Биотехнология для утилизации животноводческих стоков

БИОТЕХНОЛОГИЯ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ СТОКОВ

В современных условиях развитие сельскохозяйственного производства на основе прогрессивной техники, внедрения новых технологий возделывания культур, химических средств защиты растений, благодаря применению минеральных удобрений и мелиорации земледелия, не только обеспечивало увеличение урожайности сельскохозяйственных культур, но и привело к негативным явлениям, таким как загрязнение почвы группой тяжелых металлов и ухудшение ее биологических свойств. Применение минеральных удобрений не обеспечило естественного механизма восстановления плодородия почвы, не способствовало обогащению ее питательными веществами, грибами, бактериями, то есть необходимы для нее компонентами [5, 6, 15, 23].

В нашей стране указанные причины привели к снижению плодородия почв, широкому развитию глобальных процессов деградации гумуса. Гумус является важным компонентом плодородия почв. Он активизирует биохимические и физиологические процессы, повышает обмен веществ и общий энергетический уровень процессов в растительном организме, способствует усиленному поступлению в него элементов питания, что сопровождается повышением урожая и улучшением его качества [17, 10, 11, 12]. Снижение плодородия почв, вследствие потери гумуса, может обернуться катастрофой для агропромышленного комплекса Краснодарского края.

В настоящее время ежегодно в пахотных почвах России в среднем минерализуется около 60 млн т гумуса, а восполняется только 27 млн т. Дефицит гумуса составляет 37 млн т. Для его восстановления необходимо внести в почву при сложившейся структуре посевных площадей свыше 610 млн т органических удобрений [8, 20, 21].

За последние 10 лет содержание гумуса в почвах Краснодарского края уменьшилось на 0,16% и составило в 1994 г. — 3,77%. Вынос растениями элементов питания из почвы компенсируется только на 1/3. Указанное явление обусловлено резким снижением объемов производства и внесения органических удобрений. Так, за последние 10 лет объем внесения органических удобрений снизился в 6,3 раза и в 2001 г. составил 3550 тыс. т или 1 т на 1 га посевной площади [22].

Вместе с тем известно, что важнейшим фактором повышения плодородия почвы является органическое вещество. Особая роль органического вещества объясняется его воздействием на все свойства почвы и ее биологическую активность. Вносимые органические удобрения могут оказывать непосредственное действие на баланс органического вещества почвы, переходя частично в форму гумусных соединений. Создание бездефицитного баланса органического вещества в почве представляет обязательное условие интенсификации земледелия страны.

Поголовье животных ежегодно выделяет 10 млн т полужидкого навоза, плюс в Краснодарском крае производится ежегодно в среднем около 6 млн т соломы злаковых культур, значительная часть которых может быть использована в качестве органического удобрения [18].

Навоз и другие органические соединения издавна считались лучшим средством удобрения полей и повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Навоз — ценное органическое удобрение и главный поставщик минеральных элементов, макроэлементов, серы и магния, необходимых для роста и развития растений. В настоящее время в нашей стране сложилась сложная ситуация с обеспечением сельхозугодий органическими удобрениями.

Решить данную задачу можно, только мобилизуя все ресурсы органического сырья: солому, торф, отходы перерабатывающей промышленности и животноводства. В течение последних десяти лет на территории России интенсивно внедряются биотехнологии. Современная биотехнология занимает ведущее положение в системе биологических, медицинских, ветеринарных и зоотехнических исследований. Она представляет собой новую форму промышленных технологий. В традиционном понимании биотехнология — это наука о методах и технологиях производства различных веществ и продуктов с использованием природных биотехнологических объектов и процессов [16, 19].

Разработанная биотехнология позволяет утилизировать животноводческие стоки, стоки спиртового производства. Комплексность подхода к утилизации животноводческих стоков должна заключаться в выполнении технологической цепочки: удаление и транспортировка навоза в приемники стоков, переработка стоков, переработка стоков, утилизация стоков.

Экологическая привлекательность биотехнологии — безотходная утилизация животноводческих стоков и спиртовых стоков; сохранение окружающей среды; снижение отрицательных воздействий на атмосферный воздух, уменьшение загрязнения грунтовых вод. Экологическая целесообразность биотехнологии — производство биогумуса как ценного удобрения и его реализация. Техническим решением биотехнологии является повышением эффективности утилизации стоков животноводства и стоков спиртового производства. Разработанная биотехнология (рис. 1) полной утилизации стоков свиноводческих и спиртовых стоков состоит из трех блоков [1, 2, 3].

