Chicken manure as an organic fertilizer: composting technologies and impact on soil properties (a review)

Плодородие почв определяется суммой ее химических, физических и биологических характеристик. Значительное влияние на плодородие оказывает содержание и качественный состав почвенного органического вещества (ПОВ). Снижение запасов ПОВ из-за интенсивного сельскохозяйственного использования и эрозионных процессов уменьшает плодородие и устойчивость почвы к различным стрессам (Кирюшин, 2019). Одним из способов увеличения содержания ПОВ и биологической активности почв является применение различных органических удобрений, в том числе коровьего или свиного навоза, куриного помета и компостов на их основе (Васильев и др., 1984; Мерзлая и др., 1991; Еськов и др., 2001; Сычев и др., 2018).

Поголовье кур в России стремительно растет, и к 2019 г. оно достигло полумиллиона особей, увеличившись на 11% с 2014 г. (Наумова, 2021) . Учитывая, что каждая тысяча цыплят производит 65 кг помета в день, а такое же число взрослых кур – 150 кг (Urra et al., 2019; Dróżdż et al., 2020) , проблема грамотной утилизации куриного помета встает все более остро. В то же время куриный помет и компосты на его основе являются ценными органическими удобрениями, богатыми питательными элементами и способными к подщелачиванию почвы (Васильев и др., 1984; Еськов и др., 2001; Amanullah et al., 2007; Фисинин и др., 2013; Minkina et al., 2022) .

В конце 2022 г. была утверждена отраслевая программа “Применение вторичных ресурсов и вторичного сырья из отходов в сфере сельского хозяйства на 2022-2030 годы” в рамках реализации закона № 248-ФЗ от 14 июля 2022 г. “О побочных продуктах животноводства…” и Федерального проекта “Экономика замкнутого цикла”. Программой предусматривается обязательная переработка органических отходов сельскохозяйственного производства, включая куриный помет, для их обеззараживания согласно санитарно-эпидемилогическим требованиям и дальнейшего использования в качестве органических удобрений для обеспечения воспроизводства плодородия земель сельскохозяйственного назначения. С целью устранения правовой неопределенности было принято специальное правовое регулирование обращения с навозом и пометом, в рамках которого допускается признавать их не как отходы, а как побочные продукты животноводства.

Таким образом, проблема утилизации и технологий компостирования куриного помета, а также его воздействия на физические, химические и биологические свойства почв в настоящее время характеризуется особой актуальностью.

СОСТАВ И СВОЙСТВА КУРИНОГО ПОМЕТА

В курином помете содержится 60–75% воды, примерно по 2% азота и фосфора, 1.5% калия (Васильев, Филиппова, 1988; Ashworth et al., 2021; Наумова, 2021) , железа 367–900, цинка 12– 39, марганца 15–38, меди – 0.5, кобальта 1–1.2 мг/100 г сухого вещества (Kelleher et al., 2002; Теучеж, 2017) . Таким образом, на каждую тонну куриного помета приходится по 55 кг NPK, что превышает содержание азота, фосфора и калия в навозе коров и свиней, а также в помете гусей и уток (Васильев, Филиппова, 1988; Oagile, Namasiku, 2010; Фисинин и др., 2013) . Количество производимого свежего куриного помета и его точный химический состав зависят от многих факторов, таких как условия выращивания цыплят, используемые корма и подстилки (Urra et al., 2019; Ashworth et al., 2021) . Азот в помете находится в форме мочевой кислоты, которая быстро разлагается с образованием аммиака (Jiang et al., 2021) . В целом внесение куриного помета приводит к увеличению плодородия почвы и к лучшей доступности питательных элементов для растений (Ojeniyi, 2008; Фисинин и др., 2013) . Куриный помет отличается от других видов животноводческих отходов самой высокой скоростью минерализации органического вещества в следующей последовательности: помет птичий (куриный) – 0.158, навоз свиной – 0.122, навоз коровий – 0.068, навоз конский – 0.026 сут^–1 (Васильев, Филиппова, 1988; Ajwa, Tabatabai, 1994; Еськов и др., 2001; Фисинин и др., 2013) .

С другой стороны, некоторые свойства куриного помета ограничивают его использование (Фисинин и др., 2013). В первую очередь, куриный помет содержит значительное количество жизнеспособных яиц гельминтов, возбудителей инфекционных болезней (сальмонелл, стафилококков, энтерококков), а также семян сорняков (Kelleher et al., 2002; Hruby et al., 2018; Chen, Jiang, 2014; Guo et al., 2022). По данным Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ), куриный помет может быть источником более 100 возбудителей инфекционных и инвазионных заболеваний (Minkina et al., 2022). Во-вторых, это непостоянство химического и микробиологического состава, а также отсутствие сертификации как на сам помет, так и на материал подстилки (Ashworth et al., 2021; Gurmessa et al., 2021). В-третьих, в свежем курином помете содержится относительно много воды, что делает нерентабельным его перевозку на большие расстояния (Седых, Карауш, 2010).

