CC BY
46
УДК 631.95:581.5
ТЕХНОЛОГИЯ ВЕРМИКОМПОСТИРОВАНИЯ КАК ОДНО ИЗ РЕШЕНИЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ
И.М. Суханова, к.б.н., Р.Р. Газизов, к.с.-х.н., Л.М.-Х. Биккинина, к.с.-х.н., И.А. Яппаров, д.с.-х.н.
Татарский НИИ агрохимии и почвоведения, e-mail: [email protected]
Представлены технологии вермикультивирования и вермикомпостирования, в основу которых заложено производство органического удобрения биогумус - продукт биоконверсии отходов животноводства. Благодаря циклу компостирования с помощью вермикультуры произошла мобилизация питательных элементов субстратов, обеззараживание от патогенной микрофлоры, детоксикация и потеря всхожести сорняков. Результаты вермикомпостирования показали преимущество конечного продукта перед исходным навозом. Содержание органического вещества в вермикомпосте на основе навоза КРС повысилось на 15,61% относительно исходного сырья, а минеральных элементов питания калия, фосфора и азота возросло в 2-4 раза. Биогумус из навоза КРС по содержанию органического вещества превосходил конский и свиной вермикомпосты на 28-43%. В результате переработки навоза технологическими червями количество солей тяжелых металлов понизилось: кадмия на 15%, цинка на 56%, свинца на 69% и меди на 79%.
Ключевые слова: отходы животноводства, биотехнология, биоконверсия, вермикомпостирование, вермикультура, биогумус.
THE VERMICOMPOSTING TECHNOLOGY AS ONE OF THE SOLUTION TO ENVIRONMENTAL PROBLEMS
PhD. I.M. Sukhanova, PhD. R.R. Gazizov, PhD. L.M.-Kh. Bikkinina, Dr. Sci. I.A. Yapparov
Tatar Scientific-Research Institute for Agrochemistry and Soil Science, e-mail: niiaxp2@mail. ru
Presents vermicultivation technology and vermicomposting, which provide the basis _ for the production o f organic ^ fertilizer vermicompost is the product of the bioconversion of animal waste. Due to the cycle of composting using vermiculture occurred mobilization of nutrients, substrates, disinfected from pathogenic microorganisms, detoxification and loss of germination of weeds. The results of vermicomposting showed the advantage of the final product before the original manure. The organic matter content in the vermicompost on the basis of cattle manure increased by 15.61% relative to the source of raw materials, and mineral nutrition elements potassium, phosphorus and nitrogen increased in 2-4 times. Vermicompost _ from cattle manure the organic matter content exceeded equine and swine vermicomposts in 28-43%. As a result of processing manure worms technological and partial accumulation salts of heavy metals _ fell: cadmium by 15%, zinc by 56%, lead by 69% and copper by 79%.
Keywords: animal wastes, biotechnology, bioconversion, vermicomposting, vermiculture, vermicompost.
Введение. Воспроизводство почвенного плодородия, оздоровление почвы невозможно без широкого применения органических удобрений, потребность в которых почти в 2 раза превышает объемы выхода. В силу плохого качества и недостаточности органических удобрений, трудоемкости и отсутствия необходимой техники для их внесения, дороговизны горюче-смазочных материалов, биологическая система земледелия не находит широкого применения. Около одной трети основной массы органических удобрений подвергают компостированию, а остальную часть складируют на территориях вблизи ферм, загрязняя окружающую среду [1-3]. Одним из способов решения проблемы утилизации отходов может стать вермикомпостирование - экологически безопасная технология, а выходной продукт - биогумус, который можно использовать как эффективное биологическое удобрение.
Цель исследований - получение высокоэффек-
тивного органического удобрения - биогумуса, оценка его качества в зависимости от исходного сырья и внедрение вермипроизводства в хозяйствах.
Объекты и методы исследования. Совершенствованием и адаптацией вермитехнологии к климатическим особенностям и различным видам ор-ганосодержащих отходов занимались в биотехнологическом комплексе на базе Татарского НИИ сельского хозяйства. Комплекс включал научно-производственное здание, площадью свыше 80 м2, оборудованное под маточник калифорнийских красных червей. На открытой площадке были сформированы бурты из навоза для биоферментации. В закрытом помещении процесс ферментации и вермикомпостирования проходил на стеллажах. В естественных условиях, в зависимости от вида навоза, время компостирования занимает довольно длительный период от 5 до 15 месяцев. Для ускорения процесса была создана «Установка для биофер-
ментации органосодержащих отходов», позволяющая сократить процесс ферментации подстилочного навоза до месяца, и получен патент № 2189714.
Органические субстраты, прошедшие стадию биоферментации, заселяли вермикульту-рой - красным калифорнийским гибридом, приобретенным в ООО «ЛуКа» г. Набережные Челны. Разведение (вермикультивирование) червей данного вида круглогодично проходило в закрытом отапливаемом помещении биокомплекса.
