УДК 631.86:631.333.92
НИКАНДРОВ Ю.К.
Великолукская государственная сельскохозяйственная академия
Великолукская государственная сельскохозяйственная академия
Ключевые слова: органическое земледелие, утилизация навоза, рециклинг, органические удобрения, ворошитель компостных буртов.
Интенсивное развитие в последние годы животноводства и птицеводства в Северо-Западном регионе России приводят к увеличению отходов производственной деятельности животноводческих и птицеводческих комплексов.
Рециклинг этих отходов, производство на их основе качественных органических удобрений служит существенным фактором повышения почвенного плодородия в органическом земледелии. Разработка перспективных технологий производства органических компостов и создание отечественных машин для ускоренного производства качественных органических удобрений является сегодня важной задачей, решение которой позволит не только получать органическую продукцию высокого качества, но и улучшить экологическую обстановку в зонах интенсивного животноводства.
В Великолукской государственной сельскохозяйственной академии проводятся исследования по разработке технического обеспечения технологического процесса производства органических компостов на основе навоза с различными компонентами, в качестве которых используются торф, сапропель, солома и другие органические отходы. Нами разработано усовершенствованное техническое средство для аэрации компостных буртов с целью насыщения их кислородом, что значительно ускоряет процесс компостирования и повышает качество производимых органических удобрений.
Введение.
Интенсивное развитие в последние годы животноводства и птицеводства в Северо-Западном регионе России приводит к значительному увеличению объемов органических отходов животноводческих и птицеводческих комплексов, в связи с чем, остро стоит задача по их рациональной утилизации. Рециклинг этих отходов, производство на их основе качественных органических удобрений может служить существенным фактором в повышении почвенного плодородия в органическом земледелии [1, с. 33; 2, с. 6].
Современная стратегия перехода на органическое сельское хозяйство предполагает сократить и со временем полностью отказаться от минеральных удобрений, средств химической защиты растений и начать с наибольшей эффективностью использовать естественные факторы повышения плодородия почв, в том числе, рационально использовать отходы птицеводческих и животноводческих отраслей.
Данный подход к ведению сельского хозяйства предусматривает создание такой экосистемы, в которой все будет направлено на обеспечение стабильного производства продукции, постоянный контроль численности и уничтожение сорных растений, болезней и вредителей, а также на поддержание видового и генетического разнообразия жизненных форм, благодаря правильно выстроенной системе утилизации продуктов жизнедеятельности животных и растений, применению рациональных севооборотов, эффективных систем земледелия и прогрессивных технологий обработки почвы и возделывания сельскохозяйственных культур.
В условиях органического сельского хозяйства достаточно остро стоит вопрос снабжения растений необходимыми для их развития питательными веществами, что особенно важно на землях северо-запада России с их низким естественным плодородием. Именно по этой причине, ведя экологическое земледелие, необходимо полностью использовать навоз, навозную жижу, птичий помет и все производимое сельскохозяйственными предприятиями органическое вещество.
Переходя к проблеме утилизации отходов животноводства и птицеводства нужно отметить эффективность достаточно перспективного направления – производства на их основе органических компостов, смешиваемых с такими органическими компонентами как торф, сапропель, с отходами отрасли растениеводства, лесоперерабатывающей и пищевой промышленности [3, с. 50; 4, с. 119].
Производство компостов обусловлено тремя составляющими: экологической эффективностью, социальной приемлемостью и экономической целесообразностью. Обследование организационно- экономических условий сельскохозяйственного предприятия, животноводческого комплекса или фермы способствует обеспечению рационального выбора технологии компостирования, ее приемлемости и доступности по ресурсному и финансовому обеспечению. Такое производство улучшает экологическую безопасность территории, товарные качества получаемой продукции, увеличивает возможности расширения ассортимента производства.
Компостирование – это интенсивный биотермический процесс ферментации органического сырья в естественных или искусственно созданных управляемых условиях, в результате которого получают высококачественные органические удобрения (компост). Конечная цель компостирования – разложить органические вещества с одновременным синтезом биомассы микроорганизмов, обеспечить сохранение азотистых веществ благодаря их переходу с аммиачной и нитратной форм в белковую, получить однородный по структуре и качеству субстрат, освободить компоненты компоста от вредных веществ, некоторых микроорганизмов и вредителей, а также обогатить получаемый продукт минеральными питательными веществами, недостающими в исходном органическом сырье.