Помимо вышеперечисленных ограничений, существенным нежелательным эффектом применения куриного помета в качестве удобрения является распространение антибиотикорезистентных форм микроорганизмов и, соответственно, генов антибиотикоре-зистентности (Su et al., 2014; Gurmessa et al., 2021) . Антибиотики, особенно тетрациклины и сульфаниламиды, широко используются в сельском хозяйстве в качестве ветеринарных препаратов для повышения иммунитета животных (Zhao et al., 2017) . Известно, что более половины (52%) производимых антибиотиков идет на нужды животноводства, а не для лечения людей (Yang et al., 2016) . Основная часть (до 90%) антибиотиков выводится из организма без существенных изменений (Yang et al., 2016; Zhao et al., 2017; Subirats et al., 2021; Wu et al., 2022) . При внесении куриного помета в почву есть вероятность попадания остаточных количеств антибиотиков из навоза на поля, что, в свою очередь, является одним из основных источников загрязнения сельскохозяйственных культур антибиотиками (Zhao et al., 2017) . Куриный помет содержит большее количество остаточных количеств антибиотиков и может оказывать более сильное воздействие на генетический состав ре-зистома почвы по сравнению с навозом крупного рогатого скота (Yang et al., 2016; Urra et al., 2019; Gurmessa et al., 2021) . Чрезмерное использование антибиотиков способствует их распространению в окружающей среде и повышет риски развития антибиоти-корезистентности у почвенных микроорганизмов (Zhao et al., 2017; Wang et al., 2015; Urra et al., 2019) . Гены антибиотикорези-стентности могут передаваться и в микробиоту сельскохозяйственных растений (Zhang et al., 2017; 2019; Laconi et al., 2021). По-прежнему остается неясным, насколько хорошо выживают антибиотикорезистентные микроорганизмы помета в почве (Yang et al., 2016) , однако имеются отдельные сведения, что кишечные бактерии и гены антибиотикорезистентности из куриного помета могут сохраняться в почве в течение как минимум нескольких недель после внесения (Subirats et al., 2021) .

Исторически куриный помет использовался в качестве удобрения в малых обьемах в личных подсобных хозяйствах и на небольших фермах. При увеличении объемов производства возникают проблемы утилизации и хранения куриного помета, его транспортировки к месту применения в качестве удобрения (Еськов и др., 2001) . Транспортировка свыше 40 км становится нерентабельной (Мерзлая и др., 1991; Седых, Карауш, 2010) . Некоторые из этих проблем можно решить с помощью компостирования. Также компостирование значительно снижает количество патогенных микроорганизмов, семян сорняков, и в некоторой степени уменьшает распространение генов антибиотикорезистентно-сти.

ТЕХНОЛОГИИ КОМПОСТИРОВАНИЯ КУРИНОГО ПОМЕТА

Компостирование – один из наиболее широко используемых способов улучшения качества помета, предполагающих при этом относительно быструю (обычно 4–6 недель) аэробную трансформацию органических отходов посредством микробиологических процессов (Седых, Карауш, 2010; Rynk et al., 2022) . Также для этой цели используют смешивание помета с подстилкой из растительных остатков (соломы, опилок, торфа и т. д.), которая в процессе микробиологической ферментации переводит макро- и микроэлементы в доступные для растений формы (Kelleher et al., 2002; Guerra‐ Rodríguez et al., 2003; Wan et al., 2020) .

Компостирование куриного помета способствует уменьшению запаха, содержания воды и объема, уничтожению насекомых, гельминтов и семян сорных растений, гибели патогенных микроорганизмов (Rynk et al., 2022) . В компостных продуктах уровни углерода и азота более стабильны (Наумова, 2021) . Основными недостатками данной процедуры являются потеря части питательных веществ при минерализации, а также добавочная стоимость и трудозатраты в процессе переработки исходного материала (Kelleher et al., 2002) .

Существует несколько технологий компостирования (рис. 1).

