Переработка органических отходов, производство биогумуса - основа воспроизводства плодородия почв

При переходе отрасли сельского хозяйства на рыночную экономику вопросы воспроизводства плодородия почвы и ее рационального использования являются одними из актуальных вопросов обеспечения стабильного развития агропромышленного комплекса Республики Казахстан. Почвенное плодородие, являясь естественным условием интенсификации земледелия, способствует росту урожайности и валовых сборов сельскохозяйственных культур. С уровнем плодородия почвы и ее экологическим состоянием напрямую связаны продовольственная безопасность и здоровье населения.

Дело в том, что естественный плодородный слой земли в результате интенсивного земледелия неумолимо истощается, его главная животворная составляющая – гумус – уменьшается катастрофически. Если в начале века содержание гумуса в почвах черноземной полосы составляло 10–15%, то к настоящему времени его количество упало до 6–9%. Об этом предупреждал человечество великий ученый-почвовед В.В. Докучаев еще в конце XIX столетия. Снижение гумуса в почве на 1% означает снижение урожайности, например, зерновых от 8– 10 до 5–7 ц/га.

В настоящее время вопросам защиты окружающей среды придается первостепенное значение. Возросла готовность людей ради сохранения природы изменить потребительские привычки и отказаться от определенных удобств. Это не смогло не затронуть и сельское хозяйство. Одним из возможных выходов из сложившейся экологической ситуаций, наряду с ограничительными мерами, стал переход хозяйств на экологические виды фермерства. Такой переход получил название экологизации земледелия. Подразумеваются как можно более натуральные, лишенные «химии» растениеводство и животноводство. Здесь заменой минеральным удобрениям становится органическое удобрение, и в первую очередь биогумус. Процесс его производства представляет собой переработку отходов КРС, МРС, лошадей и птичьего помета посредством применения черноземообразующих организмов. Таким образом наиболее комплексно решаются проблемы охраны окружающей среды, создания безотходного производства и воспроизводства плодородия почв, а также перебазирования хо-

зяйств на рельсы биоземледелия без применения минеральных удобрений и химических средств защиты от сорняков, вредителей и болезней культур.

В настоящее время вермитехнология используется во многих станах мира. Разработаны совершенно новые технологии вермикомпостирования, но, в зависимости от разнообразия климатических и других факторов, метод вермикомпостирования требует научных разработок, обоснованных для определенных местных условий. В связи с этим в Павлодарской области возникла необходимость разработать научно обоснованные биотехнологии утилизации и переработки отходов с помощью местных компостных дождевых червей и красных калифорнийских червей.

Объекты и методы

Опыты закладывались в лабораторных условиях при оптимальной температуре культивирования и непрерывной переработке 22–28ºС, оптимальной влажности субстрата 70–80%, близкой содержанию воды в теле червя, оптимальной кислотности субстрата нейтральной (рН = 7,0).

Для выращивания червей используют пластиковые ящики размером 25 х 35 х 12 см. Субстратом для червей служат специальные насыщенные opганическими соединениями отходы, прошедшие процесс ферментации. Все компоненты должны быть в среднеизмельчен-ном виде. Время и скорость переработки зависят от измельченности корма, приспособленности к определенным кормам и адаптации.

Черви потребляют практически все органические отходы, уменьшая объем примерно на 50%, тем самым повышая удобрительную ценность. В искусственных условиях в виде субстрата и корма для червей используются смеси органических отходов в зависимости от изучаемого варианта. Необходимо включать в состав корма клетчатку (25–28%) и минеральные вещества (глину, мел и др.), так как при их отсутствии затрудняется пищеварение червей. Большое количество энергии червям дает целлюлоза, поэтому можно включить в состав корма солому, сено – все это необходимо для быстрого роста червей.

В искусственных условиях в виде субстрата и корма для червей использовались нижеследующие смеси органических отходов:

• 1)    подстилочный навоз или навоз КРС, почва, бумага;

• 2)    комплексная смесь: навоз КРС, конский навоз, навоз МРС, кроличий помет, куриный помет, почва, опилки, пищевые отходы, бумага;

• 3)    навозная смесь: навоз КРС, конский навоз, навоз МРС, куриный помет, кроличий помет, бумага;

• 4)    смесь пищевых отходов: пищевые отходы, почва, бумага, опилки;

• 5)    все навозы по отдельности в чистом виде и с почвой.

