Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Пищевые отходы как компоненты биологических систем (обзор литературы) 9
1.1 Характеристика отходов пищевой промышленности 9
1.2 Влияние отходов на биологические системы 13
1.3 Оценка влияния отходов на качественное состояние и экологические свойства биологических систем 25
1.4 Варианты использования отходов в качестве компонентов биологических систем 30 CLASS ГЛАВА 2 Условия исследований, методики и схемы опытов 37 CLASS
ГЛАВА 3 Оценка пивной дробины как вторичного сырья и химического и биологического загрязнителя экологических систем 50
3.1 Классификационная и компонентная характеристика состава пивной дробины 50
3.2 Оценка влияния пивной дробины на развитие биологических систем 52
3.3 Оценка токсичности пивной дробины 64
3.4 Изменение свойств пивной дробины при хранении 66
ГЛАВА 4 Использование пивной дробины в качестве компонента субстрата гриба вешенка обыкновенная 70
4.1 Оценка пивной дробины в качестве добавки к субстрату 70
4.2 Влияние пивной дробины на урожай, химический состав и питательность грибов 73
4.3 Влияние пивной дробины на биохимический состав субстрата до и после сбора грибов 77
4.4 Оценка экологической безопасности и экономической целесообразности разработанного способа использования пивной дробины в качестве компонента субстрата гриба вешенка обыкновенная 80
ГЛАВА 5 Использование пивной дробины в качестве органического удобрения - мелиоранта с выраженными свойствами компоста на почвах с солонцовыми свойствами 83
5.1 Использование пивной дробины в качестве мелиоранта 83
5.2 Использование пивной дробины в качестве органического удобрения 88
5.3 Оценка экологической безопасности и экономической целесообразности разработанного способа использования пивной дробины в качестве органического удобрения - мелиоранта 101
ГЛАВА 6 Системный подход к управлению отходами органического происхождения 112
6.1 Моделирование системы «отходы пищевого производства -природная среда» 112
6.2 Управление отходами пивоварения 119
Заключение 127
Выводы 133
Практические рекомендации 134
Список использованной литературы 135
- Характеристика отходов пищевой промышленности
- Классификационная и компонентная характеристика состава пивной дробины
- Оценка пивной дробины в качестве добавки к субстрату
- Использование пивной дробины в качестве мелиоранта
Введение к работе
Актуальность проблемы. Одним из следствий бурного развития промышленности и сельского хозяйства в настоящее время стало обострение проблемы загрязнения окружающей среды. Выбрасываемые предприятиями и производственными комплексами отходы влияют на сукцессионные процессы экосистем, вызывая их гибель или преимущественное развитие отдельных видов в биоценозах.
Пищевой промышленностью, перерабатывающей многокомпонентное сельскохозяйственное сырье растительного происхождения, в окружающую среду сбрасываются отходы, основным компонентом которых является (свободное) органическое вещество. Значительное количество этих отходов и их большая сырьевая ценность делают актуальной работу по изысканию и разработке способов их полной утилизации в целях сохранения постоянства биосферы.
Одной из отраслей пищевой промышленности является пивоварение, на предприятиях которой образуется значительное количество различного рода отходов (до 1 млн. т): дробленный солод, шелуха, пыль, промывные воды, дрожжи пивные остаточные, лагерные осадки, диоксид углерода, хмелевая и пивная дробина. Основным из перечисленных отходов является пивная дробина (ПД), на долю которой приходится около 80 % от всей массы. Ее сброс в окружающую среду приводит к накоплению, порче и загниванию, что негативно сказывается на экологическом состоянии окружающей среды.
В связи с этим исследования, нацеленные на изучение влияния пивной дробины на развитие биологических систем, а также на поиск способов рационального использования этого отхода, являются актуальными.
Целью работы является оценка уровня экологического воздействия пивной дробины на окружающую среду и разработка способов ее практического использования.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
Определить экологическую опасность и сырьевую ценность пивной дробины, динамику ее изменчивости при хранении.
Изучить влияние пивной дробины на развитие биосистем под контролем урожайности, питательной ценности субстратов и выращиваемых на них индикаторных культур (грибов и ячменя).