В процессе вермикомпостирования сырье перерабатывается одновременно червями, простейшими и микроорганизмами. В течение всего цикла поддерживали оптимальные условия в буртах: температура 20-25 °С, так как черви не выносят температуру ниже 0°С и выше 42°С, влажность 75,0-85,0%, рНКс1 6,7-7,5 (черви погибают с кислотностью субстрата ниже рН 5 или выше рН 9) путем периодического рыхления и поливов [4-5]. По завершении цикла рядом формировали бурты со свежим источником сырья и черви, самостоятельно перебирались на новые участки, процесс вермикомпо-стирования повторялся вновь, а переработанное сырье освобождалось от оставшихся червей. Готовый биогумус подсушивали до влажности 50,0-55,0%, просеивали и использовали как удобрение. Агрохимические исследования на определение рН, органического вещества, общего фосфора, азота и калия проводили в соответствии с ГОСТ: 26712-94, 27979-88, 27980-88, 26717-85, 26718-85; выделение из почвы основных физиологических групп микроорганизмов проводили методом посева почвенной вытяжки на питательные среды: ОМЧ на среде МПА, микромицеты на среде Чапека, актиномицеты на среде КАА, нитрифицирующие бактерии на среде голодный агар, свобод-ноживущие азотфиксаторы на среде Эшби, учет численности проводили по Е.З. Теппер и др. [6]; определение тяжелых металлов - атом-но-абсорбционным методом, согласно Методическим указаниям по определению тяжелых металлов в почвах сельскохозяйственных угодий и продукции растениеводства (1992).
Результаты и обсуждение. В процессе вер-микомпостирования были использованы различные виды подстилочного навоза: крупного рогатого скота (КРС), свиной, конский, а также птичий помет. Они отличались по своему химическому составу и внешнему виду. Подготовка субстратов стала одним из ключевых звеньев вермитехнологии. Использование нефер-ментированного субстрата, особенно птичьего помета для адаптации вермикультуры, было
затруднено из-за высокого содержания в нем аммиака, образующегося в больших количествах из мочевой кислоты, и требовало предварительной подготовки. Исходное содержание состава навоза свиного, КРС, конского и птичьего было следующим, %: органическое вещество - 19,0; 20,3; 23,1 и 29,3; общий азот - 0,45; 0,51; 0,58; 1,2; общий фосфор - 0,48; 0,5; 0,28, 0,7 соответственно. Содержание общего калия у всех видов навоза около - 0,6%. Величина рНКс1 7,6-7,8, у свиного навоза 5,8.
Заселение субстрата проводили после пробы червям. Если черви не заползали в субстрат, значит, он не готов и принимали меры к его улучшению. Оценку адаптационных способностей осуществляли по морфофункциональ-ным показателям: численности ювенальных и половозрелых особей, количеству коконов, приросту биомассы.
После завершения цикла вермикомпостирования были проведены агрохимические исследования готового продукта, качество которого превосходило по всем показателям исходное состояние органических удобрений (табл. 1).
По данным исследований вермикомпостов существенная разница в содержании органического вещества отмечена у свиного вермикомпоста: уменьшение составляет относительно биогумуса из конского навоза 21%, птичьего помета - 41%, навоза КРС - 43%. По содержанию элементов минерального питания и смещением реакции среды в сторону нейтрализации вермикомпоста КРС обладал некоторым преимуществом. Данные по групповому и фракционному составу органического вещества показали, что среди гуминовых кислот преобладала наиболее ценная фракция - гуматы, формирующая агрономически ценную структуру почвы. Копролиты червей, содержащие гуминовые вещества, делают гранулы водостойкими, водоемкими. Вермикомпостирова-ние усилило гумификацию органического вещества, содержание доступного для растений и микрофлоры лабильного углерода в исследованиях составило 2,0%.
По скорости переработки, качеству исходного сырья, степени толерантности вермикультуры и качеству готового продукта вермикомпост на основе навоза КРС обладал преимуществом перед другими видами навоза.
Биогумус, полученный в закрытом помещении биокомплекса, по своим качественным характеристикам превосходил вермикомпост с открытой площадки. В естественных условиях на открытой площадке содержание питательных веществ в биогумусе было следующим:
1. Качественный состав биогумуса
Показатель Вермикомпост
КРС свиной конский птичий
Органическое вещество, % 35,9+5,0 20,4+5,0 25,9+5,0 34,6+5,0
Влажность, % 50,0+5,0 58,0+5,0 55,0+5,0 66,0+5,0
Общий азот, % 2,2+0,2 2,0+0,2 2,1+0,2 2,0+0,2
Фосфор (Р2О5), % 1,1+0,2 1,0+0,2 1,0+0,2 1,1+0,2
Калий (К2О), % 1,2+0,2 0,9+0,2 1,1+0,2 1,0+0,2
Реакция среды (рНКс1) 6,8+0,2 6,0+0,2 7,2+0,2 7,3+0,2
2. Содержание солей тяжелых металлов
3. Сравнительная оценка биогумуса,
Показатель Навоз КРС Биогумус ПДК
Медь 100,0 21,0 55,0
Цинк 362,0 158,75 100,0
Кадмий 0,199 0,17 3,0
Свинец 3,52 1,08 30,0
Вермикуль-тура Химический состав вермикомпоста
органическое вещество, % рНкс1 азот, % фосфор, % калий, %
Калифорниец 35,91+5,00 6,8+0,2 2,2+0,2 1,1+0,2 1,3+0,2
Старатель 24,70+5,00 7,8+0,2 1,9+0,2 0,6+0,2 1,2+0,2
органическое вещество 26,0-29,0%, Р2О5 0,8%, К2О 1,0%, рНКс1 6,9-7,0. Вероятно, потери элементов питания произошли из-за климатических условий на открытой площадке - дождя, ветра, солнца.
