Содержание к диссертации
Введение
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. .10
1.1. Копролит - новое органическое удобрение, его роль в агроценозах .. 10
1.2. Технологии производства копролита, их экологическая оценка 24
2. ВРЕМЯ, МЕСТО, УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 37
2.1. Время, место и естественные условия проведения исследований ... 37
2.2. Объекты исследований, схемы опытов и технологические условия проведения исследований 39
2.3. Методы наблюдений и анализов 44
2.4. Статистическая обработка результатов исследований 46
3. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МАТЕРИАЛО- И ЭНЕРГОСБЕРЕ ГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЁМОВ ПОЛУЧЕНИЯ СУБСТРАТОВ ДЛЯ ВЕРМИКУЛЬТУРЫ ИЗ НАВОЗА КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА (КРС) 50
3.1. Засорённость навоза и субстратов семенами сорных растений 50
3.2. Гельминтологическая характеристика 62
3.3. Санитарно-бактериологическое состояние 65
4. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЁМОВ ВЕР- МИПЕРЕРАБОТКИ СУБСТРАТОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ НАВОЗА КРС, НА ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КОПРОЛИТА 69
4.1. Содержание семян сорных растений 69
4.2. Гельминтологическая характеристика 76
4.3. Санитарно-бактериологические состояние 78
5 .КОМПЛЕКСНАЯ ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЁМОВ ВЕРМИКОМПОСТИРОВАНИЯ 82
ВЫВОДЫ 93
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 95
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 96
ПРИЛОЖЕНИЯ и.
- Копролит - новое органическое удобрение, его роль в агроценозах
- Время, место и естественные условия проведения исследований
- Засорённость навоза и субстратов семенами сорных растений
Введение к работе
Начало XXI века ознаменовалось значительным вниманием к развитию альтернативных систем земледелия, обусловленным сменой земледельческой парадигмы, которая основывается на концепции устойчивого природопользования. Эта концепция, принятая на саммите ООН 1992 г. в Рио-де-Жанейро, декларирует принципы хозяйственной деятельности человечества, согласно которым стратегической целью является достижение максимальной гармонии между экологической безопасностью, экономической эффективностью и социальной целесообразностью (Горчаков, Дурманов, 2002).
Известно несколько систем альтернативного земледелия: биодинамическая, органическая, биологическая, органно-биологическая и другие. Они направлены на минимизацию вреда природе, приносимого чрезмерной химизацией сельского хозяйства, при сохранении и даже повышении урожая сельскохозяйственных культур и получении экологической продукции. При реализации альтернативных систем земледелия большое значение отводят органическим удобрениям, особенно компостам (Система биологи-зации земледелия..., 2002).
Практика свидетельствует, что в последнее время произошло резкое увеличение антропогенной нагрузки на биосферу как в зоне деятельности животноводческих предприятий, так и на объектах окружающей природной среды, прилегающих к ним. Всё это привело к изменению взаимосвязей филогенетически сложившихся закономерностей в окружающей среде, нарушению природного цикла «загрязнение - самоочищение» (Костява, 1996).
По данным Всемирной организации здравоохранения навоз и стоки животноводческих предприятий является фактором передачи более 100 возбудителей болезней животных, в том числе опасных для человека. В них могут содержаться яйца различных гельминтов, носители таких заболеваний как сибирская язва, туберкулёз, рожа свиней, паратиф, паратуберкулёз, ящур, чума свиней, болезнь Ауэски, сальмонеллёз, антеропатогенный серотин, различные кишечные инфекции и пр. Крупный рогатый скот является основным источником загрязнения окружающей среды стафилококком (Пузанков и др., 1986).
Проблема загрязнения окружающей природной среды становится ещё более острой, если навоз используется в качестве органического удобрения без надлежащей переработки. Учитывая, с одной стороны, эпизоотическую, санитарно-эпидемиологическую и экологическую опасности, которые представляют навоз и стоки животноводческих предприятий для окружающей среды, а, с другой стороны, высокую их ценность для повышения плодородия почв в альтернативных системах земледелия, важной экологической проблемой является разработка новых и совершенствование существующих технологий переработки отходов животноводства, приемлемых в современных условиях деятельности большинства российских сельскохозяйственных предприятий.
