Эффективные микроорганизмы в развитии сложных компостов

Особая роль в обеспечении экологических функций трансформации отходов и формировании сложных компостов в основном принадлежит микроорганизмам. Применение биотехнологических методов трансформации различных отходов (в основном твердых и жидких) и широкое использование сложных компостов является, на наш взгляд, весьма эффективным способом охраны окружающей среды. Одним из вариантов ускорения гумусообразования и создания сложных компостов является использование смеси эффективных микроорганизмов (ЭМ), представляющих смешанные культуры ряда их экологических групп, куда входят азотфиксирующие, актиномицеты, молочные и фотосинтезирующие бактерии, а также дрожжи и ферментирующие грибы [12, 14, 22].

Разработка концепции и технологии применения группы эффективных микроорганизмов были предложены японским профессором Teruo Higa в 80 годах ХХ века. В некоторых странах (Индия, Китай, США, Германия и другие) биологические методы утилизации отходов являются приоритетными, а «природное земледелие» с использованием ЭМ-технологий стало частью национальной политики. С начала XXI века ЭМ-технологии переработки отходов появляются и в России. Пионером на этом рынке был препарат «Байкал ЭМ-1» производства Улан-Удэ, затем появился препарат «Возрождение» Московского производства и др. Микробиологические методы очистки сточных вод также были разработаны с использованием активных штаммов микроорганизмов-деструкторов. Группы ЭМ-культуры не содержат генетически изменённых микроорганизмов и составлены из смешанных таксонов, которые обитают в естественных условиях. Авторам препаратов удалось соединить в одну биокультуру большую группу микроорганизмов, способных к активному взаимообмену источниками питания [12, 13, 14, 15, 16]. Подобная биокультура группы микроорганизмов была выделена из установившегося свиного навоза в колхозе «Заветы Ильича».

Азотфиксирующие микроорганизмы ассимилируют атмосферный азот в виде азотных соединений и сравнительно рано начинают накапливать его в сложном компосте. Наибольшее значение имеет Azotobacter, который в присутствии кислорода фиксирует атмосферный азот, переводит его в нитриты и нитраты, легко усвояемые растениями; азотобактер синтезирует и накапливает в компосте также различные витамины и биологические стимуляторы роста. Первые азотфиксирующие аэробные бактерии рода Azotobacter выделены в начале прошлого века голландским исследователем Бейеринком. Усвоение атмосферного азота осуществляют прокариоты — свободноживущие азотфиксаторы (Azotobacter), а также цианобактерии. Наиболее изучен род азотфиксирующих бактерий Rhizobium. Представители этого рода в симбиозе с бобовыми образуют клубеньки, в тканях которых поселяются азотфиксирующие бактерии, поставляющие растениям азот, а от растений получающие углеводы. Свободноживущие почвенные бактерии и одноклеточные синезеленые водоросли фиксируют в десятки раз меньше азота по сравнению с клубеньковыми бактериями-азотфиксаторами.

Актиномицеты — плесневидные бактерии, или лучистые грибы, являются переходной формой между бактериями и грибами. Представители актиномицетов — аэробы, размножаются в основном в верхнем слое сложного компоста. Актиномицеты образуют простейший одноклеточный мицелий, часть которого обычно погружается в разлагающееся органическое вещество, а другая располагается на его поверхности. Актиномицеты синтезируют антибиотические вещества, которые подавляют рост и развитие патогенных бактерий и грибов. Актиномицеты способны сосуществовать с фотосинтезирующими бактериями; имеют большое значение в формировании плодородия сложного компоста, активно образуют гумус и гумусообразные вещества. Значительная часть актиномицетов синтезирует бурый пигмент и различные биологически активные вещества: антибиотики, гормоны, витамины группы В, существенно оздоравливающие сложный компост. Основная группа актиномицетов — гетеротрофы, в питании используют органические вещества (целлюлоза, различные углеводороды нефти, фенолы и т. д.) и автотрофы (минеральные источники). Актиномицеты полиморфны, экологически изменчивы, легко мутируют, для развития нуждаются в цинке и марганце, весьма полезны для очистки субстрата от всевозможных загрязнений, особенно органических [3].

