VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

В связи с увеличением населения на нашей планете, и, следовательно, увеличением интенсивности производства на животноводческих фермах, большие объемы органических отходов, произведенных во всем мире, создают серьезную проблему, а также являются одним из главных источников экологического загрязнения. Эти отходы требуют больших площадей для хранения, испускают в воздух аммиак и неприятный запах, загрязняют грунтовые воды и представляют значительную опасность для здоровья человека. Некоторые способы обработки этих отходов могут превратить их в прекрасное удобрение, безопасное для внесения в почву [1].В условиях интенсификации земледелия одной из важнейших задач является повышение плодородия пахотных почв путем увеличения содержания в них гумуса. Остро стоит вопрос о возможных источниках обогащения почвы свежим органическим веществом. Промышленность и сельское хозяйство поставляют в окружающую среду огромное количество органических отходов, поэтому одной из острейших проблем современной науки является разработка способов их утилизации и переработки. Уже существует много технологий утилизации органических отходов, большинство из которых сами не являются безотходными. Серьезной альтернативой им может быть биоконверсия с помощью вермикультуры - безотходная технология, дающая возможность получать экологически чистое удобрение - биогумус (вермикомпост) и биологическую массу вермикультуры [2-6].

Оптимизируя функционирование агроценозов, необходимо восполнять утраченные биоценотические звенья. Один из путей решения – это искусственное восстановление отдельных звеньев агроэкосистемы без полного воссоздания видового разнообразия почвенной биоты. Это возможно при вермикультивировании, когда недостающее звено, гумифицированный органический материал, образуется в искусственных условиях [7]. Биогумус способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур на 20-30%, улучшает качество сельскохозяйственной продукции. Промежуточным этапом перехода от навоза к биогумусу является процесс компостирования, являющийся часто вполне самостоятельным процессом. Компостирование - это управляемый процесс, который использует микробную деятельность, чтобы преобразовать органическое сырье так, чтобы конечный продукт находился в полутвердом состоянии, в количестве меньшем, по сравнению с начальным количеством отходов, и был избавлен от резких неприятных запахов. Готовый компост имеет более богатую микрофлору, чем плодородные производительные почвы и во много раз выше, чем загрязненные почвы. Поэтому, компостирование требует гораздо меньшее количество времени, чем естественное обезвреживание токсичных материалов. [8].

Применение вермикультуры в сельском хозяйстве позволяет использовать землю непрерывно, не снижая плодородие. Переработка органических отходов происходит с помощью искусственно воссозданного природного комплекса гетеротрофных организмов, включающих красных калифорнийских червей (Eisenia fоetida) и сопутствующих им представителей почвенной микробиоты и сообществ микроорганизмов [9-11]. Красный калифорнийский червь отличается от других видов способностью перерабатывать все виды органики, а также очень высокой плодовитостью (более чем в 100 раз) и долгожительством (в 4 раза) по сравнению с обычными дождевыми червями. За два месяца популяция калифорнийских червей из 30…50 тыс. особей (биомасса около 4 кг/м²) способна перерабатывать на каждом квадратном метре спецплантации 300…400 кг подстилочного навоза, превращая его в высокоплодородное гумусное удобрение. Также биомасса живых червей является ценным природным кормом для домашней птицы и животных, прудовой рыбы. Кроме того, из червей готовят ценную белковую муку, консервы для домашних животных и пушных зверей. Органические отходы при размножении в них червей быстро теряют неприятный запах и через короткий промежуток времени превращаются в высококачественное органическое удобрение. Переработка червями по сравнению с традиционным компостированием повышает коэффициент гумификации органического сырья в 1,5-2 раза. [12-13].

