CC BY
27
УДК 631.86:631.435
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ БАЗОВОГО СОСТАВА ОРГАНИЧЕСКИХ КОМПОСТОВ НА ОСНОВЕ НАВОЗА НА ОДНОРОДНОСТЬ КОМПОСТНЫХ СМЕСЕЙ
Ирина Владимировна Кокунова, к. техн. н., доцент Татьяна Владимировна Немчинова, магистрант
ФГБОУ ВО «Великолукская государственная сельскохозяйственная академия», Россия, г. Великие Луки
Производство компостов на основе отходов животноводства позволяет не только получать качественные органические удобрения, но и является одним из способов рециклин-га отходов производственной деятельности сельскохозяйственных предприятий. Чаще всего компосты готовятся на основе навоза с различными наполнителями, в качестве которых применяются торф, солома, сапропель, отходы деревообрабатывающих предприятий и пищевой промышленности. Основой процесса компостирования является взаимодействие между компонентами компостных смесей, микроорганизмами, влагой и кислородом. Важную роль в интенсификации процессов минерализации органических веществ играет поступление в компостируемую массу кислорода. Скорость минерализации и степень гумификации в значительной мере зависят от состава компостных смесей, соотношения в них безазотистых и азотсодержащих форм органического вещества. Получаемые при этом удобрения обладают не только различным химическим составом, но и отличаются друг от друга физико-механическими и технологическими свойствами, что оказывает существенное влияние на качество работы машин. В статье представлены результаты исследования влияния различного базового состава органических компостов на основе навоза на однородность производимых удобрений. Установлено, что все образцы компостов, подвергавшихся перемешиванию (аэрированию) в процессе созревания, характеризуются хорошей однородностью по гранулометрическому составу. Большая степень однородности присуща торфо-навозным, сапропеленавозным и опилочнонавозным компостам. Для них характерно содержание в общей массе частиц размером менее 10 мм. Показатель однородности соломо-навозных компостов несколько ниже. Это удобрение содержит в большем количестве частицы размером 10-30 мм. Кроме того, все вышеуказанные компосты характеризуются хорошей сыпучестью, что дает возможность повысить эффективность их внесения за счет поддержания необходимой нормы внесения и повышения равномерности распределения удобрений по поверхности поля.
Ключевые слова: отходы животноводства, органические компосты, аэробное компостирование, однородность компостных смесей, гранулометрический состав.
Введение
Органические удобрения играют важную роль в повышении урожайности сельскохозяйственных
культур, способствуют улучшению физико-химических свойств почвы, снижают вредное действие почвенной кислотности на рост и развитие
растений, активизируют жизнедеятельность почвенных микроорганизмов. Кроме того, внесение органических удобрений - это наиболее надежный способ обогащения почв органическим веществом, способным превращаться в гумус, которым бедны дерново-подзолистые почвы, составляющие основной фонд пахотных земель Северо-Запада России.
Результаты многолетних полевых опытов, проведенных в различных почвенно-климатических зонах страны на разных по гранулометрическому составу почвах, свидетельствуют о том, что каждая правильно использованная тонна навоза и качественного органического компоста за все годы действия в севообороте способна обеспечивать получение добавочной продукции, равной примерно 100 кг в переводе на зерно [8, 9].
Наибольший эффект органические удобрения дают в северных, западных и центральных регионах России. По мере продвижения от северо-западных районов европейской части страны к восточным и юго-восточным их эффективность снижается, хотя и остается довольно высокой.
Интенсивные темпы развития животноводства в Северо-Западном регионе России привели к увеличению объемов отходов животноводческих ферм и комплексов, повышению экологических рисков от производственной деятельности сельскохозяйственных предприятий [1, 5]. В связи с чем остро стоит вопрос
утилизации отходов животноводства, их рециклинга и дальнейшего эффективного использования. Мировой опыт показывает, что производство на основе отходов животноводства органических компостов является наиболее эффективным и экологически безопасным способом их утилизации, особенно для жидких и полужидких фракций навоза, что дает возможность вносить производимые удобрения имеющимися в хозяйствах машинами - кузовными разбрасывателями.