К факторам, непосредственно влияющим на характер протекания процесса компостирования можно отнести влажность используемого сырья, температуру, наличие питательных веществ, достаточное количество воздуха, реакция среды, дисперсность смеси [5, с. 179].
Продолжительное внесение необходимых норм навоза и навозных компостов существенно улучшает физико-химические свойства почвы – снижается кислотность, значительно увеличивается запас гумусовых веществ, повышается содержание поглощенных оснований, буферность, поглотительная способность, влагоемкость, скважнось и водопроницаемость. Кроме этого при помощи органических удобрений происходит обогащение почвы микрофлорой, усиливается ее биологическая активность и выделение углекислоты, а при механической обработке уменьшается сопротивление почвы.
В современных условиях для производства компостов применяют специальные технические средства, которые позволяют получать органические удобрения высокого качества. Такие машины называют аэраторами-смесителями или ворошителями компостных буртов. Эти машины выпускаются разнообразных конструкций и производительности [6, с. 127; 7, с. 138]. Перед выбором необходимой модели аэратора стоит, прежде всего, просчитать объемы утилизируемых органических удобрений и финансовые возможности собственного сельскохозяйственного предприятия.
В большинстве случаев небольшие крестьянско-фермерские хозяйства приобретают прицепные или полунавесные машины невысокой производительности. Рабочие органы таких машин приводятся в движение от вала отбора мощности трактора. При помощи современных ворошителей можно добиться лучшего перемешивания и дробления составных частей компостируемой массы, а также улучшить ее физико-механические свойства. Это позволяет компостируемой массе лучше насыщаться кислородом, что способствует ускорению времени протекания химических реакций и значительно сокращает продолжительность созревания компоста. Такие условия способствуют также уничтожению практически всех патогенных бактерий и сорных растений.
В большинстве своем небольшие хозяйства приобретают аэраторы-смесители относительно простой конструкции, с одним ворошительным барабаном. Барабаны данных машин в основном оборудованы шнековой навивкой, расходящейся от центра к краям. Шнековые спирали ворошительных барабанов конструктивно различаются, они могут быть с гладкой или вырезной кромкой, лопастным или же оснащаться дополнительными накладными элементами. Основная масса аэраторов-смесителей производится зарубежными компаниями или отечественными производителями, но по зарубежным технологиям. Поэтому все эти машины имеют высокую стоимость, что затрудняет их приобретение сельскохозяйственными организациями малых форм хозяйствования.
Следуя современным тенденциям органического сельского хозяйства, нами был разработан усовершенствованный воришитель компостных буртов для фермерских хозяйств. В качестве прототипа был выбран аэратор-смеситель компоста TG 301. Его достоинствами являются: малые габариты, простота конструкции, не сложное техническое обслуживание, а также возможность агрегатирования с тракторами тягового класса 1,4 – 2, которые составляют основу машинно-тракторного парка большинства сельскохозяйственных предприятий региона.
Однако при работе машины иногда возникают поломки лопастей ворошительного барабана, которые приварены к его обечайке по спирали. В этой связи их быстрая замена не возможна. Поэтому при замене лопастей машина простаивает, а значит, нарушается технологический процесс компостирования органиче- ской массы.
Основными узлами усовершенствованного аэратора-смесителя (рис. 1) являются: рама навески 1, рама машины 5 арочного типа, ворошительный барабан 3 с рабочими зубчатыми лопастями 4 оригинальной конструкции, гидроцилиндр 2, опорное колесо 6.
Интенсивное развитие в последние годы животноводства и птицеводства в Северо-Западном регионе России приводит к значительному увеличению объемов органических отходов животноводческих и птицеводческих комплексов, в связи с чем, остро стоит задача по их рациональной утилизации. Рециклинг этих отходов, производство на их основе качественных органических удобрений может служить существенным фактором в повышении почвенного плодородия в органическом земледелии [1, с. 33; 2, с. 6].
