NITROGEN EMISSION IN THE FORM OF AMMONIA FROM DIFFERENT FRACTIONS OF PIG MANURE WITH BIODRUGS

ЭМИССИЯ АЗОТА В ФОРМЕ АММИАКА ИЗ РАЗНЫХ ФРАКЦИЙ СВИНОГО НАВОЗА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ БИОПРЕПАРАТОВ

Научная статья

Титова В.И.¹ , Мартьянова О.С.², ^*

¹ ORCID 0000-0003-0962-5309;

² ORCID 0000-0002-2625-7627;

^1–2 Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия, Нижний Новгород, Россия

* Корреспондирующий автор (o_s_kovalchuk[at]mail.ru)

Аннотация

Изучено влияние препаратов-деструкторов микробиологической (Биотик, Органик) и ферментативной природы (Одор) на интенсивность выделения аммиака из органического вещества разных форм свиного навоза: нативный (свежий) свиной навоз – ССН, жидкий свиной навоз, образующийся при сепарации нативного свиного навоза (ЖСН) и твердая фракция свиного навоза, образующаяся при сепарации нативного свиного навоза (ТСН). Опыт проведен в 3-х кратном повторении, в колбах на 500 мл с зауженным горлом, закрытых пробкой для предотвращения газообразных потерь, в лабораториях кафедры агрохимии и агроэкологии Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии с использованием образцов свиного навоза одного из крупнейших свинокомплексов Нижегородской области. Опыт заложен 26.11.2021, продолжался 48 дней с промежуточным отбором проб воздуха через 20 дней после закладки опыта. Отбор проб воздуха и определение концентрации аммиака в воздушном столбе колб определяли с помощью ручного сильфонного аспиратора АМ-5М и набора индикаторных трубок. Результаты опыта показывают, что за 1,5 месяца взаимодействия свиного навоза с биопрепаратами эмиссия аммиака из разных его фракций различается как по объемам, так и по интенсивности разложения органики. Биопрепараты оказали сдерживающее влияние на объемы образования аммиака. В сравнении с вариантом, где препараты не вносили (навоз), образование аммиака снижается на 7-13 мг с каждого килограмма жидкого свиного навоза и на 25-50 мг NН3 с каждого килограмма твердой формы свиного навоза.

Ключевые слова: твердый и жидкий свиной навоз, эмиссия аммиака, биопрепараты-деструкторы.

NITROGEN EMISSION IN THE FORM OF AMMONIA FROM DIFFERENT FRACTIONS OF PIG MANURE WITH BIODRUGS

Research article

Titova V.I.¹ , Mart'yanova O.S.², ^*

¹ ORCID 0000-0003-0962-5309;

² ORCID 0000-0002-2625-7627;

^1–2 Nizhny Novgorod State Agricultural Academy, Nizhny Novgorod, Russia

* Corresponding author (o_s_kovalchuk[at]mail.ru)

Abstract

The effect of microbiological (Biotic, Organic) and enzymatic (Odor) decomposers on the intensity of ammonia excretion from organic matter of different forms of pig manure was examined: native (fresh) pig manure – FPM, liquid pig manure formed by separation of native pig manure (LPM) and the solid fraction of pig manure formed by separation of native pig manure (SPM). The experiment was carried out 3 times, in 500 ml flasks with a narrowed neck, in those closed with a cork to prevent gaseous losses, in the laboratories of the Department of Agrochemistry and Agroecology of the Nizhny Novgorod State Agricultural Academy using samples of pig manure from one of the largest pig farms of the region. The experiment began on 26.11.2021 and lasted 48 days with intermediate air sampling 20 days after the launch of the experiment. Air sampling and measuring the concentration of ammonia in the air column of flasks were determined with a manual silphon aspirator AM-5M and a set of gas detection tubes. The results of the experiment show that during 1.5 months of interaction of pig manure with biological ammonia emission from its different fractions differs both in volume and intensity of organic decomposition. Biological substances had a restraining effect on the volume of ammonia. Compared with the variaion where the substances were not applied (manure), the formation of ammonia was reduced by 7-13 mg per kilogram of liquid pig manure and by 25-50 mg of NN3 per kilogram of solid pig manure.

Keywords: solid and liquid pig manure, ammonia emission, biological decomposers.

Введение

Известно, что с функционированием крупных свинокомплексов промышленного типа связана высокая экологическая напряженность, так как бесподстилочный свиной навоз является существенным источником негативного воздействия на окружающую среду [1]. Внесение жидкой фракции свиного навоза на поля при этом нередко сопровождается не только негативным воздействием на почву за счет повышения содержания биогенных элементов до аномально высокого уровня и тяжелых металлов до сверхнормативных значений [2], но и распространением неприятных запахов и потерями летучих соединений различной природы вследствие разложения органических отходов [3], [4].