Оценить возможность использования пивной дробины в качестве компонента субстрата при интенсивном выращивании базидиального дере-воразрушающего гриба вешенки обыкновенной, а также в качестве компоста, нового органического удобрения и мелиоранта почв.
Разработать системный экологический и экономический подходы к управлению использованием отходов органического происхождения под контролем развития биологических систем.
Основные положения, выносимые автором на защиту:
Пивная дробина является ценным субстратом и позитивным компонентом вторичных экологических систем;
Разработана ресурсно-экономическая модель, пригодная для оценки продуктивности биологических систем.
Научная новизна. В результате эколого-биохимических исследований впервые установлено, что свежая пивная дробина экологически не опасна. По мере хранения в ней регистрируется накопление уксусной кислоты и увеличение сопутствующей микрофлоры, что свидетельствует об экологической опасности.
Экспериментально доказано, что свежая пивная дробина положительно влияет на индикаторные культуры, повышая их питательные свойства и ценность. Хранившаяся дробина, содержащая уксусную кислоту и сопутствующую микрофлору, оказывает токсическое воздействие на грибы вешенки обыкновенной. Для культуры ячменя, выращиваемой на солонцовых почвах, наоборот, дробина является полезным компонентом. При этом кислота вызывает подкисление, а вносимая микрофлора - структурирование почв.
В результате впервые предложено использование свежей пивной дробины в качестве компонента субстрата для выращивания базидиального де-реворазрушающего гриба вешенки обыкновенной, а также использование хранившейся пивной дробины в качестве нетрадиционного органического удобрения - мелиоранта на почвах с выраженными солонцовыми свойствами.
Показано, что прирост урожайности и питательной ценности гриба вешенки обыкновенной достигается при внесении пивной дробины в дозах от 5 до 20 % к массе субстрата. Причем при дозе пивной дробины 15 % к массе субстрата наблюдается максимальный выход грибов, а при дозе 20 % - максимальное содержание протеина в грибах (решение ФИПС о выдаче патента на изобретение по заявке № 2000132576/13(034510)).
Внесение пивной дробины как органического удобрения - мелиоранта в солонцы, солонцовые, солонцеватые почвы и их комплексы в дозах от 20 до 80 т/га позволяет добиться повышения урожайности и питательности ячменя. Причем при внесении пивной дробины в дозе 80 т/га получена максимальная урожайность ячменя с наилучшими питательными свойствами.
Разработана абстрактная ресурсно-экономическая модель, представленная системой методической информации по утилизации органических отходов, позволяющая управлять экологической ситуацией на предприятии. В результате апробации модели установлена возможность получения дополнительного положительного экологического и экономического эффектов при использовании пивной дробины.
Практическая значимость. Разработанный системный подход к управлению отходами органического происхождения, включающий систематизацию требований, предъявляемых к биосистемам, сравнение свойств отхода с данными требованиями, определение экологической безопасности и сырьевой ценности отхода, моделирование и индивидуальный подбор способов его использования в качестве компонента различных биологических систем, позволяет управлять рациональным использованием отхода и развитием
биологических систем. Полученные результаты имеют практическое значение в биоэкологии, сельском хозяйстве и пищевой промышленности.
Внедрение результатов исследований. Пивная дробина использована в качестве компонента субстрата при выращивании гриба вешенки обыкновенной на грибной фабрике г. Оренбурга (акт внедрения от 10.01.2001 г.), а также принят к внедрению ассоциацией Оренбургагропромхимии состав и способ использования пивной дробины в качестве компостированного нетрадиционного органического удобрения-мелиоранта для почв с выраженными солонцовыми свойствами (акт об использовании от 24.05.2001 г.).
Апробация работы. Основные положения и отдельные разделы диссертационной работы доложены и обсуждены на Международной конференции «Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий» (Оренбург, 2001 г.), на Российской научно-молодежной конференции «Стратегия природопользования и сохранения биоразнообразия в XXI веке» (Оренбург, 1999 г.), на Региональной научно-практической конференции «Проблемы безопасности жизнедеятельности и экологии Зауралья» (Курган, 2000 г.), а также на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава Оренбургского государственного университета (1998-2002 г.г.),
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 154 страницах машинописного текста и включает введение, обзор литературы, главу по материалам и методам исследований, 4 главы собственных исследований, заключение и выводы. Диссертация содержит 6 рисунков, 34 таблицы, список литературы из 260 наименований, в том числе 20 зарубежных и 240 отечественных авторов, а также 20 приложений.
