Вермикомпост и биогумус для повышения плодородия почвы

В последнее время все больше внимания уделяется экологическому земледелию. Ведущие российские и белорусские ученые уверены, что основой для него может стать вермикомпост и биогумус. Перспективы вермикомпостирования и вермикультивирования они обсудили в ходе недавней Международной научно-практической конференции, которая прошла в ГНПО «НПЦ НАН Беларуси по биоресурсам». Ученые «ГлавАгронома» также приняли в ней участие и присоединились к обсуждению проблемы.

В нашем репортаже мы расскажем о том, как использовать достижения ведущих экспертов отрасли для повышения плодородия почвы, сохранения биологического разнообразия её обитателей и получения экологически чистой продукции.

Современная мировая наука и практика уделяют большое внимание проблемам переработки органических отходов и их рационального использования в качестве высокоценных биоресурсов. В последнее время вермикомпосты, которые образуются в результате переработки органических отходов дождевыми червями вида Eisenia fetida, используются в качестве биологически активных высоко гумифицированных органических удобрений и почвенных кондиционеров, способствующих воспроизводству плодородия почв и повышению урожайности культур.

Правильно приготовленные вермикомпосты содержат питательные вещества и регуляторы роста растений в биодоступном виде, способны поддерживать жизнедеятельность полезных микроорганизмов в почве, подавляя ряд фитозаболеваний и снижая численность насекомых-вредителей, что усиливает иммунитет растений.

Генеральный директор ГНПО «НПЦ НАН Беларуси по биоресурсам» Александр ЧАЙКОВСКИЙ, приветствуя участников конференции, отметил, что в Беларуси поддерживают мировую тенденцию производства экологически чистой органической продукции с целью повышения ее конкурентоспособности на мировых рынках.

Белорусские ученые ведут научные разработки в этом направлении. На протяжении 10 лет сектор вермитехнологий центра по биоресурсам, возглавляемый кандидатом биологических наук Светланой Максимовой, занимается проблемами переработки органических отходов и вовлечения их в процесс получения продукции органического земледелия. Международный формат конференции подтверждает, что эти вопросы становятся все более актуальными во всех странах.

Что касается Беларуси, то для поддержания бездефицитного баланса гумуса в обрабатываемых почвах при сложившейся структуре посевных площадей необходимо ежегодно вносить 60 млн тонн (в среднем 12 т/га пашни) качественных органических удобрений, что требует использования всех видов имеющихся ресурсов. Такие рекомендации дают ученые Института почвоведения и агрохимии НАН РБ.

Как оценить качество вермикомпоста?

Председатель правления Владимирского регионального отделения Общероссийской общественной организации «Общество биотехнологов России им. Ю.А. Овчинникова», биотехнолог, кандидат биологических наук Игорь ТИТОВ уделил внимание ключевому вопросу современного производства сельхозпродукции — качеству и разработке стандартов для сложных и многокомпонентных вермикомпостов, которые производятся и продаются в некоторых странах, включая РФ и страны ЕАЭС.

В настоящее время действуют два национальных стандарта вермикомпостов:

• мексиканский стандарт NMX-FF-109-SCFI-2007;
• ГОСТ Р 56004-2014 Российской Федерации, действующий на территории стран ЕАЭС. Российские производители конечный продукт называют вермикомпостом и биогумусом. При этом в продаже появилось много подделок, что сильно дискредитирует производимое с помощью дождевых червей ценное органическое удобрение.

Чтобы получить представление о процессе вермикомпостирования, ученые предлагают рассмотреть факторы, влияющие на производство высококачественного вермикомпоста при оптимальной продолжительности процесса и низкой себестоимости конечного продукта — биогумуса. 

Вермикомпост получается путем ускоренной биодеструкции органических отходов дождевыми червями и почвенными микроорганизмами в температурном режиме 10-28°С. В итоге получаются стабилизированные органические удобрения с низким соотношением углерода к азоту 15:1. Заметим, что содержание в вермикомпостах NPK нельзя считать главной характеристикой, поскольку качество зависит не только от этих показателей.