Новым направлением высокоэффективной, безотходной и природоохранной переработки навоза в компосты является вермитехнология. Это система организационно-технологических мероприятий по использованию верми-культуры - популяции дождевых компостных червей вместе с сопутствующими гетеротрофными организмами в конкретном органическом субстрате, а также обработке и применению копролита (син. вермикомпост или биогумус) и биомассы червей в сельском хозяйстве (Просянников и др., 2000). Вермитехнология представляет собой прогрессивное и перспективное направление сельскохозяйственного производства, так как позволяет повышать продуктивность, экологическую устойчивость и саморегулирующую способность агроэкосистем. Поэтому её рассматривают как важный элемент альтернативного земледелия (Земледелатель, 1997).
Вермитехнология имеет два направления: 1) вермикомпостирование -режим вермитехнологии, при котором главной задачей является получение копролита высокого качества и 2) вермикультивирование - режим верми-технологии, при котором главной задачей является получение максимального количества дождевых компостных червей и (или) их биомассы (Про-сянников и др., 2000).
Несмотря на высокую эффективность переработки навоза вермикультурой и ценность продуктов вермитехнологии, остаются малоизученными вопросы, улучшения их экологического качества при массовом производстве копролита, особенно в условиях максимального материало- и энергосбережения. Поэтому тема настоящей работы актуальна.
Цель и задачи исследований.
Цель работы - совершенствовать технологии вермикомпостирования навоза КРС в условиях Брянской области для улучшения экологического качества копролита.
Поставленная цель определила следующие задачи исследований:
• изучить эколого-биотехнологическую эффективность материало- и энегосберегающих технологических приёмов получения субстратов для вер микультуры из навоза КРС;
• дать эколого-биотехнологическую оценку различным технологическим , приёмам производства копролита из субстратов, полученных с помощью материало- и энергосберегающих технологических приёмов;
• провести комплексную эколого-экономическую оценку различных технологических приёмов вермикомпостирования и разработать практические рекомендации для производителей копролита.
Научная новизна.
Впервые в условиях Брянской области применён системный экологический подход к изучению и оценке различных технологических приёмов вер Л микомпостирования с целью улучшения экологического качества копролита,
заключающийся в использовании основных оценочных показателей: агро-экологических, гельминтологических, микробиологических, экономических. В работе представлены результаты 6-ти биотехнологических опытов, на основании которых впервые:
• оценена способность материале- и энергосберегающих технологических приёмов производить копролит из навоза КРС, соответствующий российским и международным стандартам по содержанию семян сорных растений, яиц гельминтов и патогенных микроорганизмов;
• установлено, что материало- и энергосберегающие технологические приёмы вермикомпостирования на открытой площадке и в неотапливаемом затемнённом помещении субстратов, полученных такими же приёмами из навоза КРС, позволяют снизить вдвое содержание в копролите жизнеспособных семян сорных растений;
• доказано, что вермикомпостирование в отапливаемом тёмном помещении субстратов, полученных ферментированием навоза КРС на открытой площадке и в неотапливаемом затемнённом помещении с укрыванием буртов плёнкой и поверх её соломой, позволяет получить копролит, не содержащий жизнеспособных семян сорных растений;
• получен чистый копролит с помощью материало- и энергосберегающих технологических приёмов вермикомпостирования навоза КРС, загрязнённого яйцами гельминтов;
• исследовано влияние этих приёмов вермикомпостирования навоза КРС, загрязненного патогенными микроорганизмами, на санитарно-бактериологическое состояние копролита;
• проведена комплексная эколого-экономическая оценка различных материало- и энергосберегающих технологических приёмов вермикомпостирования навоза КРС, загрязнённого семенами сорных растений, яйцами гельминтов и патогенными микроорганизмами. Защищаемые положения:
материале- и энергосберегающие технологические приёмы вермикомпо-стирования на открытой площадке и в неотапливаемом затемнённом помещении субстратов, полученных такими же приёмами из навоза КРС, позволяют снизить вдвое содержание в копролите жизнеспособных семян сорных растений;
производство копролита в отапливаемом тёмном помещении из субстратов, полученных на открытой площадке и в неотапливаемом затемненном помещении с помощью укрывания буртов с навозом плёнкой и поверх её соломой, позволяет полностью избавиться от жизнеспособных семян сорных растений;
материале- и энергосберегающие технологические приёмы вермикомпо-стирования субстратов из навоза КРС, загрязнённого яйцами гельминтов и патогенными микроорганизмами, позволяют получить копролит чистый от яиц гельминтов и гемолитических бактерий, но не освобождает от других патогенных микроорганизмов;
вермикомпостирование в отапливаемом тёмном помещении субстратов, полученных различными материало- и энергосберегающими технологическими приёмами на открытой площадке и в неотапливаемом помещении, обеспечивает наибольший выход копролита;
производство копролита из навоза КРС с помощью различных материало-и энергосберегающих технологических приёмов высокорентабельно;
в условиях Брянской области не один из изучаемых технологических приёмов вермикомпостирования навоза КРС не является оптимальным по всему комплексу эколого-экономических показателей.
