СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО УДОБРЕНИЯ НА ОСНОВЕ ПОДСТИЛОЧНОГО КУРИНОГО ПОМЕТА И ЛЕОНАРДИТА
METHOD FOR OBTAINING GRANULATED FERTILIZER BASED ON CHICKEN MANURE AND LEONARDITE

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к получению комплексного гранулированного удобрения на основе подстилочного куриного помета и леонардита, и может быть использовано в растениеводстве, в земледелии в качестве стимулятора для повышения плодородия почвы, а также при рекультивации земель.
Известен способ получения органического удобрения (патент RU 2017705, МПК C05F 3/00, опубл. 15.08.1994), включающий смешивание куриного помета с органическим влагопоглощающим материалом, аэробную ферментацию смеси, сушку и охлаждение. С целью повышения качества удобрения путем глубокой ферментации всех частиц помета и увеличения содержания в удобрении гумусных веществ, подстилочный куриный помет измельчают до размера частиц 0,5 - 1,0 мм, смешивание с влагопоглощающим материалом осуществляют при соотношении равном 3>Qп/Qв>0,1, где Qп - масса сухого вещества помета, Qв - масса сухого вещества влагопоглощающего материала, аэробную ферментацию ведут в автотермическом термофильном режиме, а после охлаждения полученный продукт подвергают психрофильной ферментации путем выдерживания без доступа воздуха в течение 60 - 90 суток.
Известен способ утилизации и обеззараживания куриного помета (патент RU 2645901, МПК C05F 3/00, опубл. 28.02.2018), включающий смешивание помета с наполнителем, формирование смеси в бурт и последующее компостирование. Обеззараживание куриного помета осуществляют в птичнике за пределами зоны пребывания птицы в тамбуре на транспортере-смесителе, одновременно перемещая и перемешивая куриный помет с молотой негашеной известью в необходимом и достаточном количестве для достижения водородного показателя рН 6,5-6,8 смеси, в которую затем добавляют наполнитель - природный сорбент глауконит в соотношении 1:10, перемешивают и удаляют к месту назначения.
Наиболее близким к заявляемому является способ получения комплексного удобрения на основе птичьего помета и гумата калия (патент RU 2710234, МПК C05F 3/00, C05F 11/02, C05F 15/00, опубл. 25.12.2019), включающий операции смешения и просушивания. Смешение птичьего помета осуществляют с готовым гуматом калия «биоресурс». При этом на первой стадии смешение ведут на движущемся основании с перемешивающими скребковыми элементами, а гумат калия распыляют. На второй стадии осуществляют просушивание посредством подачи воздуха с температурой 120-200°С.
Причем при просушивании также осуществляют периодическое распыление гумата калия «биоресурс», общий расход гумата калия составляет 20-30 л на одну тонну птичьего помета.
Однако, данные удобрения неэффективно стимулируют плодородие почвы и недостаточно снижают негативное влияние непереработанного куриного помета на окружающую среду.
Технической проблемой заявляемого изобретения является разработка способа получения гранулированного удобрения на основе подстилочного куриного помета и леонардита, которое эффективно стимулирует плодородие почвы на сельскохозяйственных культурах открытого и закрытого грунта и не содержит патогенной микрофлоры, бактерий и гельминтов.
Технический результат изобретения заключается в снижении негативного влияния непереработанного куриного помета на окружающую среду и в получении качественного органического удобрения для улучшения качества почвы и повышения урожайности.
Для достижения технического результата в способе получения удобрения, включающем сбор субстрата, его обработку гуминовым веществом путем распыления, перемешивание полученной органической смеси просушивание, согласно решению, после перемешивания органической смеси ее выдерживают при температуре окружающей среды до достижения внутренней температуры до 70 градусов Цельсия, после чего просушивают до влажности не более 15%, измельчают до мелкодисперсной фракции и формируют гранулы, при этом в качестве субстрата используют подстилочный материал из смеси куриного помета с целлюлозосодержащей подстилкой, в качестве гуминового вещества используют порошок леонардита, причем компоненты для формирования гранул берут в количестве, мас. %: порошок леонардита - 25-35; подстилочный материал - 65-75.
В качестве целлюлозосодержащей подстилки используют опилки.
Формируют гранулы размером в длину от 15 до 30 мм, диаметром 8 мм.
Для получения гранулированного удобрения используют две основные составляющие:
1. Субстрат в виде куриного помета с целлюлозосодержащей подстилкой (опилками) от напольного содержания птицы. Куриный помет относится к числу лучших видов органических удобрений, он богат органическим веществом и содержит большое количество элементов питания растений: азота, фосфора и калия. Кроме того, помет от напольного содержания птицы включает в себя опилки, которые восполняют истощенные почвы, постепенно разлагаясь и перегнивая, опилки делают почву более рыхлой (воздухо- и влагопроницаемой).
