Россия
Россия
В настоящей работе представлены результаты ускоренной утилизации отходов птицеводства с получением органического биоудобрения для озимой пшеницы. Цель работы – разработка методов переработки куриного помета и его применения в сельском хозяйстве, а также в оценке воздействия их на урожайность сельскохозяйственных культур. Разработана технология компостирования, предусматривающая добавление биопрепарата «Мефосфон» в дозе 450 мл на тонну помета. Полевые исследования проводились в 2023–2024 годах на территории агрофирмы «Ак Барс-Пестрецы» (Республика Татарстан). Почва опытного участка представлена светло-серой лесной разновидностью. Агрохимическая характеристика пахотного слоя, по данным обследования, проведенного ООО «Ак Барс Пестрецы», следующая: содержание гумуса варьирует в пределах 2,3–3,0%, реакция среды (рН) – от слабокислой до нейтральной (5,3–7,0), содержание щелочно-гидролизуемого азота составляет 81,2 мг/кг, подвижного фосфора – 134,0–295,0 мг/кг, обменного калия – 90,0–170,0 мг/кг. Схема опыта включала контроль (необработанный помет) и опытный вариант (помет, обработанный препаратом). Установлено, что обработка «Мефосфоном» интенсифицирует процесс компостирования: температура в бурте достигала 48±1,5°C, что на 17,2°C выше контроля, неприятный запах устранялся к 20-м суткам, конечный продукт имел нейтральную реакцию среды (pH=7,5 солевой вытяжки) и соответствовал IV классу опасности. Применение полученного биоудобрения под озимую пшеницу сорта «Скипетр ЭС» повысило коэффициент кущения на 7%, урожайность до 4,3 т/га и улучшило качество зерна: стекловидность на 16-28%, содержание сырой клейковины на 5,2-5,6%, число падения на 53 ед. по сравнению с контролем. Результаты подтверждают эффективность использования препарата «Мефосфон» для переработки помета в безопасное и высокоэффективное органическое удобрение.
отходы птицеводства, озимая пшеница (Tríticum aestivum), сельское хозяйство, экология, почвоведение
Введение. Применение органических отходов сельского хозяйства в качестве биоудобрений – обычная практика в мировом сельском хозяйстве [1]. Животноводство и птицеводство играют важную роль для продовольственной безопасности страны. Стремление обеспечить стабильное производство продукции животноводства и птицеводства в последние годы переживает интенсивное и масштабное развитие. Эффективная переработка и утилизация больших объемов органических отходов, образующихся в результате интенсивного ведения сельского хозяйства, представляет собой действенный способ сокращения отходов и повторного использования ресурсов.
Птицеводство является отраслью сельского хозяйства, которая обеспечивает население мясом и яйцами [2]. В процессе разведения птиц, особенно кур, образуется значительное количество помета, который является отходом (побочным продуктом). Несмотря на это в курином помете содержится множество макроэлементов, в том числе азот, фосфор и калий, что делает его ценным органическим биоудобрением [3,4]. Правильное использование куриного помета в растениеводстве способствует улучшению структуры почвы, повышению ее плодородия и устойчивости к болезням. Систематическое внесение помета, как в чистом виде, так и в комбинации с соломой, опилками и минеральными удобрениями меняет физико-химические характеристики почвы. Исследования зарубежных ученых [5,6] показали эффективность длительного применения биоудобрений на структуру почвы. Увеличение содержания питательных веществ в почве стимулирует рост и активность почвенных микроорганизмов [7,8]. Ряд исследований [9,10] посвящен изучению влияния куриного помета на химические свойства почвы, включая pH, содержание органического углерода, доступного фосфора, обменного кальция, магния, калия и натрия.
