A technology for processing slurry using humic acids and its agronomic effectiveness
A technology for processing slurry using humic acids and its agronomic effectiveness
Abstract
One of the most important tasks in poultry farming is the processing of slurry with maximum preservation of nutrients and minimal environmental impact. The aim of the study is to develop a complex technology for processing slurry into organic fertiliser using humic acids, and to assess its effect on the properties of the compost and plant growth. The research was carried out at the All-Russian Scientific Research and Technology Institute of Poultry Farming FRC at the "Zagorskoye Experimental Breeding Farm". In the first experiment, litter-free manure was composted in 1 m³ containers using the passive aeration method. The experimental design included: a control (without supplements) and treatments with the addition of the humic acid (HA) preparation "Ekor-SP" at doses of 1,0 and 1,5 l/t. Observations were made of temperature and gas exchange, and microbiological and physico-chemical parameters were determined. It was found that the application of HA at a dose of 1,5 l/t reduces ammonia emissions, stabilises the temperature regime and increases the total nitrogen content in the compost to 4,76%, which is 13,6% higher than the control. The total phosphorus content in the experimental treatments increased by 20%. The product from the 1,5 l/t treatment complies with GOST R 33830-2016 in terms of microbiological parameters and has an optimal moisture content of 58,6%. In the second experiment, field trials were conducted using the composts obtained to grow Chinese cabbage under phytotron conditions. In field trials, compost containing humic acids resulted in an 80% increase in total nitrogen content, an 18% increase in total phosphorus, and a 23–25% increase in total potassium in the soil compared with the control. Cabbage plants grown on this compost showed positive growth dynamics and a high greenness index, comparable to that of plants grown on traditional compost. The technology for composting slurry using passive aeration with humic acids at a dose of 1,5 l/t makes it possible to produce a standardised organic fertiliser with enhanced nutritional value.
1. Введение
Птицеводство является одним из интенсивных секторов агропромышленного комплекса, сопровождающихся накоплением значительных объемов помета. По данным статистики в Китае ежегодно образуется около 3,05 миллиарда тонн навоза от скота и птицы
, . В России проблема утилизации отходов птицеводства также стоит крайне остро, особенно для регионов с высокой концентрацией поголовья. Накопление помета без надлежащей переработки приводит к загрязнению почв, водоемов и атмосферы, а также к потерям ценных питательных элементов .Компостирование признано экологически безопасным и экономически эффективным методом (невысокие капитальные вложения) переработки органических отходов. Данный биотермический процесс позволяет не только снизить объем отходов и уничтожить патогенную микрофлору, но и получить ценный продукт — органическое удобрение, пригодное для использования в сельском хозяйстве
. В мировой практике применяются различные технологии компостирования птичьего помета, которые можно классифицировать по способу аэрации и организации процесса. Основными методами являются компостирование в буртах с периодическим ворошением, статическое компостирование с пассивной или принудительной аэрацией, а также компостирование в закрытых реакторах. Анаэробное сбраживание и термохимическая конверсия (пиролиз, газификация) представляют собой альтернативные пути переработки, однако компостирование остается наиболее экономически доступным вариантом.Однако традиционные способы компостирования характеризуются длительными сроками и значительными потерями азота, что снижает питательную ценность конечного продукта . Основной причиной потерь является эмиссия аммиака в термофильной фазе компостирования. В последние годы все большее внимание исследователей привлекает вермикомпостирование — метод переработки органических отходов с использованием дождевых червей (в основном Eisenia fetida) и микроорганизмов. Этот биотехнологический подход позволяет получить биогумус (вермикомпост), обладающий высокой агрономической ценностью. Однако при переработке свежего бесподстилочного помета с высокой влажностью и высокой концентрацией аммиака требуется предварительная подготовка, что увеличивает трудоемкость и продолжительность процесса. Кроме того, вермикомпостирование чувствительно к условиям температуры и влажности, и его эффективность в условиях крупных птицефабрик требует дополнительной оптимизации
, .Наряду с биологическими методами, активно исследуется применение различных добавок для интенсификации компостирования. Особый интерес представляют гуминовые вещества. Как показано в обзоре Yongxu Jin и соавторов , экзогенные гуминовые вещества способны улучшать азотный цикл в системе почва-растение, фиксировать азот, а также снижать эмиссию газов. Гуминовые кислоты способствуют связыванию аммонийного азота, снижая его потери в атмосферу, и стимулируют микробиологическую активность
, .Особый интерес представляет использование гуминовых кислот при переработке бесподстилочного помета, характеризующегося высокой влажностью и повышенным содержанием азота в аммиачной форме. Согласно анализу современных методов гумификации отходов животноводства, применение различных добавок позволяет повысить агрономическую ценность компоста
, . Однако вопросы оптимизации доз внесения гуминовых препаратов в условиях пассивной аэрации изучены недостаточно.Цель исследования — разработка комплексной технологии переработки бесподстилочного помета в органическое удобрение с использованием гуминовых кислот и оценка ее влияния на свойства компоста и развитие растений.