Навоз используется в полупревшем виде. У каждого корма есть свои особенности подготовки, подачи, время переработки, а также выход биогумуса, отличающегося по качеству и насыщенности нужными элементами.

Следующий этап – отделение червей от биогумуса. Существует несколько приемов. В лаборатории биотехнологии утилизаций отходов применяется природный метод: заполненные ящики, подготовленные для пересадки, передаются в отдел пересадки, где на ящик с червями сверху ставится новый ящик со свежим кормом, и черви, чувствуя запах корма, переползают в верхние ящики с сетчатым дном. Также существует ручной метод. Ящик необходимо готовить заранее, на дне ящика должен быть дренажный слой в виде гальки, соломы или веток, поверх дренажа кладут кормовой субстрат и обильно поливают водой.

После отделения червей еще 2–3 дня биогумус сушится, одновременно происходит процесс гумификации, после чего биогумус просеивается. Ежемесячно необходимо подсчитывать численность червей и определять их биомассу.

Для пересадки в качестве грунта используется подстилочный навоз. На ¼ часть ящик заполняется подстилочным навозом, сверху вносится маточная культура червей с гумусом из расчета 200 шт. червей и 3–4 кг гумуса на 1 ящик. В течение первых 7–10 дней черви осваивают новую среду, в этот период червей кормить нежелательно, однако необходим обильный полив (влажность 70–80%). В продолжение всего срока культивирования проводится регулярное кормление 1–2 раза в неделю по составленному графику, согласно особенностям закладки опыта.

Проводится определение дисперсности и сравнительный анализ выхода биогумуса при использовании местных и красных калифорнийских червей.

Результаты исследований

Результаты исследований показали, что разработаны новые, адаптированные к условиям Павлодарской области технологии утилизации отходов и получения сбалансированного по составу органического удобрения «Биогумус», выдержавшего все испытания и экспертизы, прошедшего государственную регистрацию как экологически чистое органическое удобрение, предназначенное для воспроизводства плодородия земель и увеличения урожайности сельскохозяйственных культур.

Биогумус представляет собой рассыпчатую почвообразную массу, похожую на чернозем. Он содержит большое количество (до 32% на сухой вес) гуминовых кислот, фульвокис-лот и гуминов, это придает органическому удобрению высокие агрохимические и ростостимулирующие свойства. Все питательные вещества находятся в сбалансированном сочетании в виде биодоступных для растений соединений. По сравнению с другими органическими удобрениями в нем гораздо больше подвижных элементов питания, например калия – в 9 раз, фосфора – в 7 раз, кальция и магния – в 2 раза. Полезные вещества при внесении в почву не теряются, не переходят в другие недоступные формы, медленно растворяются в почвенной влаге и длительное время обеспечивают корневую систему растений. В итоге переработки органических отходов компостными червями получается вторичный продукт – биогумус, необходимый ввиду проблемы дегумификации почв как восстановитель плодородия, а также как почвенный раствор, который является экономически выгодным удобрением-подкормкой для декоративных растений.

Изучение конечных продуктов (биогумус и раствор биогумуса) проводилось в лаборатории утилизации и переработки отходов и производства биогумуса.

В вермикультивировании использовали красных калифорнийских червей («красный гибрид»), а также местных дождевых червей. Кормовой субстрат – различные смеси: навоз (КРС, МРС, конский), пищевые отходы, комплексные субстраты, а также солома.

Красные калифорнийские черви при одних и тех же условиях переработки субстрата формируют гумуса на 1,99% больше при просеивании 1 мм, на 2,11% – 2 мм и 0,91% – при более 2 мм просеивания. В среднем калифорнийские черви формируют на 1,7% больше гумуса по сравнению с местными червями (табл. 1).

Таблица 1

Содержание гумуса и доступных элементов питания в биогумусе в зависимости от вида червей и размера просеивания (среднее за 2010–2011 гг.)

Вид компостных червей	Размер просеивания, мм	Содержание гумуса, %	Доступные формы, мг/кг
			N	P 2 O 5	K 2 O
Местные черви	1	13,92	86,8	720	3600
	2	11,49
	более 2	11,60
Красные калифорнийские черви	1	15,91	100,8	750	3500
	2	13,60
	более 2	12,51

На выход гумуса оказывает существенное влияние степень дисперсности. В среднем выход гумуса при 1 и 2 мм просеивания на 0,12% больше в пользу красных калифорнийских червей. Следовательно, местные черви формируют гумус несколько лучше по фракционному составу.