Работа выполнена в ГОУ «Оренбургский государственный университет» и в ГНУ «Оренбургский НИИ сельского хозяйства» в соответствии с открытым планом научно-исследовательских работ кафедры экологии и природопользования ГОУ «Оренбургский государственный университет» по
теме «Экологическое обоснование размещения и развития производственных сил в районах Южного Урала в условиях рынка» (№ государственной регистрации 01920005748), а также в соответствии с открытым планом научно-исследовательской работы научно-исследовательских работ ГНУ «Оренбургский НИИ сельского хозяйства» по теме ««Разработка прогрессивных технологий производства продукции животноводства на основе использования высокопродуктивных пород, создания экологически чистых систем полевого и орошаемого кормопроизводства, обеспечивающие устойчивое производство кормов, рациональное использование материально-технических ресурсов» (№ государственной регистрации 01.960.0.10120).
Характеристика отходов пищевой промышленности
Многие крупные отрасли пищевой промышленности - сахарная, спиртовая, крахмало-паточная, масло-жировая и другие, перерабатывающие многотоннажное сельскохозяйственное сырье с целью извлечения из него сравнительно небольшой части ценного содержимого, являющегося конечным продуктом производства (сахар, спирт, крахмал, растительное масло и прочее), относятся к материалоемким видам производства. Превышение в несколько раз объемов сырья по сравнению с выходом готовой продукции приводит к нерациональному использованию сырья и возникновению проблемы утилизации отходов (Рациональное использование сырья.., 1980). Данные отрасли являются крупными источниками отходов (приложение А), которые используются (непосредственно или после определенной переработки) или могут использоваться в качестве вторичных материальных ресурсов. При этом существуют разные варианты использования отходов производств пищевой промышленности (приложение А) (Эффективность использования вторичных.., 1982; Долгий Л.Н., 1980).
К отходам пивоваренной промышленности относятся зерновые отходы, солодовые ростки, аспирационные отходы (дробленый солод, шелуха, пыль), промывные воды, белковый отстой, остаточные пивные дрожжи, лагерные осадки, углекислый газ брожения, хмелевая дробина и пивная (солодовая) дробина. (Рациональное использование .., 1982).
Среди перечисленных отходов предприятий по производству пива самое большое количество приходится на долю пивной дробины — до 1 млн. т в год (Колпакчи А.П., 1986). Дробина получается на стадии фильтрования осахаренного пивного затора, когда максимально возможное количество экстрактивных веществ, содержащихся в солоде и, иногда, в ячмене переходит в пивное сусло (Калунянц К.А., 1984). Обычно из 100 кг стандартного солода влажностью 4-5 % и экстрактивностью 74-75 % в с. в. образуется 110-120 кг дробины влажностью 70 % (Технология солода.., 1992).
Большое количество пивоваренных предприятий в России и значительная доля залеживаемой дробины на производстве обуславливают целесообразность анализа всех существующих вариантов ее использования. На сегодняшний день наиболее широкое применение нашло использование пивной дробины в животноводстве. Свежую пивную гущу в умеренном количестве при соответствующей балансировке рационов скармливают животным в виде кормовой добавки (Петрухин И.В., 1989).