Биотермическое компостирование (рис. 2) заключается в 2– 3-месячном выдерживании исходного продукта с добавлением подстилки (солома, торф, опилки и т. д.) в закрытых буртах при температуре +60-70 °С (Седых, Карауш, 2010; Rynk et al., 2022). Такие высокие температуры позволяют уничтожить семена сорных растений, вредных беспозвоночных животных и патогенные микроорганизмы (Guerra‐ Rodríguez et al., 2003). При биотермиче-ском компостировании можно также использовать модификацию с добавлением культур микроорганизмов, которые позволяют проводить более быстрое и глубокое компостирование (рис. 2)

Термическое компостирование проводят при температуре +800 °С в вакуумных камерах. При этом выделяется значительное количество энергии, применяемой для обогрева птичников или выработки электричества. После сжигания компоста остается зола, которая химически стабильна, стерильна, а также проста в обращении и транспортировке (Kelleher et al., 2002) . Однако данный способ весьма энергозатратен, и при его использовании теряются многие ценные питательные вещества. Альтернативным методом переработки куриного помета служит пиролиз при относительно невысоких температурах (обычно ниже +700 °С) в анаэробных условиях, в результате чего образуется биочар, который можно также вносить в почву (Meier et al., 2017) .

Рис. 1. Технологии компостирования куриного помета.

Fig. 1. Technologies for chicken manure composting.

Рис. 2. Схема компостирования куриного помета с помощью биотермического метода в модификации с добавлением культур микроорганизмов. Цифрами обозначено: 1 – накопление помета в курятнике; 2 – доставка помета на площадку компостирования и формирование буртов; 3 – внесение в свежий помет биопрепаратов культур микроорганизмов (как дополнительная модификация метода); 4 – ворошение и перемешивание буртов помета для уничтожения патогенов; 5 – процесс термофильной ферментации помета; 6 – повторное ворошение и переворачивание помета для обогащения кислородом и выпаривания лишней влаги, созревание компоста; 7 – готовая продукция (зрелый компостированный помет).

Fig. 2. Scheme of chicken manure composting using the biothermal method. The numbers indicate: 1 – the accumulation of wastes in the chicken coop; 2 – delivery of manure to the composting site and formation of piles; 3 – introduction of biological preparations with cultures of microorganisms into fresh wastes; 4 – tedding and mixing piles of manure to kill pathogens; 5 – the process of thermophilic fermentation of manure; 6 – repeated tedding and turning of manure to enrich oxygen and evaporate excess moisture (maturation of compost); 7 – final product (mature composted manure).

Также существует компостирование помета путем гидролиза серной кислотой ( гидролитическое компостирование ) и последующим внесением в фугат биопрепаратов для ферментации (Седых, Карауш, 2010; Wan et al., 2020) . К сожалению, данный прием связан с большими рисками при несоблюдении техники безопасности и необходимостью подготовки квалифицированных кадров, имеющих разрешение на работу с опасными химическими реактивами.

Еще один способ компостирования заключается в обработке помета глинистым сорбентом (цеолит, морденит, вермикулит и др.) – сорбентное компостирование – для сокращения эмиссии аммиака, выделяющегося при минерализации, на 30–40% (Jiang et al., 2021; Kacprzak, Sobik-Szołtysek, 2022) . При определенной концентрации добавленной глины (2–4%) в компосте может происходить значительное снижение количества генов антибиотикорези-стентности за счет сукцессионных изменений в бактериальном сообществе (Awasthi et al., 2019) . Однако есть сведения о низкой эффективности данного метода при использовании такого компоста в качестве органического удобрения (Еськов и др., 2001; Kelleher et al., 2002) . В то же время основным недостатком перечисленных методов является большая длительность компостирования, а также наличие значительной территории (Седых, Карауш, 2010) .

С учетом недостатков вышеупомянутых методик, а также благодаря развитию биотехнологий, для компостирования помета все чаще применяют микробиологические методы, основанные на использовании бактериальных препаратов и позволяющие не только уничтожать вредные микроорганизмы в исходном материале, но и накапливать в нем биофильные элементы в доступных для растений формах (Мерзлая и др., 1991; Wan et al., 2020; Zainudin et al., 2022). В качестве таких микроорганизмов используются бактерии родов Alcaligenes, Bacillus, Endomycopsis и Pseudomonas (Kelleher et al., 2002; Gurmessa et al., 2021). Представители перечисленных родов бактерий быстро размножаются, просты в культивировании, легко адаптируются к разнообразным условиям окружающей среды, ускоряют созревание компоста и ингибируют рост патогенных микроорганизмов, поэтому обычно становятся доминантами в компостах (Wu et al., 2022). Для компостирования используют технологию анаэробного сбраживания, которое включает разложение и стабилизацию органического материала в бескислородных условиях. Анаэробное компостирование птичьего помета можно разделить на две стадии. На первом этапе (кислотное брожение) происходит микробиологическая ферментация и гидролиз сложных компонентов, включая жиры, белки и полисахариды, до органических кислот и спиртов с приростом новой микробной биомассы. Второй этап (метановое брожение) включает преобразование продуктов гидролиза в газы (в основном CH4 и CO2) несколькими видами облигатных анаэробных бактерий. В результате содержание метана в итоговой газовой смеси может достигать 60%, поэтому его можно использовать как топливо в качестве альтернативы природному газу (Kelleher et al., 2002; Rubežius et al., 2020; Zainudin et al., 2022).

