CC BY
442
УДК 631.22.018.001.57 + 636.2
МЕТОДОЛОГИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СУТОЧНОГО ВЫХОДА
ЭКСКРЕМЕНТОВ ОТ КОРОВ
И.К. Текучев, доктор технических наук, зав. лабораторией
М.С. Текучева, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник
Ю.Н. Черновол, аспирант
Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства E-mail: [email protected]
Аннотация. «Методические рекомендации по технологическому проектированию систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета» (РД-АПК-1.10.15.02.08) рекомендуют принимать суточный выход экскрементов от коров 55 кг (кала 35 кг, мочи 20 кг) без учета продуктивности и веса животного. Выполнен анализ нескольких методик определения выхода экскрементов от коров: 1. Суточный - 8-10% от массы коровы; 2. Годовой - масса коровы х 25; 3. Годовой - годовой удой х (4. ..5); 4. Способ Вольфа - по сухому веществу корма и подстилки; 5. Методика ВИУА. Суточный - выход экскрементов в 10 раз больше содержащихся в них сухих веществ; 6. Способ ВНИПТИОУ - по среднегодовому поголовью (55 кг от коровы в сутки); 7. Методика ВИЖа. Суточный - 45 кг (при привязном содержании) и 55 кг (при беспривязном в боксах). Расчет по этим методикам дает диапазон изменения суточного выхода экскрементов от коровы массой 450-500 кг и годовой продуктивностью 3000 и 4000 кг молока от 32 до 62 кг. Нами предложена математическая модель определения суточного выхода экскрементов, учитывающая суточное потребление коровой воды и сухого вещества, массу и продуктивность коровы. Выход экскрементов по предложенной математической модели от коровы массой 400-700 кг и с продуктивностью от 4000 до 10000 кг молока в год изменяется от 51 до 107 кг в сутки.
Ключевые слова: методика, количество выделяемых экскрементов, уборка навоза, сухое вещество, потребление воды, регрессионный анализ.
Введение. Выбор эффективных и экономически целесообразных технологий уборки, хранения и компостирования навоза обусловлен совокупностью его физико-механических свойств: влажностью, удельной массой, фракционным составом, вязкостью, способностью расслаиваться, теплофизическими свойствами и химическим составом.
Накапливаемый на животноводческих фермах навоз представляет собой сложную гетерогенную систему, состоящую из твердых и жидких выделений животных, остатков кормов, технологической воды, а также газов, образующихся в результате биохимических процессов, протекающих в навозе.
Влажность навоза - один из основных факторов, определяющих его физико-механические и технологические свойства. Полужидкий навоз (смесь мочи и кала) имеет влажность 92% [1], обладает достаточно выраженной текучестью. Наряду с этим в условиях производства, в зависимости от спосо-
бов содержания животных, в навоз попадает вода, и его влажность повышается до 94% и более. Вследствие этого возрастает его объем, что обусловливает увеличение объема навозохранилищ и повышение затрат труда и средств на его переработку и утилизацию.
Фракционный состав навоза в значительной мере предопределяет надежность работы средств механизации и зависит от рациона кормления и технологии содержания животных. Согласно современным тенденциям увеличение производства молока планируется не за счет роста численности животных, а за счет повышения продуктивности при соответствующем сокращении их численности. Однако повсеместно быстрая замена стада высокопродуктивными животными невозможна, поэтому длительное время будут сохраняться животные с большим диапазоном изменения их продуктивности. Масса и продуктивность животных - два основных фактора, определяющих состав кормовых раци-
онов по сухому веществу, питательным веществам и воде, а от этого, в свою очередь, зависит выход экскрементов, от которого в значительной степени зависят технологические параметры систем утилизации навоза. Потребность в сухом веществе для животных разной массы и продуктивности определена по рекомендациям "Норм и рационов кормления сельскохозяйственных животных" [2].