Известно, что органические отходы, такие как эффлюент, образующийся в процессе производства биогаза, и компост, представляют собой высокоэффективные ресурсы для сельского хозяйства. Они служат эффективными биоудобрениями, обогащающими почву необходимыми питательными веществами, улучшая ее структуру и влагоудерживающую способность [11]. Внесение органических отходов в почву оказывает влияние на почвенную среду, изменяя ее за счет микроорганизмов, питательных веществ, тяжелых металлов и антибиотиков [12]. На протяжении нескольких веков биоудобрения, наряду с фиксацией азота бобовыми культурами, оставались основным удобрением для фермеров, значительно способствуя увеличению урожайности и поддержанию плодородия почвы [13].
Объем использования минеральных удобрений возрос с 14 млн тонн в 1950 году до примерно 142 млн тонн в 2025 году. Несмотря на достижения современных практик, интенсивное использование различных удобрений привело к серьезным экологическим проблемам и ухудшению здоровья населения. Изначально последствия, связанные с избыточным применением минеральных удобрений, недооценивались. Превышение рекомендованных доз рассматривалось как мера предосторожности против дефицита питательных веществ, что объяснялось низкой стоимостью удобрений и отсутствием строгого экологического контроля. Проблемы, связанные с избыточным использованием минеральных удобрений, активно обсуждаются и в научной литературе [14]. Связь органического земледелия с качеством производимой продукции также является предметом активных исследований. Современные исследования сосредоточены на замене минеральных удобрений на органические и биологические при переходе к органическому земледелию. Взаимодействие органических отходов с биологическими и химическими удобрениями оказывает значительное влияние на характеристики растений. Одновременное использование этих удобрений способствует увеличению различных показателей, включая массу листьев, количество цветков и общую урожайность.
В Китае изучалось влияние замены комплексных удобрений органическими на потери азота и продуктивность овощных культур. Внесение навоза и компоста способствовало снижению общих потерь азотных соединений, однако в некоторых случаях это могло привести к снижению урожайности отдельных культур. Доказано, что переход на органические удобрения позволяет уменьшить потери азота на единицу урожая и потенциально улучшить экологическую обстановку, снижая содержание нитратов в овощах. Ведутся исследования влияния свежего и компостированного конского навоза, и куриного помета на качество почвы и микробный состав. Использование свежего навоза может повысить микробную активность в почве. Частичная замена химических удобрений органическими может способствовать увеличению урожайности зерновых культур. Переход к органическому земледелию становится важным и приоритетным направлением сельского хозяйства многих стран. В этих странах стремятся обеспечить население качественными продуктами питания, соблюдая принципы экологической безопасности [15].
Также и в Российской Федерации наблюдается растущая потребность в увеличении применения органических удобрений. Существует необходимость в разработке научно обоснованных рекомендаций по компостированию птичьего помета и его применению в почве с учетом различных факторов. Множество исследований посвящено использованию куриного помета в качестве органического удобрения и перспективам развития органического земледелия на его основе. Применяются различные методы переработки куриного помета с целью получения высококачественных органических удобрений. В связи с этим разработка биотехнологических методов утилизации органических отходов птицеводства и их использование в сельском хозяйстве представляют собой актуальную задачу для устойчивого развития аграрного сектора [16].
Целью настоящего исследования была оценка эффективности биопрепарата «Мефосфон» для ускорения компостирования куриного помета и последующего влияния, полученного биоудобрения на урожайность и качество зерна озимой пшеницы. Предполагалось, что обработка помета препаратом позволит ускорить процессы ферментации, снизить эмиссию запахов и повысить агрономическую ценность удобрения.
Условия, материалы и методы
Эффективность использования органических удобрений птицеводства была изучена на полях агрофирмы «Ак Барс-Пестрецы» Пестречинского муниципального района Республики Татарстан. Полевые исследования направлены на определение влияния различных форм куриного помета на агрохимические свойства почвы, экологическую безопасность и урожайность озимой пшеницы. Площадь производственных испытаний составлял 50 га. Почва – светло-серая лесная. Агрохимическая характеристика пахотного горизонта: содержание гумуса – 2,3–3,0% (по Тюрину), значение pH – 5,3–7,0 (потенциометрически в солевой вытяжке). содержание щелочно-гидролизуемого азота составляет 81,2 мг/кг, подвижного фосфора – 134,0–295,0 мг/кг, обменного калия – 90,0–170,0 мг/кг. Данные по содержанию азота, фосфора и калия в почве представлены на рисунке 1.