Распространение разных сортов пива, отличающихся компонентами и количеством исходного сырья, предписываемого данной рецептурой, обуславливает выход отхода разного качества, что объясняет различия химического состава, описываемого разными учеными (Колпакчи А.П., 1986; Технология солода.., 1992). По данным Брандиса пивная дробина, имеющая кормовую ценность 0,18 КЕ, содержит (в %): воды 76 - 79, сухих питательных веществ 21 - 24, в том числе сырого протеина 4,7 - 5,0, клетчатки 4,0 5,0, жира 1,4 - 2,0, БЭВ 8,7 - 10,0 % (Брандис Б.М.,1984); по данным Петрухина - (в %): сухих веществ - 20,4, сырого протеина - 5,6, сырого жира - 1,7, сырой клетчатки - 3,7, БЭВ - 8,4 и золы - 1 (Петрухин И.В., 1989); по данным кафедры кормления сельскохозяйственных животных Оренбургского сельскохозяйственного института - (в г на 1000 г вещества): сухого вещества - 232, сырого протеина - 58, сырого жира - 17, сырой клетчатки - 39, БЭВ - 107, минеральных веществ, содержащих кальций, фосфор, магний, калий - 3,55 (Состав, питательность..., 1989). Общим показателем для дробины остается наличие белка, клетчатки, безазотистых экстрактивных веществ и макроэлементов (Корма..., 1977). Высушенная дробина содержит (в %): воды 6,32 -11,10, сырого протеина 20,7 - 29,7, жира 7,1 - 7,5, БЭВ 37,9 - 44,1, клетчатки 10,4 - 11,7, золы 3,2 - 4,0 % (Дроганов И.Ф.,1988). Питательностью отхода, установлением его оптимальных дозировок, составлением комплексных рационов, слежением за среднесуточными приростами занимались российские и зарубежные ученые (Гайнетдинов М.Ф., 1978; Пазинина К.В., 1980; Богданов Г.А., 1990). В университете штата Иллинойс учеными проводились исследования по откорму крупного рогатого скота и свиней на рационах с добавлением пивной дробины (Firkins J.I., 1985), в Молдовском НИИ ЖиВ - ярок цигайской породы (Брандис Б.М.. 1984), в Пенджабском университете Индии - буйволят (Virk A.S., 1981), в Университете АиФ в Нигерии - овец и коз (Adebowale Е.А., 1981). В результате установлены оптимальные дозы внесения дробины в рацион животных.
Пивная дробина используется на корм скоту как в свежем, так и в сухом виде. Ее смешивают также с другими кормовыми добавками: соевой шелухой, свекличной мелассой, дрожжами, соевым шротом, льняным и хлопчатниковым шротом и т.д. (Fonolla J., 1984). На дробине также выращивают кормовые дрожжи (А. с. SU № 1163826, А. с. № 648192). Известно, что, микроорганизмы как источник белка имеют существенные преимущества перед растениями и животными: они быстро размножаются, легко поддаются модификации с целью увеличения выхода и для получения других ценных свойств, содержат больше белка, чем обычные продукты, поддаются непрерывному культивированию (Кутовой Г.И., 1971).
Отечественный и зарубежный опыт показывает, что отход является дешевой и широко распространенной кормовой добавкой в хозяйствах, расположенных вблизи пивоваренных заводов, а его использование дает возможность в определенной степени восполнить дефицит кормового протеина в рационах откармливаемого скота и значительно снизить затраты на единицу продукции.
Однако использование пивной дробины на корм скоту сопряжено с определенными трудностями. Одной из них, и, пожалуй, основной, является невозможность ее использования на корм скоту в несвежем виде (Богданов Г.А., 1990). Дробина должна утилизироваться в течении 1-2 суток. При хранении она быстро закисает, плесневеет и портится. В хранившейся пивной дробине развиваются плесневые грибы аспергиллюс и пенициллиум. Аспер-гиллюс выделяет афлотоксины В1, Г1, аспергиловую кислоту, охратоксин А, фумагилин и глиотоксин. Пенициллиум выделяет рубратоксин В, исланди-токсин, лутеоскырин, цитринин, патулин, что повышает опасность отравления животных при использовании недоброкачественной долго хранящейся дробины. Это сопряжено с появлением у скота поноса, некроза печени, перерождения печени, кровотечения из печени, различных кровотечений, светобоязни, воспаления почек, затрудненного дыхания, аритмии сердца, понижения кровяного давления, головокружения, рвоты. Известно, что недоброкачественные корма, пораженные грибками и гнилостными бактериями, вызывают также бесплодие и гибель животных. Поэтому одним из условий использования дробины на корм скоту является ее свежесть (Петрухин И.В.,1989).