Молочнокислые бактерии — весьма важный компонент ЭМ, производящий молочную кислоту из сахаров и других углеводов, синтезируемых фотосинтезирующими бактериями и дрожжами, является сильным бактерицидным средством, подавляющим и угнетающим рост и размножение патогенной микрофлоры, не нанося вреда полезным микроорганизмам. Молочная кислота способна подавлять распространение грибов Fusarium, ускоряет разложение органического вещества, а также усиливает разложение лигнина и целлюлозы; источником питания являются органические отходы КРС, свиней, птиц, очистки зерна [18, 19].

Фотосинтезирующие бактерии представляют независимую самоподдерживающуюся группу микроорганизмов, синтезирующих полезные вещества из выделений отходов растений, органических остатков и даже вредных газов (в случае сероводорода), использующих солнечный свет и тепло субстрата (например, конский навоз) в качестве источника энергии. Эта группа бактерий выделяет аминокислоты, нуклеиновые кислоты, биологически активные вещества и сахара, которые способствуют росту организмов, поглощаются ими без перевода в более простые формы и одновременно используются в качестве субстрата другими полезными микроорганизмами [20].

Дрожжи являются составной частью сообщества микроорганизмов, синтезируют полезные для роста растений вещества из аминокислот и сахаров, продуцируемых бактериями и водорослями. Биологически активные вещества типа гормонов и ферментов, произведенных дрожжами, стимулируют ростовые процессы. Кроме того, в результате бродильных процессов, осуществляемых дрожжами, происходит естественное разрыхление сложного компоста и улучшение его структуры.

Ферментирующие грибы формируют в сложном компосте в значительном количестве. Видовой состав их очень разнообразен и обусловлен условиями компостирования. Широко представлены в сложном компосте плесневые грибы, образующие ветвящийся мицелий и переплетающий массу органических веществ. Грибы разлагают органическое вещество, продуцируют этиловый спирт, сложные эфиры и антибиотические вещества. Они подавляют запахи и предотвращают заражение сложного компоста насекомыми и их личинками. Ферментирующие грибы являются весьма важными деструкторами остатков растений, являющихся трудно разлагаемыми для бактерий. Комплексы различных грибов с другими микроорганизмами перерабатывают остатки растений со сменой грибных сукцессий; некоторые виды грибов потребляют нефть и способствуют очистке почвы. Ферментирующие грибы выделяют пигменты и антибиотики, которые соединяясь с другими органическими соединениями, образуют органоминеральные комплексы. Многие грибы активно контактируют с корнями высших растений (с образованием грибокорня), способствуют снабжению растений водой, минеральными, главным образом, фосфорными соединениями, а сами получают органический углерод.

Подготовка сложного органического компоста для черноземных почв имеет важное значение. Приготовленные с использованием органических экстрактов различных отходов экологические компосты являются безопасным органоминеральным удобрением, быстрее созревают, имеют повышенное содержание азота и фосфора. При заделке сложного компоста в почву вносятся одновременно и органоминеральные удобрения, и разнообразные микроорганизмы, способствующие восстановлению её плодородия, подавлению развития патогенных микроорганизмов, повышению урожайности сельскохозяйственных культур и их способности переносить неблагоприятные условия.

Компостирование является важнейшим приемом использования органических и минеральных отходов различных производств, способствующих сохранению питательных веществ при разложении органического вещества и увеличению доступности растениям многих элементов питания. Внесение сложного компоста повышает биологическое связывание азота и фосфора в почве [5].

При смешивании различных отходов (промышленных, сельскохозяйственных, бытовых и природных) и их последующее компостирование нами был применен простой метод использования видового набора микроорганизмов для ускорения процесса переработки сложного компоста. Из старых запасов перегноя на ферме КРС (возраст примерно 2−3 года) отбирали разложившийся навоз и вместе с ним в почву в соотношении 50 кг органического вещества на 150−200 кг воды через 2−3 суток этой смесью 2−3 раза поливали сложный компост перед его смешиванием. Предварительные исследования использованной смеси показали, что её состав включал основные эколого-фитоценотические группы микроорганизмов, описанные ранее. Процесс разложения органических веществ в компосте существенно ускорялся, и растения кукурузы в таких вариантах опыта при умеренной влажности в высоту достигали до 3 м и выше и формировали в среднем до 2 початков на особь (рисунок).

Рисунок 1 Влияние полива сложного компоста органической смесью разложившегося навоза на посевах кукурузы в стадии её молочной спелости (июль, 2011 г., ОАО «Заветы Ильича»).