2. Гуминовые кислоты из леонардита. Использовалась сухая форма леонардита (порошок коричнево-черного цвета), общее количество гуминовых кислот в 100 г леонардита 65% в сухом веществе. Он не содержит примесей, содержащихся в торфе и сапропеле, из которых в основном производят гуминовые удобрения, отличается высоким содержанием гуминовых кислот. Гуминовые кислоты сокращают потери питательных элементов из помета и ускоряют процесс его компостирования, также обладают ремидиирующими свойствами: связывают пестициды, тяжелые металлы, и являются эффективным биостимулятором растений, повышая их устойчивость и продуктивность.
Для изготовления гранул (пеллет) использовали оптимальную дозу леонардита - 25%, которая позволяет использовать потенциал гуминовых кислот без завышенных затрат на природный компонент (леонардит) для изготовления стимулятора плодородия почвы. 75% составил подстилочный помет.
Обработка подстилочного куриного помета леонардитом снижает его класс опасности за счет сокращения выбросов вредных газов (аммиак, сероводород), способствует улучшению экологической обстановки на птицефабрике (в случае применения препарата в процессе выращивания птицы), позволяет эффективно утилизировать и перерабатывать в ценное органическое удобрение с высоким содержанием азота.
Органическое сырье для производства гранул (пеллет) имеет, как правило, высокую влажность, в их состав входят агрессивные химические вещества, поэтому целесообразно просушивать его и обрабатывать специальными добавками, которые обезвреживают и ускоряют процесс разложения органических соединений. Леонардит с высоким содержанием гуминовых кислот является биоактивным компонентом для производства безопасного комплексного органического удобрения (стимулятора плодородия почв).
Технология производства гранулированного удобрения (стимулятора плодородия почв) на основе подстилочного куриного помета и леонардита в виде гранул состоит из трех основных этапов.
1 этап - обработка подстилочного помета (смеси куриного помета и подстилки из опилок). Технологический цикл производства начинают со сбора подстилочного помета, обработанного порошком леонардита, который ускоряет процесс превращения помета в высококачественный продукт, на этой стадии уменьшается выделение аммиачного азота. Сухая форма леонардита была внесена на подстилку путем постепенного однородного рассеивания порошковым дустером и дальнейшего перемешивания с подстилочным пометом с помощью граблей. Важно подчеркнуть, что леонардит может вноситься во время выращивания птиц, тем самым улучшая их условия содержания. Процесс протекает при наружной температуре (при температуре окружающей среды) и не требует дополнительного подогревания. Органическая смесь выдерживается в таком состоянии до 3 дней, при этом внутренняя температура смеси (сырья) поднимается до 70 градусов Цельсия.
2 этап - сушка и измельчение. Полуфабрикат будущего удобрения сушат до влажности не более 15% для стабилизации и сохранения его полезных свойств, для этого его помещают на установку высокотемпературной сушки (температура более 100 градусов Цельсия), где параллельно измельчают до мелкодисперсной фракции. Процесс сушки происходит на адаптированном для агрессивной среды оборудовании, которое оснащено системой датчиков и программным обеспечением. На этом этапе происходит полное отделение воды, фиксация азота и образование минеральных солей и гуминовых соединений.
3 этап - производство гранул. Рассыпное удобрение подают в матричный гранулятор, где материал под высоким давлением уплотняется и проходит через филеры матрицы, в результате чего на выходе формируются гранулы (пеллеты) размером в диаметре 8 мм и в длину от 15 до 30 мм. Используемая линия грануляции имеет охладитель и сито для просеивания и аэрации возникающей пыли, которая идет обратно в переработку.
В эксперименте показано, что внесение леонардита в свежий подстилочный помет приводит к снижению эмиссии аммиака на 20-25 процентов, также снижает эмиссию сероводорода. Таким образом, в случае своевременной обработки помета леонардитом возможно снизить потери азота, ценного питательного элемента растений.
Пример реализации способа.
Условия в зоне проведения эксперимента и режим кондиционирования воздуха в течение всего периода измерений и производства гранул стабильный. Температура воздуха во время проведения эксперимента в диапазоне от 22,0 до 25,2°С. Относительная влажность воздуха от 50 до 65%, давление воздуха от 969 до 976 гПа.