Согласно [2], увеличение массы молочных коров с 400 до 700 кг и средней продуктивности с 12 до 32 кг в сутки приводит к росту потребления сухого вещества кормов в два раза (с 12 до 25 кг). Увеличение потребления кормов сопровождается ростом потребности в воде и, следовательно, приводит к росту выхода экскрементов. Однако этот фактор в нормативных документах не учитывается. "Методические рекомендации по технологическому проектированию систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета" [3] рекомендуют проектировать строительную часть систем утилизации навоза, включая оценку их эффективности, по усредненным данным, без учета массы и продуктивности животных, что приводит к значительным ошибкам в расчетах.
Методология проведения работ. Выход экскрементов (смесь кала и мочи), их состав зависят от вида, возраста, продуктивности и массы животных, рациона кормления. Выход экскрементов определяют несколькими способами [4].
1. По массе животных. Суточный выход экскрементов крупного рогатого скота принимают в размере от 8 до 10% живой массы скота. Тогда годовой выход навоза от одной коровы массой 475 кг будет:
[(475 х 9 х 365) : 100] : 1000 = 15,6 т.
2. Французский способ. Количество навоза за год определяется умножением живой массы животного на 25.
(475 х 25) : 1000 = 11,9 т, что в 1,3 раза меньше, чем в варианте 1.
3. По годовому производству основной продукции. Считается, что годовой выход экскрементов у коров в 4-5 раз больше годового производства молока.
(3000 х 4,5) : 1000 = 13,5 т; (4000 х 4,5) : 1000 = 18,0 т.
4. Способ Вольфа. Основан на том, что примерно половина сухого вещества корма усваивается животными, а вторая переходит в навоз вместе с сухим веществом подстилки. Согласно этому способу, в свежем навозе содержится 1/4 сухого вещества и 3/4 воды, тогда общее количество навоза за год будет в четыре раза больше половины сухого вещества корма, потребленного коровой и суммированного с сухой подстилкой. От коровы с продуктивностью 3000 кг в год выход навоза будет: [(4710 : 2 + 570) х 4] : 1000 = 11,7 т, а с продуктивностью 4000 кг: [(5473 : 2 + 570) х 4] : 1000 = 13,2 т. Это на 13 и 27 процентов меньше, чем при определении по методике 3.
5. Способ ВИУА. Основан на результатах химических анализов многочисленных балансовых опытов, согласно которым количество сухого вещества в смеси экскрементов составляет около 10%, т.е. выход экскрементов примерно в 10 раз больше содержания в них сухого вещества. Общее количество сухого вещества, попадающего в навоз, составляет сумму сухого вещества переваренного корма, потерь его во время кормления и сухого вещества подстилки. Согласно этой методике, годовой выход навоза от коровы продуктивностью 3000 кг молока будет 22,8 т.
6. Способ ВНИПТИОУ. По суточному выходу экскрементов. Выход навоза определяется по среднегодовому поголовью различных половозрастных групп животных [4] (от коровы - 55 кг в сутки).
7. Способ ВИЖа. Выход свежего навоза на одну голову при привязном содержании животных в типовых стойлах - 45 кг в сутки; при беспривязном с тонким слоем подстилки - 55 кг [3].
Выполненные расчеты по вышеприведенным методикам показали, что предполагаемый годовой выход навоза от одной коровы с годовым удоем 3000 и 4000 кг колеблется от 11,7 до 22,8 т, т.е. практически в два раза. При расчете объемов хранилищ для навоза, которые материалоемки, проектировщики не могут принять единственно правильное решение. Вышеприведенные материалы пока-
зывают, что способы определения суточного и годового выхода экскрементов от дойного стада по живой массе неприемлемы, т.к. не зависят от продуктивности животных.
Гриднева Т.Т. [5] предложила учитывать основные факторы, влияющие на выход экскрементов от коров. Ею выполнен расчет выхода экскрементов для половозрастных дойных коров массой 400-700 кг при средней суточной продуктивности 8-36 кг молока.