Другой трудностью использования пивной дробины на корм скоту является ее малопригодность для молодняка, лактирующих и беременных животных (Пазинина К.В.,1980).
Условие использования пивной дробины в свежем виде укорачивает сроки ее возможной утилизации. Поэтому с помощью различных способов и средств продлевают срок хранения данной кормовой добавки. С целью сохранения данный отход сушат, обезвоживают на декантирующих центрифугах, прессуют, силосуют, консервируют, заквашивают с добавлением как легко заквашивающихся растений, так и с помощью химических препаратов, стабилизируют с помощью препаратов заквашенной и сгущенной сыворотки, аскорбиновой кислотой, аммиака, гранулируют и герметично упаковывают (ГайнетдиновМ.Ф., 1978;КоротаевВМ, 1980; Hug Н, 1984; ДрогановИФ, 1988).
Пивная дробина применяется для получения одноклеточного пищевого белка, а также для выращивания плесневых грибов и продуктов их метобо-лизма. В Великобритании предложен способ экстракции белка из дробины с последующим использованием сухого остатка в качестве субстрата для выращивания одноклеточного пищевого белка с помощью бактерий Cellumonas, отличающихся быстром ростом и высокой активностью (Boughton R.A.,1976). Разработан способ утилизации жидкой фазы, отжатой из пивной дробины, посредством выращивания на ней гриба Asp. foetidus с выходом 3,5 - 12,3 г/л лимонной кислоты (Кутовой Г.И., 1971).
Пивная дробина применяется также для получения пищевых продуктов. Ее применяют для производства специальной муки (Hodapp F., 1979), хлебобулочных изделий, печенья, сухих завтраков (Barclay Ron, 1982). При этом указанные продукты приобретают вкус солода.
Несмотря на существование различных способов использования дробины полностью на пивоваренных предприятиях она не используется (Сборник среднеотраслевых норм.., 1991). Причиной являются большие экономические затраты по осуществлению мероприятий, продлевающих сроки хранения, и технологий, позволяющих использовать пивную дробину в качестве вторичного сырья. Таким образом проблема утилизации данного отхода сохраняет свою актуальность, в связи с чем важен поиск новых способов и вариантов его использования.
Классификационная и компонентная характеристика состава пивной дробины
Согласно ГОСТ 25916-83 «Ресурсы материальные вторичные. Термины и определения» пивная дробина относится к отходам производства, так как это остаток исходного сырья, образовавшийся при производстве продукции (пива) и утративший частично потребительские свойства исходного сырья. Поэтому данный отход невозможно использовать повторно в данном производственном процессе (ГОСТ 25916-83). Федеральный классификационный каталог отходов позволяет отнести пивную дробину к отходам производства пищевых продуктов с кодом отхода 111000 и классифицировать ее по основным признакам (таблица 2) (Приказ от 27.11.97 г. № 527). Для выявления других классификационных признаков, позволяющих получить более полное представление о рассматриваемом отходе, определяли его физические и химические свойства, биологическую и кормовую ценность. Пивная дробина представляет собой двухфазную систему жидкость (вода до 70 %) - твердое тело. Поведение такой системы в значительной степени определяется дисперсностью и вещественным составом твердой фазы.
Поэтому нами был проведен всесторонний анализ пивной дробины. Причем сначала был определен ее дисперсный состав. В результате исследования дисперсности пивной дробины (таблица 3) установили, что около 1,5 % частиц пивной дробины имеют размер менее 1 мм, а средний размер от 1 до 3 мм составляет 53,6 % частиц, то есть система может быть отнесена к среднедисперсной.
Экологическую оценку свежей и хранившейся пивной дробины проводили на основе анализа пищевой (сырьевой) ценности. Вещественный состав пивной дробины представлен в таблицах 4 и 5:
Проведенный анализ показал, что пивная дробина является составом, богатым органическими веществами, представленными белками, жирами и клетчаткой. В дробине содержится также ряд макро- и микроэлементов (таблица 5). Таким образом, пивная дробина может служить дополнительным источником как сложных органических веществ, так и макро- и микроэлементов для биологических систем.
