Использование сложного компоста в растениеводстве

Для российских регионов, где фиксируется высокое производство сельскохозяйственной продукции характерна чрезмерно высокая антропогенная нагрузка на прилегающие территории на фоне образования, накопления и последующего складирования в достаточно больших объемах различных отходов, которые при грамотном подходе могут применяться в качестве основы для производства биоудобрений, а также как компоненты, способствующие восстановлению свойств почвы.

Особенно актуально применение органических отходов в растениеводстве на фоне ежегодно увеличивающегося антропогенного воздействия на почву, которое происходит в связи с возрастающей интенсификацией сельскохозяйственного производства и постоянно повышающейся стоимости синтезированных минеральных удобрений. Поэтому удивительного в том, что интерес со стороны фермеров к системам земледелия, основанным на преобладающей органике и органо-минеральных удобрений, ничего нет.

Отчетливо прослеживаемая тенденция к компостированию отходов сельхозпроизводства с последующим их использованием в качестве органического удобрения имеет все предпосылки для дальнейшего прогрессирования. Благодаря такому подходу удается не только решить актуальную проблему, связанную с экологизацией агропроизводства, но и активно восстанавливать почвенное плодородие.

Органика благоприятно воздействует на водный и воздушный режим растений, способствует увеличению численности почвенных бактерий и микроорганизмов.

С учетом того, что в сельском хозяйстве постоянно существует потребность наполнения почвы питательными веществами, нерациональное складирование либо утилизация отходов считаются в этой ситуации не допустимыми.

Эксперты считают применение органических отходов в качестве удобрения для питания сельхозкультур перспективным. При грамотном подходе органические отходы оказывают положительное воздействие на агрономические показатели почвы и способствует повышению урожайности возделываемых культур.

За счет внесения органики растения получают все необходимые питательные элементы несмотря на то, что органические удобрения по содержанию питательных веществ менее концентрированные в сравнении с синтезированными минеральными.

Под сложным компостом понимается органоминеральная смесь, которая включает в себя разнообразные отходы и образуется в процессе их разложения при определенном температурном и водно-воздушном режиме.

Компостирование уменьшает потери питательных веществ в органических отходах, что в дальнейшем пополняет запас элементов питания для растений. В состав сложного компоста могут входить отходы с различными свойствами и характеристиками (органические и минеральные, гомогенные и гетерогенные).

Правильный подбор отходов и их соотношения позволяет в процессе компостирования получить достаточно питательное удобрение, пригодное для внесения в почву.

В частности, для Кубани разработка новых способов получения органических удобрений является весьма актуальным и перспективным направлением. Специалисты отмечают, что компостирование различных по происхождению отходов (сельскохозяйственных, бытовых и промышленных) и получение компостов на основе их является одним из эффективных способов реализации регионального закона «О развитии производства органической продукции».

На сегодняшний день разработано множество способов и технологий переработки органических отходов и получения эффективных удобрений (компостов).

К примеру, в течении нескольких лет российские ученые изучали возможность утилизации отходов пищевого производства в качестве органического ресурса для сельского хозяйства. Использование отходов пищевой промышленности, содержащих органические компоненты, в качестве удобрения и мелиоранта позволяет восполнить дефицит органики и улучшить физические, химические и биологические свойства почвы за счет ее обогащения питательными веществами и активными коллоидами.

Алтайский край

Утилизация подстилочного навоза осуществляется непосредственно на фермах с использованием биоферментов. В результате получается питательное органическое удобрение, способствующее повышению биологической активности почвы, устойчивости растений к патогенной микрофлоре и увеличению урожайности культур.

Красноярский край

В регионе крупнотоннажными отходами являются птичий помет и опилки, в связи с чем в нем ведутся исследования по получению компостов из данных отходов. В частности, ученые Красноярского ГАУ смогли получить биологическое удобрение из опилок и птичьего помета в результате переработки их методом вермикультуры.

По результатам многих исследователей компосты благоприятно влияют на свойства сельскохозяйственных земель. Их внесение в почву непосредственно под посев культур улучшает ее физико-химические показатели, сохраняет органическое вещество, увеличивает количество полезных микроорганизмов. В совокупности это благоприятно сказывается на получении хорошей урожайности сельхозкультур.