Рисунок 1. Биотехнология.

Блок I — подготовка свиноводческих стоков к утилизации. Блок II — подготовка рабочей жидкости и транспортировка ее по трубопроводам. Блок III — полная утилизация отходов и получение ценного удобрения. Схема биотехнологии представлена на рисунке 1.

Блок I. Стоки животноводства поступают в накопительные емкости 1, где происходят предварительная их утилизация и хранение. С помощью насосной станции 2 стоки подаются в пресс 3, где их прессуют для отделения твердой и жидкой фракций. Плотный остаток органической массы (навоза) должен содержать влажность не менее 75%. Степень содержания влаги органической массы контролируется усилием в прессе, которую можно изменять в зависимости от требуемого режима утилизации навоза. В качестве отходов для утилизации в сельскохозяйственных целях используется твердая фракция, которая транспортируется дополнительным насосом 5 в промежуточный усреднитель 6, а жидкую фракцию — навоз отправляют в накопитель 4 для дельмигизации, где она разбавляется водой в соотношении 1:10 и транспортируется на сельскохозяйственные поля для орошения. Транспортировка возможна различными способами.

Блок II. Жидкая часть барда (фугат), находящаяся в накопителе 7, а лютерная вода в накопителе 8, самотеком попадает в усреднитель 9. В усреднителе 9 фугат смешивается с лютерной водой и с помощью насосной станции 10 подается в промежуточный усреднитель11. В усреднителе 11 происходит нейтрализация кислотности жидкой среды с помощью реагентного хозяйства 12, где в качестве повышения водородного показателя рН применяется известковый раствор. Кислая среда доводится до нейтральной с рН 7,0−7,5. Объем усреднителя 11 согласуется с объемом накопителя 9. Поступивший объем жидкости (фугат + лютерная вода) должен находиться в усреднителе 11 определенное время для повышения среды рН 7,0−7,5. При смешивании водной среды до требуемого рН, подача жидкости из накопителя 9 в усреднитель 11 прекращается. Для перемешивания раствора (рабочая жидкость) используется воздуходувка 13.

Блок III. Полная утилизация стоков и получения ценного органического удобрения. Для подготовки органических удобрений часто используют солому озимой пшеницы, которая измельчается в измельчителе 14 со средним размером частиц — 25 мм, влажностью — не более 24%, влагопоглощающей способностью — не менее 200−300%. Из усреднителя 6 твердая фаза навоза транспортируется на площадку для компостирования 15, из измельчителя также 14 доставляется солома и формируются бурты для приготовления компоста. Орошение компоста осуществляется рабочей жидкостью из накопителя 11. Для ускорения процесса ферментации в буртах применяют компрессор 16. Созревший компост отправляется на площадку 17 для вермикультуры. Орошения вермикомпоста осуществляется рабочей жидкостью из накопителя 11. Выращивание вермикультуры происходит на площадке 17. Полученный биогумус-сырец транспортируется на площадку 18 для подсушки и дальнейшей утилизации. Утилизация стоков продолжается непрерывно круглый год.

Полученный биогумус транспортируется на сельскохозяйственные поля для использования как ценное органическое удобрения. Ценность биогумуса заключается в большом содержании микроорганизмов, что способствует процессам регенерации природно-бедных почв или почв, загрязненных химическими веществами. Биогумус содержит углерод, азот, фосфор, калий в пропорциях, благоприятных для питания растений и обеспечивающих высокий эффект при выращивании всех видов сельскохозяйственных культур. Использование биогумуса ускоряет прорастание семян, снижает стресс от пересадки растений, облегчает получение ранней продукции, повышает устойчивость растений к болезням [4, 7, 13, 14].

Внесение полученного биогумуса было выполнено в полевых условиях учхоза «Кубань». Исследования поводились по действию полученного биогумуса на продуктивность сои.

Схема опыта содержит 5 вариантов. Повторность вариантов — четырехкратная. Размещение делянок — рандомизированное, при котором порядок следования вариантов носит случайный характер. Общая площадь делянки составляет 36 м² (3,6 м*10 м), а учетная — 27 м² (2,7 м*10 м). Ширина делянки соответствует ширине захвата сеялки СЗН-3,6, которую использовали для посева. Площадь делянки является достаточной для проведения опыта с данной культурой [9].