Процесс вермикомпостирования и созревания вермикомпоста проходит в две стадии: 

• дождевые черви поглощают и переваривают в кишечнике органическое вещество и выделяют в окружающую среду копролиты; 
• на второй стадии в самих копролитах под воздействием микроорганизмов происходят процессы гумификации и созревания, которые могут длится до 6-ти месяцев.

Зрелость и стабильность вермикомпостов связана с увеличением концентрации гуминовых кислот и их физиологической активности.

Производители вермикомпостов основной упор делают на соблюдении токсикологических, ветеринарно-санитарных и гигиенических показателей, чтобы обеспечить безопасность использования в земледелии.

На практике используется минимальный набор физико-химических и биологических характеристик вермикомпостов, позволяющих легализовать производство и продажу конечного продукта согласно ГОСТ Р 56004-2014.

Существуют способы усиления полезных свойств и качества вермикомпостов, к которым можно отнести:

• интродукцию в органосодержащий субстрат микроорганизмов в виде спор или мицелия (триходермин), что сократит сроки переработки органических отходов;
• обогащение готового вермикомпоста микроорганизмами (азотфиксаторами, ризобиями, фосфоролитиками и др.);
• обогащение сбалансированным количеством жизненно важных микроэлементов (йодом и селеном).

 Игорь ТИТОВ также отметил основные условные направления развития биотехнологии 21 века: 

• «красная» биотехнология — биофармацевтика и биомедицина;
• «белая» биотехнология — биоэнергетика, пищевая биотехнология, биохимия;
• «зеленая» биотехнология — сельское хозяйство;
• «серая» биотехнология — биоремедиация;
• «синяя» биотехнология — аквакультура.

Все направления развития биотехнологии тесно связаны с вермикультурой (разведением дождевых червей в специальном органическом субстрате), которая становится ключом к развитию органического земледелия.

Современная вермииндустрия также развивается по следующим направлениям:

• вермикомпостирование— переработка органических отходов в органические удобрения и биопестициды;
• вермифильтрация— очистка сточных вод;
• вермиремидиация— восстановление химически загрязненных земель;
• вермиагробиология— поддержание плодородия и здоровья почв, производство экологически безопасной продукции;
• вермифармацевтика — производство БАВ для современной медицины;
• вермикорма — для замены рыбной муки. 

С целью продвижения совместных проектов по биотехнологии в странах ЕАЭС создана Евразийская биотехнологическая платформа, которая сформирована в виде консорциума, в котором учредители представляют интересы своих стран.

Национальные координаторы избираются коллегиально из состава участников платформы по странам. Руководителем платформы избирается координатор организации, председательствующей в Совете учредителей.

Доктор биологических наук ВНИИСХ микробиологии Ирина АРХИПЧЕНКО (г. Санкт-Петербург) представила результаты своего многолетнего труда по превращению сточных вод свинокомплекса и птичьего помета в насыщенные микроорганизмами органические биоудобрения нового поколения и показала их многофункциональное положительное влияние на плодородие почв, урожайность и качество культур.

С помощью аэробной ферментации сточных вод свинокомплекса было получено микробное гранулированное удобрение «Бамил» (С-43% N-5% P-1,8%, К-0,5%, Са-3,4%, Mg-0,5%, микроэлементы) с доминирующей микрофлорой Bacillus, Micrococcus, Arthrobacter. 

Бесподстилочный помет птиц стал источником получения органо-микробного гранулированного удобрения «Омуг» (С-42% N-3,6% P-2,6% К-2,65% с микроорганизмами Bacillus и Micrococcus.