После одного тура выращивания родительского стада бройлеров, который составляет 60 недель, накопившийся помет вместе с подстилочным материалом обрабатывают гуминовыми кислотами с целью проведения исследований по эмиссии аммиака и сероводорода. В дальнейшем производят экспериментальные образцы - пеллеты стимулятора плодородия почвы. Подстилка состоит из опилок мягких хвойных пород (ель) деревьев, которую в процессе содержания кур подсыпают и периодически подвергают ворошению, чтобы не допускать слеживания.
Влажность подстилочного куриного помета, используемого в эксперименте, составляет 25-30%, по консистенции подстилочный куриный помет имеет рыхлую структуру. Подстилочный материал (куриный помет и подстилка из опилок) не подвергают обработке дезинфицирующими средствами.
Для обработки помета гуминовыми кислотами берут сухую форму (порошок коричнево-черного цвета) леонардита (общее количество гуминовых кислот в 100 г леонардита 65% в сухом веществе).
Сухую форму леонардита вносят на подстилку путем постепенного однородного рассеивания порошковым дустером по поверхности изолированных обрабатываемых площадей птичника и перемешивают с подстилочным пометом с помощью граблей.
3
2
Для определения концентрации аммиака (NH) и сероводорода (HS) в птичнике используют портативный газоанализатор ПГА-600.
После измерения выбросов вредных газов (аммиака, сероводорода), готовый к утилизации органический материал складируют на заранее подготовленную площадку для производства пеллет.
В результате лабораторных исследований установлено, что пеллеты из подстилочного помета с леонардитом соответствуют санитарным и токсикологическим нормам, не содержат патогенной микрофлоры, бактерий и гельминтов, а значит, могут быть отнесены к малоопасным веществам (4-й класс опасности по ГОСТ 12.1.007). Полученный образец содержит 1,9% общего азота и 0,98% общего фосфора, что соответствует требованиям предъявляемым к удобрениям из подстилочного куриного помета. Массовая доля органического вещества - 90,58%, рН - 6,02.
2
2
На основании испытаний по определению эффективности применения стимулятора плодородия почвы на сельскохозяйственных культурах (культура - яровая пшеница, дозы применения: 1 т/га и 2 т/га) и культурах закрытого грунта (культура - салат, дозы применения: 200 г/м и 300 г/м показано что, применение разработанного органического удобрения способствует улучшению структуры почвы, увеличению всхожести, высоты растений, массы и урожайности.
Ниже приведены примеры испытаний.
1. Исследование эмиссии аммиака и сероводорода.
Исследования по определению эмиссии аммиака и сероводорода проводились в помещении для экспериментов птичнике Заволжской птицефабрики, входящей в состав крупнейшего в Саратовской области специализированного сельскохозяйственного предприятия по производству товарного яйца и мяса кур ГК «Саратов - Птица».
2
Под производственные испытания для определения концентрации аммиака и сероводорода выделены 3 изолированные площадки площадью по 20 м, масса подстилки 1064 кг.
2
2
Первая экспериментальная площадка без внесения леонардита - контроль. Норма внесения леонардита (25% порошка леонардита / 75% опилок с куриным пометом) - 355 кг (17,73 кг на 1 м), а при (35% порошка леонардита / 65% опилок с куриным пометом) - 573 кг (28,65 кг на 1 м). Всего на поверхность подстилочного материала внесено 928 кг леонардита.
Измерения концентраций сероводорода и аммиака проводились газоанализатором ПГА-600 (ТС TP 012/2011, ГОСТ 30852.0 и ГОСТ 30852.10.) через каждые 30 минут в течение 17 часов 26.12.2021 г. на уровне 50 см от пола в различных точках экспериментальной площадки на расстоянии 1 м от края. Сероводород, имеющий большую плотность, накапливался снизу, а аммиак циркулировал с потоками воздуха по всему птичнику.
Результаты исследований показали, что содержание аммиака и сероводорода в опытных вариантах меньше, чем в контрольном в течение всего срока замеров.
3
3
3
3
3
Средняя концентрация аммиака на контрольном участке составила 6,53 мг/м, на второй экспериментальной площадке 5,13 мг/м, и на третьей - 4,84 мг/м. На всех участках концентрация аммиака не превышает предельно допустимой концентрации. Предельная допустимая концентрация (ПДК) в воздухе бройлерников для аммиака составляет 10 мг/м для молодняка и 15 мг/м для взрослой птицы, таким образом, на всех трех площадках концентрация аммиака не превышает установленных норм. При смешивании подстилочного помета с леонардитом в соотношении 75/25 средняя концентрация аммиака уменьшилась на 21,4%, а при соотношении 65/35 на 25,9%.