Современная стратегия перехода на органическое сельское хозяйство предполагает сократить и со временем полностью отказаться от минеральных удобрений, средств химической защиты растений и начать с наибольшей эффективностью использовать естественные факторы повышения плодородия почв, в том числе, рационально использовать отходы птицеводческих и животноводческих отраслей.
Данный подход к ведению сельского хозяйства предусматривает создание такой экосистемы, в которой все будет направлено на обеспечение стабильного производства продукции, постоянный контроль численности и уничтожение сорных растений, болезней и вредителей, а также на поддержание видового и генетического разнообразия жизненных форм, благодаря правильно выстроенной системе утилизации продуктов жизнедеятельности животных и растений, применению рациональных севооборотов, эффективных систем земледелия и прогрессивных технологий обработки почвы и возделывания сельскохозяйственных культур.
В условиях органического сельского хозяйства достаточно остро стоит вопрос снабжения растений необходимыми для их развития питательными веществами, что особенно важно на землях северо-запада России с их низким естественным плодородием. Именно по этой причине, ведя экологическое земледелие, необходимо полностью использовать навоз, навозную жижу, птичий помет и все производимое сельскохозяйственными предприятиями органическое вещество.
Переходя к проблеме утилизации отходов животноводства и птицеводства нужно отметить эффективность достаточно перспективного направления – производства на их основе органических компостов, смешиваемых с такими органическими компонентами как торф, сапропель, с отходами отрасли растениеводства, лесоперерабатывающей и пищевой промышленности [3, с. 50; 4, с. 119].
Производство компостов обусловлено тремя составляющими: экологической эффективностью, социальной приемлемостью и экономической целесообразностью. Обследование организационно- экономических условий сельскохозяйственного предприятия, животноводческого комплекса или фермы способствует обеспечению рационального выбора технологии компостирования, ее приемлемости и доступности по ресурсному и финансовому обеспечению. Такое производство улучшает экологическую безопасность территории, товарные качества получаемой продукции, увеличивает возможности расширения ассортимента производства.
Компостирование – это интенсивный биотермический процесс ферментации органического сырья в естественных или искусственно созданных управляемых условиях, в результате которого получают высококачественные органические удобрения (компост). Конечная цель компостирования – разложить органические вещества с одновременным синтезом биомассы микроорганизмов, обеспечить сохранение азотистых веществ благодаря их переходу с аммиачной и нитратной форм в белковую, получить однородный по структуре и качеству субстрат, освободить компоненты компоста от вредных веществ, некоторых микроорганизмов и вредителей, а также обогатить получаемый продукт минеральными питательными веществами, недостающими в исходном органическом сырье.
К факторам, непосредственно влияющим на характер протекания процесса компостирования можно отнести влажность используемого сырья, температуру, наличие питательных веществ, достаточное количество воздуха, реакция среды, дисперсность смеси [5, с. 179].
Продолжительное внесение необходимых норм навоза и навозных компостов существенно улучшает физико-химические свойства почвы – снижается кислотность, значительно увеличивается запас гумусовых веществ, повышается содержание поглощенных оснований, буферность, поглотительная способность, влагоемкость, скважнось и водопроницаемость. Кроме этого при помощи органических удобрений происходит обогащение почвы микрофлорой, усиливается ее биологическая активность и выделение углекислоты, а при механической обработке уменьшается сопротивление почвы.
В современных условиях для производства компостов применяют специальные технические средства, которые позволяют получать органические удобрения высокого качества. Такие машины называют аэраторами-смесителями или ворошителями компостных буртов. Эти машины выпускаются разнообразных конструкций и производительности [6, с. 127; 7, с. 138]. Перед выбором необходимой модели аэратора стоит, прежде всего, просчитать объемы утилизируемых органических удобрений и финансовые возможности собственного сельскохозяйственного предприятия.
