Оценка действия состава удобрительных композиций на интенсивность процессов минерализации при компостировании

Введение. Россия обладает четвертью мировых запасов древесины, половина из которых находится в Сибири. На всех этапах производства в лесной индустрии образуется огромное количество древесных отходов, имеющих в составе высокое содержание органического вещества. Однако недостаток в них азота и фосфора не позволяет их использовать в чистом виде в качестве удобрительного ресурса. Проблема утилизации отходов весьма актуальна, поскольку в целевые продукты перерабатывается всего 10 % от общей образующейся массы, а остальная их часть хранится в многолетних отвалах или сжигается, загрязняя окружающую среду [1]. Известны способы переработки древесных отходов в эффективные удобрения методом компостирования их с минеральными компонента- ми [2–4]. В то же время минеральные удобрения являются дорогостоящей добавкой, увеличивающей затраты на производство таких компостов. Более перспективным направлением утилизации древесных отходов может служить компостирование их с птичьим пометом местных птицефабрик, являющимся крупнотоннажным отходом, требующим эффективного использования. Наличие в крае крупнотоннажных древесных отходов (коры, опилок) и отходов птицеводства (птичьего помета) делает возможным разработку на их основе удобрительных композиций, в которых остро нуждается сельское хозяйство региона. Однако процессы, протекающие при компостировании этих отходов, как и оптимальные количественные отношения указанных компонентов, не исследованы.

Цель исследования . Изучаение влияния добавок птичьего помета при компостировании с опилками и корой на интенсивность их разложения с целью получения эффективных удобрений.

Объекты и методы исследования. Объектами исследования являлись крупнотоннажные отходы деревообрабатывающего производства – опилки, кора и отходы сельскохозяйственного производства – птичий помет, а также удобрительные композиции на их основе. Исследования проводили в лабораторном эксперименте в сосудах объемом 1,5 л по следующей схеме:

1) опилки; 2) кора; 3) птичий помет (ПП); 4) опилки: ПП =1:1; 5) кора: ПП=1:1; 6) ПП:опилки:кора=1:0,5:0,5. Скорость разложения субстратов оценивали по интенсивности выделения СО 2 (г С м^-2 сут^-1) с поверхности удобрительных смесей один раз в неделю абсорбционным методом в модификации И.Н. Шаркова [5], а суммарное продуцирование углерода в виде СО 2 за годовой период наблюдений определяли с помощью метода линейного интерполирования по формуле

А =

f ( В 1 + В 2 ¹

I 2

■ t 1+

( B 2 + B 3 )

■ t^ + ...+

(Bn-1 + Bn ),  1

--------tn - 1 ²        J

■ 0,273 ,

где А – суммарное количество С-СО 2 , выделившееся за период наблюдений, в г С м^-2; В 1 , В 2 , В 3 ...В n – соответственно величины первого, второго, третьего, n-го измерений скорости продуцирования СО 2 при компостировании (г С м^-2); t 1 , t 2 , tn -1 – периоды времени между измерениями

(сут); 0,273 – коэффициент пересчета СО 2 в С. Измерения проводили в течение 12 месяцев компостирования композиций.

Результаты исследования и их обсуждение. Процесс минерализации удобрительных композиций при компостировании можно про- следить по респирационной активности (рис. 1). Результаты проведенных исследований за годовой срок компостирования показывают, что интенсивность продуцирования углекислоты в варианте с птичьим пометом имела минимальное значение на протяжении всего периода наблюдений и варьировала от 1,5 до 13,5 г С м-2 сут-1. Близкие значения по выделению СО2 отмечаются в варианте с опилками и изменяются от 5,4 до 15,01 г С м-2 сут-1. Лимитирующим фактором, снижающим этот показатель, в указанных выше вариантах является реакция среды: у птичьего помета она резко щелочная (рН H2O – 9,0), а у опилок – кислая (рН H2O – 4,1). Кроме этого, на процессы минерализации органического вещества субстратов влияет и их химический состав. В варианте с птичьим пометом ингибирующее действие на интенсивность процесса выделения СО2 оказало избыточно высокое содержание азота – 3,55 %, а в варианте с опилками – его недостаток (0,12 % N) (табл. 1). При совместном компостировании древесных отходов с птичьим пометом отмечали усиление выделения углекислоты, связанного с нейтрализацией избыточной кислотности у древесных отходов и щелочности у птичьего помета и оптимизацией пищевого режима.