Практическая значимость диссертации.
Доказано, что вермикомпостирование представляет практический интерес для экологически безопасного использования навоза КРС в современном земледелии. Разработаны и предложены эколого-биотехнологические схемы производства копролита, приемлемые для различных условий сельскохозяйственного производства.
Апробация работы.
Материалы диссертации апробировали на Всероссийской конференции «Биотехнология - возрождению сельского хозяйства России в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2001); на I и II Международных конференциях «Дождевые черви и плодородие почв» (Владимир, 2002; 2004); на Международной конференции «Использование достижений современной биологической науки при разработке технологий в агрономии, зоотехнии и ветеринарии» (Брянск, 2002); на X Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов - 2003» (Москва, 2003); на Всероссийской конференции «Биотехнологии на службе сельского хозяйства» (Рязань, 2004); на Международной научно-практической конференции «Производство экологически безопасной продукции растениеводства и животноводства» (Брянск, 2004); на Молодёжном форуме «Агробиотехнологии и экологическое земледелие» (Владимир, 2005); на Международной научно-практической конференции «Чернобыль - 20 лет спустя. Социально-экономические проблемы и перспективы развития пострадавших территорий» (Брянск, 2005).
По теме диссертации опубликовано 11 работ.
Объём и структура диссертации.
Диссертация состоит из 5 глав, 12 разделов, выводов, рекомендаций производству, списка использованной литературы, 73 приложения. Она изложена на 188 страницах компьютерного текста, включая 18 таблиц и 17 рисунков. Список цитируемой литературы на 18 страницах содержит 193 наименования, в том числе 25 иностранных.
Копролит - новое органическое удобрение, его роль в агроценозах
Копролит - естественное природное образование, получаемое в результате переработки различных органических веществ компостными дождевыми червями и сопутствующими гетеротрофными организмами. Так как в верми культуре преобладающим видом являются компостные дождевые черви, то именно масса их экскрементов (копролитов) образует это ценное органическое вещество. Качество копролита зависит как от исходного органического материала, являющегося субстратом для вермикультуры, так и от условий и способов вермикомпостирования. Оно характеризуется определенными качественными и количественными параметрами, которые можно контролировать (Просянников и др., 2002). Копролиты компостных дождевых червей представляющие собой плотные, чёрные или тёмно-коричневые (в зависимости от вида субстрата) комочки без запаха. С.А. Батов (1996) отмечает, что они составляют основную часть получаемого органического удобрения (не менее 80 %). В отличие от копролита обычный перегной навоза сельскохозяйственных животных представляет собой неоднородный рассыпчатый субстрат (Смаилова, 1994). . Гранулированная форма экскрементов червей придаёт рассыпчатое со стояние копролиту, что очень важно для оструктуривания почвы (Повхан и др., 1994). Копролиты обладают механической прочностью и во достойкостью, т. к. в кишечнике компостных червей происходят процессы полимеризации и конденсации продуктов распада исходного субстрата и формируются молекулы гуминовых кислот, образующие комплексные соединения с минеральными компонентами (прежде всего с биогенным кальцитом), что позволяет им долго сохраняться в виде стойких структурных образований (Пономарёва, 1948; Курчева, 1971; Мельник, 1990). Это свойство копролита даёт возможность использовать его для улучшения агрофизических показателей почвы, а также вносить совместно с посевом или посадкой растений и использовать для их подкормок в процессе вегетации (Кулаковская, 1984; Лаплыгина, 1986). Л.В. Мосина и Г.Н. Попов (2000) отмечают, что по размеру гранул копролит принято подразделять на следующие виды: .