Состав компостных отходов во многом зависит от свойств почвенного покрова на территории, куда планируется вносить удобрение. Источником для повышения концентрации органического вещества в почве могут быть различные органические удобрения. В частности, отходы животноводства, птицеводства, ОСВ, илистые отложения рек содержат большое количество азота. В получаемой смеси они поддерживают оптимальный для созревания компоста баланс углерода и азота.

Применение органики благоприятно сказывается на физических показателях почвы, насыщает ее кислородом. Ученые отмечают, что именно растительные остатки служат одним из важнейших источников пищи для бактерий, которые разлагают органические вещества, разрыхляют компост и обогащают его макро- и микроэлементами. Для того чтобы повысить процент подвижных форм фосфора, а также других минеральных элементов, можно применять минеральные удобрения либо промышленные отходы, которыми являются фосфогипс, дефекат, галиты.

Органические отходы в зависимости от того, какой процент азота и углерода в них содержится, по-разному перегнивают. Данный процесс запускает выделение тепла, компостирование идет интенсивно с активным размножением бактерий и поглощением большого количества кислорода. При этом растительные остатки в процессе гниения потребляют азот. Ученые поясняют, что при правильном процентном соотношении азотных и углеродных соединений в компосте получается сохранить необходимый баланс.

Специалисты выяснили, что в ходе изучения химических и физических характеристик различных компостов, отличающихся дозами полуперепревшего навоза КРС и фосфогипса, более благоприятным соотношением данных отходов является соотношение 7:1. В этом варианте опыта при компостировании отмечалась более медленная минерализация органического углерода, активная консервация азота в аммонийной форме, накопление фосфатов и оптимальная реакция среды.

По физическим характеристикам полученный компост отличался рыхлым сложением, мелкозернистостью, низкой плотностью и высокой пористостью. Данные результаты позволили ученым рекомендовать данное соотношение полуперепревшего навоза КРС и фосфогипса для дальнейшего приготовления компоста.

Процесс компостирования различных веществ и получение питательного компоста известен с древних времен, однако в XX веке первостепенным в ведении сельского хозяйства стало применение минеральных удобрений, как более простого и быстрого метода достижения высокого эффекта в питании растений.

Однако злоупотребление минеральными удобрениями, средствами защиты растений и другими загрязнителями, отсутствие должного внимания к органическим удобрениям привело к развитию деградационных процессов в почве.

Разработка новых технологий и способов использования органических отходов, производства органоминеральных компостов стало главным в ведении органического и экологического сельского хозяйства в мире.

Современное органическое земледелие с натяжкой можно называть своеобразным возвратом к прошлому – на сегодняшний день существует множество разнообразных технологий и научных достижений, связанных с созданием сложных компостов.

В частности, знания, касающиеся химических и биологических процессов, дают возможность максимально осознанно подойти к производству компоста.

Сам по себе процесс компостирования позволяет снижать потери питательных веществ в органических отходах в момент их разложения и при этом усиливать доступность элементов питания для растений.

Чаще всего компост состоит из двух главных компонентов органического происхождения, которые неодинаковы по устойчивости к разложению микроорганизмами. Один из них играет роль поглотителя влаги и аммиака и без компостирования слабо разлагается (например: торф, дерновая земля, древесные отходы), а другой обладает богатой микрофлорой, содержит достаточное количество легкораспадающихся азотистых органических соединений (например: различные виды навоза, птичий помет, ОСВ).

К таким компостам относятся торфонавозные, торфофекальные, торфожижжевые компосты из соломы и других трудноразлагающихся органических материалов с фекальной массой, жижей и т. д.

Сельскохозяйственные отходы включают все виды и формы навоза (крупного рогатого скота (КРС), свиней, куриный помет, твердый, жидкий) и остатки растениеводческой продукции (солома пшеницы, стебли кукурузы, подсолнечника, листья сахарной свеклы и овощей, выжимки плодов и т. д.).

