Экосистемный подход к утилизации помета

333^»— Аграрный вестник Урала № 8 (126), 2014 г.

УДК 574.4:631.861

ЭКОСИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К УТИЛИЗАЦИИ ПОМЕТА

О. П. НЕВЕРОВА,

кандидат биологических наук, доцент, Г. В. ЗУЕВА,

кандидат биологических наук, доцент, Т. В. САРАПУЛОВА,

аспирант, Уральский государственный аграрный университет

Ключевые слова: птичий помет, агроэкосистема, органическое вещество, утилизация помета, компостирование, ферментирование, минерализация, микроорганизмы, иммобилизация.

В представленном обзоре дан анализ с экосистемным подходом современных технологий утилизации птичьего помета. Показано не рациональное использование птичьего помета при буртовом компостировании, с использованием таких наполнителей как торф, стружки, опилки, древесная кора, бытовые отходы; при сжигании для получения тепловой и электроэнергии; при анаэробном процессе разложения компонентов компоста для получения биогаза; при сложных технологиях сушки помета (при влажности от 30-89 %) для получения сухого птичьего помета (СПП), используемого как органическое удобрение. Показано, что патогенные бактерии в свежем помете не могут сохраняться и размножаться в почвенных условиях, как несоответствующих оптимальному состоянию для жизнедеятельности последних. Быстрота вымирания зависит от интенсивности загрязнения почвенного слоя, от свойств почвы, от ее кислотности, от погодных условий. Выживаемость кишечной палочки не превышает 40 суток. При сжигании помета выход золы составляет от 5-15 % от количества исходного помета. Органические вещества, необходимые для микробиоты почвенной агроэкосистемы, поддерживающей ее плодородие, отсутствуют в золе при сжигании помета. Для решения экологических проблем птицеводства (экологичные и экономичные использования помета) предложено корпорирова-ние птицеводства с растениеводством, которое обеспечит развитие обеих отраслей. Представлены обоснования ученых и авторов статьи неэкологичных и неэкономичных подходов к технологиям утилизации птичьего помета. Показано, что отсутствует экосистемный подход к решению проблемы утилизации птичьего помета. Авторами статьи предложен поиск микробиологических комплексов для утилизации птичьего помета без потерь органических и минеральных веществ свежего помета.

Инженерия /^7

ECOSYSTEM APPROACH TO DUNG UTILIZATION

O. P. NEVEROVA,

candidate of biological sciences, associate professor, G. V. ZUYEVA,

candidate of biological sciences, associate professor, T. V. SARAPULOVA,

graduate student, Ural State Agricultural University

Keywords: bird's dung, agroecosystem, organic substance, dung utilization, composting, fermenting, mineralization, microorganisms, immobilization.

In the presented review the analysis with ecosystem approach of modern technologies of utilization of a bird's dung is given. Rational use of a bird's dung is shown not at a bead composting, with use of such fillers as peat, shavings, sawdust, wood bark, household waste; when burning for receiving thermal and the electric power; at anaerobic process of decomposition of components of compost for receiving biogas; at difficult technologies of drying of a dung (at humidity from 30-89 %) for receiving the dry bird's dung (DBD) used as organic fertilizer. It is shown that pathogenic bacteria in fresh dung can't remain and to breed in soil conditions, as inappropriate to an optimum state for activity of the last. Speed of extinction depends on intensity of pollution of a soil layer, on properties of the soil, on its acidity, on weather conditions. The survival of an intestinal stick doesn't exceed 40 days. After burning dung the exit of ashes makes from 5-15 % of quantity of initial dung. The organic substances necessary for a microbiota of a soil agroecosystem, supporting its fertility, are absent in ashes when burning dung. For the solution of environmental problems of poultry farming (eco-friendly and economic uses of a dung) the poultry farming corporation with plant growing which will provide development of both branches is offered. Justifications of scientists and authors of article of not eco-friendly and uneconomical approaches to technologies of utilization of a bird's dung are presented; there is no ecosystem approach to a solution of the problem of utilization of a bird's dung. Authors of article offered search of microbiological complexes for utilization of a bird's dung without loss organic and mineral substances of a fresh dung.

Положительная рецензия представлена В. Ф. Гридиным, доктором сельскохозяйственных наук, старшим научным сотрудником Уральского научно-исследовательского института сельского хозяйства Россельхозакадемии.