Схема опыта (рис. 2):

• 1. Контроль — без биогумуса
• 2. Биогумус — 5 т/га
• 3. Биогумус — 10 т/га
• 4. Биогумус — 15 т/га
• 5. Биогумус — 20 т/га

Рисунок 2 — Схема расположения делянок по повторностям опыта

(рандомизированное размещение вариантов в два яруса) Агротехника возделывания сои общепринята для зоны достаточного, но неустойчивого увлажнения. Основную обработку почвы проводили агрегатом ДТ-75М+ПН-4−35 на глубину 25−27 см. Под весеннюю обработку почвы вручную по делянкам вносили биогумус в нормах согласно схеме опыта. Весенняя культивация проводилась при наступлении физической спелости почвы с целью уничтожения всходов сорняков и выравнивания поверхности почвы на глубину 8−10 см агрегатом ДТ-75М+КПС-4+БЗСС- 1,0.

Посев сои осуществляли семенами сорта Светлана из расчета 400−450 тыс. семян на гектар в прогретую почву до 14−16 0С (7 мая). Сою высевали широкорядным способом с междурядьями 45 см сеялкой СЗН-3,6, агрегатируемой с трактором МТЗ-80. Семена заделывали на глубину 5−6 см. В период вегетации сои были проведены две междурядные культивации: первая — в фазу первой пары настоявших листьев, вторая — в фазу 3−4 пар настоящих листьев культиватором КРН-4,2, оборудованным лапами-бритвами, на глубину 6−7 см. Кроме того, для более тщательного уничтожения сорной растительности (амброзии и канатника) осуществляли прополку сои. Уборку урожая на делянках проводили вручную.

В полевых условиях биогумус на посевах сои оказывал существенное влияние на содержание подвижных форм элементов минерального питания в почве. Наибольшее количество нитратного и аммонийного азота, подвижного фосфора и обменного калия отмечено при внесении биогумуса в дозе 15 и 20 т/га.

На протяжении всей вегетации растения сои, выращенные с применением биогумуса, имели больший процент содержания азота, фосфора и калия в вегетативной части, чем на контрольном варианте, что положительно сказалось на накоплении этих элементов в семенах. Так, при внесении 20 т/га биогумуса содержание азота, фосфора и калия в семенах сои было максимальным и составило, соответственно, 6,13; 1,32; 2,31% при 5,30; 1,04; 1,77% на контроле.

Улучшение условий питания способствовало лучшему росту растений сои. При внесении биогумуса в дозе 15 и 20 т/га растения сои были выше, чем на контроле, и имели большую надземную массу.

Полевой опыт показал, что внесение органического удобрения в виде биогумуса способствует существенному повышению урожайности сои. На контрольном варианте урожайность сои составила 18,2 ц/га. Внесение биогумуса в дозе 15 т/га способствовало более существенному увеличению урожайности семян сои — до 21,7 ц/га, и прибавка по отношению к контролю достигла 3,5 ц/га, что составляет 19%. Дальнейшее увеличение дозы биогумуса до 20 т/га оказалось малоэффективным. В этом случае прибавка урожая составила 3,8ц/га, по сравнению с контролем, и 0,3ц/га, по сравнению с дозой — 15 т/га.

Математическая обработка показала, что достоверной разницы между ними не наблюдается.

Внесение биогумуса способствовало увеличению питательной ценности сои. Содержание белка по вариантам опыта колеблется от 33,1 на контроле до 37,8 и 38,3% на вариантах с внесением биогумуса в дозах 15 и 20 т/га, соответственно. При этом увеличивалась масличность семян на всех вариантах с применением биогумуса, по сравнению с контрольными образцами. Наилучшие показатели отмечены с внесением биогумуса — 15 и 20 т/га, где содержание определяемого показателя составило 26,9−27,3% при 23,2%.

Создание и внедрение замкнутых систем производства и безотходной биотехнологии — одно из направлений природоохранной деятельности. Избавление от загрязнений, исключение отходов, превращение их в ценное органическое сырье и повышение плодородия сельскохозяйственных земель становятся возможными при внедрении в производство биотехнологии. При этом обеспечивается сохранение от загрязнений жизненной среды и получение дополнительной продукции.

Можно сделать вывод о том, что биотехнология направлена на обеспечение экологического равновесия в природе, на переработку отходов деятельности человека в ценное органическое удобрение — биогумус, а также максимальное снижение негативного антропогенного воздействия на природу. животноводство антропогенный биотехнология экологический.