Благодаря переработке технологическими червями и частичным накоплением солей тяжелых металлов в тканях червей химический состав биогумуса отличался от исходного навоза (табл. 2). Содержание кадмия, цинка, свинца и меди понизилось на 15%, 56, 69 и 79% соответственно.
Культивируемые черви не болеют и не подвергаются эпидемиям, они могут погибать только из-за несоблюдения технологии их разведения. Кроме того, их копролиты - это центры микробиологической активности широкого спектра флоры, а пищеварительная трубка -источник постоянного пополнения микрофлоры свежими генерациями микробов. В составе биогумуса на основе различных исходных субстратов отсутствовали патогенная микрофлора, яйца гельминтов и цисты кишечных патогенных простейших. Данные микробиологического анализа состава биогумуса из навоза КРС, в КОЕ/г представлены аэробными гетеротрофа-ми - 7,4 х 107, актиномицетами - 3,8 х 106, сво-бодноживущими азотфиксаторами - 1,08 х 105, микромицетами - 1,3 х 104. Из представителей свободноживущих азотфиксирующих бактерий обнаружен Azotobacter скгоососсыт, который подтверждает благоприятную экологическую обстановку вермикомпоста.
В целом, по химическому составу и качеству питательных элементов вермикомпост значительно превосходил традиционные органические удобрения, что ставит это удобрение в разряд наиболее перспективных.
В научно-производственных испытаниях для сравнения качества биогумуса из навоза КРС проводили сравнительные исследования с красным калифорнийским гибридом ЬотЬпсш гыЬеНш, приобретенным в ООО «ЛуКа» г. Набережные Челны и с червями «Старатель» Eisenia /оеНёа, приобретенными во Владимирской области (табл. 3). Следует отметить, что «Калифорниец» - червяк южный, а наш «Старатель» - это гибрид южного (чуйского) и северного (владимирского) дождевых червей.
По оценке продуктивности особей двух видов следует отметить высокую продуктивность калифорнийского гибрида по всем показателям элементов питания. Качество биогумуса «Старатель» также намного превосходило исходный субстрат, поэтому стоит рассматривать культивирование данного гибрида в дальнейшем.
Получив необходимый объем информации (результаты собственных научных исследований, обзор научной литературы и практического опыта) вермипроизводство было создано на базе ООО «Новая жизнь» Кукморского района. Предварительно был проведен мониторинг состояния растениеводства и животноводства в хозяйстве. Ежегодный объем навоза КРС, свиней, венгерских гусей и лошадей составлял в общем 14270 т. В перспективе выход биогумуса из такого количества органического субстрата составит 7100 т и 1400 т технологических червей. При достижении освоения производства на всю мощность себестоимость снизится в 3,5 раза. Окупаемость затрат составит 1,5 года.
Таким образом, процесс вермикомпостирования приводит к улучшению качества и экологической безопасности полученного сырья. Проблема утилизации отходов животноводства как решение экологической проблемы обладает научной и практической значимостью и организация вермипроизводства как на открытых площадках, так и в закрытых свободных помещениях (коровниках, свинарниках, овощехранилищах и т.д.) может быть рекомендована руководителям хозяйств. Для вермикомпостирования можно использовать дождевых червей более адаптированных к нашим условиям окружающей среды, например, таких как «Старатель».
Литература
1. Мерзлая Г.Е., Новиков М.Н., Еськов А.И., Тарасов С.И. Аг-роэкологические основы и технологии использования бесподстилочного навоза. - М.: Россельхозакадемия - ГНУ ВНИПТИОУ, 2006 - 3 с.
2. Ковалев Н.Г. Биоконверсия отходов животноводства // Вестник РАСХН, 2003, № 2. - С. 28.
3. Шарафеева Ф.Г., Суханова И.М. Применение биогумуса -как фактор биологизации земледелия и основа для перехода к органическому сельскому хозяйству / Матер. междунар. научно-практ. конф. «Актуальные проблемы развития прикладных исследований и пути повышения их эффективности в сельскохозяйственном производстве. - Казань, 2001 - 343 с.
4. Шарафеева Ф.Г., Суханова И.М. Развитие вермитехнологии в Республике Татарстан // Нива Татарстана, 2004, № 9. - С. 6-7.
5. Голубев А.В., Черников В.А., Алексахин Р.М. и др. Агроэкология. - М.: Колос, 2000 - С. 330-339.
6. Теппер Е.З., Шильникова В.К., Переверзева Г.Н. Практикум по микробиологии. - М: Колос, 1979 - С. 66-81, 141-160.