муль или гумусовая мука (гранулы размером до 0,1 мм), при внесении в почву сразу усваивается растениями; модер (0,3-0,7 мм) используют для подкормки огородных парниковых, тепличных и оранжерейных культур; мор (0,7-1 мм), применяют в растениеводстве, огородничестве и садоводстве, внося при посеве в рядки, лунки, гнёзда. Копролит превосходит навоз и обычные компосты по содержанию гумуса в 4-8 раз (Брежнев, 1964; Алиев и др., 1987). Установлено, что в ко-пролитах дождевых червей естественных популяций его содержание составляет 11-15%, ав копролитах червей, выведенных искусственно, возрастает до 35 % (Игонин, 1990). Характерной особенностью гумуса копролита является небольшой разрыв соотношения С : N, который в 2-3 раза выше, чем у компостов традиционного способа приготовления (Деева и др., 1985; Жукова и др., 1985; Дукаревич, 1990). Особую ценность копролиту придают гуминовые кислоты, содержание которых колеблется от 5,6 до 17,6 % на сухое вещество (Глунцов и др., 1975; Деева и др., 1985; Городний и др., 1990; Мёрзлая и др., 1992; Мельник и др., 1992; Мееревич и др., 1999; Касатикова и др., 2002). Они способны проникать через растительные мембраны, играя роль стимуляторов роста (Лейфман, 1993). Эти вещества аналогичны тем, которые присутствуют в почвах (Покровская, 1991). Изучение группового и фракционного состава органического вещества копролита показали, что содержание гуминовых кислот находится в передах 31,7-41,2, а фульвокислот - 22,3-34,8 % (Лазар-чики др., 1994). По мнению Д.С. Орлова и О.Н. Бирюковой (1996) вермикомпосты по групповому и фракционному составу органической части резко отличаются от исходного сырья - навоза и приближаются к гумусу почв. Отмечено, что все вермикомпосты высокогумусированы. Высокое отношение Сгк:СфК, фульват-но-гуматный и гуматный тип органического вещества вермикомпоста, существенно отличают его от дерново-подзолистых почв (Сгк : СфК = 0,39) и, тем более, от исходного сырья (Сгк : Сфк = 0,2), но сближают с чернозёмами, где гумус гуматный или фульватно-гуматный, а наиболее преобладающей фракцией в составе гуминовых кислот является ГК-3.
Время, место и естественные условия проведения исследований
Объектами исследований являлись:
? навоз КРС (твёрдая фракция), полученный при содержании скота на глубокой подстилке, который являлся исходным органическим материалом при производстве субстрата для вермикультуры;
? субстраты для вермикультуры, полученные различными технологическими приёмами из навоза КРС после его 8-месячной ферментации; .
? копролит, полученный различными технологическими приёмами в процессе вермикомпостирования.
Совершенствование технологий производства субстрата из навоза КРС для вермикультуры и его вермикомпостирования для улучшения экологических показателей копролита проводили в 6-ти технологических опытах по нижеприведённым схемам.
Опыт № 1. Изучение экологической эффективности материале- и энергосберегающих технологических приёмов получения субстрата на открытой бетонированной площадке:
1) без изоляции от внешней среды с перемешиванием один раз в неделю;
2) с изоляцией от внешней среды полиэтиленовой плёнкой, укрытой соломой; 3) с изоляцией от внешней среды соломой.
Опыт № 2. Изучение экологической эффективности материало- и энергосберегающих технологических приёмов получении субстрата на бетонированной площадке в неотапливаемом затемнённом помещении:
1) без изоляции от внешней среды с перемешиванием один раз в неделю;
2) с изоляцией от внешней среды полиэтиленовой плёнкой, укрытой соломой;
3) с изоляцией от внешней среды соломой.
Опыт № 3. Изучение экологической эффективности материало- и энергосберегающих технологических приёмов вермикомпостирования на открытой бетонированной площадке субстратов, полученных такими же технологическими приёмами:
1) без изоляции от внешней среды с перемешиванием один раз в неделю;
2) с изоляцией от внешней среды полиэтиленовой плёнкой, укрытой соломой;
3) с изоляцией от внешней среды соломой.
Опыт № 4. Изучение экологической эффективности материало- и энергосберегающих технологических приёмов вермикомпостирования на бетонированной площадке в неотапливаемом затемнённом помещении субстратов, полученных такими же технологическими приёмами:
1) без изоляции от внешней среды с перемешиванием один раз в неделю;
2) с изоляцией от внешней среды полиэтиленовой плёнкой, укрытой соломой;
3) с изоляцией от внешней среды соломой.
Опыта № 5. Изучение экологической эффективности технологических приёмов вермикомпостирования в отапливаемом тёмном помещении субстратов, полученных материало- и энергосберегающими технологическими приёмами на открытой бетонированной площадке:
1) без изоляции от внешней среды с перемешиванием один раз в неделю;
2) с изоляцией от внешней среды полиэтиленовой плёнкой, укрытой соломой;
3) с изоляцией от внешней среды соломой.