• 1. А. с 2 371 426 РФ от 27.10.2009. Способ утилизации отходов спиртового производства для сельскохозяйственных целей и система для его осуществления / Е. В. Кузнецов, Ю. А. Щеколдин.
• 2. А. с 2 402 493 РФ от 31.03.2009. Способ утилизации свиноводческих отходов / Е. В. Кузнецов, Я. А. Полторак, А. Е. Хаджиди.
• 3. А. с 2 402 510 РФ от 31.03.2009. Способ получения вермикомпоста / Е. В. Кузнецов, Я. А. Полторак, А. Е. Хаджиди.
• 4. Атлавинте О. П., Козицкая, П. П. Влияние компостов и дождевых червей на прорастание семян и их рост. // Тех докл. 8-го Всес. совещ. — Ашхабад, 1984. — С. 20.
• 5. Агрономические рекомендации по подготовке и использованию бесподстилочного навоза для удобрений. — М.: Колос, 1982. — 42 с.
• 6. Агроэкологический мониторинг в земледелии Краснодарского края. — Краснодар, 1997. — 236 с.
• 7. Быкин А. В. Биологические аспекты воспроизводства плодородия почв при внесении вермикомпоста // Химия в сельском хозяйстве. — 1997. — № 1. — 19−21 с.
• 8. Ганжара Н. Ф., Борисов Б. А. и т. д. Метод определения содержания и состав мобильных форм органических веществ в почвах // Известия ТСХА. — 1987. — Вып.1.
• 9. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта / Б. А. Доспехов. — М.: Колос, 1985. Изд. 5-е. — 351 с.
• 10. Игонин А. М. Дождевые черви и экология // Приусадебное хозяйство. — 1990. — № 3. — С. 71−72.
• 11. Игонин А. М. Хлеб для растений // Уральские нивы. — 1993. — № 5.
• 12. Игонин А. М. Дождевые черви и экология // Приусадебное хозяйство. — 1990. — № 2. — С. 68−69.
• 13. Карандашов А. Г., Шония А. М. Применение биологического удобрения (БиогумусА) под сельскохозяйственные культуры. — Ставрополь, 1992.
• 14. Карпец И. Л., Мельник И. А. Вермикультура — источник нового эффективного удобрения // Достижения науки и техники АПК. — 1990. — № 10. — С. 17−19.
• 15. Касатиков В. А., Касатикова С. М. Действие вермикомпоста на агрохимические свойства почвы и урожайность сельскохозяйственных культур // Материалы I Международной конференции «Дождевые черви и плодородие почв». — Владимир, 2002 г. — С. 125−130.
• 16. Сазыкин Ю. О., Орехов С. Н., Чакалева И. И. Биотехнология: Учебное пособие / Под ред. А. В. Катлинского. — 2-е изд. — М.: Академия, 2007. — 254 с.
• 17. Спевак В. Я., Денисов Р. А., Спевак Н. В., Шамьюнов М. Р. Технология производства высокоэффективных органических удобрений // Вестник госагроуниверситета им. Вавилова (Саратов). 2002 г. — № 4. С. 44−46.
• 18. Сельское хозяйство России. М.: ФГНУ «Росинформагротех.», 2000. — С.
• 19. Тимонов И. В., Рубан Е. А., Грязнева Т. А. и т. д. Биотехнология: Учебник / Под ред. Е. С. Воронина. — СПб.: ГИОРД, 2008. — 703 с.
• 20. Федеральная целевая программа «Повышение плодородия почв России на 2002;2005 годы «. — М., 2001. — 72 с.
• 21. Щербаков А. П., Шевченко Г. А. К вопросу об оптимизации гумусного состояния черноземов // Проблема гумуса в земледелии: Тез. Всес. совещ. 5−8 авг. 1986. — Новосибирск, 1986.
• 22. Щербаков А. П., Рудай И. Д. Плодородие почв, круговорот и баланс питательных веществ. — М.: Колос, 1983. — 189 с.
• 23. Юхимчук Г. В., Гуцуляк В. Д. Перспективы и эффективность использования биогумуса в овощном хозяйстве // Тез. докл. уастников II Международного конгресса «Биоконверсия органических отходов народного хозяйства и охрана окружающей среды». Май 1992 г. — Ивано-Франковск, 1992 г. — С. 58−60.