Аграрный вестник Урала № 8 (126), 2014 г. - <^JJJ.

Инженерия

В журнале «Птицеводство» в разделе «Агроново-сти» появляются краткие сообщения: «в Пензенской области выросло производство мяса и яиц»; «возрожден Ливенский птицесовхоз под новым названием «Птичий дворик»; «90 тыс. цыплят-бройлеров из Европы, кормление которых планируют по европейским рационам»; «на предприятии ОАО «Корм» состоялось открытие нового цеха, который позволит увеличить поголовье с 9 до 32 тыс., благодаря реконструкции и модернизации производства, усовершенствовании системы кормопроизводства». Эти сообщения свидетельствуют о развитии птицеводства в России. Однако ни в одном из многочисленных сообщений на тему модернизации нет сведений об экономически выгодной и экологически безопасной технологии утилизации птичьего помета.

Птицеводческие предприятия являются загрязнителями окружающей среды от несовершенства применяемых технологий, несоответствующих экологическим требованиям.

Известно, что в среднем около 50-150 г помета в сутки производит одна несушка. Расчеты показывают, что производство каждой 8000 яиц или 100 кг птичьего мяса сопровождается транспортированием в хранилище соответственно 277 кг и 460 кг помета. В птицеводстве масса производимого помета на порядок превышает массу мясной продукции. Поэтому автор обоснованно считает, что без технологического реформирования птицеводства, без вовлечения органического вещества помета в круговорот в агро-ценозе достичь высокопродуктивного птицеводства невозможно. [14, 15]. Неприемлемость технологий переработки помета, приводящих к уничтожению органического вещества свежего помета, автор [15] представляет с позиции науки экологии: «органическое вещество помета птиц должно участвовать в воспроизводстве почвенного плодородия». Предупреждающе звучит «если же органическое вещество помета птиц в результате переработки выводится из круговорота в сельском хозяйстве, то наносится невосполнимый экологический ущерб агроэкосистеме и ущерб государству» [14].

Действительно, современное промышленное животноводство без экономически выгодной и экологически безопасной утилизации отходов производства оказывает негативное влияние на окружающую среду, на здоровье животных и человека [3].

Ученые Всероссийского НИИ экономики, труда и управления в сельском хозяйстве способами снижения негативного влияния на окружающую среду считают внесение в организацию хозяйственной деятельности экологических норм, обусловливающих разработку природоохранных мероприятий и траты на них [6].

Современные способы утилизации помета включают помет в образовании компостов со стружками, опи-лом, корой, торфом и городскими отходами [8, 9, 11, 12]. При таком способе процесс гумификации и минерализации протекает медленно (от 6 мес. до 2 лет) из-за отсутствия ферментов, разлагающих, лигнин. Эволюционно в желудочно-кишечном тракте птиц и, следовательно, в помете отсутствуют ферменты, разрушающие лигнин, что обусловлено, вероятно, кормами, используемыми птицами [13].

В естественных условиях разложение лигнин содержащих веществ (древесины) происходит за счет

ферментов грибов из класса базидиомицетов, например, таких как Fomitopsis pinícola. Однако экспериментально показано, что введение экстрактов базидиомицетов для активации процесса разложения лигнин содержащих веществ не имело положительного эффекта [7]. По нашему мнению, причина неудачного эксперимента в том, что древесная ткань, состоящая из клеток, «сцементированных» пектином, не доступна для ферментов, пока он не лизирован пектиназой. Пектиназу выделяют другие организмы, например бактерии (Bacillus subtillis).

Для активной минерализации древесных компонентов компоста следует создать комплекс специфических микроорганизмов, участвующих в лизисе ткани, оболочки клеток, содержимого клеток. Последовательность этих процессов определяет длительность (до 2 лет) и степень «созревания» помета. За этот период из помета исчезнет органика, не иммобилизованная почвенными микроорганизмами, или со снежными и дождевыми осадками мигрирует в грунтовые воды, из них — в поверхностные, вызывая эвтрофикацию последних. Улетучится из помета аммиак — органическое вещество, необходимое для микробиоты любой агроэкосистемы.

Минеральные вещества, присутствующие в помете, в форме растворимых соединений также мигрируют в почвенные горизонты. Поэтому для сохранения полезных веществ помета (все вещества помета необходимы для биоты почвы) следует вводить в компост комплекс микроорганизмов, иммобилизующих органические и минеральные компоненты помета. Для активации процесса разложения древесных компонентов компоста необходимо внести специфические ферменты. Однако известно, что срок хранения ферментов даже при соответствующих условиях ограничен (6-24 суток).