Установлено, что местные черви более адаптированы к температурному режиму, особенно понижению температуры, чем калифорнийские черви. Оптимальная температура культивирования при непрерывной переработке для калифорнийских червей составляет 22– 28ºС, а для местных червей – 17–22ºС. Причем калифорнийские черви хорошо развиваются при температуре 24–28ºС, а местные – при температуре 30–32ºС. Значит, местные черви более приспособлены к континентальному климату Павлодарской области.

Таким образом, применение популяции местных червей для утилизации отходов растительного происхождения в условиях Павлодарской области при искусственной переработке отходов более целесообразно и малозатратно, хотя выход гумуса с единицы на 1,7% ниже, чем у калифорнийских червей. В отношении устойчивости к механическому воздействию или фракционного состава местные черви лучше. Наибольшее количество гумуса при одинаковых условиях переработки калифорнийскими червями формируется на субстрате, подготовленном на основе навоза МРС (табл. 2). На втором месте субстрат на основе конского навоза, а затем по убывающей следует ряд: комплексная смесь, навоз КРС и куриный помет. Необходимо отметить, что навоз МРС очень хорошо влияет на размножение червей и состав гумуса.

По общепринятым нормам лучшим по качеству биогумуса является конский навоз. Однако, по нашим данным, по содержанию доступных элементов питания биогумус, вырабатываемый от навоза МРС, содержит на 23,8 мг/кг азота, 35 мг/кг фосфора, 650 мг/кг калия больше по сравнению биогумусом, подготовленным из навоза КРС, куриного, конского навоза и комплексного корма. По валовому содержанию элементов питания также отличаются конский навоз и навоз МРС, содержание кальция и фосфора в них больше.

Состав биогумуса меняется в зависимости от вида кормового субстрата. Ведутся систематические анализы по определению химического состава биогумуса.

Получамый биогумус обладает исключительными физико-химическими свойствами: водопрочность структуры – 95–97%, полная влагоемкость – 200–250%. Это позволяет применять его как прекрасный мелиорант и почвоулучшитель, высокоэффективное экологически чистое органическое удобрение, повышающее агрохимические свойства.

Таблица 2

Химический состав биогумуса в зависимости от вида кормового субстрата (среднее 2010–2011 гг.)

№ п/п	Ассортимент	Гумус, %	Валовые формы, %			Подвижные формы, мг/кг
			N	P 2 O 5	K 2 O	Гидролизуемый N	P 2 O 5	K 2 O
1	Навоз КРС	12,20	0,532	0,48	1,93	86,8	720	3600
2	Куриный помет	11,58	0,462	0,60	1,93	95,2	720	3200
3	Конский навоз	15,87	0,714	0,60	1,93	100,8	750	3500
4	Навоз МРС	17,42	0,644	0,76	2,08	109,2	680	4800
5	Комплексная смесь	15,82	0,672	0,48	1,93	81,2	680	3500

По результатам химического состава видно, что биогумус насыщен всеми основными видами элементов, которые нужны для роста и развития растений. Количество гумуса в биогумусе меняется в зависимости от вида отходов. Анализы показали, что в биогумусе отсутствуют патогенные бактерии, яйца гельминтов и цисты кишечных патогенных простейших, а доля тяжелых металов ниже ПДК для почв. Эти показатели доказывают, что биогумус – это безопасное, экологически чистое и полноценное органическое удобрение, насыщенное микроэлементами, ферментами, почвенными антибиотиками, витаминами, гормонами роста и развития растений. В нем содержится от 12 до 17% и более гумуса. Это универсальное средство восстановления плодородия почв.

Заключение

Согласно результатам исследований, разработанные новые, адаптированные к условиям Павлодарской области технологии утилизации отходов с помощью местных дождевых и красных калифорнийских червей позволяют получить органическое удобрение «Биогумус» с содержанием гумуса 12–17%.

Выход биогумуса зависит от вида корма для червей. Калифорнийские черви формируют на 1,7% больше гумуса по сравнению с местными червями.