Наряду с микробиологическим методом, эффективным способом переработки куриного помета в органическое удобрение является вермикомпостирование. Этот процесс включает симбиотическое взаимодействие между дождевыми червями (например, Eisenia fetida, Eudrilus eugeniae и Perionyx excavatus) и микроорганизмами для получения стабильного однородного гумусоподобного конечного продукта, иногда называемого “биогумусом” (Lim et al., 2015). Дождевые черви кондиционируют субстрат и увеличивают его биологическую активность для дальнейшего процесса биохимической трансформации органического вещества микроорганизмами (Zhou et al., 2022). Считается, что вермикомпост по многим физическим и химическим показателям лучше традиционного компоста благодаря высокой степени его гумификации (Lim et al., 2015; Zhou et al., 2022). Другим преимуществом данного способа переработки помета является увеличение концентрации питательных элементов по сравнению с продуктами других способов компостирования (Lim et al., 2015). С другой стороны, чрезмерное количество вермикомпоста может привести к засолению почвы, поэтому данный вид органических удобрений следует вносить на сельскохозяйственные поля в умеренных дозах (Еськов и др., 2001; Lim et al., 2015; Zhou et al., 2022). Кроме того, техноло- гия вермикомпостирования относительно сложна и нестабильна по сравнению с другими способами переработки помета.

Компостирование помета перед внесением в почву существенно (50–70%) снижает количество остаточных антибиотиков и генов антибиотикорезистентности, что уменьшает риск заражения сельскохозяйственных культур, животных и человека (Subirats et al., 2021; Wu et al., 2022) . Наиболее эффективным методом переработки куриного помета в данном контексте считается аэробное компостирование, поскольку наличие в его технологии высокотемпературной фазы приводит к деградации генов антибиотикоре-зистентности (Wu et al., 2022; Ezugworie et al., 2021) . В то же время исследования в области изучения влияния компостирования на долю антибиотикорезистентных форм микроорганизмов часто дают противоречивые результаты (Ezugworie et al., 2021) . Поэтому для того, чтобы дать качественные рекомендации по компостированию как средству снижения риска заражения сельскохозяйственных культур патогенными микроорганизмами и генами антибиотической резистентности, важно выяснить состав и структуру микробиома куриного помета в ходе данного процесса (Wu et al., 2022) . При этом подобные исследования предпочтительнее проводить в условиях реальных полевых опытов, чем в лабораторных условиях (Subirats et al., 2021) .

Обычно в составе бактериального сообщества куриного помета доминируют классы Bacilli, Actinobacteria и Clostridia (Chen, Jiang, 2014; Crippen et al., 2021). При длительном хранении (более 10 недель) на открытом воздухе относительное обилие класса Bacilli снижается, увеличивается обилие классов Alpha- и Gammaproteobacteria (Crippen et al., 2021). Компостированный куриный помет содержит существенно меньшее разнообразие вредных микроорганизмов, но стимулирует развитие бактерий родов Thermicanus и Tepidimicrobium, синтезирующих органические соединения, химически близкие гуминовым и фульвокислотам (Li et al., 2021). За 60 дней компостирования куриного помета количество грибов-патогенов животных снижалось с 12.5% до 1.2%, в то время как численность грибов-сапротрофов значительно возрастала (Gurmessa et al., 2021). Clostridiales Family XI, доминировавшая на первых этапах компостирования, сменилась представителями семейства Bacillaceae на высокотемпературной стадии (Mao et al., 2020).

В целом компостирование является эффективным способом переработки и обеззараживания птичьего помета. Единственным существенным минусом компостирования является потеря азота, что снижает коммерческую и практическую ценность удобрения, а также может приводить к увеличению эмиссии парниковых газов и эвтрофикации водоемов. Для правильного выбора технологии компостирования важно учитывать ряд параметров: соотношение углерода и азота (C/N), биологическую (микробиологическую) активность, активность прорастания семян сорных растений, емкость катионного обмена компоста, содержание гуминовых веществ, концентрацию водорастворимого углерода, количество лабильного органического вещества (Еськов и др., 2001; Azim et al., 2017) . Наибольшая эффективность компостирования достигается путем мониторинга баланса питательных веществ, влажности и аэрации субстрата. Например, во время фаз аэробного брожения соотношение C/N не должно превышать 25–30, а низкие его значения приводят к существенным потерям азота в форме аммиака. Содержание влаги существенно зависит от физической структуры и изменения размера частиц во время компостирования, поэтому влажность и аэрация компоста взаимосвязаны (Gigliotti et al., 2012) . Для правильной технологии компостирования важно следить за содержанием кислорода в сырье, которое зависит от пористости, размера и формы частиц компоста. Потребность в кислороде крайне высока (15–20% от объема компоста) на первом этапе компостирования из-за экспоненциального роста биомассы микроорганизмов. На более поздних стадиях компостирования потребность в кислороде уменьшается до 5–10%, а при достижении фазы созревания – до 2–3% (Razmjoo et al., 2015) .