Метеорологические условия в период проведения исследований были характерными для зоны Среднего Поволжья. Вегетационные сезоны 2023 и 2024 года отличались умеренными температурами и достаточным увлажнением, что благоприятно сказалось на развитии озимой пшеницы.
Рис. 1 – Содержание NPK в исследуемой почве
Полевой эксперимент был заложен на одном массиве поля, разделенном на две сопоставимые по площади делянки по 25 га, представляющие контрольный и опытный варианты. На участке площадью 25 га (контрольная группа) применялось внесение необработанного куриного помета. На втором участке, занимающем соответственно 25 га (экспериментальная группа), использовался куриный помет, предварительно обработанный препаратом «Мефосфон».
В качестве исходного материала использовали бесподстилочный куриный помет (III класс опасности) птицеводческого комплекса ООО «Ак Барс». Из помета было получено биоудобрение путем традиционного компостирования, а также создано новое удобрение с добавлением препарата «Мефосфон».
На контрольном участке вносился помет, компостированный традиционным способом. На опытном участке применялось удобрение, полученное путем компостирования исходного помета с добавлением препарата «Мефосфон».
Мефосфон – это биологически активный препарат, предназначенный для стимуляции почвенных микроорганизмов и ускорения биодеградации органических загрязнителей. Его применение для обработки отходов животноводства с целью получения органических удобрений и снижения класса опасности подтверждено заключением государственной экологической экспертизы Управления Росприроднадзора по Республике Татарстан (от 12.10.2017) [17].
Объектом исследования был районированный сорт озимой мягкой пшеницы «Скипетр ЭС», обладающий высокой зимостойкостью и устойчивостью к полеганию, что делает его перспективным для возделывания в данном регионе.
Для комплексной оценки воздействия куриного помета на окружающую среду был использован метод биотестирования с применением тест-объектов – инфузорий Paramecium caudatum и рачков Ceriodaphnia affinis. Данный метод позволяет оценить токсичность субстрата и его потенциальное влияние на живые организмы.
В течение вегетационного периода проводились регулярные агрохимические анализы почвы, включающие определение содержания гумуса, кислотности, доступных форм азота, фосфора и калия. Агробиологические наблюдения за ростом и развитием растений включали фенологические наблюдения, учет густоты стояния, оценку пораженности болезнями и вредителями. В период уборки урожая проводился учет урожайности и определение структуры урожая. Для оценки качества зерна определялось содержание клейковины и белка. Полученные в ходе исследований данные были подвергнуты статистической обработке для выявления достоверных различий между вариантами опыта и оценки эффективности применения различных форм куриного помета в агротехнологиях возделывания озимой пшеницы. Результаты исследования позволят разработать научно обоснованные рекомендации по применению органических удобрений, направленные на повышение продуктивности и экологической безопасности сельскохозяйственного производства.
Результаты и обсуждение
Анализ температурных данных позволяет сделать вывод о существенном влиянии обработки препаратом «Мефосфон» на процесс ферментации помета. Более высокие температуры в буртах, обработанных препаратом «Мефосфон», свидетельствуют об интенсификации микробиологической активности и ускорении процесса разложения органических веществ. Разница в температурных режимах между опытным и контрольным образцами может быть обусловлена несколькими факторами.
Во-первых, препарат, вероятно, стимулирует рост и активность термофильных микроорганизмов, которые более эффективно разлагают органическое вещество при повышенных температурах.
Во-вторых, обработка могла изменить структуру субстрата, сделав его более доступным для микробиологического процесса.