В большинстве случаев небольшие крестьянско-фермерские хозяйства приобретают прицепные или полунавесные машины невысокой производительности. Рабочие органы таких машин приводятся в движение от вала отбора мощности трактора. При помощи современных ворошителей можно добиться лучшего перемешивания и дробления составных частей компостируемой массы, а также улучшить ее физико-механические свойства. Это позволяет компостируемой массе лучше насыщаться кислородом, что способствует ускорению времени протекания химических реакций и значительно сокращает продолжительность созревания компоста. Такие условия способствуют также уничтожению практически всех патогенных бактерий и сорных растений.
В большинстве своем небольшие хозяйства приобретают аэраторы-смесители относительно простой конструкции, с одним ворошительным барабаном. Барабаны данных машин в основном оборудованы шнековой навивкой, расходящейся от центра к краям. Шнековые спирали ворошительных барабанов конструктивно различаются, они могут быть с гладкой или вырезной кромкой, лопастным или же оснащаться дополнительными накладными элементами. Основная масса аэраторов-смесителей производится зарубежными компаниями или отечественными производителями, но по зарубежным технологиям. Поэтому все эти машины имеют высокую стоимость, что затрудняет их приобретение сельскохозяйственными организациями малых форм хозяйствования.
Следуя современным тенденциям органического сельского хозяйства, нами был разработан усовершенствованный воришитель компостных буртов для фермерских хозяйств. В качестве прототипа был выбран аэратор-смеситель компоста TG 301. Его достоинствами являются: малые габариты, простота конструкции, не сложное техническое обслуживание, а также возможность агрегатирования с тракторами тягового класса 1,4 – 2, которые составляют основу машинно-тракторного парка большинства сельскохозяйственных предприятий региона.
Однако при работе машины иногда возникают поломки лопастей ворошительного барабана, которые приварены к его обечайке по спирали. В этой связи их быстрая замена не возможна. Поэтому при замене лопастей машина простаивает, а значит, нарушается технологический процесс компостирования органиче- ской массы.
Основными узлами усовершенствованного аэратора-смесителя (рис. 1) являются: рама навески 1, рама машины 5 арочного типа, ворошительный барабан 3 с рабочими зубчатыми лопастями 4 оригинальной конструкции, гидроцилиндр 2, опорное колесо 6.
Рис.1
Кронштейны 3 (рис. 2) рабочих лопастей привариваются к ворошительному барабану по спирали. К кронштейнам при помощи болтов присоединяются лопатки 2, к которым крепятся измельчающие зубья 1. Болтовые и заклепочные соединения позволяют в случае поломки или износа максимально быстро и удобно заменить вышеназванные детали. Кроме того, такая конструкция рабочих лопастей способствует более эффективному врезанию в компостируемую массу и лучшему измельчению компонентов смесей.
Рис. 2
Методика исследований.
Для исследования влияния аэрации компостных буртов на характер протекания процесса компостирования и качество получаемых удобрений нами был проведен эксперимент. В мае 2019 г. на опытном поле академии были заложены два компостных бурта, состоящие из навоза крупного рогатого скота и торфа в соотношении 1:1.
Первый (контрольный) бурт не подвергался аэрированию (ворошению). Ворошение второго бурта проводили с периодичностью 10 дней. Спустя 3 месяца после закладки компостных буртов были получены следующие результаты исследования химических свойств органического субстрата.
В результате процессов минерализации органического вещества во всех исследуемых буртах минеральных веществ в доступной для растений форме стало значительно больше по сравнению с органической массой, закладываемой изначально на компостирование. Содержание подвижного фосфора увеличилось во всех вариантах опыта: в контрольном бурте – в 3,8 раза, в бурте с аэрацией – в 6,6 раза, содержание подвижного калия увеличилось в 2,4 раза и в 1,9 раза соответственно. Азот из контрольного бурта удалился полностью, в бурте, подвергавшемся аэрированию, содержание нитратного азота возросло в 5 раз, а содержание аммонийного азота уменьшилось в 1,4 раза.
Для исследования влияния аэрации компостных буртов на характер протекания процесса компостирования и качество получаемых удобрений нами был проведен эксперимент. В мае 2019 г. на опытном поле академии были заложены два компостных бурта, состоящие из навоза крупного рогатого скота и торфа в соотношении 1:1.