Весь процесс компостирования происходит при повышенных температурах благодаря гидролизу углеродных связей в процессе микробиологической ферментации. Поэтому высокие значения данного показателя косвенно свидетельствуют об успешном ходе компостирования (Panda et al., 2019). Первая фаза компостирования проходит при температурах +30–50 °C, когда осуществляется инициация ферментации мезофильными микроорганизма- ми (Tuomela, 2000). Затем наступает термофильная фаза, когда температура компоста колеблется в диапазоне +50–60 °C (Panda et al., 2019). После этого компост созревает при температурах ниже +50 °C. Контроль температуры является одним из критических факторов технологии компостирования куриного помета, поскольку необходимо поддерживать баланс между относительно высокими (обеззараживание субстрата, но одновременное обезвоживание и уничтожение полезных микроорганизмов) и низкими значениями (сохранение влаги, но высокая частота загнивания компоста) (Tuomela, 2000). Температуру компоста регулируют с помощью аэрации и перемешивания.

В зависимости от технологии, куриный помет компостируют в широком диапазоне pH от 3 до 11, однако оптимальными являются значения от 5.5 до 8 (Tripetchkul et al., 2012) . Допустимо снижение pH на первой стадии компостирования, поскольку при ферментации субстрата выделяется много органических кислот. На второй (термофильной) стадии компостирования pH растет благодаря разложению белков до аммиака (Herbert, 2010; Tripetchkul et al., 2012) . Для последних стадий компостирования характерно повторное снижение pH ввиду активной нитрификации (Herbert, 2010) . Созревший компост имеет нейтральную реакцию среды.

Существует 2 подхода к определению зрелости компоста. Первый основан на оценке лабильности/стабильности органического вещества (если органическое вещество стабильно, то компост зрелый), а второй – на степени повреждения компостом растений (если компост не повреждает растения, то он зрелый). В целом зрелый компост не имеет аммиачного запаха, структурирован, его рН варьирует от 7 до 9, соотношение C/N менее 15–20, соотношение С гк /С фк увеличено (Еськов и др., 2001; Wichuk and McCartney, 2013) .

ВЛИЯНИЕ КУРИНОГО ПОМЕТА/КОМПОСТА НА ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ

Длительное внесение куриного помета и компоста на его основе значительно улучшает физические свойства почв (Васильев и др., 1984; Потапов, Фролов, 2021; Amanullah et al.,

2007; Ojeniyi, 2008; Wang et al., 2022) . В первую очередь повышается ее структурная устойчивость, пористость, содержание доступной воды, гидравлическая проводимость и аэрация (табл. 1). Плотность сложения почвы при этом снижается (Feng et al., 2019; Потапов, Фролов, 2021b) . По сравнению с куриным пометом, использование высоких доз компоста (2–4% от массы почвы) приводит к большей насыщенности основаниями, пористости (с 18 до 30%) и числу водостойких агрегатов (с 52 до 72%), но к снижению доступной воды (с 16 до 11%). Внесение в почву обоих видов данного удобрения улучшает структуру, агрегированность, водновоздушные (в первую очередь водопроницаемость) и теплофизические свойства почвы, и, как следствие, повышает плодородие (Васильев и др., 1984; Islam et al., 2021) . При применении пеллети-зированного куриного помета в течение 4 лет на легкосуглинистой почве увеличилась ее водоудерживающая способность и уменьшилась плотность (Feng et al., 2019) .

Внесение куриного помета и компоста значительно улучшает химические свойства почв (табл. 1). При применении куриного помета в качестве удобрения повышается содержание доступного фосфора (Мерзлая и др., 1991; Azeez, Van Averbeke, 2010; Ashworth et al., 2021; Chen et al., 2022) . Куриный помет в большей степени, по сравнению с другими органическими удобрениям, увеличивает содержание разных форм неорганического и органического фосфора (Васильев и др., 1984; Фисинин и др., 2013; Wei et al., 2022) . Помимо этого, внесение куриного помета способствует увеличению содержания обменного калия и суммы поглощенных оснований (Чекаев, 2009; Качикаев и др., 2020) . Однако последействие этих эффектов может не наблюдаться, что, по-видимому, связано с процессами минерализации органического вещества, внесенного с куриным пометом, а также выносом кальция и магния с урожаем.

