Расчет количественных и качественных характеристик экскрементов дойных коров для определения потоков азота и фосфора

3.Spesivtsev A.V. Upravlenie riskami chrezvychajnyh situacij na osnove formalizacii ehkspertnoj informacii [Risk management of emergency situations based on formalization of expert information]. Saint Petersburg: Publishing House of Polytechnical University, 2004: 238.

4.Popov V.D., Spesivtsev A.V., Sukhoparov A.I. Formalizaciya ehkspertnyh znanij v vide logiko-lingvisticheskih modelej [Formalization of expert knowledge in the form of logical-linguistic models]. Vestnik of the Russian agricultural science. 2014; 3: 10-13.

5.Bioehnergeticheskaya ocenka sel'skohozyajstvennyh tekhnologij i puti ehkonomii ehnergii: metodicheskie rekomendacii / sost. Yu.F. Novikov, E.I. Bazarov, B.M. Rabshtyna i dr. [Bioenergy

assessment of agricultural technologies and ways to save energy: Guidelines. Novikov Yu. F., Bazarov E. I., Rabshtyna B. M. et al. (compilers)]. Moscow: 1983: 34. 6.Metodika toplivno-ehnergeticheskoj ocenki proizvodstva produkcii rastenievodstva [Method of fuel and energy assessment of crop production].Moscow: VIM, 2012: 84. 7.Sukhoparov A.I., Eryomin M.A., Erokhin I.V. Modeli processa izmeneniya vlazhnosti v provyalivaemoj trave v zavisimosti ot periodichnosti vorosheniya [Variation models of moisture content in the aircured grass depending on turning intervals]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2015; 86: 89-95.

РАЗДЕЛ IV ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА МЕХАНИЗИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКЦИИ ЖИВОТНОВОДСТВА

УДК 6 63 636 636.2 DOI 10.24411/0131-5226-2018-10042

РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ И КАЧЕСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭКСКРЕМЕНТОВ ДОЙНЫХ КОРОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТОКОВ АЗОТА И

ФОСФОРА

А.Ю. Брюханов, д-р техн. наук; Э.В. Васильев, канд. техн. наук;

Е.В. Шалавина, канд. техн. наук; Н.П. Козлова, канд. техн. наук

Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ

Расчет количественных и качественных характеристик экскрементов коров проводился на основании данных типового комплекса крупного рогатого скота, расположенного в Ленинградской области, и данных из открытых литературных источников методом баланса с использованием Европейской методики, адаптированной к условиям Северо-Западного федерального округа, в программе Excel. В результате расчета были получены следующие значения: масса экскрементов одной коровы- 51 кг/сут.; масса общего азота - 370,7 г/сут.; масса

153

Технологии и технические средства механизированного производства продукции

_растениеводства и животноводства_

фосфора (в расчете на Р2О5) - 148,4 г/сут. Полученные значения сравнили с нормативными значениями из действующих руководящих документов по обращению с навозом и с экспериментальными значениями, полученными в ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт животноводства имени академика Л.К. Эрнста» в 2017 году. Анализ данных показал, что расчетные и экспериментальные данные сопоставимы между собой, так как их отклонение друг от друга составило не более 3% по азоту и 14% по фосфору (в расчете на Р2О5). Сравнение расчетных данных с нормативными данными показало, что изменение рационов кормления животных и модернизация применяемых технологий привели к снижению массы образуемых экскрементов при увеличении в них питательных элементов. Так, масса экскрементов одной дойной коровы уменьшилась на 7% (с 55 кг/сут. до 51 кг/сут.); масса общего азота увеличилась на 80%, масса общего фосфора увеличилась на 34%.

Ключевые слова: экологическая безопасность, метод баланса масс, экскременты животных, дойная корова.

CALCULATION OF QUANTITATIVE AND QUALITATIVE CHARACTERISTICS OF DAIRY COW EXCREMENT TO DETERMINE NITROGEN AND PHOSPHORUS

FLOWS

A.Yu. Briukhanov, DSc (Engineering); E.V. Vasilev, Cand. Sc. (Engineering);

E.V. Shalavina, Cand. Sc.

Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) -branch of FSBSI FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia

Quantitative and qualitative characteristics of cow excrement were calculated from the data acquired at a typical cattle complex, located in Leningrad Region, and the data found in open access publications by the balance method and with the use of the European methodology, adapted to the conditions of the NorthWest Federal District of Russia, in Excel spreadsheets. The calculations found that the mass of excrement was 51 kg/cow/day; the mass of total nitrogen was 370.7 g/cow/day; and the mass of phosphorus (on P205 basis) was 148.4 g/cow/day. The values obtained were compared with the normative values specified in the current guidelines for manure handling and with the experimental values obtained by L.K. Ernst Federal Science Center for Animal Husbandry in 2017. The data analysis demonstrated the comparability of calculated and experimental data: their deviation did not exceed 3% by nitrogen and 14% by phosphorus (on P205 basis). Comparison of the calculated data with the normative ones showed that changes in farm animal feeding diets and modernisation of applied technologies resulted in a lower mass of excrement when higher nutrients content. Thus, the mass of excrement of one dairy cow decreased by 7% (from 55 kg to 51 kg per day) while the mass of total nitrogen increased by 80% and the mass of total phosphorus increased by 34%.

Key words: ecological safety, mass balance method, animal excrement, diary cow.

Введение

Вопрос эффективного использования органических удобрений впервые был отражен в постановлении совета министров РСФСР от 16 февраля 1973 г. № 75 «О мерах по улучшению использования минеральных удобрений в колхозах и совхозах». В

соответствии с данным постановлением был разработан ряд документов, в том числе временные рекомендации по использованию для удобрения бесподстилочного навоза (1973 год). В данных рекомендациях представлены количественные и

качественные характеристики экскрементов

сельскохозяйственных животных от 1 условной головы (поголовье, имеющее общий живой вес 500 кг). Так, масса экскрементов для 1 головы коровы - 55 кг/сут; масса экскрементов для 1 головы свиньи - 50 кг. Содержание общего азота в экскрементах коров - 0,4% (на влажность 88,5%); содержание общего азота в экскрементах свиней 0,5% (на влажность 89,5%). Содержание фосфора (в расчете на Р2О5) - 0,2 и 0,25 соответственно [1]. Данные значения по массе экскрементов и содержанию в них азота и фосфора были получены методом баланса массы, исходя из применяемого рациона кормления. Данные рационы были закреплены в соответствующих отраслевых стандартах на кормопроизводство [2].

За последние 40 лет отрасль животноводства претерпела сильные изменения: поменялся рацион кормления животных, модернизировались технологии содержания животных, ввелись в использования новые технологии

переработки навоза в органическое удобрение (навозоудаление). Однако данные изменения не нашли своего отражения в действующих на сегодняшний момент руководящих документах. В основном руководящем документе по обращению с навозом, переизданным в 2017 году, приведены следующие количественные и качественные характеристики навоза коров (коровы лактирующие

стельные/сухостойные и нетели за два месяца до отёла): масса экскрементов с 1 животного 55 кг/сут; влажность экскрементов - 88,4% [3]. Содержание общего азота и фосфора представлено общим значением, характеризующим все половозрастные группы крупного рогатого скота (КРС). Содержание общего азота в навозе КРС составляет 3,2% в массе сухого вещества, содержание фосфора (в расчете на Р2О5) в навозе КРС составляет 1,8% в массе

сухого вещества [3]. В РД-АПК 3.10.15.01-17 приведены значения количественных и качественных характеристик экскрементов КРС (по данным ВИЖ и НПЦ «Гипронисельхоз»): масса общего азота в экскрементах с 1 коровы за сутки составляет 205 грамм; масса общего фосфора (в расчете на Р2О5) - 110,3 грамма [4]. Следует учитывать, что приведенные в указанных выше руководящих документах значения не имеют достаточной привязки к применяемым на животноводческих комплексах рационам кормления. Таким образом, вопрос обоснование современных нормативов по образованию экскрементов и его физико-химических свойств является актуальным.

Материалы и методы

Для определения количественных и качественных характеристик экскрементов дойных коров был применен балансовый метод. Были изучены методы, применяемые в Дании, Эстонии, Латвии, Польше, Финляндии и Швеции [5]. Метод баланса был изучен и адаптирован для условий Российской Федерации.

