8 10-15
Жеребята 4 8
а) свежие экскременты, включая как твердую, так и жидкую фракции;
б) все экскременты, но с подстилкой для поглощения жидкой фракции;
в) твердые остатки после просачивания в почву жидкости, испарения воды или выщелачивания растворимых питательных веществ;
г) жидкая фракция, отделяющаяся из общей массы отходов;
д) твердые остатки, образовавшиеся после аэрационного или анаэробного хранения навоза.
Характеристики навоза значительно отличаются. Влажность свежего навоза зависит от вида корма, а также температуры и влажности окружающей среды. При сухой и жаркой погоде навоз подсыхает. При дождливой погоде, а также при удалении навоза из помещения гидросмывом или при добавлении воды с целью улучшения текучести влажность отходов значительно увеличивается. Характеристики отходов животноводства зависят от изменений состояния окружающей среды, а также уровня продуктивности животных.
Для определения взаимосвязи между рационом животных и характеристиками навоза можно провести балансовые опыты. Хотя точность этого метода велика, он отнимает много времени и обходится дорого.
Количество и качество отходов можно определить, если известны коэффициенты усвояемости компонентов корма. Такие данные поступают по мере того, как производители кормов улучшают качество своей продукции. В этих данных приводятся сведения о содержании в кормах протеина, жиров, клетчатки, БЭВ и минеральных веществ. Часто прилагаются и другие сведения относительно питательных свойств кормов.
Коэффициенты усвояемости не представляют собой постоянных величин для данного корма или вида животных. На них влияют различные факторы, в частности характеристики и сбалансированность питательных веществ рациона. Усвояемость смеси кормов не всегда представляет собой среднее значение величин усвояемости ее компонентов, определенных по отдельности или косвенным путем. Каждый компонент корма может оказывать влияние на усвояемость другого компонента. Помимо этого, отдельные партии корма отличаются от средних характеристик этого корма.
Даже с учетом подобных различий и вариаций коэффициенты усвояемости можно использовать для оценки количества и качества навоза от данного корма. Изменение состава навоза можно определить путем суммирования процентного содержания в переваренном корме протеина, жиров, клетчатки и БЭВ. Содержание минеральных веществ можно использовать для определения состава золы. Содержание клетчатки и БЭВ оценивается по содержанию лигнина, целлюлозы и гемицеллюлозы. Зная баланс сухих веществ и воды при производстве продукции, можно довольно точно определить количество навоза, образующегося на конкретном предприятии.
Как у свиней, так и у птицы рацион имеет весьма высокую усвояемость. Отходы крупного рогатого скота и лошади отличаются по составу от отходов животных с однокамерным желудком. Корм, поедаемый жвачными животными и лошадьми, труднее переваривается. Бактерии, населяющие желудок жвачных животных, а у лошадей слепую кишку и толстый отдел кишечника, позволяют им усваивать корма, содержащие целлюлозу. В эти корма входит такой компонент, как лигнин, который
Таблица 2 - Выход помета, г/сут
Вид птицы Взрослое поголовье Возрастные группы молодняка (в днях)
1-30 31-60 61-150 1-63 64-140 141-180 1-56 1-119 120-210 120-240 57-112 112-161 64-240
Суточный выход помета, г на голову
Куры яичного направления
Родительское стадо 189 - - - - - - - - - - - - -
Промышленное стадо 175 24 97 176 - - - - - - - - - -
Мясные куры 276-300 - - - 158* - - 135 ** - - - - - -
- - - - 140 (Р) 4) СО О- 288 (Р) - - - - - - -
Индейки 450 - - - - - - 175 - - - 364 420 -
- - - - - - - - 378 (Р) 450 (Р) 480 (Р) - - -
Утки 423 - - - 384 - - 382 - - - - - -
Гуси 594 330 480 - - - - - - - - - - 495
Примечание: Р - ремонтные, * - при содержании в клетках, ** - при содержании на полу.
сопутствует целлюлозе в растениях и плохо переваривается в рубце. Моча жвачных животных имеет более высокую щелочность вследствие того, что их рацион содержит большее количество калия, кальция и магния.
При стойловом содержании животным дают корма такого состава, который обеспечил бы наибольший прирост в самый короткий срок. Высокоэффективное потребление корма животными влияет на интенсивность производства молока, роста и откорма или яйценоскость.
В экскрементах одних и тех же животных содержится больше питательных веществ при скармливании им большего количества концентратов только потому, что этот корм содержит больше питательных веществ. Когда уровень содержания протеина в корме возрастает выше определенного предела, протеин усваивается менее эффективно и в большей мере переходит в кал.
Характеристики навоза животных зависят от усвояемости и состава кормового рациона. Навоз скота состоит из непереваренного корма (главным образом волокон целлюлозы), который избежал бактериального воздействия. Часть других питательных веществ также не переваривается. Непереваренные протеины выделяются с калом, а обменный азот - с мочой в виде мочевой кислоты у птиц и в виде мочевины у скота. В навозе содержатся также остатки пищеварительных соков, минеральных веществ, отмершие клетки эпителия кишечного тракта, слизь, бактерии и посторонние вещества, например грязь, проглоченная вместе с кормом. Кальций, магний, железо и фосфор выделяются главным образом с калом.