Материал и методы
В хозяйствах Северо-Запада России широко распространена технология производства органических компостов на основе навоза с различными базовыми наполнителями, в качестве которых наиболее часто используются торф, солома, отходы деревообрабатывающих предприятий и пищевой промышленности. Основой процесса компостирования является взаимодействие между органическими компонентами компостных смесей, микроорганизмами, влагой и кислородом. Важную роль в интенсификации процессов минерализации органических веществ играет поступление в компостируемую массу кислорода.
Данные многолетних исследований ряда ученых [5, 8, 9] свидетельствуют о том, что даже при рыхлой укладке компостных штабелей кислород в их порах содержится только в верхних слоях. В более глубоких слоях компостируемой ор-
ганической массы (при анаэробных условиях) в результате протекающих в них химических реакций поры штабелей почти полностью заполняются метаном и углекислым газом по уравнению: СбНюО5 + Н2О ^ 3СН4 + 3СО2. При хорошем доступе воздуха в результате жизнедеятельности микроорганизмов безазотистые соединения, в первую очередь углеводы, клетчатка, пентозаны и крахмал, минерализуются до углекислого газа и воды по уравнению: СбНцА + 6О2 ^ 6СО2 + 5Н2О. Процесс разложения органических кислот и жиров протекает как в аэробных условиях, так и при метановом брожении. Довольно медленно происходит минерализация лигнина.
Скорость минерализации органического вещества компостируемой массы и степень его гумификации в значительной мере зависят от самих компонентов компостных смесей, соотношения в них безазотистых и азотсодержащих форм органического вещества. Получаемые при этом органические удобрения обладают не только различным химическим составом, но и отличаются друг от друга физико-механическими и технологическими свойствами, что оказывает влияние не только на нормы их внесения, но и на работу машин, осуществляющих их распределение по поверхности поля.
ГОСТ Р 53117-2008 «Удобрения органические на основе отходов животноводства. Технические условия» [4] регламентирует требования
к физическим, механическим и агрохимическим свойствам удобрений, производимых на основе навоза. Согласно данному документу размер частиц производимого компоста не должен превышать 50 мм. Следует отметить и то, что органические удобрения должны обладать еще и равномерным гранулометрическим (фракционным) составом, так как от этого показателя зависит их равномерность распределения по поверхности поля при помощи специализированных машин. Однородные, сыпучие удобрения проще вносить, а также легче добиться соблюдения заданной нормы и равномерности внесения.
Сегодня существует большое разнообразие технических средств для производства компостов, позволяющих получать качественные органические удобрения на различной базовой основе. Наибольшую однородность органической массы можно получить при более мелком измельчении компонентов смесей за счет использования в технологической линии специальных машин, обеспечивающих эффективное перемешивание компостируемой массы и ее измельчение. Однако чрезмерное измельчение компонентов смеси может привести к уплотнению и слеживанию, что приведет к снижению количества свободного кислорода в штабеле и повлечет за собой замедление биохимических процессов и прекращение активной ферментации навоза.
_
Для исследования влияния различного базового состава органических компостов на основе навоза на однородность компостных смесей нами был проведен эксперимент. При разработке программы и методики эксперимента мы опирались на исследования, проводимые ранее А.А. Моховым, И.В. Кокуновой, Е.Г. Котовым [5, 6, 8].
В апреле 2019 г. на опытной площадке было заложено 5 экспериментальных буртов органических смесей с различным базовым составом. 1-й бурт состоял из навоза на соломенной подстилке (контрольный). В процессе эксперимента он не подвергался аэрации. 2-й, 3-й, 4-й и 5-й компостные бурты состояли из навоза на соломенной подстилке и различных наполнителей в соотношении 1:1, их аэрировали с периодичностью 10 дней. Во время закладки все бурты были сформированы с помощью совковой лопаты путем укладки компонентов по слоям с толщиной 20 см (1 -й слой наполнитель, 2-й - навоз, 3-й - наполнитель, 4-й - навоз, 5-й наполнитель). Во втором бурте в качестве влагоудер-живающего компонента был использован верховой торф, в третьем - сапропель влажностью 45%, в четвертом - древесные опилки, в пятом -измельченная на отрезки длиной 30-50 мм ржаная солома.