Полученные результаты определяют потенциал использования препарата «Мефосфон» для оптимизации процесса компостирования органических отходов сельского хозяйства. Ускорение ферментации и повышение температуры приводят сокращению времени компостирования, улучшению качества конечного продукта и снижению затрат на обработку отходов.
Дальнейшие исследования необходимы для более глубокого понимания механизмов воздействия препарата «Мефосфон» на микробиологическое сообщество и процесс компостирования. Целесообразно изучить влияние препарата на видовой состав микроорганизмов, их ферментативную активность и динамику изменения кислотности (pH) субстрата. Важно оценить экономическую эффективность применения препарата «Мефосфон» в промышленных масштабах [18, 19].
В таблице 1 представлены различие в температурах буртов, обработанных и необработанных препаратом «Мефосфон».
Таблица 1 – Изменение температуры в буртах в зависимости от применения препарата "Мефосфон"
|
Дата |
Температура окружающей среды, ℃ |
Среднее значение температуры бурта, обработанного Мефосфоном, ℃ (Вариант 1) |
Среднее значение температуры бурта, необработанного Мефосфоном, ℃ (Контроль) |
|
12.06.2023 |
24,7 |
48,0 |
20,0 |
|
22.06.2023 |
23,8 |
48,0 |
27,0 |
|
02.07.2023 |
33,4 |
47,0 |
32,0 |
|
12.07.2023 |
26,5 |
44,0 |
29,0 |
|
22.07.2023 |
23,0 |
42,0 |
28,0 |
Представленные данные демонстрируют значительное различие в температурах буртов, обработанных и необработанных препаратом «Мефосфон», со средней температурой обработанного бурта на уровне 44,4°C , что на 17,2°C выше, чем у необработанного бурта (27°C). Независимо от вариаций в температуре окружающей среды, которая колебалась от 23,5°C до 32,8°C, температура образца с обработкой оставалась более стабильной и завышенной, что указывает на то, что применение препарата может эффективно снижать влияние окружающих условий на температуру бурта. Потенциал препарата в оптимизации температурных процессов, что может быть критически важным для промышленного применения, и требуют дальнейшего исследования других факторов, таких как влажность и концентрация препарата для более целенаправленного анализа.
На рисунке 2 отображена динамика колебаний температуры субстрата, полученная в ходе проведенных испытаний. Графическое представление динамики температурного режима наглядно демонстрирует достоверность различий между опытным и контрольным вариантами на всех этапах компостирования. Ширина доверительных интервалов не превышала ±1,5°C для опытного варианта и ±2,0°C для контроля, что свидетельствует о высокой воспроизводимости результатов и точности проведенных измерений.
К сороковым суткам эксперимента температура в контрольном образце снизилась до уровня температуры окружающей среды (28°C), в то время как в опытном образце она оставалась на уровне более 42°C.
Рис. 2 – Изменение температуры в буртах
Анализ температурного режима процесса компостирования проводился с использованием методов статистической обработки данных. Для каждого варианта опыта (с применением препарата «Мефосфон» и контрольного) было выполнено по 25 измерений температуры на каждую дату наблюдения. Полученные результаты представлены в виде средних значений с указанием 95% доверительных интервалов, рассчитанных для уровня значимости p < 0,05.
Результаты исследований указывают процесс компостирования с применением препарата «Мефосфон» эффективно снижает интенсивность неприятного запаха, начиная уже с седьмого дня эксперимента. К двадцатому дню запах исчезал полностью. Конечным продуктом, полученным в результате переработки куриного помета при переработке препаратом «Мефосфон», является сухая, однородная, рассыпчатая масса темно-коричневого оттенка. Немаловажным является изменение pH в субстрате, значение которого было 6,8 в контрольном и 7,5 в экспериментальном образце. Концентрация азота в экспериментальном субстрате в 1,3 раза выше, чем в контрольном, что свидетельствует об активизации метаболизма органических кислот, увеличении активности спорообразующих микроорганизмов и актиномицетов.