Одним из путей снижения газообразных выбросов продуктов разложения органического вещества навоза является использование биопрепаратов – деструкторов органического вещества, микробиологической или ферментативной природы [5], [6]. Их применение позволяет естественной микрофлоре приемной среды (например, почвы) более активно включать биопрепараты в собственный метаболизм, тем самым дополнительно ускоряя процесс минерализации органосодержащих компонентов навоза [7]. При добавлении препаратов в лагуны, где хранятся жидкие животноводческие стоки, возможно ускорение разложения трудноокисляемых и легкоокислямых органических веществ [8], [9], а также других ингредиентов, провоцирующих образование загрязняющих веществ сверх норм предельно допустимых концентраций, до простых неорганических соединений и сокращение времени их нахождения в атмосфере [10], [11].

Целью исследований было изучение влияния препаратов микробиологической и ферментативной природы на интенсивность выделения аммиака из органического вещества разных форм свиного навоза в динамике.

Методика

Исследование проведено в 2021-2022 гг. в лабораториях кафедры агрохимии и агроэкологии Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии с образцами свиного навоза одного из крупных свинокомплексов Нижегородской области.

На изучение были поставлены три формы навоза: нативный (свежий) свиной навоз – ССН; твердая фракция свиного навоза, образующаяся при сепарации нативного свиного навоза (ТСН); жидкий свиной навоз (ЖСН), также образующийся при сепарации свежего свиного навоза. В соответствии с ТУ 20.15.80-001-02028132-2019 «Удобрение органическое на основе навоза свиней. Технические условия», нативный свиной навоз обозначен как марка А, твердый свиной навоз как марка В, а жидкий – как марка С. Поскольку главной целью исследования была оценка эмиссионных потерь азота, то характеристика форм навоза по содержанию азота является основополагающей, что и отражено в таблице 1.

Таблица 1 – Краткая характеристика форм свиного навоза по содержанию азота

Свежий свиной навоз			Твердый свиной навоз			Жидкий свиной навоз
Cухое вещество, %	Азот общий, %	NН3-, мг в 1 кг навоза*	Сухое вещество, %	Азот общий, %	NН3-, мг в 1 кг навоза*	Сухое вещество, %	Азот общий, %	NН3-, мг в 1 кг навоза*
6,5	0,14	210	17,4	0,73	1095	3,2	0,07	105

Примечание: * – количество аммиака, которое может быть образовано из азота навоза при коэффициенте потерь азота в 15% от общего его содержания

В качестве препаратов-деструкторов органического вещества навоза использовали препарат комплексной природы Биотик, в составе которого есть энзимы и микробиота; препараты микробиологической природы, преимущественно аэробной флоры, к которым отнесены С-Био (жидкая форма) и Органик (сухая форма); а также микробиологический препарат Одор, в состав которого входят анаэробные микроорганизмы.

До закладки опытов в соответствии с рекомендациями производителя микрофлора препаратов была активизирована, а затем были приготовлены рабочие растворы препаратов, которые в дальнейшем использовали в дозе 1 мл раствора на 100 мг навоза. Опыт проведен в колбах на 500 мл с зауженным горлом, закрытых пробкой для предотвращения потерь газообразных продуктов разложения, образующихся в результате взаимодействия навоза и биопрепаратов. Схема опыта включала 4 варианта: Навоз – контрольный вариант, без добавления биопрепаратов; Биотик – навоз с внесением биопрепарата Биотик; С-Био – навоз с внесением биопрепарата С-Био и Органик – навоз с внесением биопрепарата Органик.

Концентрацию аммиака в воздушном столбе колб определяли в соответствии с установленными сроками с помощью ручного сильфонного аспиратора АМ-5М и набора индикаторных трубок с хемосорбентом на определенный газ. Измерение концентрации вещества индикаторной трубкой в газовых средах основано на изменении окраски индикаторного порошка при прокачивании анализируемого газа через трубку. Опыт проведен в 3-кратной повторности, заложен 26 ноября 2021 года, продолжался 48 дней (до 14.01.2022 г.) с промежуточным сроком отбора проб воздуха через 20 дней после закладки опыта (17 декабря 2021 года). Результаты опыта обработаны методом дисперсионного анализа [12].