3
3
3
3
3
Средняя концентрация сероводорода на контрольном участке составила 2,74 мг/м, на второй экспериментальной площадке - 2,45 мг/м, и на третьей - 2,32 мг/м. При концентрации более 1,4 мг/м начинает чувствоваться характерный запах «тухлых яиц», который становится очень интенсивным при 4 мг/м, более высокие концентрации сероводорода уже характеризуются как «тягостные». При смешивании подстилочного помета с леонардитом в соотношении 75/25 средняя концентрация сероводорода уменьшилась на 10,5%, а при соотношении 65/35 на 15,3%. Таким образом, гуминовые кислоты из леонардита достаточно эффективно нейтрализуют запахи из подстилочного помета.
Применение леонардита обеспечивает повышение эффективности утилизации куриного помета, снижение его класса опасности за счет сокращения опасных выделений, а именно эмиссии аммиака минимум на 20 процентов и сероводорода минимум на 10 процентов.
2. Исследование физических и химических свойств почвенных образцов для определения эффективности стимулятора плодородия почв на сельскохозяйственных культурах и культурах закрытого грунта.
Полевые исследования проводились на опытном поле Саратовского государственного аграрного университета имени Н.И. Вавилова в УНПО «Поволжье» Энгельсского района Саратовской области в 2022 году на темно каштановых почвах, по мощности - среднемощные, гранулометрический состав - среднесуглинистые, содержание гумуса - 2,8%.
Климат Центральной левобережной микрозоны Саратовской области характеризуется как умеренно жаркий и умеренно засушливый. Продолжительность безморозного периода по среднемноголетним данным составляет 162 дня. Сумма эффективных температур свыше 10°С равна 2500°С. Гидротермический коэффициент составляет 0,77.
2
2
С целью исследования физических и химических свойств почвенных образцов для определения эффективности стимулятора плодородия почв на сельскохозяйственных культурах и культурах закрытого грунта были заложены опыты по следующим схемам: яровая пшеница (контроль, стимулятор в дозе 1 т/га, стимулятор в дозе 2 т/га); салат (контроль, стимулятор в дозе 200 г/м, стимулятор в дозе 300 г/ м).
2
2
Общая площадь каждой делянки для яровой пшеницы 100 м, учетная 70 м. Повторность трехкратная. Расположение делянок рендомизированное.
Опыты сопровождались наблюдениями и исследованиями в соответствии с общепринятыми методическими указаниями (Б.А. Доспехов, 1985). Влажностью почвы - термостатно-весовой метод с использованием бура AM-16. Плотность почвы - метод режущих колец с использованием бура Качинского. Структура почвы - метод сухого просеивания через колонку сит. Агрохимические показатели определялись в агрохимической службе ФГБУ ГСАС "Саратовская". Анализ структуры урожая яровой пшеницы проводился по Методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (1985).
1. При изучении агрофизических свойств почвы определены запасы продуктивной влаги перед посевом, которые были удовлетворительные в 20-ти сантиметровом слое и очень хорошие в слое 0-60 см. Влажность верхнего слоя почвы 0-10 см была невысокой и составила 4,02%, самый высокий показатель отмечен на глубине 20-30 см - 20,45%.
3
2. В среднем в слое 0-30 см плотность почвы перед посевом яровой пшеницы составила 1,28 г/см, что является оптимальным показателем для нормального развития корневой системы изучаемой культуры.
3
3. На опытах с салатом плотность почвенного субстрата перед посевом культуры составила 1,18 г/см. Внесение стимулятора плодородия почвы способствовало снижению уплотнения к моменту уборки салата.
4. Наибольший процент в почве занимают агрегаты размером более 10 мм - 33% и от 1 до 2 мм - 22%. Остальные структурные компоненты варьировали в равной степени от 6 до 11%. Количество агрономически ценных структурных агрегатов в изучаемой почве 65%, что является хорошим показателем для темно-каштановой почвы.
5. Изучение изменения структуры почвы при выращивании салата показало, что количество агрономически ценных агрегатов возрастает при внесении удобрений. До посева их количество равнялось 65%, после уборки салата за счет разрыхляющего действия корневой системы количество агрегатов более 10 мм снизилось до 27% а количество агрегатов менее 0,25 мм повысилось до 5%.
2
6. Внесение изучаемых удобрений в дозе 200 г/м способствовало улучшению структуры почвы до 71%, при этом снизилось количество агрегатов менее 0,25 мм до 3% за счет структурообразующей способности органических веществ, содержащихся в удобрении, число агрегатов размером более 10 мм снизилось до 26%.
7. При внесении дозы 300 г/га отмечено увеличение числа агрегатов размером более 10 мм до 28%, это объясняется влиянием на структуру самого удобрения, которое за короткий период вегетации не успело полностью разложиться в субстрате.