Таблица 1

Вариант	N	P	K
1.Опилки	0,12	0,06	0,18
2.Кора	0,31	0,08	0,25
3.Птичий помет	3,55	1,50	0,8
4.Опилки: ПП=1:1	1,50	0,78	0,49
5.Кора: ПП=1:1	1,65	0,79	0,53
6.ПП: кора:опилки=1:0,5:0,5	1,70	0,82	1,12

Химический состав композиций, %

В варианте кора:ПП = 1:1 интенсивность выделения углекислоты изменялась в пределах 3,01–26,8 г С м^-2 сут^-1. Близкие значения обнаружили и в варианте опилки:ПП = 1:1. Максимальное выделение углекислоты выявили при совместном компостировании птичьего помета, опилок и коры в соотношении 1:0,5:0,5, оно варьировало в течение исследований от 1,7 до 34,9 г С м^-2 сут^-1. Динамика колебания скоростей продуцирования СО 2 по всем вариантам опыта представлена многовершинными кривыми убывающего характера и связана с температурой в дни определений и содержанием легкогидролизуемых соединений в разные периоды наблюдений. Максимальное количество легкогидролизуемых соединений в композициях выявили в первые 2 месяца компостирования. По мере их разложения отметили уменьшение выделения углекислого газа.

Оценивая полученные результаты по суммарному продуцированию СО2, отметим, что минимальное значение показателя установлено в варианте с птичьим пометом (225,4 г С м-2), связано со щелочной реакцией среды и очень высоким содержанием азота, ингибирующими микробиологическую деятельность, повлиявшую на выделение углекислого газа (рис. 2). Однако добавление птичьего помета в опилки привело к усилению в 2,7 раза суммарных потер С-СО2 за 12-месячный период компостирования, а при внесении его в кору суммарный поток углекислоты возрос в 2,3 раза. Это обусловлено нейтрализацией кислотности и оптимизацией пищевого режима в композициях, что стимулировало деятельность микроорганизмов и способствовало значительным потерям углерода в виде С-СО2. Отметим, что максимальное выделение С-СО2 (606,2 г С м-2) обнаружили в композиции, состоящей из опилок и птичьего помета в соотношении 1:1. Близкие значения по этому показателю имели композиции, включающие птичий помет, кору и опилки в соотношении 1:0.5:0.5 (594 г С м-2). В этих вариантах в целом были созданы благоприятные условия для жизнедеятельности микрофлоры и минерализации органического материала.

0 о  —  —  —  —   im  im  im  im  —  —  —  —  im  im  im  im  <-ч  <-ч  <-ч  <-ч  ч-  ч-  ч-  ч-  ir.  ir.  ir.  ir.  so  so  i^  i^  ac  ac  ac  os  os  о  о

^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ —’  г~’  ч-  —  ас  ir’  n ч © h n ci     н n ci     — — r^i        — <4 _ 14 :© — :© — <ч — <ч — 14

—•— Опилки

-■- Кора

Птичий помет

Опилки:ПП=1:1

Кора:ПП=1:1

—•-ПП:опилки:кора=1:0,5:0,5

Рис. 1. Динамика продуцирования углекислого газа из композиций за 12 месяцев компостирования, г С м-2 сут-1

Рис. 2. Суммарные потери С-СО 2 из композиций, г С м^-2

В то же время низкие значения показателя в варианте с птичьим пометом обусловлены высоким содержанием азота в нем. Так, по данным В.М. Назарюка [6], чрезмерно большое количество азота в композициях, почве и т.д. угнетающе действует на микрофлору и снижает общие потери С-СО 2 .

Результаты корреляционно-регрессионного анализа показали, что общие потери C-CO 2 из композиций в средней степени зависели от содержания в них общего азота и фосфора (R=0,38) и в слабой – от количества калия (R=0,014) (табл. 2).

Таблица 2

Корреляционные зависимости между продуцированием С-СО 2 и количеством элементов питания в композициях

N-NO 3		P 2 O 5		K 2 O
Ур-е регрессии	R	Ур-е регрессии	R	Ур-е регрессии	R
y= -49,83x+554,9	0,38	y= -100,4x+543,4	0,38	y= 19,06x+465,2	0,014

Выводы

• 1.    Внесение птичьего помета в древесные отходы оказало существенное влияние как на динамику продуцирования СО 2 с поверхности удобрительных композиций, так и на суммарные потери углерода в форме СО 2 .

• 2.    Добавка птичьего помета в опилки и кору наиболее значимо усиливала минерализацион-ные процессы в первые 2 месяца компостирования, что связано с наличием в композициях легкогидролизуемых соединений.

• 3.    За 12 месяцев компостирования суммарные потери углерода в форме СО 2 из компози-

• ций варьировали от 519 до 606 г С м-2 при добавлении птичьего помета в опилки и кору. Максимальные потери углекислоты отмечены в варианте, включающем птичий помет: опилки в соотношении 1:1.

• 4.    Установлена средняя корреляционная зависимость между общими потерями углерода в форме C-CO 2 и содержанием азота и фосфора в композициях. Количество питательных элементов в композициях определяет скорость разложения органического вещества.