Куриный помет и компост на его основе увеличивают количество органического углерода и азота в почве (Васильев и др., 1984) .

Таблица 1. Влияние куриного помета и компоста на его основе на функции и свойства почв

Table 1. Effect of chicken manure and its compost on soil functions and properties

Почвенная функция/свойство	Куриный помет	Компост на основе куриного помета
Питательная	+	+ +
г % орг ,	↑	↑↑
N, %	↑↑	↑
P, %	↑↑	↑
K, %	↑↑	↑
рН	↑	↑
Засоление	↑	↑
Cанитарная	– –	+ / 0
Патогенные микроорганизмы	↑↑	↑
Семена сорняков	↑ / 0	0
Гены антибиотикорезистентности	↑↑	↑
Супрессивность почв	↑ / 0	↑
Биоресурсная	+ +	+
Разнообразие микробиома	↑	↑
Биомасса микроорганизмов	↑↑	↑
Углеродтрансформирующая	+	+ +
Биологическая активность	↑↑	↑
Секвестрация углерода	↑	↑↑
Эмиссия парниковых газов	↑↑	↑
Опорная (средообразующая)	+	+ +
Пористость	↑	↑↑
Аэрированность	↑	↑↑
Плотность	↓	↓

Примечание. Влияние данных органических удобрений на почву оценено качественно в баллах от двух минусов (заметное ухудшение возможности почвы поддерживать функцию) до двух плюсов (существенное улучшение функционирования почвы). Свойства охарактеризованы с точки зрения значительного и очень значительного увеличения/уменьшения.

Note. The effect of these organic fertilisers on the soil was qualitatively assessed with scores ranging from two minuses (marked deterioration in the soil's ability to maintain function) to two pluses (significant improvement in soil function). Properties are characterised in terms of significant and very significant increases/decreases.

По мере увеличения доз внесения (от 0 до 4%) этих удобрений возрастает содержание органического углерода (с 0.94% до 2.5%), общего азота (с 0.15% до 0.3%), рН (с 7.60 до 7.87) и электропроводности (с 0.7 до 2.6 дСм/м) в почве (Ashworth et al., 2021; Потапов, Фролов, 2021a) . Компост на основе куриного помета повышает содержание органического углерода в большей мере, чем чистый помет (Islam et al., 2021) . При внесении низких доз (до 2%) обоих типов удобрения доля общего азота и значения рН выше в вариантах с компостом, а при заделывании относительно высоких доз (3–4%) – в почвах со свежим пометом.

Также по сравнению с компостом свежий куриный помет в 2–2.5 раза больше увеличивает электропроводность почв (Потапов, Фролов, 2021a) . Длительное применение компоста куриного помета в качестве удобрения приводит к значительному увеличению содержания и устойчивости ПОВ в микроагрегатах (Мерзлая и др., 1991; Ashworth et al., 2021) . За 10 лет применения компоста в дозе 12 т/га увеличение запасов органического углерода выросло на 110% в почве отвалов (Huang et al., 2019) .

Несмотря на положительное влияние куриного помета и компоста на содержание общего углерода в почве, остается открытым вопрос, как внесение этого органического удобрения сказывается на качестве ПОВ, а именно на величине и соотношении структурных и процессных пулов ПОВ – ОВ твердых органических частиц, минерально-связанном ОВ и потенциальноминерализуемом ОВ, которые ответственны за секвестрирующую, депонирующую и эмиссионную функции почвы (Семенов и др., 2023). Научный и практический интерес представляют вопросы изменения химического состава соединений, входящих в состав ПОВ, которые определяются методами ИК-спектрометрии, пиролиза, термохимолиза и масс-спектрометрии. Не рассмотрены во- просы влияния куриного помета и компоста на гидрологическую функцию почв, архитектуры и связанности порового пространства.