В расчетах были учтены следующие факторы: потребность сухого вещества кормов для дойных коров различной массы и продуктивности [2]; потребность воды для коров принята 4-6 л на 1 кг сухого вещества корма согласно [5]. Для указанных условий суточный выход экскрементов от одной дойной коровы может колебаться от 29,7 до 111,0 кг на голову в сутки. В данной статье предложен новый методический подход по определению выхода экскрементов от дойных коров разной продуктивности и массы. Принципиальное отличие предлагаемой методики
от существующих методик состоит в том, что рассчитывается баланс ингредиентов, поступивших в организм животного в качестве пищи и воды и вышедших из него в виде молока, выдыхаемых паров, кала, мочи [6].
В результате математической обработки данных по нормам кормления дойных коров [2] получены уравнения регрессии (табл. 1), выражающие зависимость требуемых величин кормовых единиц, обменной энергии ОЭ, сухого вещества, сырого протеина и т.д. от живой массы и продуктивности животных.
Согласно [7], нормы потребления воды на одну голову (лактирующие коровы) в сутки растут от 43 до 75 л с ростом продуктивности от 3500 до 7000 кг, или корова выпивает воды 3,75-3,27 л/л молока. Используя корреляционно-регрессионный анализ, получили зависимость расхода воды на поение коровы - Св = 0,0028Р2 - 0,1594Р + 5,453; коэффициент корреляции (К = 0,9319) говорит о том, что кривая достаточно точно описывает закономерность (рис. 1).
Таблица 1. Уравнения регрессии норм кормления дойных коров различной массы и продуктивности _(на голову в сутки) Мж - масса г'-й коровы, кг; Уг - суточный удой г'-й коровы, кг/сутки_
Показатели
Уравнения регрессии для низкопродуктивных коров (удой до 4000 кг/год)
Уравнения регрессии для высокопродуктивных коров (удой 4000-8000 кг/год)
Кормовые единицы Обменная энергия, МДж Сухое вещество, кг Сырой протеин, г Переваримый протеин, г Сырая клетчатка, г Каротин, мг_
Ь1=1,8667+0,0053Мж+0,5У,
Ь2=17,94+0,08Мж+5,5У,
Ь3=0,16667+0,019Мж+0,3667У,
Ь4=218+0,96Мж+75У,
Ь5=186,6667+0,5333Мж+50У,
Ь6=1630+4,2Мж+20У,
Ь7=86,6667+0,2333Мж+22,5 У,
й1=1,57+0,008Мж+0,577,
Ь2=15,76+0,08Мж+5,76У,
Ь3=1,32+0,016Мж+0,38У,
Ь4=180,81+1,08Мж+100,98У,
Ь5=-134,49+0,66Мж+69,41У,
Ь6=1865+4,09Мж+4,91 У,
Ь7=-45,64+0,22Мж+31,03У,
Рис. 1. Зависимость удельного суточного потребления воды на поение дойными коровами в зависимости от их суточной продуктивности Р
Нами предлагается рассчитывать выход экскрементов Сэ по математической модели:
^э = ^к + ^м = ^к + + — £м — — =
= 0,5 (-^Й + (0,0028Р2 - 0,1594Р + + 5,453) + - —
у \ 1-Ж / 101
С К ж*.
1000
где Сэ - масса экскрементов, кг; Ск - масса кала, кг; См - масса мочи, кг [6]; Св - масса воды на поение коровы в сутки, кг; ^В -масса воды в рационе, кг; См - масса воды в молоке, кг; Сп - масса пара, выдыхаемого коровой в сутки, кг [7]; СВ - масса воды в кале, кг; Сп - масса пара, выдыхаемого коро-
вой в час, г/час; - масса сухого вещества в суточном рационе коровы, кг; - масса
сухого вещества в кале коровы, кг; =
100- wк „ ж, „
100 = 1 - - суточная продуктив-
ность коровы, кг; Ш - влажность рациона коровы, %; ИМ - влажность молока, %; ИК -влажность кала, %.