Через 3 месяца после закладки компостных буртов были взяты пробы на однородность гранулометрического состава исследуемых органических смесей согласно
ГОСТ 12536-2014 [3]. В качестве критерия однородности органических компостов по размерам частиц в соответствии с рекомендациями [8] нами был использован коэффициент вариации:
V = ?-100*%, (1)
X
где а - среднеквадратическое отклонение случайной величины (размер частицы органической смеси), м;
х - выборочное среднее случайной величины, м.
Коэффициент вариации случайной величины - это мера относительного разброса случайной величины. Он показывает, какую долю среднего значения величины составляет ее средний разброс. Исчисляется этот показатель в процентах, вычисляется только для количественных данных. В отличие от среднего квадратического или стандартного отклонения он измеряет не абсолютную, а относительную меру разброса значений признака в статистической совокупности [2].
Степень однородности органической массы X, согласно рекомендаций Вагина Б.И. [7], оценивали по методу лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава [3] критерием, обратным коэффициенту вариации:
Я = 100 — V. (2)
Для проверки на однородность было использовано сортирующее устройство, состоящее из емкости (ящика) в количестве 2 штук с устанавливаемыми сверху под углом см е н ными решетами. Сменные ре-
шета имеют щелевые отверстия с зазором между планками 10 мм на первом решете, 30 мм - на втором, 50 мм - на третьем. Данная методика была успешно применена и описана в работе А.А. Мохова [8].
Перед началом проверки необходимо убедиться, что компостная смесь полностью созрела, в ней отсутствуют запахи, незаметны растительные остатки, стабильна температура. Отбор проб осуществлялся из пяти экспериментальных буртов в их различных местах и на разной глубине. Из каждого бурта было взято по три пробы массой 3 кг каждая. Для всех отобранных образцов в дальнейшем проводились замеры размеров частиц органической смеси.
Результаты и обсуждение
Принцип работы сортирующего устройства, используемого в эксперименте, довольно прост. Берем один из ящиков, на него устанавливаем решето с калибрующим размером 50 мм и высыпаем отобранный материал поочередно из каждого бурта. Если какая-либо из выборок не проходит полностью «в проход» (этот размер частиц регламентирован ГОСТ Р 53117-2008), то данное органическое удобрение, произведенное на основе навоза, признается не соответствующим установленным требованиям.
Так как размер частиц органических удобрений является случайной и непрерывной величиной, то для удобства проведения расчетов
полученную выборку можно представить в виде интервального ряда.
В нашем случае выборки органических удобрений из буртов №2-5 по максимально допустимому размеру частиц соответствуют требованиям ГОСТ, а образец из бурта №1 признан некачественным, так как большая часть (54%) исследуемой выборки осталась на решете.
Далее берем второй ящик и на него устанавливаем решето с зазором между планками 30 мм. На него высыпаем «проход» из первого ящика. Все то, что останется на решете, т.е. крупная или «сходовая» фракция, собирается в пакет, а «проход» из второго ящика высыпаем на решето с калибрующим размером 10 мм. Здесь выделяется мелкая фракция «в проход», а средняя фракция собирается вне ящика в мешок. После чего каждая фракция взвешивается, а полученные результаты сводятся в таблицу 1.
На основании имеющихся данных определяют выборочную среднюю или математическое ожидание выборки [2]:
х « Шъ • ВД. (3)
Исправленную дисперсию находят по формуле: 0(х)=^(х2-Х2), (4)
где п - число фракций.
Величина х2 находится по вы-
222 ШХ1 ^ д
ражению: х2 =---.
Исправленное среднеквадра-тическое отклонение можно вычислить по следующей формуле:
а = 7])(Х). (5)
Таблица 1 - Пример оформления результатов определения интервального ряда размера частиц торфонавозного компоста (бурт №2)
№ Границы Масса Относительная Средняя
интервала интервала, м фракций, кг частота интервальная
тг/ т Ч м
1 <0,01 2,7 0,90 0,005
2 0,01...0,03 0,2 0,07 0,02
3 0,03...0,05 0,1 0,03 0,04
I 3 - -
После проведения необходимых расчетов по всем исследуемым образцам органических удобрений находят значения коэффициента вариации V и степень однородности компостных смесей X с различным базовым составом, используемым в эксперименте. Результаты опыта признаются адекватными, если отклонения по повторностям не превышают 5%. В данном случае при проведении опыта отклонения по повторностям не превысили 3%, что соответствует норме. Таким же образом определяли степень однородности компостных смесей у оставшихся образцов и получили следующие результаты. В образце №2 (торфонавозный компост) показатель однородности смеси составил 92,4%, в образце №3 (сапро-пеленавозный компост) - 93,2%, в образце №4 (опилочнонавозный компост) - 90,5%, а у образца №5 (соломонавозный компост) - 85,4%.