Оценка пивной дробины в качестве добавки к субстрату
Искусственное (интенсивное) культивирование гриба вешенки обыкновенной (Pleurotus ostreatus) последнее время получило широкое распространение благодаря технологии приготовления субстрата. Для вешенки технология значительно короче и менее объемна по сравнению, например, с технологией выращивания шампиньона двухспорового. Вешенка обыкновенная является дереворазрушающим грибом с набором специфических ферментов, воздействующих на лигнинцеллюлозный комплекс. Данный гриб культивируют интенсивным методом на растительных остатках и целлюлозосо-держащих отходах: соломе (желательно злаковых культур), кочерыжках и стеблях кукурузы, камыше, виноградной лозе, ветках деревьев нехвойных пород. (Медведев В.А., 1993), на отходах хлопчатобумажного производства (А.с. SU № 1242050). В данных отходах клетчатки содержится больше, чем жира и протеина. Однако, высшие съедобные базидиальные грибы по содержанию питательных веществ относятся к белковым продуктам питания, они являются заменителями мяса. Недостатком при применении перечисленных растительных остатков и целлюлозосодержащих отходов является низкая питательная ценность. Поэтому актуальным является изыскание новых компонентов субстрата, увеличивающих питательность грибов, а именно, содержание белка.
В работе теоретически исследовали возможность использования пивной дробины в качестве компонента субстрата для выращивания базидиаль-ного гриба вешенки обыкновенной. Для сравнения определили питательную ценность используемых и предлагаемого компонентов - был определен химический состав компонентов обычного субстрата - соломы и лузги, а также пивной дробины (таблица 9). Исходя из данных химического анализа компонентов субстрата, видно, что пивная дробина содержит протеина в 3 раза больше, чем солома и в 3,5 раза больше по сравнению с лузгой, а жира в 10 раз больше, чем содержится в соломе и в 3 раза больше, чем содержится в лузге.
Таким образом, пивная дробина по сравнению с соломой и лузгой богата белком. Поэтому изучали возможность введения в целлюлозный субстрат, содержащий солому и лузгу в соотношении 1:1, пивной дробины в количестве от 5 до 25 % к массе субстрата, являющейся среднесодержащим азот сырьем (таблица 10).
Провели расчетную оценку влияния доз внесения пивной дробины на основные показатели субстрата, в результате которой получили, что анализируемые субстраты для выращивания гриба вешенки обыкновенной различаются по содержанию клетчатки и азота (таблица 11). Содержание углерода в субстратах изменялось незначительно (в пределах ошибки) и равно 39 %. Отношение углерода к азоту отражено в таблице 11.
При внесении дробины в качестве компонента субстрата должно наблюдаться уменьшение количества клетчатки, увеличение количества азота и уменьшение отношения углерода к азоту в субстрате по отношению к контролю (таблица 11).
В связи с приведенными данными (таблица 11) и условием, ограничивающим содержание клетчатки в субстрате (таблица 6), представляется целесообразным внесение дробины в субстрат в количестве до 25 % от общей массы. Внесение же в субстрат пивной дробины в количестве более 25 % от общей массы приводит к уменьшению содержания в нем клетчатки меньше допустимого значения, что способствует плесневению субстрата. То есть в системе появляется ограничение по содержанию плесени, гнилостных и патогенных микроорганизмов (таблица 6).
Таким образом, обогащенность пивной дробины белком и клетчаткой обуславливает целесообразность исследований по выращиванию грибов ве-шенки обыкновенной на традиционном субстрате с ее добавлением, являющихся источником белка для повышения питательности грибов.