Результаты исследований. По вышеприведенной математической модели была разработана программа для расчета выхода экскрементов от коров. Результаты расчетов выхода экскрементов дойных коров с продуктивностью Р кг/сут. представлены на рисунке 2 и в таблице 2.
О, кг/сут. 110
100 90 80 70 60 50 40
1
12
16
20
24
28 32 р, кг/сут.
-живая масса 400 кг; Оэ = -0,0145Р2 + 2,9372Р + 16,901; R2 = 0,999
-живая масса 500 кг; Оэ = 0,0235Р2 + 1,6489Р + 28,388; R2 = 0,996
-живая масса 600 кг; Оэ = 0,0424Р2 + 0,6602Р + 41,982; R2 = 0,998
-живая масса 700 кг; Оэ = 0,0433Р2 + 0,5803Р + 45,119; R2 = 0,997
Рис. 2. Выход экскрементов от лактирующих коров живой массой400-700 кг в зависимости от их суточной продуктивности Р
8
Таблица 2. Расчет выхода экскрементов от дойных коров при различной их продуктивности и массе
Суточный удой молока жирностью 3,8-4,0%, кг 12 16 20 24 28 32
Масса коровы, кг Нормы потребления сухого вещества дойными коровами с различной массой, кг
400 12,5 14,1 15,7 17,2 18,4 -
500 14,1 15,7 17,3 19,0 20,6 22,2
600 15,9 17,5 18,9 20,5 22,1 23,7
700 - 19,4 20,8 22,1 23,6 25,2
Масса коровы, кг Выход кала из расчета его влажности 85,2%, кг
400 42,2 47,6 53,0 58,1 62,2 -
500 46,6 53,0 58,5 64,2 69,6 75,0
600 48,5 58,3 63,9 69,3 74,7 80,1
700 - 60,5 69,1 74,7 79,7 85,1
Масса коровы, кг Выход экскрементов в сутки, кг
400 50,7 60,5 69,5 78,6 88,5 -
500 52,6 62,4 71,4 80,8 91,4 104,5
600 54,5 64,3 73,0 82,2 92,8 105,9
700 - 66,5 75,1 83,9 94,3 107,4
Анализ полученных результатов показывает, что выход экскрементов от коров различной продуктивности и массы меняется в широком диапазоне - от 50,7 кг до 107,4 кг (в 2 раза). Масса кала, выделяемого животными, изменяется от 42,2 кг до 85,1 кг в зависимости от продуктивности коровы и ее массы. Аналогично рассчитан выход экскрементов от сухостойных коров (таблица 3).
Область применения результатов. В соответствии с требованиями ФЗ от 10.01.2002 №7-ФЗ «Об охране окружающей среды» при проектировании, строительстве и эксплуатации систем удаления и подготовки к использованию навоза должны соблюдаться требования в области охраны окружающей среды, проводиться мероприятия по охране животных, растений, почв, воды и других объектов.
Таблица 3. Расчет выхода экскрементов от сухостойных коров при различной их массе
Суточный удой молока жирно- 10 16 20 26
стью 3,8-4,0%, кг
Нормы потребления сухого
Масса коровы, кг вещества сухостоиными коровами с различной массой, кг
400 9,4 - - -
500 10,5 11,6 12,5 -
600 - 12,5 13,5 14,6
700 - - - 15,3
Масса коровы, кг Выход кала из расчета его влажности 83,5 %, кг
400 28,5 - -
500 31,8 35,2 37,9 -
600 - 37,9 40,9 44,2
700 - - - 46,4
Потребление воды на поение
с учетом планируемого удоя, кг/сут.
32,9 39,7 42,7 49,2
Масса коровы, кг Выход экскрементов в сутки, кг
400 42,1 - -
500 43,6 51 ,4 56,3 -
600 - 51,6 56,8 65,8
700 - - - 66,6
Животноводческие предприятия являются потенциальными источниками загрязнения водных объектов и почвы окружающих территорий органическими массами, содержащими биогенные элементы, и распространения возбудителей болезней, содержащихся в навозе, навозных стоках и производственных сточных водах.