Выводы
Результаты проведенных исследований показали, что все образцы органических компостов, подвергавшихся перемешиванию (аэрирова-
нию) в процессе компостирования, характеризуются хорошей однородностью по гранулометрическому составу. Большая степень однородности присуща торфонавозным, сапропеле-навозным и опилочнонавозным ком-постам. Для них характерно содержание в общей массе частиц удобрений размером менее 10 мм. Показатель однородности соломонавозных ком-постов несколько ниже. Это удобрение содержит в большей степени органические включения размером от 10 до 30 мм. Кроме того, все вышеуказанные компосты характеризуются хорошей сыпучестью, что позволяет повысить эффективность внесения органических удобрений за счет соблюдения заданной нормы внесения и повышения равномерности их распределения по поверхности поля.
Органическое удобрение на основе навоза на соломенной подстилке, не подвергавшееся аэрированию в процессе созревания, было признано по истечении периода наблюдений некачественным, так как по максимально допустимому размеру частиц оно не соответствовало требованиям стандарта.
Таким образом, на однородность компостов, производимых на основе навоза, в определенной степени оказывают влияние исходный состав органической массы, закладываемой на компостирование, и степень насыщения ее кислородом. При аэрации компостных буртов биохимические процессы происходят значитель-
но быстрее и период созревания ком-постов сокращается. Кроме того, на степень однородности готового удобрения оказывает влияние начальный размер частиц составных частей компостируемой массы, поэтому при производстве соломонавозных ком-постов солому необходимо предварительно измельчить.
Библиографический список
1. Аржанкова Ю.В. Промышленное животноводство на территории водосборного бассейна Западной Двины Российской Федерации / Ю.В. Аржанкова // Известия Великолукской государственной сельскохозяйственной академии. - 2017. - №1. - С.2-11.
2. Гмурман В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике / В.Е. Гмурман. - М.: Высш. шк., 2004. - 404 с.
3. ГОСТ 12536-2014. Межгосударственный стандарт. Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава [Электронный ресурс]. - Введ. 01.07.2015. - Режим доступа: СПС КонсультантПлюс, по договору. - Загл. с экрана. - Яз. рус.
4. ГОСТ Р 53117-2008. Национальный стандарт Российской Федерации. Удобрения органические на основе отходов животноводства. Технические условия [Электронный ресурс]. -Введ. 01.01.2010. - Режим доступа: СПС КонсультантПлюс, по договору. - Загл. с экрана. -Яз. рус.
5. Кокунова И.В. Технология производства органических компостов с применением аэраторов-смесителей / И.В. Кокунова, Е.Г. Котов // Известия Великолукской государственной сельскохозяйственной академии. - 2018. - №1. - С.34-37.
6. Котов Е.Г. Экспериментальные исследования аэратора-смесителя компостных буртов / Е.Г. Котов, И.В. Кокунова, В.А. Ружьев // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2019. - №4. - С.127-130.
7. Лабораторный практикум по механизации и технологии животноводства / Б.И. Вагин [и др.]. - Великие Луки: РИО ВГСХА, 2003. - 640 с.
8. Мохов А.А. Обоснование конструкции транспортно-технологической машины и параметров ее рабочих органов для приготовления соломонавозного компоста: дис. ... канд. тех. наук.: 05.20.01 / Мохов Александр Алексеевич; Морд. гос. ун-т им. Н.П. Огарева. - Ижевск, 2019. - 132 с.
9. Удобрения, их свойства и способы использования / под ред. Д.А. Коренькова. - М.: Колос, 1982. - 415 с.
E-mail: i. kokunova@yandex. ru
182112, Псковская область, г. Великие Луки, пр. Ленина, д. 2, ФГБОУ ВО Великолукская
ГСХА
Тел. (81153) 7-16-22