В результате проведенных исследований произведен биогумус-удобрение (вермигрунт) из различных отходов (животноводческих и бытовых) и почвы, а также увеличенная масса красных червей. Данная смесь получена фрагментацией из органических отходов калифорнийскими червями, которые обладают прекрасной макроструктурой и содержат питательные вещества в формах, являющиеся непосредственно доступными для употребления растениями. Основные элементы питания в различных видах навоза приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Содержание элементов питания (в %) в различных видах навоза

№	Вид навоза	вода	орган.вещ-во	Азот	Фосфор	Калий	Кальций
1	КРС	77,3	20,3	0,50	0,23	0,59	0,40
2	Конский	71,3	25,4	0,77	0,28	0,63	0,21
3	Овцы, козы	64,6	31,8	0,83	0,23	0,67	0,33
4	Свиной	72,4	25,0	0,65	0,19	0,60	0,18

По итогам проведенных научных работ было определено значительное различие вермикомпостов в характере содержания питательных веществ, характер их микробных общин. Заглатывая кусочки органического вещества, черви трансформируют его в кишечной полости и выделяют в виде копролитов — «каменных» экскрементов. Копролиты по своим свойствам улучшают почвенную структуру в результате обволакивания стенок почвы слизью, что предохраняет ее, например, даже от размывания водой. Под действием копролитов меняется также биохимический состав почвы. Копролиты содержат в 5 раз больше биологического азота; они в 7 раз богаче фосфором и в 11 раз калием по сравнению с поверхностным слоем плодородной огородной почвы.

По сравнению с традиционным компостированием навоза переработка органических веществ червями позволяет повысить коэффициент гумификации органического вещества в 1,5 - 2 раза [14]. Результаты можно увидеть после сравнения свойств и качеств навоза и экологически чистого органического удобрения биогумуса приведенных в таблице 2.

Таблица 2 - Сравнительные показатели навоза и биогумуса

№

Вид удобрения

Семена сорных растений

Экологическая чистота

Норма внесения на 1 сотку для получения хорошего урожая

Обеспечение крепкого иммунитета растений

Способность связывать в почве тяжелые металлы и радионуклиды

Экологическая чистота продукции, выращенной на данном удобрении

Запах

Безвредность для почвы

Компонент для почвогрунта

Пригодность для домашнего цветоводства

Пригодность для выращивания газонов

1

Навоз

+

-

600-900кг

-

-

-

+

-

-

-

-

2

Биогумус

-

+

50-90кг

+

+

+

-

+

+

+

+

Полученный биогумус содержит биологически активные вещества, в присутствии которых ускоряются прорастание семян, приживание рассады, повышается устойчивость растений к заболеваниям. Внесение в почву биогумуса исключает перенасыщение ее отдельными видами питательных элементов, как это часто случается при внесении высоких доз навоза и обычных компостов, полегание посевов и другие отрицательные последствия [15]. Биогумус, наконец, "омолаживает" почву. При удобрении почвы биогумусом выращенная продукция практически не содержит нитратов и тяжелых металлов. Биогумус содержит в хорошо сбалансированной и легкоусвояемой форме все необходимые для питания растений вещества. Химический состав биогумуса приведен в таблице 3.

Таблица 3. Химический состав биогумуса

№	Состав	Содержание, %
1	Влажность	40-45%
2	Зольность	35-45%
3	Органические вещества	55-65%
4	Гуминовые вещества	25-32%
5	Азот общий	1,0-2,0%
6	Фосфор общий (Р2О5)	1,5-3,0%
7	Калий общий (К2О)	1,2-2,0%
8	Кальций	4,0-6,0%
9	Магний	0,6-2,3%
10	Железо	0,6-2,5%
11	Марганец	60-80 мг/кг
12	Массовая доля тяжелых металлов, мг/кг	ниже ПДК для почв
13	Патогенная микрофлора	отсутствует
14	Яйца гельминтов	отсутствует

Таким образом, полученный биогумус является высокоэффективным и экологически чистым органическим удобрением, применение которого улучшает агрохимические свойства и повышает качество и увеличивает урожай сельскохозяйственной продукции. Кроме того, биогумус обладает исключительными физико-химическими свойствами: водопрочность структуры (95-97%) и полная влагоемкость (200-250%). Это позволяет рассматривать его как прекрасный мелиорант и почвоулучшитель.