2. Методы и принципы исследования
Исследования проведены на базе ФНЦ «ВНИТИП» (СГЦ «ЭПХ Загорское»). В первом опыте использовали метод пассивной аэрации, который заключался в периодическом (1 раз в 5 дней) принудительном продувании компостной массы воздухом с помощью переносного вентилятора. Объем продуваемого воздуха составлял 50 м³/ч на 1 м³ субстрата, продолжительность каждой продувки — 15 минут. Химический состав исходного бесподстилочного помета: азот общий — 4,2%, фосфор общий — 2,3%, калий общий — 1,9%, влажность — 68%.
Схема первого опыта включала три варианта:
1 — контроль (компостирование бесподстилочного помета без добавок);
2 — компостирование с добавлением препарата ГК «ЭКОР-СП» в дозе 1 л/т;
3 — компостирование с добавлением препарата ГК в дозе 1,5 л/т.
Компостирование проводили в контейнерах объемом 1 м³ в летний период. Еженедельно измеряли температуру по 5 точкам на глубине 30 см и концентрацию газов (аммиак, углекислый газ, сероводород, метан) в воздухе над контейнерами. В начале и конце опыта определяли микробиологические (КМАФАнМ, бактерии группы кишечной палочки (БГКП), энтерококки) и физико-химические показатели: азот общий, фосфор общий (P₂O₅), калий общий (K₂O), влажность.
Для агроапробации (второй опыт) отобраны образцы компоста из варианта 1 (контроль) и варианта 3 (оптимальный). Исследования проводили в условиях фитотрона. Характеристика исходной почвы (дерново-подзолистая супесчаная): азот общий — 300 мг/кг, фосфор общий (P₂O₅) — 750 мг/кг, калий общий (K₂O) — 450 мг/кг, pH — 6,5. Подготовка почвы выполнена по ГОСТ Р 70229-2022. Схема агроапробации:
· 0к — обедненная почва без удобрений (абсолютный контроль);
· 1к — почва + компост, полученный в варианте 1 (21 г/2 кг почвы);
· 3о — почва + компост, полученный в варианте 3 (20,5 г/2 кг почвы).
Дозы удобрений рассчитывали, исходя из содержания общего азота в компостах для выравнивания доз по этому элементу. Повторность опыта 4-кратная. Отбор проб почвы проводили по ГОСТ Р 5855-2019. Оценивали химический состав почвы (азот общий, фосфор общий, калий общий, pH), всхожесть, динамику роста растений и цвет надземной части (индекс зелени по RGB-шкале: 1 балл — пожелтение, 5 баллов — насыщенный зеленый цвет).
3. Основные результаты
В процессе компостирования выявлено влияние гуминовых кислот на газообмен. В вариантах опыта отмечена тенденция к снижению пиковых концентраций аммиака. В варианте 3 (1,5 л/т) к концу периода компостирования концентрация аммиака составила 2 мг/м³ (в контроле — 3 мг/м³), что свидетельствует о лучшей иммобилизации азота и снижении его потерь. Концентрации метана во всех вариантах не превышали ПДК, что указывает на преобладание аэробных процессов благодаря применяемой системе продувки. Температурная динамика в вариантах с ГК характеризовалась более плавным снижением, стабилизируясь к концу эксперимента на уровне температуры окружающей среды (13–14 °С). Полученные данные согласуются с результатами исследований
, , показавших, что применение гуминовых добавок способствует оптимизации температурного режима и снижению потерь азота при компостировании.Микробиологический анализ показал, что компостирование обеспечило деконтаминацию: БГКП в конце опыта не обнаружены ни в одном из вариантов. Однако в образце 2-го варианта (1 л/т) после компостирования выделялись энтерококки, что делает этот компост непригодным к применению в соответствии с ГОСТ Р 33830-2016
, . Образцы компостов 3-го варианта (1,5 л/т) и контрольного варианта по микробиологическим показателям соответствовали нормативу.Физико-химические свойства полученных компостов представлены в таблице 1. Применение ГК в дозе 1,5 л/т позволило увеличить содержание общего азота на 13,6% относительно контроля (4,76% против 4,19%) и обеспечить оптимальную влажность (58,6%), что делает продукт транспортабельным и технологичным. Высокое содержание общего фосфора в опытных вариантах (на ~20% выше контроля) свидетельствует об активизации минерализации органических фосфатов. Компост, полученный в варианте 3, соответствовал требованиям ГОСТ Р 33830-2016 .