Использование пивной дробины в качестве мелиоранта
В Оренбургской области помимо основных почв, представленных серыми лесными, черноземными и каштановыми почвами, имеется порядка 15% солонцевато-солончаковых почв. Они представлены черноземами обыкновенными солонцеватыми, черноземами южными солонцеватыми, темно-каштановыми солонцеватыми почвами, солонцами черноземными степными, солонцами каштановыми степными, солонцами лугово-степными, солонцами луговыми, солончаками (Ерохина А.А., 1959; Почвы Оренбургской.., 1972; Гарифуллин Ф.Ш.,1987; Климентьев А.И., 1996). Проявлению солончаковых свойств все почвы обязаны наличию солей угольной, серной и соляной кислот или оснований едкого калия, магния, натрия. Улучшение свойств данных почв путем промывки способствует вымыванию солей и образованию солонцов. Проявлению солонцовых свойств почвы обязаны наличию солей натрия (Блохин Е.В., 1997). Солонцы и солонцовые почвы обеднены питательными элементами, так как они выщелачиваются из верхних почвенных слоев (атмосферными осадками или промывными водами) в связи с высокой растворимостью минеральной и органической части, обусловленной щелочной реакцией почвенного раствора (Егоров В.В., 1954). В связи с наличием органических отходов на пивоваренных предприятиях области (на примере «ОренПиК») представляется целесообразной органическая мелиорация почв, способствующая нейтрализации ее среды и привносу питательных элементов. Нами предлагается использовать хранившуюся пивную дробину в качестве мелиоранта для солонцов, солонцовых и солонцеватых почв и их комплексов.
Пивная дробина, являясь органическим веществом (таблица 4), обеспечивает временную мелиорацию солонцов, изменяя рН почвы. Этому процессу способствует свободная углекислота, выделяющаяся при разложении органических веществ. Предлагаемый мелиорант способствует также самомелиорации карбонатных почв. Выделяющийся газ переводит нерастворимые карбонаты почвы в бикарбонаты, в результате чего выделяется активный свободный катион кальция, вытесняющий катион натрия из поглощенного состояния, переводя его в раствор. Тем самым активизируются доступные мелиорирующие свойства самой почвы.
Данный состав как мелиорант способствует устранению так называемой «физиологической солонцеватости почв», а именно, устраняет высокую щелочность и недостаток основных питательных элементов. Изменению реакции почвы способствуют не только разлагающиеся в почве органические вещества. Реакция почвы изменяется сразу после внесения пивной дробины. Это обусловлено тем, что еще при хранении в пивной дробине в результате процесса разложения органических веществ (химическим и микробиологическим путем) изменяется кислотность. Поэтому нами изучено изменение кислотности дробины при хранении ее в течение месяца (рисунок 3).
При хранении дробины в анаэробных условиях в течение 15-и дней рН среды понижалась с 6,8 до 4,2 и дальше во времени оставалась неизменной. Кислотность повышалась до тех пор, пока не израсходуется весь кислород, содержащийся в пивной дробине. При отсутствии кислорода процессы разложения останавливались. При хранении дробины в аэробных условиях рН среды понижалась до значения, равного 4,6 на 7-й день хранения, а затем начинала постепенно повышаться. Это обусловлено доступом кислорода из атмосферы воздуха и более глубокой деструкцией органического вещества.
. Изменение кислотности пивной дробины при хранении в различных условиях (1 - при окислении на воздухе; 2- без окисления на воздухе)
Таким образом, повышенная кислотность данного состава способствует достижению мелиоративного эффекта. А условия хранения и процессы разложения и брожения, протекающие в пивной дробине, дают различный уровень рН в разные сроки хранения, что позволяет управлять мелиоративным эффектом в биологической системе «почва - пивная дробина».
Влияние пивной дробины на урожай ячменя и кислотность почв
После анализа влияния отходов на агрохимические свойства почв и питательность сельскохозяйственных культур (глава 1.3), систематизации требований, предъявляемых к составам, используемым в качестве мелиорантов (глава 3.2), и теоретического изучения возможности использования пивной дробины в качестве мелиоранта почв провели экспериментальные исследования по выращиванию культуры ячменя на почвах с чрезмерно выраженными солонцовыми почвами с добавлением хранившейся пивной дробины. В основе исследований лежали вегетационные опыты в сосудах. Схема опытов представлена следующими вариантами:
1) почва без удобрения (контрольный вариант);
2) добавление пивной дробины в дозе 20 т/га;
3) добавление пивной дробины в дозе 40 т/га;
4) добавление пивной дробины в дозе 80 т/га;
5) добавление пивной дробины в дозе 160 т/га;
6) почва с добавлением навоза в дозе 20 т/га (контрольный вариант).