Экспериментально показано, что полученный субстрат в результате компостирования помета с наполнениями из древесных отходов содержал 35 % органики и 17 % минеральных веществ [5]. Вероятно, такое количество веществ в таком компосте осталось от разложения древесных компонентов, а не от помета.

При компостировании помета с подстилкой, с гашеной известью, гипсом и Оксизином в закрытом бурте полиэтиленовой пленкой, исчезновение запаха авторы наблюдали в течение первых 4-8 часов, созревание компоста заканчивалось через 7-10 дней.

Естественно, внесение извести, гипса и Оксизина нормализует кислотность буртового раствора, способствует развитию биоты почвы, усиливает процессы минерализации органики. Для аэробного протекания процесса ферментации необходимо еще обеспечить кислородом все слои бурта путем рыхления, перемешивания. В итоге, данная технология ведет к достаточно энергозатратному приему утилизации помета.

Полученную смесь помета с подстилкой, известью, гипсом и с ферментом экономично и экологично перенести в почвенные условия, где процессы минерализации в почвенной экосистеме протекают более длительно и имеют экологический эффект. Включение свежего помета непосредственно в почвенные процессы сдерживают из-за возможного присутствия в нем патогенных форм бактерий. Поэтому для безопасности подвергают помет терми-

Аграрный вестник Урала № 8 (126), 2014 г. - <

Инженерия /Щ

ческой обработке [4, 11]. Сухой остаток используют как органическое удобрение. Термическая сушка — это многостадийная обработка: отделение жидкости (центрифугирование, фильтрация, отжим, выпаривание) и распыление. При данном способе под действием температуры происходит инактивации присутствующих в помете ферментов и гибель микроорганизмов, их продуцирующих. В этом случае помет теряет полезные качества активатора биохимических процессов в почве.

Одним из перспективных направлений утилизации помета считают вермикомпостирование [12]. Данная технология разработана с коровьим навозом, который морфологически, физико-химически отличается от помета. Экспериментально в лабораторных условиях проведенное с пометом вермикомпостиро-вание технологически требует доработки, справедливо считают авторы [12].

Помет с повышенной влажностью (88-96 %) используют в аэробных условиях в биоэнергетических установках для получения биогаза и жидкого удобрения. Высокая стоимость сушки и затраты топливно-энергетических ресурсов не позволяет применять данный способ для переработки помета [6].

К великому удивлению, имеет место способ утилизации помета сжигание для получения тепловой и электроэнергии [4]. Зафиксированы негативные реакции на продукты сгорания помета людей из территорий, расположенных около птицефабрики и снижение яйценоскости кур на 20-25 % на птицефабрике [10].

Микробиологическими исследованиями независимо от технологии особенностей содержания птицы в пробах помещения обнаружены различные энтеро-патогенные серотипы кишечной палочки, сальмонеллы [16]. Эти микроорганизмы свидетельствуют об эпизоотической опасности помета и необходимости термической его обработки при использовании в качестве удобрения. Однако токсико-биологиче-скими исследованиями не выявлено патологических изменений у лабораторных животных. Автор делает заключение, что свежий помет кур не оказывает ин-гибирующего влияния на функциональные показатели лабораторных животных [16].

Увеличение заболеваний кампило бактериозом послужило мониторинговому исследованию обсеменения кампило бактериями продуктов птицеводства. В 75 % случаях опытов выделены бактерии на продуктах, находящихся в торговле [1]. Исследований кампило бактерий в помете в литературных источниках еще не представлено.

В эксперименте и в почвенных условиях показано, что выживаемость патогенных типов кишечной палочки не превышает 40 суток. Кишечная палочка на растительности E. coli встречается редко, быстро исчезает после загрязнения.

Проведенные экспериментальные исследования выявили, что группы кишечной палочки после загрязнения в процессе самоочищения почвы исчезали в течение одного вегетационного периода. Быстрота вымирания бактерий зависит от интенсивности загрязнения почвенного слоя, свойств почвы, погод-

ных условий и от кислотности (при увеличении кислотности почвы быстро исчезают).