Дозы внесения микробных биоудобрений под сельскохозяйственные культуры рассчитывают по содержанию в них общего азота. Содержащиеся в них активные микроорганизмы повышают биологическую активность в почве, выделяют стимуляторы роста растений и физиологически активные вещества, подавляющие рост бактериальных возбудителей болезней.

Учёные института микробиологии и сектора вермитехнологий совместно с руководителем ООО «Фитерра» пришли к выводу, что на рынке должен быть не только сухой вермигумус, но и жидкий, который находит большее применение в растениеводстве при обработке семян и растений.

Однако в жидком биогумусе численность полезных микроорганизмов из-за щелочной экстракции в 2-4 раза меньше, чем в сухом. Поэтому возникла идея обогащения жидкого гуминового удобрения «Вермикс» производства «Фитерра» азотфиксирующими и фосфатмобилизующими штаммами бактерий Pseudomonas из жидкой среды на экологически значимом уровне — с численностью микроорганизмов более 10⁷.

Доктор биологических наук «Института микробиологии НАН Беларуси» Зинаида АЛЕЩЕНКОВА представила результаты эффективности обработки семян 2% ЖГУ «Вермикс», обогащенного 10% консорциумом бактерий на прорастание семян на самой ранней стадии. Сам по себе 10% бактериальный компонент обеспечивал увеличение энергии прорастания семян на 32%, а всхожести на 59%. Введение 10% бактериального консорциума в 2% ЖГУ дополнительно усиливало длину проростков.

Директор ООО «Фитерра» Максим БУКРЕЕВ проинформировал, что проведение опытов в России, Абхазии, Польше и Германии показало, что применение ЖГУ «Вермикс» на пшенице позволяет сокращать внесение минеральных удобрений на 20-50% и при этом обеспечивает прибавку урожая 15-20%. Обогащение ЖГУ микроорганизмами повышает этот эффект до 35%. При этом чем ниже плодородие почв, тем выше эффективность «Вермикса». Убедились, что сочетание азотфиксирующих и фосфатмобилизующих бактерий с жидким биогумусом работает гораздо эффективнее.

Индивидуальный предприниматель и производитель жидкого гуминового удобрения «Вермибел» Константин ЧЕРЕВАКО работает в тесном сотрудничестве с учеными НПЦ по биоресурсам НАН Беларуси, в результате которого получаются качественные жидкие гуминовые удобрения на основе биогумуса для корневой и некорневой подкормки всех видов культур с низкой нормой расхода (2 л/га). Массовая доля гуминовых веществ в сухом веществе ЖГУ составляет 76%, азота 2,79%, P₂O₅— 1,86%, K₂O — 2,94%, гуминовых кислот — 48,3%, фульвокислот — 28%, рН — 9,5.

Объёмы производства ЖГУ достигают более 500 тонн в год. Реализацией занимается группа компаний «Вермибел» на территории Беларуси, России и стран ЕС. Это гуминовое удобрение можно использовать в органическом сельском хозяйстве на основе Регламента комиссии ЕС 889/2208 «Правила по производству, маркировке и контролю органических продуктов».

Ведущий научный сотрудник лаборатории органического вещества почвы РУП «Институт почвоведения и агрохимии НАН РБ», кандидат сельскохозяйственных наук Елена БОГАТЫРЕВА отметила, что почвы вблизи животноводческих комплексов пока можно называть «условно чистыми». Начиная с 2014 года ученые института изучали ветеринарно-санитарные показатели и химический состав жидкого навоза КРС, навозные стоки свиней, бесподстилочный куриный помёт и их влияние на агрохимические показатели почв. Определяли содержание в навозах загрязняющих веществ, отследили их влияние на фитотоксичность, санитарное состояние, ферментативную активность и гумусовое состояние почв.

Отличительная особенность этих видов жидкого навоза — высокая влажность (от 71 до 99%) и изменчивый химический состав, на что влияет возраст животных, тип кормления, состав кормов, технология удаления навоза и время отбора образцов.