При проектировании систем удаления и подготовки к использованию навоза следует учитывать требования по охране компонентов окружающей среды от загрязнения: проекты систем должны содержать данные о количестве исходного и подготовленного навоза, навозных стоков, продуктов их переработки, указания о способах, направлениях использования и утилизации.
Площадь сельскохозяйственных угодий, необходимая для использования навоза, рассчитывается с учетом типа и размера предприятия, количества питательных веществ, содержащихся в навозе, вида возделываемых культур, потребности их в питательных веществах, выноса этих веществ с урожаем
сельскохозяйственных культур, доз, сроков внесения и способов заделки их в почву. Согласно [7], рекомендуемые размеры предприятий по производству молока - от 200 до 1200 коров.
Рассчитаем выход экскрементов от 200 коров. Выход экскрементов с фермы Сэф определим по формуле:
Сэф = Мк X О X Сэ, где - количество коров на ферме, гол.; Б - количество дней содержания коров на ферме, дн.; Сэ - выход экскрементов от одной коровы, кг.
Рекомендуемый нормативами объем выхода экскрементов - 55 кг в сутки от коров разной массы и продуктивности [7].
В этом случае годовой выход экскрементов составит:
200 х 365 х 55 = 4015000 кг = 4015 т. По предлагаемой методике при годовом удое 6100 кг (в среднем за сутки - 20 кг) и массе коровы 500 кг принимаем, что коровы доятся 305 дней, а 60 дней в запуске. Выход экскрементов от дойных коров - 71,4 кг, а от сухостойных - 56,3 кг. Годовой выход экскрементов от 200 коров с суточной продуктивностью 20 кг:
(200 х 305 х 71,4) + (200 х 60 х 56,3) = 5031000 кг = 5031 т.
Выход экскрементов от дойных и сухостойных коров с продуктивностью 9760 кг/ год (32 кг в сутки) и массой 600 кг:
(200 х 305 х 105,9) + (200 х 60 х 65,8) = 7249500 кг = 7250 т.
Таким образом, расчеты показывают, что при выходе экскрементов 55 кг от одной коровы [7,8,9] без учета продуктивности и ее массы годовой выход экскрементов от 200 коров составит 4015 т, а по предлагаемой методике 5031-7250 т, т.е. объем навозохранилищ будет на 25-81% занижен по сравнению с расчетным.
Неточное определение выхода экскрементов сказывается также при расчете потребных площадей сельскохозяйственных угодий для использования навоза, а нехватка навозохранилищ ведет к загрязнению окружающей среды.
Выводы.
1. Рекомендуемый нормативами объем выхода экскрементов (55 кг в сутки) от коров разной массы и продуктивности требует уточнения.
2. Рассмотренные в статье методики дают противоречивые данные по выходу навоза в сутки от коровы массой 450-500 кг и продуктивностью 3000-4000 кг молока в год, а именно - от 32 до 62 кг.
3. Предлагаемая нами математическая модель определения объема выделяемых коровой экскрементов учитывает разность потребляемых ею материальных ресурсов и выделяемых их в виде молока, выдыхаемых паров и экскрементов (например, при массе 600 кг и продуктивности 8500 кг молока в год она выделяет 92,8 кг экскрементов).
4. Существующие показатели влажности кала 85,2%, независящие от продуктивности коров, не имеют научного обоснования. Необходимо установить объективную закономерность изменения влажности кала от продуктивности коров.
Литература:
1. ГОСТ Р 53042-2008. Удобрения органические.
2. Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных / А.П. Калашникова и др. М., 2003.
3. Методические рекомендации по технологическому проектированию систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета. М., 2008.