Экскременты скота могут содержать так же корм, рассыпанный в загонах, другие примеси. Следует отметить, что с целью увеличения прироста живой массы корма для животных часто содержат добавки неорганических веществ. Некоторые из этих добавок угнетают микроорганизмы и тем самым могут влиять на эффективность систем биохимической очистки отходов животных. Из всех элементов навоза наибольший процент составляет вода, поэтому в зависимости от содержания воды различают твердый навоз (с влажностью 70-85 %), полужидкий бесподстилочный (влажностью менее 92 %), жидкий (влажностью 92-97 %) и навозные стоки (влажностью более 97 %). Влажность навоза во многом зависит от технологии содержания животных и применения подстилки. На тех фермах, где применяется подстилка, получают подстилочный навоз с меньшим содержанием влаги.
В последние годы технология производства животноводческой продукции предусматривает бесподстилочное содержание животных и при такой технологии получают бесподстилочный навоз. В состав бесподстилочного навоза входит большое количество органических веществ и питательных элементов, необходимых растениям.
Содержание органических веществ зависит от вида животных, типа кормления, возраста и составляет 75-85 % сухого вещества бесподстилочного навоза.
Бесподстилочный навоз крупного рогатого скота и свиней представляет собой неоднородную массу, в состав которой входят растворимые в воде соли и низкомолекулярные органические соединения выделений животных, твердые частицы экскрементов в виде остатков непереваренных кормов. Они находятся в навозе в виде крупных взвесей. Нерастворимые примеси в виде суспензии, находящиеся вместе с коллоидными частицами, представляют собой продукты выделения животных и являются частью непереваренных кормов. В таблицах 3 и 4 приведены средние данные о химическом составе неразбавленного водой бесподстилочного навоза. Относительное содержание биогенных элементов в навозе находится и в прямой зависимости от содержания в нем сухого вещества, то есть от степени разбавления экскрементов водой.
Бесподстилочный навоз содержит 50-70 % растворимого азота, источником которого является моча и растворимый азот кала. Эти формы азота хорошо усваивают растения. Однако основной формой азота в жидкой фракции навоза является аммиак и его соли. Источником аммиака является моча и расщепление белковых веществ при гниении и дезаминировании аминокислот.
Фосфор навоза и помета используется растениями значительно лучше, чем фосфор минеральных удобрений. Фосфор органических удобрений представлен нуклеиновыми кислотами, нуклеопротеидами, фосфорилирован-ными сахарами, фосфолипидами, аденозин-фосфатами.
Калий жидкого навоза также хорошо усвояем и находится исключительно в растворимой форме, а поэтому легко усваивается. Калий представлен в бесподстилочном навозе растворимыми солями и коллоидными частицами.
Свойства помета [7], являющегося дисперсной системой, можно разделить на две категории: физико-механическую и химическую. Первая характеризует структуру и фазовое состояние, а вторая - количественное содержание в помете азота, фосфора, калия, воды, органического вещества и др. (табл. 5).
Помет содержит большое количество органических и неорганических веществ и является благоприятной средой для развития различных микроорганизмов, находящихся в окружающей среде. Естественное поступление кислорода, достаточное количество влаги, благоприятная температура внешней среды создают условия для интенсивного размножения микроорганизмов, исчисляющихся миллиардами в 1 г, находящиеся в помете окислительные, термофильные, денитрифицирующие, нитрифицируещие бакте-
рии, сбраживающие целлюлозу, пектиновые вещества, плесневые грибы, актиномицеты, дрожжи в результате жизнедеятельности переводят сложные органические вещества в простые, доступные для растений.
Кроме вышеуказанных, в навозе и помете содержатся микроэлементы, макроэлементы, необходимые для питания растений, поэтому они являются полноценными комплексными удобрениями. Находясь в помете и бесподстилочном навозе, в хорошо растворимом состоянии органические и минеральные вещества лучше используются растениями, чем из подстилочного, а поэтому оказывают более эффективное влияние на рост и формирование урожая.
Калий и фосфор в обоих видах навоза доступны практически одинаково.
При хранении бесподстилочного навоза и помета потери из него органических веществ и азота в несколько раз ниже, чем с соломенной подстилкой.
По действию на формирование урожая бесподстилочный навоз оказывает промежуточное действие между подстилочным и минеральными удобрениями. При внесении бесподстилочного навоза, полужидкого и жидкого как крупного рогатого скота, так и свиней их влияние на урожай значительно не различается. Решающим в этом случае является количество вносимого азота.
Количество органических и минеральных элементов в твердой и жидкой фракциях навоза значительно различается, поэтому эффективность их влияния на растения различна. Азотом аммиака наиболее богата жидкая фракция, так как в нее попадает вся моча, а в ней азот находится преимущественно в виде аммонийных солей. Многие исследователи считают, что жидкая
фракция навоза, получаемая при разделении на центрифугах и прессах, действует также быстро, как азотные удобрения. Наиболее эффективный путь ее применения под культуры, нуждающиеся в большом количестве азота.
При использовании в оптимальных дозах последствия жидкой фракции такие же, как и при использовании минеральных азотных удобрений.
Жидкая фракция бесподстилочного навоза оказывает наиболее активное действие на урожай злаковых культур и сложноцветных. Так, при внесении жидкой фракции навоза в животноводческом комплексе «Мичуринский» Тамбовской области на долголетние культурные пастбища урожайность трав увеличивалась на 95-237 %, по сравнению с контролем - без удобрений [4].