Согласно методу, применяемому для расчета в Европе, расчет ведется исходя из того, что при разных энергетических балансах, наблюдаемых у дойных коров, назначается свой рацион кормления. В Российской Федерации рацион кормления коров зависит от стадии лактации животного: 1 стадия лактации - раздой (с 1 по 90 сутки), 2 стадия лактации -стабилизация (с 91 по 210 сутки), 3 стадия лактации - завершение (с 211 по 300 сутки), сухостойные коровы. На каждой стадии лактации применяется свой рацион кормления (масса корма, его влажность и питательная ценность), от чего меняется надой молока.

Каждый рацион кормления имеет свой состав и, соответственно, свой коэффициент перевариваемости корма. Данные изменения

приводят к динамике качественных и количественных характеристик

экскрементов коров в зависимости от стадии лактации.

Для получения необходимых исходных данных, задействованных при расчете методом баланса массы, были использованы данные типового комплекса КРС, расположенного в Ленинградской области, и литературные данные.

В ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт животноводства имени академика Л.К. Эрнста» в 2017 году проводился эксперимент по определению баланса азота и фосфора в экскрементах дойных коров [6]. Были определены контрольные группы животных, у которых с обоснованной частотой отбирались пробы экскрементов, в которых определялось содержание азота и фосфора.

Рационы кормления животных во время эксперимента сопоставимы с рационами кормления на обследуемом комплексе КРС. В рамках исследования производится сопоставление вышеуказанных

экспериментальных данных с данными, полученными расчетным путем. Расчет данных осуществляется в программе Excel.

Результаты и обсуждение

Для получения необходимых исходных данных для расчета методом баланса массы, было проведено обследование типового комплекса КРС, расположенного в Ленинградской области. Основным направлением деятельности

животноводческого комплекса является разведение КРС и производство молока. Общая численность коров (единовременное содержание) составляет 365 голов. На предприятии получены следующие исходные данные, необходимые для расчета: - масса, состав и питательность рационов кормления для каждой стадии лактации коров (в расчете на 1 голову за сутки);

- перевариваемость каждого из рационов кормления (в процентах на сухое вещество): 72% на 1 стадии лактации, 69% на второй стадии лактации; 67% на третьей стадии лактации, 68% для сухостойных коров;

- надои молока (на 1 голову в сутки): 34 кг на 1 стадии лактации, 25 кг на второй стадии лактации, 18,5 кг на третьей стадии лактации;

- средняя влажность экскрементов (для 1-3 стадии лактации и сухостойных коров) составляет 88,4%.

При расчете общего азота и фосфора в экскрементах животных методом баланса масс необходимы также данные по содержанию питательных элементов в молоке и теле самого животного. Данные значения были взяты из трудов таких ученых, как Агафонов В.И., Головин А.В., Рядчиков В.Г. и др [7, 8, 9, 10]. В соответствии с литературным анализом, для расчета качественных (содержание общего азота и общего фосфора в экскрементах) и количественных (масса экскрементов) характеристик экскрементов дойных коров методом баланса массы, приняты следующие значения:

- зольность корма составляет 6-11% (на сухое вещество), для расчета принято значение 9,3%;

- перевариваемость органического вещества корма составляет 75%;

- перевариваемость сухого протеина корма составляет 71%;

- содержание протеина в молоке составляет

3,3%;

- масса отложенного азота в теле животного составляет 20 грамм в сутки;

- за 1 лактацию в молоко переходит 4,5 кг фосфора;

- масса отложенного фосфора в теле животного составляет 14 грамм в сутки.

Расчет произведен для типового комплекса крупного рогатого скота, расположенного в Северо-Западном

федеральном округе. В результате расчета количественных и качественных

характеристик экскрементов дойных коров методом баланса массы, получены следующие значения: масса экскрементов 1 коровы в сутки составляет 51 кг; масса

общего азота - 370,7 граммов; масса фосфора (в расчете на Р2О5) - 148,4 грамма. Сопоставление данных, указанных в действующих нормативных документах, полученных экспериментальным и расчетным путем, представлено в таблице 1.