4. Шилов Г.Е., Шилова Н.А., Игнатова С.А. Новые подходы к расчету выхода навоза от молочного стада // Сб. тр. ВНИПТИОУ. Владимир, 2004. С. 526-531.
5. Гриднева Т.Т., Степанов В.П. Влияние массы и продуктивности молочных коров на выход навоза и эффективность его утилизации // Сб. тр. ВНИИМЖ. Подольск, 2009. Т.20. С. 217-222.
6. Афонский С.И. Биохимия животных. М.,1970.
7. Методические рекомендации по реконструкции и техническому переоснащению животноводческих ферм / Морозов Н.М. и др. М., 2000.
8. Иванов Ю.А. Новые технологии в животноводстве // Техника и оборудование для села. 2010. №1. С. 36.
9. Нормы технологического проектирования предприятий крупного рогатого скота: НТП 1-99. М., 1999.
Literatura:
1. GOST R 53042-2008. Udobreniya organicheskie.
2. Normy i raciony kormleniya sel'skohozyajstvennyh zhivotnyh / A.P. Kalashnikova i dr. M., 2003.
3. Metodicheskie rekomendacii po tekhnologicheskomu proektirovaniyu sistem udaleniya i podgotovki k ispol'zo-vaniyu navoza i pometa. M., 2008.
4. SHilov G.E., SHilova N.A., Ignatova S.A. Novye pod-hody k raschetu vyhoda navoza ot molochnogo stada // Sb. tr. VNIPTIOU. Vladimir, 2004. S. 526-531.
5. Gridneva T.T., Stepanov V.P. Vliyanie massy i produk-tivnosti molochnyh korov na vyhod navoza i ehffektiv-nost' ego utilizacii // Sb. tr. VNIIMZH. Podol'sk, 2009. T.20. S. 217-222.
6. Afonskij S.I. Biohimiya zhivotnyh. M.,1970.
7. Metodicheskie rekomendacii po rekonstrukcii i tekhnicheskomu pereosnashcheniyu zhivotnovodcheskih ferm / Morozov N.M. i dr. M., 2000.
8. Ivanov YU.A. Novye tekhnologii v zhivotnovodstve // Tekhnika i oborudovanie dlya sela. 2010. №1. S. 36.
9. Normy tekhnologicheskogo proektirovaniya predpriya-tij krupnogo rogatogo skota: NTP 1-99. M., 1999.
THE COWS' EXCREMENTS DAILY OUTPUT DETERMINING METHODOLOGY I.K. Tekuchev, doctor of technical sciences, laboratory chief M.S. Tekucheva, candidate of technical sciences, leading research worker Y.N. Chernovol, post-graduate student
All-Russian research institute animal husbandry mechanization
Abstract. "Methodical recommendations of manure and poultry dropping removal and preparation for using design's technological systems " (RD-APK-1.10.15.02.08) recommends the cows' excrements daily output need to be 55 kg (35 kg of feces, 20 kg of urine) without taking into account the animal's production and weight. The cows excrement output daily determining by the several techniques of analysis is made: 1. Daily by 8-10% cows weight; 2. The annual by x 25 cows weight; 3. Annual by annual milkyield x (4...5); 4. Wolf method by the feed and litter's dry matter; 5. The VIYA method. The feces daily output is in 10 times more the contained dry substances; 6. VNIPTIOY method by the average number of cow (55 kg per cow per day); 7. The VIJ method. Daily is 45 kg (at tethering housing) and 55 kg (loose in boxes housing). These methods' calculation of the feces daily output range's of450-500 kg cow weighing and 3000 and 4000 kg of milk annual performing gives variation from 32 till 62 kg. The cow's excrements daily output's determine, taking into account the water daily consumption and dry matter mass, cows weigh and its production mathematical model is proposed. The cows weighing 400-700 kg and 4000 to 10000 kg of milk yield per year excrement's output due to the proposed mathematical model varies from 51 till 107 kg per day. Keywords: methodology, the number of excreted feces, manure cleaning, dry matter, water consumption, regression analysis.