Твердая фракция бесподстилочного навоза равноценна как удобрение подстилочному навозу при формировании величины урожая удобряемой культуры. Ее целесообразно применять преимущественно под пропашные культуры.
Более высокое содержание в ней аммиачного азота, чем в подстилочном, делает это удобрение более предпочтительным для внесения в раннее время. В этом случае большая часть азота усваивается растениями с наименьшими потерями.
Характерной особенностью бесподстилочного навоза является его более сильное влияние на качество урожая сельскохозяйственных культур в сравнении с подстилочным навозом. Это можно объяснить более высоким содержанием в нем растворимых питательных веществ. С возрастанием доз бесподстилочного навоза уменьшается количество сухого вещества и увеличивается содержание сырого протеина в зерне, картофеле, сахарной свёкле, кормовых
Таблица 3 - Среднее содержание сухих и биогенных веществ в экскрементах крупного рогатого скота
Показатель Дойные коровы Молодняк на откорме
Моча Кал Смесь Моча Кал Смесь
Суточный выход, кг 20 35 55 9 18 27
Сухое вещество, % 5,8 14,1 11,7 6 20,9 14,9
Общий азот, % 0,41 0,35 0,37 0,53 0,33 0,40
Кальций (СаО), % 0,01 0,29 0,19 0,01 0,25 0,17
Фосфор (Р205), % 0,01 0,31 0,21 0,01 0,35 0,24
Калий (К20), % 1,14 0,14 0,50 1,03 0,14 0,52
Таблица 4 - Среднее содержание сухих и биогенных веществ в экскрементах свиней
Показатель Супоросные свиноматки Свиньи на откорме
Моча Кал Смесь Моча Кал Смесь
Суточный выход, кг 8,0 2,08 10,8 3,6 2,6 6,2
Сухое вещество, % 2,5 28,6 9,26 3,22 25,0 12,4
Общий азот, % 0,35 0,71 0,47 0,78 0,77 0,77
Кальций (СаО), % 0,05 0,70 0,18 0,01 0,67 0,29
Фосфор (Р2О5), % 0,03 0,66 0,20 0,09 0,88 0,42
Калий (К2О), % 0,24 0,30 0,26 0,18 0,38 0,24
Таблица 5 - Физико-химический состав помета и его количественное поступление от сельскохозяйственной птицы (средние значения) по данным ВНИИТИП
Вид птицы Поступление помета, г/сутки Насыпная масса, кг/м3 Химический состав, % Фазовое состояние
Вода Азот Фосфор Калий
Молодняк
Яичные куры 100 605 66 1,65 1,00 0,62 Сыпучее
Мясные куры 110 680 74 1,45 0,55 0,49 Сыпуче-вязкое
Цыплята-бройлеры 65 622 68 1,54 0,48 0,36 Сыпучее
Индейки на мясо 160 640 70 1,76 0,69 0,40 Сыпучее
Индейки 231 690 72 1,33 0,48 0,32 Сыпуче-вязкое
Гуси на мясо 200 710 76 1,42 0,72 0,48 Вязкое
Гуси 340 740 78 1,40 0,67 0,45 Вязкое
Утки на мясо 190 715 78 1,10 0,45 0,20 Вязкое
Утки 280 700 78 1,20 0,45 0,30 Вязкое
Взрослая птица
Куры: яичного родительского стада 155 670 73 1,31 0,68 0,59 Сыпуче-вязкое
яичного промышленного стада 150 650 71 1,24 0,57 0,51 Сыпуче-вязкое
мясные родительского стада 160 680 73 1,52 0,55 0,48 Вязкое
Индейки 260 600 64 1,68 0,61 0,38 Сыпучие
Гуси 392 750 82 1,38 0,58 0,43 Вязкое
Утки 340 - 80 1,00 1,40 0,62 Вязкое
корнеплодах, многолетних травах и других культурах. Содержание фосфора, кальция, магния, калия и натрия в зерне при использовании бесподстилочного навоза практически не изменяется, увеличивается лишь количество калия в соломе [1].
Содержание крахмала в клубнях картофеля снижается по мере возрастания норм жидкого навоза, поэтому под картофель не рекомендуется применять бесподстилочный навоз в количествах, превышающих оптимальные нормы. Содержание кальция, магния и натрия в клубнях картофеля под влиянием высоких норм навоза практически не изменяется, в то время как содержание фосфора и особенно калия заметно повышается.
Под сахарную свёклу бесподстилочный навоз не следует применять в чрезмерно высоких дозах, так как при этом повышается содержание растворимой золы, существенно снижающей выход сахара.
Содержание фосфора, кальция, магния и натрия в корнях и листьях сахарной и кормовой свёклы даже при очень высоких нормах бесподстилочного навоза практически не изменяется. Для повышения содержания сырого протеина в кормовой свёкле можно применять бесподстилочный навоз в высоких нормах. Содержание калия в корнях при этом, конечно, увеличивается, однако оно не превышает значений, допускаемых при кормлении животных.
Бесподстилочный навоз используется не только под кормовые корнеплоды, но и под другие кормовые растения, в первую очередь злаковые травы, зерновые злаковые культуры.
Существенным показателем качества кормовых культур является содержание в них нитратов. С повышением нормы внесения жидкого навоза содержание нитратов в кукурузе и многолетних злаковых травах значительно повышается. В стеблях кукурузы накапливается больше нитратов, чем в листьях и початках.