Опыта № 6. Изучение экологической эффективности технологических приёмов вермикомпостирования в отапливаемом тёмном помещении субстратов, полученных материало- и энергосберегающими технологическими приёмами на бетонированной площадке в неотапливаемом затемнённом помещении:
1) без изоляции от внешней среды с перемешиванием один раз в неделю;
2) с изоляцией от внешней среды полиэтиленовой плёнкой, укрытой соломой;
3) с изоляцией от внешней среды соломой.
Подготовку субстрата для вермикультуры из навоза КРС проводили согласно рекомендациям Попова В.И. одобренные Министерством сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации (1995) по следующей схеме (рис. 3).
Засорённость навоза и субстратов семенами сорных растений
Сельское хозяйство Нечерноземной зоны РФ несёт большие потери из-за высокой засоренности полей. Сорняки угнетают рост и развитие культурных растений, снижают их урожайность. Вред, причиняемый сорняками, определяется их количеством и видовым составом в посевах. Так, при наличии на 1 м2 144 стеблей метлицы полевой урожайность озимой пшеницы снижается на 3,5-3,9 ц/га, при наличии 180 растений ромашки непахучей - на 5,7-6,0 ц/га. На сильно засоренных полях резко снижается урожайность пропашных культур, а овощные могут погибнуть полностью. Например, при сильной засоренности посевов кукурузы бодяком полевым урожай её снижается на 50-60 %, при средней - на 35-40 и при слабой - на 20-30 % (Справочник..., 1980).
Потребляя из почвы много питательных веществ и воды, сорняки не только угнетают рост и развитие культурных растений, но и ухудшают качество продукции. Они являются возбудителями болезней сельскохозяйственных растений и распространителями вредителей. На засоренных посевах затрудняется уборка и очистка урожая. Все это приводит к дополнительным затратам труда и средств. Поэтому в увеличении урожайности сельскохозяйственных культур, повышении эффективности удобрений и других агротехнических мероприятий борьба с сорной растительностью играет важную роль.
Для успешной борьбы с сорняками необходимо учитывать их биологические особенности, отличающие их от культурных растений: чрезвычайно высокое воспроизводство (плодовитость) семян, способность их длительное время сохранять жизнеспособность, неравномерное прорастание, развитие мощной корневой системы с большим запасом питательных веществ у многолетних сорняков, паразитический или полупаразитический образ жизни некоторых сорняков, активное вегетативное размножение у различных многолетников и др.
Сорная полевая растительность по биологическим признакам, связанным с характером питания, продолжительностью жизни и способам размножения, делится на три биологических типа: непаразитные, паразитные и полупаразитные, подразделяющиеся соответственно на ряд подтипов и биогрупп Непаразитные сорняки - это зеленые растения. Они более многочисленны, ведут самостоятельный образ жизни, синтезируют органические вещества из окружающей среды в процессе фотосинтеза. По продолжительности жизни их подразделяют на два подтипа: малолетники (однолетники и двулетники) и многолетники. Однолетние сорняки размножаются только семенами, живут один год. Их подразделяют на три биологические группы: яровые, зимующие и озимые.
Подтип малолетних яровых сорняков завершает нормальный цикл развития в один сезон. Всходят они ранней весной. Зимующие и озимые отличаются от яровых сорных растений более длительным периодом произрастания, обладают стойкостью к морозам и способностью давать всходы осенью. Озимые сорняки цветут и плодоносят только после перезимовки в следующее лето. Зимующие сорные растения при весенних всходах развиваются и плодоносят в течение одного летнего сезона, а при осенних всходах плодоносят в следующем сезоне.
Двулетние сорняки размножаются преимущественно семенами и могут быть настоящими (истинными) и факультативными. Полный цикл своего развития они завершают в течение двух лет. Осенние всходы их перезимовывают дважды, а цветут и плодоносят они на второй год жизни.
Яровые сорняки подразделяют на ранние, у которых семена прорастают рано весной и засоряют преимущественно ранние яровые культуры, и поздние, прорастающие поздно весной и засоряющие пропашные, овощные и поздние яровые культуры.
К малолетним яровым сорнякам относят следующие виды.
Бородавник обыкновенный (Lapsana communis L.). Семена созревают в июле - сентябре с максимальной плодовитостью 9200 семянок, которые прорастают в почве с глубины не более 6-7 см. Недозрелые семянки имеют повышенную жизнеспособность, распространяясь на полях, лугах, пастбищах, в садах и огородах они засоряют пропашные и овощные культуры.