Первый (контрольный) бурт не подвергался аэрированию (ворошению). Ворошение второго бурта проводили с периодичностью 10 дней. Спустя 3 месяца после закладки компостных буртов были получены следующие результаты исследования химических свойств органического субстрата.
В результате процессов минерализации органического вещества во всех исследуемых буртах минеральных веществ в доступной для растений форме стало значительно больше по сравнению с органической массой, закладываемой изначально на компостирование. Содержание подвижного фосфора увеличилось во всех вариантах опыта: в контрольном бурте – в 3,8 раза, в бурте с аэрацией – в 6,6 раза, содержание подвижного калия увеличилось в 2,4 раза и в 1,9 раза соответственно. Азот из контрольного бурта удалился полностью, в бурте, подвергавшемся аэрированию, содержание нитратного азота возросло в 5 раз, а содержание аммонийного азота уменьшилось в 1,4 раза.
Результаты исследований.
Проведенные исследования свидетельствуют о том, что во всех исследуемых вариантах опыта присутствовал процесс минерализации органической массы, а значит, полученные удобрения были обогащены минеральными элементами питания растений. В тоже время, в компостном бурте, подвергавшемся аэрированию и одновременному измельчению компонентов смеси, процессы минерализации проходили с большей интенсивностью за счет равномерного насыщения массы кислородом и большей дисперсности смеси. Повышению скорости протекания микробиологических процессов способствовала в значительной степени конструкция нового рабочего органа аэратора-смесителя.
Проведенные исследования свидетельствуют о том, что во всех исследуемых вариантах опыта присутствовал процесс минерализации органической массы, а значит, полученные удобрения были обогащены минеральными элементами питания растений. В тоже время, в компостном бурте, подвергавшемся аэрированию и одновременному измельчению компонентов смеси, процессы минерализации проходили с большей интенсивностью за счет равномерного насыщения массы кислородом и большей дисперсности смеси. Повышению скорости протекания микробиологических процессов способствовала в значительной степени конструкция нового рабочего органа аэратора-смесителя.
Заключение.
Таким образом, рециклинг отходов животноводства, имеющихся в значительных объемах в сельскохозяйственных предприятиях региона, и производство на их основе качественных органических удобрений с применением ворошителей компостов, оснащенных рабочими органами новой конструкции, позволят не только получать высококачественные органические удобрения, но и способствует нормализации экологической обстановки в регионе.
Таким образом, рециклинг отходов животноводства, имеющихся в значительных объемах в сельскохозяйственных предприятиях региона, и производство на их основе качественных органических удобрений с применением ворошителей компостов, оснащенных рабочими органами новой конструкции, позволят не только получать высококачественные органические удобрения, но и способствует нормализации экологической обстановки в регионе.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Наилучшие доступные технологии: перспективы внедрения в сельскохозяйственном производстве Российской Федерации /А.Ю. Брюханов [и др.]. // Известия Великолукской государственной сельскохозяйственной академии. – 2017. – № 1. – С. 32–38.
2. Кокунова И.В., Никандров Ю.К. / Роль органических удобрений в биологизации земледелия Псковской области //Современные проблемы агропромышленного комплекса: сб. докл. VI национальной науч. конф. – Великие Луки: РИО ВГСХА, 2019. – С. 6-7.
3. Кокунова И.В., Котов Е.Г., Решетов Д.Н. / Техническое обеспечение инновационных технологий производства органических компостов на основе отходов животноводства // Известия Великолукской государственной сельскохозяйственной академии. – 2018. – № 4. – С. 49–54.
4. Миронов В.В., Хмыров В.Д. / Влияние активной аэрации на интенсивность протекания биотермических процессов в компостируемой смеси // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2002. – Т. 8. – № 4. – С. 668–671.
5. Котов Е.Г., Кокунова И.В., Ружьев В.А. / Разработка классификации технических средств для производства органических компостов //Роль молодых ученых в решении актуальных задач АПК: сборник науч. трудов Междунар. науч.-практ. конф. – СПб.; Пушкин: СПб ГАУ, 2018. – С. 179–182.
6. Котов Е.Г., Кокунова И.В., Ружьев В.А. / Экспериментальные исследования аэратора-смесителя компостных буртов // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. – 2019. – № 4. – С. 127-130.