2
8. Применение стимулятора плодородия почвы на основе гуминовых кислот и куриного помета при возделывании яровой пшеницы способствовало увеличению всхожести на 4-6% и густоты стояния - на 20-29 шт/м. Самый высокий эффект получен на варианте с дозой удобрения 2 т/га.
9. Внесение удобрений повлияло на высоту растений. В фазе кущения самый высокий показатель (40 см) на варианте с дозой 2 т/га, что выше контроля на 9 см или 29%.
2
10. Изучаемое удобрение способствовало снижению плотности почвенного субстрата к уборке салата и улучшало количество агрономически ценных агрегатов, при дозе 200 г/м они составляли 71%.
11. Применение изучаемого удобрения при возделывании салата положительно влияет на образование листьев, увеличивая их количество до 5,2-5,9 листа по сравнению с контролем, где количество листьев составило 4,1 листа на одно растение. Высота растений салата увеличивалась на вариантах с использованием стимулятора плодородия почвы на основе гуминовых кислот и куриного помета и составляла 19,2-19,6 см.
2
2
12. На вариантах с внесением удобрения было отмечено ускорение процессов роста растений салата, которое выражалось в увлечении количества листьев, высоты и массы растений. Применение удобрения дозой внесения удобрения 300 г/м биометрические показатели и урожайность достигали наибольших значений среди всех вариантов опыта 3,06 кг/м.
13. Применение стимулятора плодородия почвы на основе гуминовых кислот и куриного помета способствует повышению плодородия почвы, увеличивается содержание гумуса до 4,3 и 3,0%, фосфора до 45,3 и 109,7 мг/кг и калия до 401 и 517 мг/кг.
14. Анализ содержания основных элементов питания после уборки салата показал, что изучаемые удобрения повышали содержание азота до 70 мг/кг (при дозе 1 т/га), калия - до 711 мг/кг (при дозе 2 т/га). Содержание гумуса при этом снижалось с 13,2% перед посевом до 10,8-12,8% после уборки урожая. Количество свинца за вегетационный период снизилось с 5,47 до 5,6 на контроле, 2,2 при дозе 1 т/га и 4,9 при дозе 2 т/га, ПДК по свинцу превышен не был.
15. При внесении стимулятора плодородия почвы на основе гуминовых кислот и куриного помета в дозе 1 т/га урожайность яровой пшеницы повысилась на 0,12 т/га или 7,6%. Увеличение дозы изучаемого удобрения до 2 т/га позволило получить прибавку к контролю на 0,4 т/га или 24,7%.
Подводя итог вышесказанному, полученное заявляемым способом гранулированное удобрение хорошо впитывает влагу во время дождей и полива, которую затем отдает растениям при пересыхании земли. Также гранулы обладают пролонгированным действием, питательные вещества поступают в почву постепенно, по мере распада пеллет, таким образом, в растениях меньше накапливается нитратов. Пеллеты из куриного помета проще дозировать, из них можно готовить и водные растворы. Использование удобрения в виде гранул позволяет намного эффективнее использовать питательный потенциал, при этом существенно снижается дозировка внесения. Также снижаются затраты связанные с хранением удобрения, его транспортировкой и внесением, так как при грануляции объем помета уменьшается до 10 раз за счет сушки и прессовки. Гранулированная форма удобрений расширяет агротехнические возможности их использования.
При производстве пеллет, при смешивании куриного помета с леонардитом, происходит образование водорастворимых солей органических кислот (гуматы аммония, гуматы калия), таким образом, гуминовые кислоты, содержащиеся в леонардите, переходят в биоактивное состояние и начинают эффективно действовать как биостимулятор и источник питательных элементов. При внесении в почву за счет наличия различных функциональных групп связанные гуминовыми кислотами элементы питания растений (макро- и микроэлементы) не поглощаются почвенными минералами и не вымываются водой, а находятся в доступной для поглощения растениями форме. Внесение такого рода удобрений повышает буферную емкость почв, стабилизирует запасы минерального питания, а также обеспечивает защиту растений от поступления в них токсичных веществ (пестицидов, тяжелых металлов, радиоактивных элементов) благодаря протекторной функции гуминовых кислот путем связывания их в малоподвижные и трудно диссоциирующие соединения.
В результате процесса производства пеллет обеспечивается: повышение концентрации и оптимизация доступных растениям компонентов питания, биологическая безопасность продукта погибает патогенная микрофлора и яйца гельминтов, теряют всхожесть семена сорняков; уменьшается количество целлюлозы, снижается негативное влияние не переработанного куриного помета на окружающую среду.