Таблица 1

Характеристики экскрементов дойных коров: масса экскрементов 1 дойной коровы в сутки, масса общего азота и масса общего фосфора

Наименование РД-АПК 1.10.15.02-17 РД-АПК 3.10.15.01-17 Экспериментальные данные Расчетные данные

Масса экскрементов (кал и моча), кг/сут 55 - 51

Масса общего азота в 205 380,3 370,7

экскрементах, г/сут

Масса фосфора (в 110,3 173,8 148,4

расчете на Р2О5) в

экскрементах, г/сут

Проанализировав данные, полученные экспериментальным и расчетным путем [6], было определено, что они сопоставимы между собой, так как их отклонение друг от друга составляет не более 3% по азоту и 14% по фосфору (в расчете на Р2О5). Данное сравнение позволяет говорить о точности разработанного метода расчета и возможности его дальнейшего применения.

Приведенные в таблице 1 данные показывают, что изменение рационов кормления животных и модернизация применяемых технологий приводит к снижению массы образуемых экскрементов при увеличении в них питательных элементов. Так, масса экскрементов 1 дойной коровы уменьшилась на 7% (с 55 кг до 51 кг); масса общего азота увеличилась на 80%, масса общего фосфора увеличилась на 34%.

Выводы

1. Для определения качественных и количественных характеристик

экскрементов дойных коров может быть использован метод баланса массы.

2. В результате расчета количественных и качественных характеристик экскрементов дойных коров методом баланса массы, получены следующие значения: масса экскрементов 1 коровы в сутки составляет 51 кг; масса общего азота - 370,7 граммов; масса фосфора (в расчете на Р2О5) - 148,4 грамма.

3. Данные, полученные предложенным методом, подтверждены экспериментальными данными - отклонение друг от друга составляет не более 3% по азоту и 14% по фосфору (в расчете на Р2О5). Данное сравнение позволяет говорить о точности разработанного метода расчета и возможности его дальнейшего применения.

4. Полученные данные показывают, что изменение рационов кормления животных и модернизация применяемых технологий приводит к снижению массы образуемых экскрементов при увеличении в них питательных элементов. Так, масса экскрементов 1 дойной коровы уменьшилась на 7% (с 55 кг до 51 кг); масса общего азота увеличилась на 80%, масса общего фосфора увеличилась на 34%.

БИБЛИОГРАФИЧЕЖИЙ CПИCOK

1. Временные рекомендации по использованию для удобрения бесподстилочного навоза, получаемого на крупных животноводческих фермах промышленного типа. М.: ^элос, 1973. 32 с.

2. ОСТ 8-20-77 комбикорма полнорационные для выращивания и откорма свиней в промышленных животноводческих комплексах"

3. РД-АЖ 1.10.15.02-17 «Методические рекомендации по технологическому проектированию систем удаления и подготовки к использованию навоза и помёта»

4. РД-АЖ 3.10.15.01-17 «Методические рекомендации по проектированию систем удаления, обработки, обеззараживания, хранения и утилизации навоза и помета»

5. Germán Giner Santonja, Konstantinos Georgitzikis, Bianca Maria Scalet, Paolo Montobbio, Serge Roudier, Luis Delgado Sancho; Best Available Techniques (BAT) Reference Document for the Intensive Rearing of Poultry or Pigs; EUR 28674 EN; doi:10.2760/020485 [Электронный ресурс]. URL:

http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/BREF/I RPP/JRC 107189_IRPP_Bref_2017_published.p df

6. Клементьева Ю.И. Эффективность использования различных уровней защищенного 1-карнитина в рационах высокопродуктивных коров. Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук. Дубровицы 2017. 124 с.

7. В.И. Агафонов и др. Физиологические потребности в питательных веществах и нормализация питания молочных коров. Справочное руководство - Боровск: ВНИИФБиП, 2001. 137 с.

8. А.В. Головин, А.С. Аникин, В.А. Девяткин Совершенствование норм кормления коров на основе физиологических потребностей. // Зоотехния. 2015. №10. С. 2-4.