Кишечная палочка имеет низкую экологическую валентность, стенобиот (недаром называют «кишечная палочка»), базофил, в почвенных условиях аллохтон. Поэтому в условиях почвы с кислой реакцией быстро погибает. С внесением свежего помета в почву не должно происходить размножение бактерий из-за антагонизма почвенных микроорганизмов. В связи с этим помет относят к 3-му уровню опасности.

Известно, что коэффициент биоконверсии зерна в птицеводстве составляют не более 15 %, непереваренная органическая часть корма переходит в помет птицы до 75 %. Минеральных веществ в зерне около 5-7 % от веса зерна [15]. Показано, что при сжигании помета выход золы составляет 10-15 % от количества исходного помета [2], или около 5-7 % [15].

Отношение к помету как отходу птицеводства, который следует любыми способами ликвидировать, в лучшем случае превратить в тепло, превращает пти-цепроизводство в дотационные даже при наличии земельных угодий. Отсутствие знаний естественных законов устойчивости экосистем, особенно агроэко-систем, приводит птицеводство в тупиковое состояние [15].

Выход из сложившихся условий развития птицеводства ученые видят в корпорации, как одного из факторов решения экологических проблем в птицеводстве [18]. Производство мяса птицы зависит на 70 % от зерновых [19]. Долгосрочное использование минеральных удобрений приводит к снижению плодородия почв из-за усиленной минерализации гумуса — одного из главных компонентов почвы. Корпорация предприятий в сельском хозяйстве птицеводства и растениеводства даст развитие обеим отраслям [18, 19].

Применение птичьего помета после сушки (СПП) как органического удобрения повысило урожайность картофеля более чем в 10 раз, ячменя и овса — на 3-10 ц/га, однолетних трав — на 6-10 ц/га, свеклы и моркови — до 600 ц/га [18].

По нашему мнению, если отрасли сельского хозяйства не придут к корпоративному союзу, то следует законодательно создать это содружество. Примером для этого может послужить датское законодательство. Датское законодательство по охране окружающей среды требует соблюдения гармоничного соотношения между поголовьем скота и размерами земельной площади, способной утилизировать образующийся навоз. Животноводство является основным источником дохода в сельском хозяйстве, приносящем 77 % от всей совокупности сельскохозяйственных доходов в Дании.

Из данного краткого аналитического обзора следует, что современные технологии утилизации птичьего помета не отвечают экосистемному подходу рационального ведения аграрного производства. Поиск экологичных, а значит, экономичных способов утилизации птичьего помета, следует вести на основании экологических знаний взаимосвязей компонентов в агроэкосистеме.

Аграрный вестник Урала № 8 (126), 2014 г.

Инженерия

Литература.

1. Габисония Т., Лоладзе К., Дидебулидзе К. и др. Обсеменение компилобактериями мясо птицы и яиц // Птицеводство. 2010. № 6. С. 43-44.

2. Гарзанов А., Аваков А., Яковлев Ю. и др. Подстилочный помет фабрик — возобновляемое биотопливо // Птицеводство. 2010. № 8. С. 47-49.

3. Донник И. М., Шкуратова И. А. Окружающая среда и здоровье животных // Ветеринария Кубани. 2011. № 2. С. 12-13.

4. Дубровин А. В., Голубев А. В. Экологические аспекты автоматизации безотходных технологий птицефабрики с собственным производством кормов и энергии // Птица и птицепродукты. 2012. № 6. С. 57-59.

5. Кирюшин В. И. Экологические основы земледелия. М. : Колос, 1996. 367 с.

6. Корнева Н. Н. Влияние экологических факторов на эффективность производства // Птицеводство. 2009. № 06. С. 9-10.

7. Корнилов В. И. Башкирский опыт воспроизводства почвенного плодородия и продовольственная безопасность // Аграрный Вестник Урала. 2011. № 5. С. 25-27.

8. Лысенко В. П. Перспективная технология переработки помета путем ферментации под влиянием присутствующих в помете микроорганизмов // Птицеводство. 2011. № 01. С. 52-54.

9. Лысенко В. П. Птичий помет — источник дохода // Птицеводство. 2009. № 7. С. 44-45.

10. Лысенко В. П. Экономическая оценка экономического ущерба // Птицеводство. 2010. № 12. С. 45-47.

11. Мерзлая Г., Корнева Н., Тюрин В., Лысенко В. Технологии утилизации помета // Птицеводство. 2009. № 1. С. 48-50.