ВЛИЯНИЕ КУРИНОГО ПОМЕТА/КОМПОСТА НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ

При удобрении куриным пометом или компостом на его основе происходит привнесение большого количества доступного органического вещества и микроорганизмов, что оказывает многостороннее влияние на нативный микробиом почвы (Фисинин и др., 2013; Urra et al., 2019) . Многие микроорганизмы, находящиеся в почве в покоящемся состоянии, могут быть активированы поступлением органического вещества и могут конкурировать с микробиотой, привнесенной с навозом или пометом (Semenov et al., 2021; Minkina et al., 2022) . Кроме того, внесение органических удобрений оказывает ключевое влияние на таксономический состав ризосферного бактериома и микобиома, перекрывая фактор самого растения, и тем самым определяя не только качество почвы, но и здоровье и развитие растений (Семенов и др., 2019; Se menov et al., 2022) . Согласно двум метаанализам, удобрение почвы свежим или компостированным куриным пометом приводит к увеличению углерода микробной биомассы на 25–75% (Ren et al., 2019; Guo et al., 2022) . Во многих исследованиях отмечается повышение α-разнообразия микробного сообщества при применении куриного помета и компоста на его основе (Yang et al., 2019; Gurmessa et al., 2021; Zhu et al., 2022) . После заделывания куриного помета в почве наблюдается рост ферментативной активности: щелочной (с 0.38 до 4.94 мг/г почвы) и кислой фосфатаз (с 0.42 до 3.02 мг/г почвы), каталаз (с 1.32 до 6.77 мг/г почвы) и уреаз (0.72 до 3.90 мг/г почвы) (Minkina et al., 2022) .

В компостах на основе куриного помета и удобренных им почвах доминируют бактерии филумов Firmicutes (роды Cerasibacillus, Atopostipes и Bacillus) и Actinobacteria (роды Thermobifida, Actinomadura и Nocardiopsis), а обилие патогенных родов Helicobacter, Staphylococcus, Acinetobacter, Streptococcus, Mycobacterium и Enterococcus составляет менее 1% (Wan et al., 2020; Wang et al., 2020; Zainudin et al., 2022). Тем не менее в насто- ящее время недостаточно данных о разных эколого-трофических группах бактерий и грибов (например, сахаролитических, копро-фильных, эпифитных и фитопатогенных видов) в составе микробиома куриного помета, в том числе в процессе его компостирования. Необходимо изучение токсинообразующих, аллергенных и термофильных видов грибов, представляющих опасность для здоровья человека, возможности оценки готовности компоста для внесения в почву в качестве биоудобрения с учетом данных по микобиоте, которые выполняются, например, для коровьего навоза (Кураков, Биланенко, 2023).

При заделывании куриного помета в почву отмечается значительное увеличение (на 60–100%) в верхнем 20-сантиметровом слое численности бактерий филумов Firmicutes, Bacteroidetes и Actinobacteria; родов Bacillus, Bifidobacterium, Clostridium, Lactobacillus, Enterococcus, Eubacterium, Prevotella, Pseudomonas, Selenomonas, Streptococcus, Megasphaera, Fusobacterium ; видов Staphylococcus aureus, Clostridium perfringes (Barbour et al., 2002; Iqbal et al., 2020; Наумова, 2021; Zhang et al., 2021; Minkina et al., 2022) . В трехлетних опытах на двух полях с контрастными по физико-химическим свойствам почвами при выращивании спаржи было выявлено, что в почве после внесения компостированного куриного помета в 2–4 раза выросло обилие филума Bacteriodetes, в том числе классов Flavobacteriia (роды Fluviicola и Flavobacteriia ) и Sphingobacteriia (род Pedobacter ) (Наумова и др., 2021) . Применение ферментированного куриного помета (совместно с коровьим навозом) изменило микробиом ризосферы арбуза, значительно повысив микробное разнообразие, а также снизив обилие грибов рода Fusarium , многие из которых являются патогенами растений (Zhao et al., 2017) .

В удобренной куриным пометом почве нередко обнаруживаются такие патогенные для животных и человека бактерии, как Clostridium spp., Escherichia coli, Campylobacter spp. и Salmonella spp., а также патогенные вирусы, микромицеты, простейшие и гельминты, которые способны длительное время сохраняться в почве (Gurmessa et al., 2021; Наумова, 2021). Например, сальмонеллы способны выживать в удобренной куриным пометом почве более ста дней (Hruby et al., 2018). Ввиду возможной конкуренции между нативным почвенным микробиомом и привнесенными с куриным пометом/компостом микроорганизмами следует внимательно оценивать риски негативных последствий (в т. ч. попадания патогенных микроорганизмов в сельскохозяйственную продукцию), особенно для почв с низкой биологической активностью.

Изучение влияния куриного помета на биологические свойства почв ограничивается, главным образом, исследованиями по изменению таксономического разнообразия прокариот. На данный момент не рассмотрено воздействие куриного помета и компоста на его основе на разнообразие и эколого-трофическую структуру микобиома и протистома почв, а также на соотношение представителей микробного сообщества с разными экологическими стратегиями, например, r- и K-стратегами (Semenov et al., 2019; Li et al., 2021; Yang et al., 2022) . Проведение таких исследований позволит получить полноценное представление о влиянии компостов на основе куриного помета на таксономическое и функциональное разнообразие почв, а также на микробные драйверы секвестрации углерода.