9. Рядчиков В.Г. Питание высокопродуктивных коров / В.Г. Рядчиков, Н.И. Подворок, С.А. Потехин. Краснодар,КуБГАУ. 2003. 83 с.

10. Хазанов Е.Е., Гордеев В.В. Параметры технологических модулей для коров и молодняка при беспривязно-боксовом способе их содержания // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2005. № 77. С. 103-111.

REFERENCES

1.Vremennye rekomendacii po ispol'zovaniyu dlya udobreniya bespodstilochnogo navoza, poluchaemogo na krupnyh zhivotnovodcheskih fermah promyshlennogo tipa [Provisional recommendations on the fertilising use of bedding-free manure from large-scale commercial livestock farms]. Moscow: Kolos, 1973: 32.

2.Metodicheskie rekomendacii po

tekhnologicheskomu proektirovaniyu sistem udaleniya i podgotovki k ispol'zovaniyu navoza i pomyota RD-APK 1.10.15.02-17 [Management Directive for Agro-Industrial

Complex1.10.15.02-17. Recommended Practice for Engineering Designing of Systems for Animal and Poultry Manure Removal and Pre-

application Treatment]. Moscow:

Rosinformagrotekh, 2017: 173.

3.Metodicheskie rekomendacii po proektirovaniyu sistem udaleniya, obrabotki, obezzarazhivaniya, hraneniya i utilizacii navoza i pometa RD-APK 3.10.15.01-17 [Management Directive for Agro-Industrial Complex 3.10.15.01-17. Recommended Practice for Designing of Systems for Animal and Poultry Manure Removal, Treatment, Disinfection, Storage and Utilisation]. Moscow: Rosinformagrotekh, 2017: 160.

4.German Giner Santonja, Konstantinos Georgitzikis, Bianca Maria Scalet, Paolo Montobbio, Serge Roudier, Luis Delgado Sancho; Best Available Techniques

5.Klement'eva Yu.I. Effektivnost' ispol'zovaniya razlichnyh urovnej zashchishchennogo l-karnitina v racionah vysokoproduktivnyh korov. Diss. kand. sel'skohoz. nauk [Effectiveness of using different levels of protected L-Carnitin in diets of highly productive cows. Diss. Cand. Agr. Sci.]. Dubrovitsy, 2017: 124.

6.Agafonov V. I. et al. Fiziologicheskie potrebnosti v pitatel'nyh veshchestvah i normalizaciya pitaniya molochnyh korov. Spravochnoe rukovodstvo [Physiological needs in nutrients and nutrition improvement of dairy cows. Reference book]. Borovsk: VNIIFBiP, 2001:137.

7.Golovin, A.V. Anikin A.S., Devyatkin V.A. Sovershenstvovanie norm kormleniya korov na osnove fiziologicheskih potrebnostej [Improving the cow feeding norms on the basis of physiological needs]. Zootekhniya. 2015; 10: 24.

8.Ryadchikov V.G., Podvorok N.I., Potekhin S.A. Pitanie vysokoproduktivnyh korov [Feeding of highly productive cows]. Krasnodar: KubGAU; 2003: 83.

9.Khazanov E.E., Gordeev V.V. Parametry tekhnologicheskih modulej dlya korov i molodnyaka pri besprivyazno-boksovom sposobe ih soderzhaniya [Parameters of technological modules for cows and young animals in loose box housing system]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2005; 77: 103-111.

УДК 631.147: 502.55 DOI 10.24411/0131-5226-2018-10043

ПОКАЗАТЕЛИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ СЕЛЬСКИХ ТЕРРИТОРИЙ ПРИ ИНТЕНСИВНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ЖИВОТНОВОДЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ

Э.В. Васильев, канд. техн. наук; Е.В. Шалавина, канд. техн. наук

А.Ю. Брюханов, д-р техн. наук;

Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства -филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ

Интенсивное сельскохозяйственное производство оказывает высокую антропогенную нагрузку на окружающую сельскую территорию. В разрезе сохранения продовольственной безопасности страны немаловажную роль играет экологическая устойчивость сельских территорий -потенциал экосистем сохранять свою структуру, функциональные особенности и способность к

159