Содержание азота в жидком навозе:

• в жидком навозе КРС 48% азота (в аммонийной форме);
• в навозных стоках свиней — 63%;
• в птичьем помете — 41%.

Помимо биогенных элементов питания в нем содержатся и тяжелые металлы (цинк, медь, кобальт, кадмий, хром, свинец и никель). Однако в целом по агрохимическому составу указанные виды навоза соответствует требованиям ГОСТ-33830.

В зависимости от химического состава и ежегодной дозовой нагрузки внесения указанных видов навоза на поля (жидкого навоза КРС от 100 до 1000 т/га, навозных стоков свиней от 100 до 800 т/га, птичьего помёта 20-60 т/га) в почву может поступать значительное количество основных элементов питания для растений, а также незначительные количества таких тяжёлых металлов, как свинец, хром, кадмий, цинк, медь, кобальт и никель. Приоритетными загрязнителями почв в зоне влияния животноводческих комплексов и птицефабрик являются железо, медь, цинк и марганец.

Оценка агроэкологического состояния таких почв пока свидетельствует об отсутствии их серьезного загрязнения (выше уровня ПДК) несмотря на то, что наблюдается устойчивая тенденция накопления в почвах подвижных форм тяжелых металлов. Это указывает на надвигающиеся экологические риски при утилизации жидких отходов в высоких дозах внесения.

Ученые установили, что ежегодное внесение жидкого навоза приводило к подщелачиванию дерново-подзолистых почв в зоне влияния животноводческих комплексов и птицефабрик (смещению рН на 0,2-1,7). 

При различных дозовых нагрузках жидкого навоза относительное содержание подвижного калия в почвах возрастало на 23-269% (или на 62-489 мг/кг), а подвижного фосфора на 35-568% (или на 112-1256 мг/кг).

Таким образом, утилизация жидких органических удобрений в течение длительного времени на одни и те же поля при высокой дозовой нагрузке способствует значительному накоплению в почве подвижных форм калия и особенно фосфора до аномально высоких значений, что приводит к дисбалансу элементов питания в почве и их выщелачиванию в нижележащие горизонты и водные объекты.

Содержание гумуса в почвах в зоне влияния животноводческих комплексов и птицефабрик также с течением времени возрастает, но менее значительно (на 0,23-1,51%), чем показывают расчетные данные, что объясняется более высокой минерализацией органических веществ под влиянием высоких доз жидкого навоза.

По ветеринарно-санитарным показателям жидкий навоз КРС, навозные стоки свиней и птичий помет характеризуются высокой степенью микробной контаминации по общей микробной обсемененности и бактериям группы кишечной палочки. При этом гельминтологические исследования показали единичное отсутствие яиц гельминтов в этих органических удобрениях.

Санитарное состояние почв находится в прямой зависимости от сроков их внесения. Уровень общемикробной контаминации термофилов в большей степени повышался в почвах в начальный период после их внесения (на 75-464%), при этом в соответствии с оценочной шкалой по этим показателям почвы относились к категориям «загрязненных» и «слабо загрязненных», точно так же, как и почвы без нагрузки жидкими органическими удобрениями. Как правило, спустя 3-4 месяца после внесения происходили процессы самоочищения.

Исследования фитотоксичности почвы выявили, что посев озимых и яровых культур через 2 недели после внесения жидких органических удобрений приводит к снижению всхожести семян на 10%, а длины корней и ростков растений — на 15%.

При этом наиболее фитотоксичны навозные стоки свиней, которые ежегодно вносят в дозах более 350 т/га. Поэтому в зоне влияния животноводческих комплексов жидкие органические удобрения следует прекращать вносить не менее чем за 1-1,5 месяца до посева культур. 

Каково влияние жидких органических удобрений в высоких дозах внесения на ферментативную активность почв? Все они усиливают деятельность в почве микробного сообщества, минерализацию органического вещества, что вызывает непроизводительные потери элементов питания и ведет к низкому накоплению гумуса.