Содержание нитратного азота в многолетних злаковых травах также увеличивается под влиянием бесподстилочного навоза и высоких норм и в некоторых случаях достигает 0,14-0,20 % сухого вещества, но не превышает предельно допустимых концентраций (0,25 % на абсолютно сухое вещество) [3].
Высокое количество бесподстилочного навоза меньше влияет на накопление сырого протеина, нитратов и фосфата в однолетних злаково-бобовых травах, чем в кукурузе и многолетних злаковых травах. Влияние фосфора, кальция, магния и натрия, вносимых с бесподстилочным навозом, на содержание этих элементов в сухом веществе трав незначительно. Содержание натрия в кормовых растениях при удобрении их бесподстилочным навозом во много раз ниже, чем при удобрении минеральными азотными удобрениями. Это объясняется повышенным содержанием калия в навозе. При использовании бесподстилочного навоза крупного рогатого скота в высоких нормах следует учитывать большое содержание в нем калия и соответственно снижать норму минеральных калийных удобрений.
В результате длительного применения навоза в повышенных нормах в кормовых растениях может накапливаться значительное ко-
личество микроэлементов, которое следует учитывать при составлении сбалансированных по минеральным веществам рационов для животных.
При увеличении норм бесподстилочного навоза в кукурузе заметно повышается содержание растворимых углеводов, практически не изменяется накопление сырого жира, сырой золы, безазотистых экстрактивных веществ и магния. В многолетних злаковых травах снижается количество сырой клетчатки, растворимых углеводов, безазотистых экстрактивных веществ и повышается содержание сырой золы и магния.
В связи с возможными потерями азота при осеннем и зимнем внесении навоза, особенно на легких почвах, потребность растений в нем не полностью покрывается за счет бесподстилочного навоза. Недостающее количество азота вносят с минеральными азотными удобрениями весной или в период вегетации растений. При подкормке многолетних трав получение наиболее высоких урожаев обеспечивается при сочетании бесподстилочного навоза с минеральными азотными удобрениями.
Нормы внесения бесподстилочного навоза зависят от сроков его применения. В крупных животноводческих хозяйствах его невозможно вносить в оптимальные агротехнические сроки в связи с большим объемом накопления и ограниченными возможностями для хранения. Решить проблему использования больших количеств бесподстилочного навоза, и особенно навозных стоков, можно путем круглогодичного внесения, в том числе с последующей весенней заделкой в почву. При этом благодаря уменьшению капиталовложений на строительство навозохранилищ и более полному использованию погрузочной техники и транспортных средств очевиден экономический эффект.
По данным научно-исследовательских учреждений страны, зимнее использование бесподстилочного навоза по действию на урожай незначительно уступает его своевременному применению под основную обработку почвы.
Внесение на поля жидкого навоза зимой сопряжено с угрозой загрязнения окружающей среды. Снизить эту угрозу можно предупреждением внесения жидких органических удобрений на склонах по глубокому снежному покрову.
Эффективность использования питательных веществ бесподстилочного навоза сельскохозяйственными культурами достигается при нормах, указанных в таблице 6. Их следует рассматривать как ориентировочные и уточнять применительно к местным почвенно-климатическим условиям с учетом результатов полевых опытов зональных научно-исследовательских учреждений.
В условиях орошаемого земледелия нормы повышают на 25-30 %. Для планомерного использования больших количеств бесподстилочного навоза животноводческих комплексов необходимо ежегодно составлять план-график
его внесения в севообороте, который служит составной частью системы удобрения. В нем указывают количество и время поступления навоза, поля, участки, нормы и сроки внесения. Если навоз, навозные стоки применяют с поливными водами, то план использования жидких органических удобрений должен быть увязан с планом полива сельскохозяйственных культур.
Эффективное применение бесподстилочного навоза в качестве удобрения достигается в условиях специализированных севооборотов интенсивного типа. Земельная площадь, необходимая для его рационального использования, должна быть предусмотрена при разработке проектов размещения животноводческих комплексов. Во многих почвенно-климатических зонах нашей страны интенсивные кормопро-пашные севообороты с многолетними травами, силосными и другими культурами позволяют вносить бесподстилочный навоз в повышенных нормах в течение круглого года.
Внесение навоза на поля как с целью его удаления, так и ради удобрительной ценности практиковалось многие века. Задача заключается в том, чтобы использовать химические, физические и биологические свойства почвы как акцепторы навоза с минимумом нежелательных последствий для выращиваемых культур, качества почвы, грунтовых и поверхностных вод. Земля - неоценимое богатство - ею и навозом необходимо распоряжаться заботливо, чтобы использовать этот ресурс для улучшения плодородия почвы, в первую очередь, восстановления в ней гумуса.
Подходы к удалению навоза сводятся по существу к их перемещению от места образования к месту использования. Почва может служить приемником органических и неорганических остатков, если методы внесения их на поля основаны на понимании агрономических основ земледелия. Когда для удаления навоза используют землю, важно избежать ошибок, чтобы не допустить попадания образующихся газов в атмосферу, а навоза в водные источники.