Промышленные отходы – это твердые или жидкие минеральные отходы переработки естественного сырья (фосфогипс, галиты, сильвиниты, известковая мука и др.). Отходы быта включают сточные воды и их пастообразные осадки. Природные отходы имеют в основном органическое происхождение и представляют собой опад листьев, плодов, однолетние побеги кустарников, деревьев, ветошь трав, а также минеральные материалы осыпей и разрушения горных пород.

Отходы различных производств и природного происхождения являются дисперсными системами, в которых одно вещество в виде мелких частиц равномерно распределено внутри другого. Отходы включают истинные и коллоидные (золи и гели) растворы и взвеси, отличающиеся друг от друга формами и размерами частиц, или степенью их дисперсности. Важнейшей характеристикой любой дисперсной системы является емкость катионного обмена (ЕКО), характеризующая обменную способность и зависящая от строения и гранулометрического состава субстрата. Органические отходы, содержащие значительное количество мелкодисперсных коллоидных фракций и органического вещества, обладают большей поглотительной способностью по сравнению с отходами минерального происхождения.

Большая суммарная поверхность коллоидов ряда отходов определяет их способность формировать поглощающий комплекс – совокупность минеральных, органических и органоминеральных составляющих.

Для поглотительной способности коллоидов сложного компоста определенное значение имеет содержание в них гумусовых веществ, минеральный состав. При этом минеральный состав высокодисперсной части сложного компоста определяется подстилающими почвообразующими породами.

Поскольку основными почвообразующими породами на территории России выступают четвертичные отложения, то в большей части сложных компостов преобладают гидрослюды и монтмориллонит, оказывающие значительное влияние на свойства почвы и продуктивность агроландшафта.

В состав сложного компоста могут входить отходы с различными свойствами и характеристиками, сочетание которых позволяет получить высокоэффективное органоминеральное удобрение, выступающее в качестве комплексного мелиоранта почвы.

Безусловно, при различной компоновке отходов формируются сложные компосты, различающиеся физико-химическим составом и имеющие свои особенности развития, и сроки формирования, а также отличающиеся новыми свойствами, которые в 21 основном не выражены у составляющих его компонентов.

На основе объединения лиофильных и лиофобных дисперсных систем отходов, различающихся равновесностью и устойчивостью, обогащенных органическими и минеральными коллоидными системами, совершенствуются физико-химические и биолого-экологические функции компостов. Лиофильные системы термодинамически равновесны и высокодисперсны, формируются в результате получения отходов при производстве продукции из природного сырья (минеральные отходы после переработки мела, апатитов, калийных солей и т. д.). Лиофобные дисперсные системы органических отходов термодинамически неравновесны и обладают большим избытком свободной поверхностной энергии (отходы животноводческой продукции, быта, растительных остатков и т. д.). При соединении лиофильных и лиофобных отходов происходит их коагуляция на основе сближения частиц, сохраняющих первоначальные формы и размеры и объединяемых в плотные агрегаты, а также укрупнения первичных частиц путем слияния капель воды или пузырьков газа.

Нестабилизированные и неустойчивые лиофобные дисперсные системы отходов непрерывно изменяют свой дисперсный состав (отходы органического происхождения) в сторону укрупнения частиц вплоть до расслоения на микрофазы. Стабилизированные лиофильные дисперсные системы отходов сохраняют дисперсность (отходы переработки природного сырья) в течение продолжительного времени, что определяется поверхностными явлениями через образование электрического поля и адгезии поверхностей равнородных твердых тел. По мере «созревания» сложного компоста многие вещества разных отходов вступают в контакт и между ними происходят химические реакции с образованием новых соединений.

В случае отсутствия видимого взаимодействия из веществ формируется механическая смесь, которая в дальнейшем при изменении условий (температура, кислотность или щелочность и другие) может трансформироваться в химическую через усиление взаимосвязей частиц. Преобладание органических и минеральных коллоидов нередко является причиной самопроизвольно образовавшихся гетерогенных растворов. Важное значение в этой ситуации имеют водные растворы, где идут сложные физико-химические процессы, в которых проявляются физические и химические свойства, а гидратационные свойства способствуют появлению различных форм связанной воды (химически связанная, кристаллизационная, адсорбированная, вода в капиллярах и т. д.).