Более агрессивны в плане усиления процесса минерализации над гумификацией навозные стоки свиней по сравнению с жидким навозом КРС. Из-за накопления нитратов при возделывании кукурузы и трав на корм животным дозы жидкого навоза КРС и навозные стоки свиней не должны превышать 300 т/га. 

В структуре твердых коммунальных отходов 30% занимают вторичные материальные ресурсы (пластик, резина, стекло, бумага), 40% приходится на органические отходы, а непригодные 30% отходов можно использовать для энергетических нужд.

Ученый секретарь ГНУ «Институт жилищно-коммунального хозяйства НАН Беларуси», кандидат сельскохозяйственных наук Ирина ВАГА пояснила, что биологическая переработка органики осуществляется методом аэробного или анаэробного компостирования с получением компоста или биогаза. Анализ экономической эффективности биологической переработки органической части ТКО показал, что ввиду низких удельных инвестиционных и эксплуатационных затрат и невысокой нагрузки на природные системы одной из самых приемлемых технологий утилизации является компостирование.

Предварительные исследования ученых позволили подготовить проект Государственной программы инновационного развития отрасли ЖКХ на 2012-2025 гг., который включает разработку нового удобрения на основе органической части твердых коммунальных отходов и целлюлозосодержащих материалов.

Внедрение позволит увеличить объём переработки ТКО на 11-15%, сократить время получения органического удобрения с 6-ти до 3-х месяцев, снизить затраты на компостирование на 15-25% и повысить урожайность с/х культур на 5-10%.

Интересные исследования провели учителя и учащиеся Боровиковской средней школы Гомельской области Беларуси, привлекая внимание общественности к проблемам сбора мусора в сельской местности. С ними ознакомила участников конференции учащаяся Яна ГУЗАРЕВИЧ.

Сельчане всё чаще отказываются от подсобного хозяйства и предпочитают покупать упакованные продукты питания в магазине. В агрогородке Боровиково за последние 10 лет количество содержащихся голов КРС сократилось в 44 раза, что является одной из основных причин увеличения мусора в сельской местности и ухудшения экологической обстановки.

Школьники посчитали, что количество бытовых отходов за месяц в семьях, ведущих домашнее хозяйство, составляет 40 кг, а масса мусора в семьях, где не содержат домашних животных, достигает 100 кг. Тенденция к увеличению бытовых отходов возрастает с апреля по октябрь, поскольку жители выбрасывают в мусор скошенную траву, ботву и обрезанные ветки, не задумываясь об их утилизации на собственных подворьях (компостные ямы, создание теплых грядок, сжигание в печи для подогрева воды в бане).

Ребята в агрогородке занимаются раздельным сбором пластика и батареек, сдают их на переработку. А на школьном дворе проводят эксперименты по компостированию различных бытовых отходов, взяв у ученых в разработку дождевого червя «Белорусский пахарь».

Для охраны пойменных сообществ р. Вятка в Кировской области России был создан Государственный природный заповедник «Нургуш», на территории которого сотрудник заповедника Людмила ЦЕЛИЩЕВА в результате изучения видового состава дождевых червей Lumbricidae выявила 10 видов люмбрицид смешанного типа, что свидетельствует об их богатом видовом богатстве.

Во всех исследованных пойменных сообществах многочисленными были 4 вида червей: 

• почвенно-подстилочный;
• среднеярусный почвенный;
• подстилочный;
• верхнеярусный почвенный. 

Учёные пришли к выводу, что пойма служит надежным резервуаром сохранения исходного биоразнообразия, а в случае необходимости — пополнения фауны близлежащих территорий. В ненарушенных природных биоценозах структура обитателей полночленная, включающая представителей разных экологических групп. Людмила Целищева уверена, что поддержка разнообразия биоценозов скажется и на успехах сельского хозяйства.