Внесение навоза на поля включает процессы рециркуляции и повторного использования органических и неорганических веществ. Каждая почва имеет свою максимальную способность ассимилировать и обрабатывать навоз и восстанавливать грунтовые воды. Эта способность связана со свойствами почвы, условиями окружающей среды и выращиваемыми культурами. Максимальная ассимилирующая способность почвы дает представление о возможной максимальной нагрузке почвы навозом.
Ассимилирующая способность почвы связана с микробными, химическими и физическими реакциями в почвенных слоях. Единицами ассимилирующей способности почвы должно быть критическое количество единиц отходов, вносимое в единицу времени на единицу глубины или объема пропитываемой почвы, например литры
жидкой фракции навоза, килограммы органических веществ или килограммы азота на кубический метр почвы или на метр глубины почвы в неделю, месяц или год. Как минимум норму нагрузки почвы нужно указывать в единицах количества навоза, вносимого в единицу времени на единицу площади поверхности. В настоящее время нормы внесения обычно указывают в тоннах влажного навоза на гектар. Если эти нормы могут служить рабочими нормами при удалении навоза, то они не дают понятия об основных или регулирующих параметрах.
Каждое место, куда удаляют навоз, имеет собственный контрольный параметр, который, в свою очередь, зависит от свойств навоза, почвы. Главная роль при этом принадлежит охране окружающей среды. Приемлемые нормы нагрузки почвы навозом и нежелательные реакции, которые могут происходить, известны только в общих чертах. Сведения, которые позволят использовать землю еще и в качестве акцептора навоза, только начинают накапливаться.
Информация, которой мы располагаем, основывается на использовании минеральных удобрений и навоза для повышения урожаев. Имеются данные о количествах питательных веществ и микроэлементов, поглощаемых культурой из этих источников. Дальнейшее состояние остающихся органических и неорганических
веществ изучено недостаточно. Для разработки оптимальных мест использования навоза и улучшения плодородия почв нужны дополнительные исследования в области агрономии, почвоведения, сельскохозяйственной и санитарной техники.
Отходы от животных - это остатки растений, выращенных на земле. Их запахивание в почву способствует рециркуляции питательных веществ.
Эвапотранспирация, денитрификация, улетучивание и образование двуокиси углерода из навоза не создают никаких угроз загрязнения окружающей среды. Особое беспокойство в этом отношении вызывают составные части жидкой фракции навоза, глубокая фильтрация в почву и накопление в почве потенциально ингибирующих концентраций минеральных веществ.
Запахивание навоза и помета на поля может служить целому ряду полезных целей. Такой метод удаления частично восстанавливает круговорот питательных веществ в продуктах питания сельскохозяйственных культур. В отношении сельскохозяйственных отходов (навоза) такое удаление часто требует меньших затрат, чем другие методы. При правильном применении данный метод способствует пополнению запасов в почве грунтовых вод и, как следствие этого, улучшению почв. Для этой цели можно
Таблица 6 - Примерные нормы, сроки внесения и способы заделки бесподстилочного навоза
(рекомендованы ВНИИА)
Культура Примерная годовая норма содержания азота в навозе, кг/га Время внесения Способ заделки
Яровые зерновые 140 Осенью под зяблевую вспашку Под плуг
Озимые зерновые 150 Летом под основную обработку почвы и зимой Под плуг и весеннее боронование
Картофель столовый 120-180 Осенью, зимой и весной Под плуг
Картофель фуражный 240 -280 То же То же
Сахарная свёкла (фабричная) 200-240 Осенью под зяблевую вспашку, зимой и весной Под плуг или дисковый лущильщик
Свёкла кормовая и сахарная на корм скоту 320-360 То же То же
Кукуруза на зеленый корм и силос 240-320 Осенью, зимой и весной То же
Многолетние травы и бобово-злаковые травосмеси на сено и зеленый корм 240-320 Зимой,весной до начала вегетации растений и после укосов Боронование
Однолетние травы 120-160 Осенью, зимой и весной Под плуг или дисковый лущильщик
Озимая рожь на зеленый корм 120-140 Летом под основную обработку и зимой Под плуг и весенние боронование
Сенокосы 200-240 Зимой,весной до начала вегетации растений и после укосов Боронование
Пастбища 160-200 Зимой,весной до начала вегетации растений и после стравливания (дождевальными установками) То же
использовать необработанные и частично обработанные навоз и помет.
Требования к обработке навоза и помета перед их внесением на поля не так велики, поскольку почва обеспечит последующую обработку и рециркуляцию питательных веществ. Предварительная обработка может заключаться только в снижении до минимума неприятных запахов, снижении ВПК и содержании питательных веществ (рис.).
Выращивание сельскохозяйственных культур на площадях, куда вносят навоз и помет, важно для целесообразного использования почвы как приемника отходов. Растения незаменимы для увеличения скорости поглощения питательных веществ, эвапотранспирации, транспира-ции и предотвращения эрозии почвы. Растения ослабляют удары дождевых капель о почву и, поглощая влагу, увеличивают емкость для ее хранения. Транспирация растений приводит к значительной потере влаги из почвы и поглощению питательных веществ.
Нагрузки жидкостью и органическими загрязнителями должны соответствовать способности земли вместить эти отходы. Чередующееся использование земель для удаления навоза, за которым следует период «отдыха», когда навоз не вносят, позволит избежать перегрузки почвы.
Периодичность внесения жидкой фракции навоза как и твердой зависит от природы почвы и, как правило, имеет место метод проб и ошибок. Вследствие разнообразия типов, климата и растительности трудно указать общие расчетные критерии для внесения навоза на поля. Необходимо тщательно учитывать местные условия.