Списокиспользованнойлитературы

1. Lombard, K., M. O’Neill, R. Heyduck, B. Onken, A. Ulery, J. Mexal and A. Unc, 2011. Composted biosolids as a source of iron for hybrid poplars (Populus sp.) grown in northwest New Mexico. Agroforestry Systems. 1 (81): 45-56.

2. Zhu, Y-G., T. Johnson, J-Q. Su, M. Qiao, G-X. Guo, R. Stedtfeld, S. Hashsham and J. Tiedje, 2013. Diverse and abundant antibiotic resistance genes in Chinese swine farms PNAS. Biological Sciences - Environmental Sciences, 110 (9) 3435-3440.

3. Kramer, S., J. Reganold, J. Glover, B. Bohannan and H. Mooney, 2006. Reduced nitrate leaching and enhanced denitrifier activity and efficiency in organically fertilized soils. Biological Sciences - Ecology - Biological Sciences - Sustainability Science, 103 (12): 4522-4527.

4. Lebaudy, A., A. Vavasseur, E. Hosy, I. Dreyer, N. Leonhardt, J-B. Thibaud, A. Vеry, T. Simonneau and H. Sentenac, 2008. Plant adaptation to fluctuating environment and biomass production are strongly dependent on guard cell potassium channels. Biological Sciences - Plant Biology, 105 (13):5271-5276.

1. Pussard, M., 1986. Generalites sur le lombricompostage des dechets organic. Compost Information, 11: 20 – 24.

2. Chan, P.L.S., D.A. Griffiths, 1988. The vermicomposting of pre-treated pig manure. Biol. Wastes, 1: 57 – 69.

3. Yolton, L. W., 2012. The Effects of Cutting the Giant Fibers in the Earthworm, Eisenia Foetida (Sav.). Zoölogy, 9 (11): 383-385.

4. Van Ginkel, J. T., 2002. Gas Permeability, Oxygen Diffusion Coefficient and Thermal Conductivity. Biosystems Engineering, 81(1): 113-125.

5. Praper, T., S. Andreas, A. Kladnik, A. Andrighetti, G. Viero, K. Morris, E. Volpi, L. Lunelli, M. Serra, C. Froelich, R. Gilbert and G. Anderluh, 2011. Perforin activity at membranes leads to invaginations and vesicle formation PNAS. Biological Sciences – Biochemistry, 108 (52): 21016-21021.

6. Vinogradov, S., S. Lugo, M. Mainwaring, O. Kapp and A. Crewe, 1986. Bracelet protein: a quaternary structure proposed for the giant extracellular hemoglobin of Lumbricus terrestris. Research Article, 83 (21): 8034-8038.

7. Takahashi, T., T. Iwase, N. Takenouchi, M. Saito, K. Kobayashi, Z. Moldoveanu, J. Mestecky and I. Moro, 1996. The joining (J) chain is present in invertebrates that do not express immunoglobulins. Research Article, 93 (5): 1886-1891.

8. Mitchell, D., O. Meien, 2000. Biotechnol Bioeng, 68: 127-135.

9. Meien, O., 2002. A two-phase model for water and heat transfer within an intermittrnntly mixed solid-state fermentation bioreactor with forced aeration. Biotechnol Bioeng, 79: 416-428.

14. Andrews, S., L. Lohr, M. Cabrera, 1999. A bioeconomic decision model comparing composted and fresh litter for winter squash. Agricultural Systems, 61(3):165–178.

15. Oishi, K., Y. Kato, A. Ogino, H. Hirooka, 2013. Economic and environmental impacts of changes in culling parity of cows and diet composition in Japanese beef cow–calf production systems. Agricultural Systems, 115: 95–103.

Код для цитирования: Скопировать