7. Аэратор-смеситель АСК-4,5 – базовая машина в реализации технологии ускоренного приготовления органических компостов / Л.Я. Степук [и др.] // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. – 2011. – № 3. – С. 138–142.
1. Наилучшие доступные технологии: перспективы внедрения в сельскохозяйственном производстве Российской Федерации /А.Ю. Брюханов [и др.]. // Известия Великолукской государственной сельскохозяйственной академии. – 2017. – № 1. – С. 32–38.
2. Кокунова И.В., Никандров Ю.К. / Роль органических удобрений в биологизации земледелия Псковской области //Современные проблемы агропромышленного комплекса: сб. докл. VI национальной науч. конф. – Великие Луки: РИО ВГСХА, 2019. – С. 6-7.
3. Кокунова И.В., Котов Е.Г., Решетов Д.Н. / Техническое обеспечение инновационных технологий производства органических компостов на основе отходов животноводства // Известия Великолукской государственной сельскохозяйственной академии. – 2018. – № 4. – С. 49–54.
4. Миронов В.В., Хмыров В.Д. / Влияние активной аэрации на интенсивность протекания биотермических процессов в компостируемой смеси // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2002. – Т. 8. – № 4. – С. 668–671.
5. Котов Е.Г., Кокунова И.В., Ружьев В.А. / Разработка классификации технических средств для производства органических компостов //Роль молодых ученых в решении актуальных задач АПК: сборник науч. трудов Междунар. науч.-практ. конф. – СПб.; Пушкин: СПб ГАУ, 2018. – С. 179–182.
6. Котов Е.Г., Кокунова И.В., Ружьев В.А. / Экспериментальные исследования аэратора-смесителя компостных буртов // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. – 2019. – № 4. – С. 127-130.
7. Аэратор-смеситель АСК-4,5 – базовая машина в реализации технологии ускоренного приготовления органических компостов / Л.Я. Степук [и др.] // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. – 2011. – № 3. – С. 138–142.
LIVESTOCK WASTE RECYCLING AND THEIR USE IN ORGANIC AGRICULTURE
Nikandrov Yu.K.
Velikiye Luki State Agricultural Academy
Keywords: organic farming, manure utilization, recycling, organic fertilizers, compost pile agitator.
Intensive development in recent years of livestock and poultry industries in the North-Western region of Russia leads to an increase in waste production activities of livestock and poultry complexes. Recycling of these wastes and production of high-quality organic fertilizers on their basis is a significant factor in increasing soil fertility in organic farming.
The development of advanced technologies for the production of organic compost and the creation of domestic machines for the accelerated production of high-quality organic fertilizers is an important task today, the solution of which will not only produce high-quality organic products, but also improve the environmental situation in areas of intensive animal husbandry. The Velikiye Luki State Agricultural Academy conducts research on the development of technical support for the production of organic compost based on manure with various components, which are used as peat, sapropel, straw and other organic waste.
We have developed an improved technical tool for aeration of compost burts in order to saturate them with oxygen, which significantly speeds up the composting process and improves the quality of organic fertilizers produced.
Velikiye Luki State Agricultural Academy
Keywords: organic farming, manure utilization, recycling, organic fertilizers, compost pile agitator.
Intensive development in recent years of livestock and poultry industries in the North-Western region of Russia leads to an increase in waste production activities of livestock and poultry complexes. Recycling of these wastes and production of high-quality organic fertilizers on their basis is a significant factor in increasing soil fertility in organic farming.
The development of advanced technologies for the production of organic compost and the creation of domestic machines for the accelerated production of high-quality organic fertilizers is an important task today, the solution of which will not only produce high-quality organic products, but also improve the environmental situation in areas of intensive animal husbandry. The Velikiye Luki State Agricultural Academy conducts research on the development of technical support for the production of organic compost based on manure with various components, which are used as peat, sapropel, straw and other organic waste.
We have developed an improved technical tool for aeration of compost burts in order to saturate them with oxygen, which significantly speeds up the composting process and improves the quality of organic fertilizers produced.