12. Родионова Н. В., Правкина С. Д., Игошина К. А. Эффективность вермикомпостирования птичьего помета на различных субстратах. [Электронный ресурс]. URL : http://fermer.ru/sovet/udobreniya/15277.

13. Скворцова Л., Беляев А. Влияние МЭК 1904406 Вильзим F на развитие микробиоценоза и продуктивные качества цыплят // Птицеводство. 2010. № 7. С. 37-38.

14. Тарханов О. В. Главная проблема птицепрома. Экономический аспект. [Электронный ресурс]. URL : http:// webpticeprom.ru/ru/articles-processing-waste.html?pageID=1328710142.

15. Тарханов О. В. Птицеводство и плодородие почв : наука и практика. [Электронный ресурс]. URL : http://webpticeprom. ru/ru/articles-processing-waste.html?pagelD=1330496829.

16. Тюрин В. Ветеринарно-санитарная оценка помета // Птицеводство. 2009. № 7. С. 46.

17. Щербакова А. А. Новые возможности для производства энергии // Птица и птицепродукты. 2012. № 4. С. 62-63

18. Щеткин Б. Н. Корпорация как один из факторов решения экологических проблем в птицеводстве // Успехи современного естествознания. 2010. № 3. С. 161-163.

19. Щеткин Б. Н. Утилизация отходов птицеводства — решение проблем экологической безопасности и ресурсосбережения. Пермь : Соликамская типография, 2002. 135 с.

1. Gabisoniya T., Loladze K., Didebulidze K. et al. Semination Campylobacters fowl and eggs // Poultry farming. 2010. № 6. P. 43-44.

2. Garzanov A., Avakov A., Yakovlev Yu. et al. Covering dung of factories — renewed posterity // Poultry farming. 2010. № 8. P. 47-49.

3. Donnik I. M., Shkuratova I. A. Environment and health of animals // Veterinary science of Kuban. 2011. № 2. P. 12-13.

4. Dubrovin A. V, Golubev A. V Ecological aspects of automation of waste-free technologies of poultry farm with own production of forages and energy // Bird and poultry product. 2012. № 6. P. 57-59.

5. Kiryushin V I. Ecological bases of agriculture. M. : Kolos, 1996. 367 p.

6. Korneva N. N. Influence of ecological factors on production efficiency // Poultry farming. 2009. № 06. P. 9-10.

7. Kornilov V. I. Bashkir experience of reproduction of soil fertility and food security // Agrarian bulletin of the of Urals. 2011.

8. Lysenko V. P. Perspective technology of processing of a dung by a fermentation under the influence of microorganisms present at a dung // Poultry farming. 2011. № 01. P. 52-54.

9. Lysenko V. P. Bird's dung — an income source // Poultry farming. 2009. № 7. P. 44-45.

10. Lysenko V. P. Economic assessment of economic damage // Poultry farming. 2010. № 12. P. 45-47.

11. Merzlia G., Korneva N., Tyurin V, Lysenko V. Technology of utilization of a dung // Poultry farming. 2009. № 1. P. 48-50.

12. Rodionova N. V, Pravkin S. D., Igoshina K. A. Effect of a vermicomposting of a bird's dung on various substrata. [Electronic resource]. URL : http://fermer.ru/sovet/udobreniya/15277.

13. Skvorcova L., Belyaev A. Influence MEK 1904406 Vilzim F on development of a microbiocenosis and productive qualities chicken // Poultry farming. 2010. № 7. P. 37-38.

14. Tarkhanov O. V Main problem of the poultry industry. Economic aspect. [Electronic resource]. URL : http://webpticeprom. ru/ru/articles-processing-waste.html?pageID=1328710142.

15. Tarkhanov O. V Poultry farming and fertility of soils : science and practice. [Electronic resource]. URL : http://webpti-ceprom.ru/ru/articles-processing-waste.html?pageID=1330496829.

16. Tyurin V. Veterinary and sanitary assessment dung // Poultry farming. 2009. № 7. P. 46.

17. Scherbakova A. A. New opportunities for energy production // Bird and poultry product. 2012. № 4. P. 62-63

18. Shchetkin B. N. Corporation as one of factors of the solution of environmental problems in poultry farming // Achievements of modern natural sciences. 2010. № 3. P. 161-163.

19. Shchetkin B. N. Poultry farming recycling — the solution of problems ecological safety and resource-saving. Perm : Solikamsk printing house, 2002. 135 p.

References

№ 5. P. 25-27.