Результаты исследования

Одним из газов, образующихся при минерализации навоза, является аммиак, выделение которого в окружающую среду не только приводит к загрязнению воздуха, но является и негативным агрономическим фактором, так как приводит к снижению содержания в навозе важнейшего биогенного элемента азота, что априори приводит к снижению удобрительной ценности навоза. Среди приёмов, способствующих сдерживанию эмиссии аммиака в воздушную среду, в последние годы называют применение различного состава биологических препаратов. Результаты учета образования газа аммиака из разных фракций свиного навоза приведены в таблице 2 и на рисунке.Данные таблицы показывают, что за 1,5 месяца взаимодействия свиного навоза с биопрепаратами эмиссия аммиака из разных его фракций различается как по объемам, так и по интенсивности разложения органики.

Таблица 2 – Концентрация аммиака в воздушном столбе колб

Вариант опыта	ЖСН				ССН				ТСН
	17.12.21		14.01.22		17.12.21		14.01.22		17.12.21		14.01.22
	мг/кг	%*	мг/кг	%*	мг/кг	%*	мг/кг	%*	мг/кг	%*	мг/кг	%*
Навоз	31,0	30	61,0	58	29,9	14	64,8	31	408	37	502	46
Биотик	39,2	37	53,8	51	36,4	17	66,0	31	390	36	465	43
С-Био	48,7	46	54,0	51	40,2	19	70,2	33	405	37	488	45
Органик	40,2	38	48,6	46	36,1	17	60,0	29	382	35	450	41
НСР05	5,7		5,0		4,1		4,3		15		18

Примечание: * – процент к максимальной сумме эмиссии аммиака из навоза (ЖСН – 105 мг/кг; ССН – 210 мг/кг;ТСН – 1095 мг/кг)

Рис. 1 – Влияние биопрепаратов на эмиссию аммиака из разных фракций свиного навоза

Объемы выделения аммиака наибольшие в той серии опыта, где наблюдали за минерализацией твердой фракции свиного навоза. Естественно, в первую очередь это обусловлено содержанием сухого вещества в навозе. Согласно ТУ 20.15.80-001-02028132-2019, его содержание в твердом сухом навозе должно быть не менее 15%, в жидком – не более 5%, а в нативном – в интервале от 3 до 9%. При этом к 20-му дню наблюдений образование аммиака из образцов навоза, взятых на исследование, оценивалось в 35-37% от максимальной суммы эмиссии аммиака из этой фракции навоза (1095 мг/кг), а к концу наблюдений уже приближалось к половине возможного объема (41-46% от NН₃ мах).

За полуторамесячный период наблюдений отмечено, что препараты оказали сдерживающее влияние на объемы образования аммиака. В сравнении с вариантом, где препараты не вносили (навоз) оно оценивалось в 26-50 мг NН₃ с каждого килограмма твердого свиного навоза.

Объемы образования аммиака из жидких форм навоза (ССН и ЖСН) сопоставимы, хотя для жидкого они несколько меньше (50-60 мг/кг), чем для нативного (60-70 мг/кг). Однако доля объема фактического образования аммиака от теоретически возможного для этих форм навоза при использовании для разложения их органического вещества биопрепаратов разная: для ЖСН это 46-51% от NН₃ мах, а для нативного навоза лишь 29-33% от NН₃ мах.

Заключение

Изучаемые биопрепараты наибольшее влияние на деструкцию органических азотсодержащих веществ с высвобождением азота в форме аммиака оказывают на жидкую фракцию свиного навоза формы С (свиной навоз после сепарации нативного свиного навоза), способствуя высвобождению до 50% газообразных соединений азота, который содержится в исходном образце свиного навоза и теоретически может быть высвобожден в виде газа. Высвобождение NН₃ из общего количества азота, заключенного в органическом веществе свежего (нативного) навоза, возможно в пределах 29-33% от NН₃ мах, а из твердого свиного навоза – 41-45% от NН₃ мах.

Образование газа аммиака под действием биопрепаратов в сравнении с исходными формами навоза в первые 20 дней опыта повышается на 6-17 мг/кг (для ЖСН) и 7-10 мг/кг (для ССН). В конечном виде, спустя 48 дней (половина вегетационного сезона при интерпретации модельных условий эксперимента на натурные условия) образование аммиака снижается на 7-13 мг с каждого килограмма жидкого свиного навоза и 25-50 мг/кг для твердой формы свиного навоза. Безусловно, это будет способствовать снижению объема выбросов аммиака в окружающую среду.

Наибольшим влиянием на деструкцию органического вещества навоза при общем снижении объема эмиссии аммиака и доли выброса его в окружающую среду от суммы теоретически возможного образования NН₃ отмечен микробиологический препарат Органик.

Конфликт интересов  Не указан.

Conflict of Interest  None declared.