Микробиологические и физико-химические свойства компостов на основе бесподстилочного помета
н/о – не обнаружено; обн. – обнаружено
Тип показателей | Показатель | 1 вариант (контроль) | 2 вариант (1 л/т ГК) | 3 вариант (1,5 л/т ГК) |
Микробиологические | КМАФАнМ, КОЕ/г (начало/конец) | 5,8×10⁵ / 2,2×10⁵ | 5,6×106 / 8,1×105 | 4,5×105 / 1,7×105 |
БГКП (начало/конец) | обн. / н/о | обн. / н/о | обн. / н/о | |
Энтерококки (начало/конец) | обн. / н/о | обн. / обн. | обн. / н/о | |
Физико-химические (в пересчете на абсолютно сухое вещество) | Азот общий, % | 4,19 | 4,59 | 4,76 |
Фосфор общий (P2O5), % | 2,20 | 2,64 | 2,62 | |
Калий общий (K2O), % | 1,92 | 1,74 | 1,72 | |
Влажность, % | 60,5 | 66,5 | 58,6 |
4. Обсуждение
Результаты агроапробации (табл. 2) подтвердили эффективность полученных удобрений. Внесение обоих видов компоста существенно улучшило химический состав почвы: содержание общего азота возросло на 80% (с 300 до 539–544 мг/кг), общего фосфора — на 18% (с 750 до 887 мг/кг), общего калия — на 23–25% (с 450 до 558–565 мг/кг) по сравнению с неудобренным абсолютным контролем (0к). pH почвы оставался в нейтральном диапазоне.
Растения в варианте 3о (компост с ГК), несмотря на более низкую стартовую всхожесть, показали устойчивую положительную динамику роста (0,278 см/день во вторую неделю) и отличное состояние (индекс зелени 4,8-4,7), сопоставимое с контролем 1к. Гибель растений в абсолютном контроле (0к) к 14 дню подтвердила необходимость применения органических удобрений на истощенных почвах. Высокая скорость роста растений в варианте с компостом, обогащенным гуминовыми кислотами, может быть связана с положительным влиянием гуминовых веществ на развитие корневой системы и доступность элементов питания
, , , .Таблица 2 - Агрономическая эффективность компостов при выращивании пекинской капусты
Показатель | 0к (без удобр.) | 1к (контр. компост) | 3о (компост с ГК) |
Всхожесть на 7 день, % | 12,5 | 25,0 | 12,5 |
Скорость роста (7–14 дн), см/день | -0,025 (гибель) | +0,07 | +0,278 |
Индекс зелени, балл (RGB) | 3,2 (желто-сер.) | 4,8 (ярк. зеленый) | 4,7 (зеленый) |
5. Заключение
Разработана технология переработки бесподстилочного помета методом пассивной аэрации с применением гуминовых кислот в дозе 1,5 л/т в летний период. Данный прием обеспечивает получение стандартизированного органического удобрения (соответствие ГОСТ Р 33830-2016
) с повышенным содержанием общего азота и фосфора, оптимальной влажностью, сниженной эмиссией аммиака и отсутствием патогенной микрофлоры. Результаты агроапробации на пекинской капусте подтвердили, что компост, полученный при переработке методом пассивной аэрации в сочетании с гуминовыми кислотами, оказывает положительное влияние на плодородие почвы и развитие растений, обеспечивая стабильное питание и высокое качество биомассы. Технология может быть рекомендована для внедрения в птицеводческих хозяйствах с целью получения ликвидного органического удобрения.