Свойства почвы определены природными геологическими процессами. Почвы сравнительно гомогенны в пределах определенных территорий. Данные о свойствах почв можно получить от геологической службы, которая описывает, классифицирует и составляет почвенные карты для всей страны. Эти карты представляют собой детальное и точное описание почв, которое может быть использовано при выборе нормы вноса навоза. Описание почв включает их механический состав, структуру, пористость, содержание органических веществ, химический состав, состав наземной растительности и другие важные факторы.
Хотя данные почвенной съемки используются главным образом для сельского хозяйства, и особенно для растениеводства, они пригодны и при определении количества и кратности внесения навоза и для других мероприятий, оздоровительных или связанных с охраной окружающей среды.
Там, где навоз и его жидкую фракцию вносят на поля, важно знать дальнейший путь вносимых органических и неорганических веществ. Органические соединения разлагаются до гумуса, который никаких проблем не создает. Азот может быть окислен, или восста-
новлен, или вымыт. Неорганические вещества, такие, как калий, натрий и другие элементы, могут накапливаться при непрерывном внесении отходов до такой степени, что это может отразиться на последующем использовании земли. Примерами могут служить соединения, избыток которых задерживает или подавляет рост культур, неблагоприятно отражается на питательном качестве корма или вызывает заболевания животных, которым их скармливают. Движение компонентов навоза в почве, особенно грунтовых или поверхностных вод, также представляет интерес. Ряд механизмов может перемещать компоненты отходов в определенные места, создавая угрозу качеству окружающей среды. Контролирование этих механизмов обеспечивает рациональное использование земли для удаления навоза.
Чтобы разработать приемлемую систему внесения навоза на поля, необходимо знать, какие реакции и преобразования происходят при этом. Почва - это сложный субстрат, содержащий инертные камни, гравий и песок, реактивные глинистые минералы, органические вещества, живые и мертвые растительные и животные вещества и большое разнообразие почвенных микроорганизмов. В почве много потенциальных механизмов обработки отходов, попадающих в нее. К ним относятся биологическое окисление, ионный обмен, химическое осаждение, адсорбция и ассимиляция растениями и животными. Способность почвы справляться со сложными органическими соединениями зависит от ее свойств и климатических условий. Главные факторы в использовании почвы в качестве средства для разложения органических отходов - это скорость инфильтрации и типы растительного покрова. Для биологического разложения требуется хорошая аэрация почвы, которая, в свою очередь, зависит от содержания воды в почве. Недостаточные дренаж и аэрация создают анаэробные условия и снижают ассимилирующую способность почвы. Если не учитывать ограниченную инфильтрационную способность почв, система поглощения навоза как такового нарушается.
Использование почвы для поглощения навоза и помета определяется химическими и физическими свойствами почвы, которые меняются от места к месту.
Ежегодное внесение значительных количеств жидкой фракции навоза изменит равновесие химического движения в любой экосистеме. Многие компоненты жидкой фракции задерживаются почвой, тогда как другие природные составные части могут быть вытеснены в грунтовые, а со временем и в поверхностные воды. При оптимальном добавлении в почву навоза и его жидкой фракции экосистемы достигают нового равновесного состояния относительно легко.
Некоторые из составных частей отходов представляют интерес в почвенных системах
Рисунок - Обработка перед внесением навоза на поля
обработки. Это вещества, требующие кислорода, углерода, азота, фосфора.
Основы метаболизма углерода органических удобрений для биологических систем наблюдаются также и в почве. Органические сельскохозяйственные отходы - это остатки растений или вносимого навоза, они могут быть разложены почвенными микроорганизмами. Большая часть аэробной бактериальной деятельности протекает у поверхности почвы и ослабевает с увеличением глубины. Когда навоз вносят в почву, легко разлагающиеся вещества метаболизируются, а целлюлоза, ге-мицеллюлоза и лигнины сохраняются более длительное время.
На эффективность снижения биологического потребления кислорода (БПК) почвой влияют количество растительных остатков и ин-фильтрационная способность почвы. Все, что увеличивает площадь поверхности раздела почва - воздух, например мульча или живые растения, будет увеличивать способность почвенной системы к биологическому разложению. При очень больших нормах внесения навоза продолжительность утилизации почвой жидких или твердых частей навоза существенно увеличивается. Тем не менее чистая эффективность снижения БПК была высокой даже в почвах с грубым механическим составом и при большой скорости инфильтрации. Скорость утилизации отходов с низкой БПК и большим объемом вносимого навоза может лимитироваться ин-фильтрационной способностью почвы. Утилизация растительных отходов и навоза небольшого объема и с высокой БПК будет вероятнее лимитироваться окислительной способностью микроорганизмов и сорбционной способностью мульчи на поверхности почвы.
Почва обладает большой способностью ассимиляции органических веществ из навоза, вносимого в нее.
В отношении качества окружающей среды должно беспокоить количество веществ, которое может оказывать неблагоприятное влияние как на состав почвы, так и на состав грунтовых вод. Изучение баланса веществ показало,
что углерод, внесенный с навозом, в конечном счете переходит в протоплазму почвенных микроорганизмов и растений или содержится в медленно разлагающемся почвенном гумусе и выделяется в атмосферу в виде двуокиси углерода, чтобы в дальнейшем опять включиться в фотосинтез. Ни одному из этих органических остатков нельзя приписать неблагоприятного влияния на окружающую среду. Как и в обычных системах обработки навоза, углерод не относится к элементам, угрожающим качеству окружающей среды.