В ходе всех этих процессов, составляемый сложный компост приобретает определенные свойства и его основа представляет собой сложную морфологическую структуру, внутренние свойства которой существенно влияют на его физические (плотность, накопление воды и другие характеристики), а также химические (рН раствора, содержание органических и минеральных коллоидов, органического вещества, биогенов и т. д.) и биологические характеристики (освоение растениями и животными экологических ниш).

С течением времени (3–5 мес.) в сложном компосте в теплый период образуются чередующиеся и связанные между собой различные группы микро- и мезофауны, мозаично размещающиеся в зависимости от комбинации разных веществ.

Уровень сложности компостов необходимо иметь в виду при учете состава севооборота, проектировании мелиорации почв, их охране и т. п. От вариабельности состава компостов за[1]висит их сложение, физические и химические свойства, продолжительность развития и функционирования при внесении в почву, что проявляется в повышении содержания органического вещества, изменении ее коллоидного состава, рН, емкости катионного обмена.

В качестве минеральных добавок при приготовлении сложного компоста могут выступать такие промышленные отходы как фосфогипс, дефекат, галитовые шламы и др. Их применение необходимо для обогащения органических удобрений недостающими питательными веществами, устранения их кислотности или щелочности и создания оптимальных условия для развития микроорганизмов.

Внесение фосфогипса в свиной навоз в ряде исследований способствовало снижению его влажности и интенсификации окислительных процессов в связи с увеличением микробиологической активности.

В опытном варианте с внесением фосфогипса щелочная среда навоза свиней сменилась на слабокислую и поддерживалась на уровне рН 6,3–6,6. Фосфогипс также оказал заметное влияние на консервирование аммиачного и нитратного азота в навозе, пополнение его рядом микро- и макроэлементов, необходимых для питания растений.

Фосфогипс может использоваться и для компостирования птичьего помета, поскольку при их смешивании сера и кальций связываются с выделяющимся аммиаком и СО² в сульфат аммония и карбонат кальция соответственно.

Выявлено, что на связывание 1 кг аммиачного азота требуется 8 кг фосфогипса. Дополнительно при компостировании фосфогипса и птичьего помета используют влагопоглощающие материалы (солому, стебли кукурузы и т. д.).

К слову, в начале 2000-х годов ученым удалось получить также положительные результаты при компостировании фосфогипса с отходами животноводства с целью улучшения их качества и создания органоминеральных удобрений.

Так, Всероссийским научно-исследовательским институтом сельскохозяйственного использования мелиоративных земель (ВНИИМЗ) была разработана технология получения компоста многоцелевого назначения – КМН. Ее суть заключается в аэробной ферментации разнообразного органического сырья (торфа, навоза, помета, пищевых отходов и др.) в специальных камерах-биоферментаторах. Совокупность свойств получаемого КМН позволяет отнести его к категории высококачественных 24 органических удобрений, рекомендуемых в качестве основного удобрения и в подкормку.

Распространенным в последнее время также стало промышленное производство биогумуса, который является не только гумусовым, но и микробиологическим удобрением, содержащим в своем составе сообщество полезных почвенных микроорганизмов, создающих почвенное плодородие. Для производства такого удобрения необходимо создание компостов, в состав которых входят различные органоминеральные отходы (пищевые, растительные отходы, опилки, навоз, бумага, целлюлоза и прочие). В результате вермикультивирования компоста получают биогумус, который в отличие от органических удобрений со[1]держит в 4–8 раза больше гумуса и обладает более замедленным действием, что благоприятствует формированию ранней продукции и большей величины урожая у растений. По нашему мнению, возрождение компостирования и применение компостов в производственных масштабах является важным в решении проблем не только утилизации отходов, но и повышения почвенного плодородия. В состав сложного компоста могут входить отходы с различными свойствами и характеристиками, сочетание которых позволит получить высокоэффективное органоминеральное удобрение. В свою очередь использование отходов различного происхождения в качестве сырья для производства органоминеральных компостов позволяет освобождать земельные площади от складирования отходов, что снижает экологическую нагрузку на окружающую среду.