ПРАКТИКА ПРИМЕНЕНИЯ КУРИНОГО ПОМЕТА И КОМПОСТОВ НА ЕГО ОСНОВЕ

Дозы внесения свежего помета варьируют от 4 до 20 т/га, компостированного помета – от 2 до 70 т/га (Лазарев и др., 2018; Лысенко и др., 2018; Мерзлая и др., 2018; Наумова и др., 2021; Ненайденко, 2010; Потапов, Фролов, 2021; Сопельченко и др., 2018; Турчин и др., 2017; Чекаев и др., 2017; Cayci et al., 2017; Dani et al., 2021). Куриный помет обычно используется в производстве зерновых, кормовых и технических культур в качестве органических удобрений (Васильев и др., 1984). Избыточное внесение куриного помета может привести к ряду негативных последствий: эвтрофикации и засолению почвы, усилению эмиссии парниковых газов (метан, аммиак, углекислый газ), химическим ожогам растений, а также к загрязнению окружающей среды кишечной микрофлорой (Kelleher et al., 2002; Barbour et al., 2002; Amanullah et al., 2007; Ojeniyi, 2008; Oagile, Namasiku, 2010; Jiang et al., 2021; Liu et al., 2020; Minkina et al., 2022). В целом, нормы использования куриного помета и удобрений на его основе недо- статочно хорошо разработаны (Kelleher et al., 2002; Седых, Кара-уш, 2010; Фисинин и др., 2013).

В России действует международный ГОСТ 33830-2016 о стандартах органических удобрений на основе отходов животноводства, к которым относятся компостированный, свежий, подстилочный и бесподстилочный птичий помет. Вносимые удобрения по показателям безопасности должны соответствовать следующим требованиям: содержание свинца – не более 130 мг/кг сухого вещества, кадмия – не более 2.0 мг/кг, ртути – не более 2.1 мг/кг, мышьяка – не более 10 мг/кг. Остаточные количества пестицидов (ГХЦГ, ДДТ) должны составлять менее 0.1 мг/кг сухого вещества. Не допускается присутствие патогенных и болезнетворных микроорганизмов, в том числе энтеробактерий (патогенных серовариантов кишечной палочки, сальмонелл, протеи), энтерококков, стафилококков, клостридий, бацилл, энтеровирусов; жизнеспособных яиц и личинок гельминтов, в том числе нематод (аскаридат, трихоцефалов, стронгилят, стронгилоидов), трематод, цестод; цист кишечных патогенных простейших, личинок и куколок синантропных мух.

В странах Европейского союза обращение с птичьим пометом и подстилкой регулируют несколько регламентов (Regulation (EC) No 1069/2009) . Для этих субстратов рекомендуется минимизировать время хранения перед применением, хранить на специальных площадках вдали от возможного стока в водоемы, не допускать доступа животных. При применении в качестве удобрения следует создавать буферные зоны у водоемов (5–10 м), не использовать свежий помет под культуры, употребляемые в пищу в сыром виде, и обязательно запахивать удобрение в почву с использованием вспашки с оборотом пласта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Куриный помет и компосты на его основе являются ценными органическими удобрениями, которые повышают плодородие почв и значительно повышают урожаи сельскохозяйственных культур. Внесение этих удобрений в почву благоприятно сказывается на ее структуре, способствуя удержанию влаги и улучшению воздухообмена, повышает содержание органического вещества, а также увеличивает биологическую активность почвы. Использование компостированного куриного помета в качестве удобрения позволяет решить проблему его утилизации с птицефабрик. Однако необходима разработка технологий компостирования и внесения данного удобрения на сельскохозяйственные поля, чтобы не допустить пересыщения почвы азотом и другими питательными веществами, а также ее заражения патогенами человека и животных.

Помимо решения технологических вопросов применения компостов на основе куриного помета необходимо более детальное изучение воздействия этого удобрения на физические, химические и биологические свойства почвы. По-прежнему остается неизученным влияние внесения куриного помета на величины и соотношение структурных и процессных пулов ПОВ, химический состав ПОВ, архитектуру порового пространства почвы. Также необходимо более детальное исследование воздействия помета и компостов на его основе на эколого-трофическую структуру и функциональный потенциал почвенного микробиома, что будет способствовать секвестрации углерода и повышению плодородия.

Manage. , 2021, Vol. 294, pp. 113018, DOI: 10.1016/j.jenvman.2021.113018.