Кислород - важный компонент почвенной системы. Если почва перегружена органическими веществами, кислорода может быть недостаточно, биологическая система станет анаэробной и снизится емкость почвы для нагрузок жидкостью и органическими веществами. Амплитуда изменений связана с типом, количеством навоза и периодичностью их внесения. Анаэробные условия также преобладают при избыточном переувлажнении. Чередование внесения навоза в почву и ее обработки улучшают аэрацию и дренаж. Такие факторы, как температура и рН также влияют на разложение органических остатков в почве и, таким образом, на нормы нагрузки внесения навоза.
Содержание кислорода в почвенной воде или почвенном воздухе может служить мерилом эффективности почвенного процесса утилизации навоза. Если содержание кислорода близко к нулевому, это значит, что норма внесения навоза приближается к максимальной для местных внешних условий.
Азот - ключевое питательное вещество для синтеза белка и роста растений. До появления минеральных удобрений в достаточных количествах система использования азота из навоза и помета была одним из главных факторов, лимитирующих урожаи культур. Азот подвергается превращениям, включающим органические, неорганические и газообразные соединения. Количество избыточного азота, которое не потребляется для роста растений и микроорганизмов или удержива-
ется в почве, - одна из основных проблем при обезвреживании навоза.
Из процессов преобразования азота интерес представляют минерализация, иммобилизация, нитрификация и денитрификация. Иммобилизацией называют процесс, при котором азот превращается в форму, подвижную в системе почва - вода и, кроме того, доступную растениям. Органический азот переходит в аммонийную форму, которая затем окисляется (нитрификация) до нитритного и нитратного азота. Мобилизацией называют процесс, в котором азот связывается в органических формах, подобных микробным клеткам. Процессы минерализации и иммобилизации происходят одновременно и зависят от относительной доступности биохимически разложимых углеродистых и азотистых веществ. Если азотистые вещества имеются в избытке, азот минерализуется. Если имеется избыток углерода, азот превращается в клеточную массу и иммобилизуется. При анаэробных условиях и избытке углерода окисленный азот может быть восстановлен (денитрификация) до таких газов, как закись азота и молекулярный азот.
Ионы аммония заряжены положительно и медленно двигаются с почвенной водой под действием сил притяжения между ионами аммония и отрицательно заряженными органическими и минеральными коллоидами. Пока азот остается в аммонийной форме, вероятность его вымывания невелика. Однако в нормальных почвах аммоний окисляется до нитрата, отрицательно заряженного иона, свободно двигающегося с почвенной водой. Вымывание нитратов может быть значительным, если в почве они имеются в большом количестве до начала роста культуры, когда растения не способны быстро использовать эти питательные вещества и когда орошение или дожди превышают влагоемкость почвы или потребность культуры в воде. При этих условиях избыточная вода и растворимые нитраты перемещаются сквозь почву. На скорость нитрификации влияют дозы вносимого навоза, аэрация почвы, температура и содержание воды в почве. Скорость нитрификации увеличивается с повышением температуры. Нитрификация не влияет на урожаи, поскольку многие растения могут использовать и аммонийный, и нитратный азот.
Азот теряется из почвы различными путями в результате вымывания, денитрификации и улетучивания. Как уже указывалось, окисленный азот растворим и может вымываться из корневой зоны растений. Как только нитраты окажутся ниже зоны роста корней, утрачивается возможность их использования растениями или их денитрификация. Следовательно, нитраты останутся в почве или попадут в грунтовые воды. Денитрификация, происходящая в почве, может быть одним из основных процессов, сопровождающихся потерей азота. Большинство данных о потерях азота за счет денитрификации получено при изучении баланса азота в контро-
лируемых условиях, где количество внесенного азота и азота, первоначально имевшегося в почве, не соответствовало выносу его с урожаями, вымыванию и количеству, оставшемуся в почве. Денитрификация в почве происходит при плохой аэрации, когда имеется большая потребность в кислороде и содержатся остаточные углеродистые вещества. Улетучивание аммиака является еще одним источником потерь азота из почвы. Улетучивание происходит в щелочном интервале рН с большой скоростью при рН выше 9,5, значительной аэрации или движении воздуха над почвой.
Высокие дозы азота могут быть губительными для роста и урожайности культур. Хотя забота о качестве окружающей среды касается ионных форм азота, аммония, нитритов и нитратов, эти формы, как правило, составляют не больше 2 % всего почвенного азота. Остальную часть составляет органический азот.
Норма нагрузки почвы навозом должна отчасти определяться содержанием в ней азота и относительными темпами поступления, разложения и его использования растениями. В идеале нормы внесения азота с навозом должны согласовываться с потребностью растений в азоте и скоростью его использования так, чтобы не допускалось избытка азота, который может отрицательно влиять на качество окружающей среды.
Рекомендуется уменьшить количество вносимого азота там, где сельскохозяйственные культуры выращиваются на почвах грубого механического состава.
Ионы аммония в почвенных водах могут адсорбироваться на органической фракции почвы. Емкость обменного поглощения почв очень различна в зависимости от содержания в них органических веществ. Пахотные земли с большой емкостью катионного обмена могут адсорбировать значительные количества аммония, поступившего с навозом или образовавшегося в результате микробного метаболизма органических азотных соединений. Другие катионы, например кальций и магний, также адсорбируются и конкурируют с аммонием за места обмена. Аммоний адсорбируется не необратимо, поскольку он может быть биологически окислен до нитрата в хорошо аэрируемой почве. Если адсорбция происходит в анаэробных условиях, аммоний не будет окисляться.
В почве обитает множество денитрифицирующих бактерий, использующих нитраты в отсутствие кислорода в качестве акцептора водорода. Скорость денитрификации зависит от температуры, рН и содержания разложимых углеродистых соединений в почве. В одной и той же почве могут сосуществовать и аэробная, и анаэробная зоны. В почвах, обычно считающихся аэробными, могут происходить потери азота за счет денитрификации в анаэробных карманах. Анаэробные условия обычно усиливаются после сильных дождей и после внесения больших количеств навоза.
Чтобы система почвенной денитрифика-ции действовала в оптимальных условиях, азот должен быть окислен до нитратной формы, после чего необходимо создать анаэробные условия. В анаэробной зоне должен быть достаточный источник энергии для денитрифицирующих бактерий. Примерно такие условия создаются при чередовании циклов внесения отходов и отдыха. При внесении отходов на поля эти процессы используются в широких масштабах для предотвращения вымывания нитратов в грунтовые воды. По мере более широкого использования земель для удаления навоза планомерная денитрификация в почве позволяет увеличить нагрузки по азоту на единицу площади, одновременно сводя к минимуму поступление азота в грунтовые воды.
Фосфор, внесенный в почву, через короткое время превращается в нерастворимые в воде формы. Когда в почву, на которой выращивают сельскохозяйственные культуры, вносят фосфор с минеральными удобрениями, навозом или какими-либо другими веществами, то некоторая часть фосфора используется растениями, а остаток накапливается в почве. Процент накопленного фосфора повышается с увеличением количества вносимого навоза, потому что при равных урожаях растения поглощают почти постоянные количества фосфора. Накопление фосфора происходит после того, как его поступление станет больше, чем необходимо для удовлетворения потребности растений.
Иммобилизация фосфора в почве связана с ее минеральными веществами. Фиксация фосфора в кислых почвах вызвана образованием нерастворимых соединений железа и алюминия. В щелочных почвах фиксация обусловлена нерастворимыми соединениями кальция. Адсорбция фосфора почвой вызвана прежде всего свободными железом и алюминием, содержащимися в ней. В результате концентрация растворимого фосфора снижается, а концентрация специфических соединений фосфора повышается.
Способность почвы адсорбировать фосфор не бесконечна. Каждая почва имеет свою адсорбционную способность в отношении фосфора, которая может быть превышена длительным внесением больших его количеств. Эта адсорбционная способность может оставаться ненасыщенной в течение десятилетий или веков в почвах с высоким содержанием глины. Образование нерастворимых фосфорных соединений обычно ограничивает концентрацию растворимого ортофосфата в почвенном растворе низкими значениями, нередко в пределах 0,01-0,05 мг/л. Эти уровни концентрации растворимого ортофосфата сопоставимы с величинами освобождения фосфора почвой в состоянии равновесия и представляют основной уровень концентраций для данной почвы. Для фосфатов - это количество, которое будет вымываться из геологического субстрата' независимо от того, вносили в почву навоз или нет.
Литература:
1. Бондаренко А. М., Забродин А. М., Куроч-кин В. Н. Механизация процессов переработки навоза животноводческих предприятий в высококачественные органические удобрения. Зерноград, 2010. 184 с.
2. Воронин В. И. Оценка основных показателей плодородия чернозёмов. Часть 1. Воронеж, 2002. 310 С.
3. Кузнецов А. Ф., Баланин В. И. Справочник по ветеринарной гигиене. М. : Колос, 1984. 338 с.
4. Письменов В. Н. Получение и использование бесподстилочного навоза. М. : Рос-агропромиздат, 1988. 205 с.
5. Тарасов С. И. Эффективность применения сброженного навоза КРС в качестве органического удобрения // Агрохимия. 1991. № 5. С. 96-102.
6. Фисинин В. И. и др. Подготовка помета на птицефабриках для промышленной переработки в удобрения : научно-практические рекомендации. Сергиев Посад, 2007. 66 с.
References:
1. Bondarenko A. M., Zabrodin A. M., Kurochkin W. N. Mechanization of processing manure zhivotnovodcheskogo enterprises in high-quality organic fertilizer. Zernograd, 2010. 184 S.
2. Voronin V. I. Assessment of the main indicators of fertility of soils. Part 1. Voronezh 2002 310 S.
3. Kuznetsov A. F., Bulanin. Century. And. Handbook of veterinary hygiene. M. : Kolos, 1984. S., the sludge.
4. Pismenov V. N. Preparation and use of manure. M. : Rosagropromizdat, 1988. 205 p.
5. Tarasov S. I. Efficacy of digested cattle manure as organic fertilizer // Agrochemistry. 1991. № 5. S. 96-102.
6. Fisinin C. I. Preparation of manure from poultry farms for industrial processing into fertilizer : scientific-practical recommendations Sergiev Posad, 2007. 66 S.