По анализам испытательного центра ФГБУ «Татарстан межрегиональная ветеринарная лаборатория», которые были взяты на 45-е сутки исследований не выявлено присутствия патогенных микроорганизмов. Показатели бактерий группы кишечной палочки и энтерококков соответствовали санитарным нормам, а санитарно-паразитологические и санитарно-энтомологические параметры находились в пределах допустимых значений. Токсикологические исследования классифицировали оба компоста как IV класс опасности (малотоксичные вещества) [20].
Для дальнейших исследований в августе 2023 года был заложен полевой опыт с посевом озимой пшеницы сорта «Скипетр ЭС» для оценки эффективности полученных биоудобрений. Посевные качества семян характеризовались высокой чистотой (99,97%) и лабораторной всхожестью (80%) на обоих вариантах опыта. Применение биоудобрения, полученного с использованием препарата «Мефосфон», обеспечило достоверное повышение урожайности озимой пшеницы до 4,3 т/га по сравнению с контролем (3,8 т/га), что составило прирост 13,2%. Качественные показатели зерна также значительно улучшились: стекловидность увеличилась на 30,8%, содержание сырой клейковины – на 23,2%. Наблюдаемый эффект обусловлен комплексным действием препарата на микробиологические процессы компостирования. Повышение температуры до 48°C свидетельствует об активизации термофильных микроорганизмов, которые ускоряют деградацию органических соединений помета. Изменение pH с 6,8 до 7,5 связано с интенсивной минерализацией органического азота и выделением аммония, что снижает потери азота в виде летучего аммиака и объясняет повышение содержания азота в готовом удобрении на 30%.
Поддержание термофильного режима (>45°C) в течение 20 суток обеспечило эффективную санацию субстрата, что подтверждено отсутствием патогенной микрофлоры и соответствием санитарно-гигиеническим нормативам.
Выводы. Проведенные исследования демонстрируют высокую эффективность применения препарата «Мефосфон» для ускоренной утилизации куриного помета. Установлено, что обработка помета препаратом в дозе 450 мл/т достоверно интенсифицирует процесс компостирования, что проявляется в значительном повышении температуры компостной массы на 17,2°C и сокращении периода ферментации. Важным результатом является получение биоудобрения с нейтральной реакцией среды (pH=7,5) и повышенным содержанием общего азота в 1,3 раза по сравнению с контролем, что свидетельствует об оптимизации микробиологических процессов трансформации питательных веществ.
Полученный продукт соответствует IV классу опасности и удовлетворяет всем санитарно-гигиеническим нормативам, что подтверждает его экологическую безопасность и возможность применения в сельскохозяйственном производстве. Применение разработанного биоудобрения под озимую пшеницу показало значительное улучшение агрономических показателей: коэффициент кущения увеличился на 16,7%, урожайность возросла на 13,2% и достигла 4,3 т/га, а также существенно улучшились качественные характеристики зерна.
Технология ускоренной утилизации куриного помета с применением препарата «Мефосфон» представляет практический интерес для сельскохозяйственных предприятий, так как позволяет не только эффективно перерабатывать органические отходы птицеводства, но и получать высокоэффективное органическое удобрение, обеспечивающее существенное повышение продуктивности и качества зерна озимой пшеницы.
1. Головко А. Н., Бондаренко А. М. Применение тепловой солнечной энергии для ускорения процесса компостирования органических отходов животноводства // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 5(91). С. 129-132.
2. Лунева А. В. Подбор соотношения микробных компонентов для ускорения биоразложения птичьего помета // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. 2021. Т. 247. № 3. С. 120-126. doi:https://doi.org/10.31588/2413-4201-1883-247-3-120-126.
3. Никифоров Л. Л. Переработка органических отходов // Мясная индустрия. 2024. № 2. С. 44-46. doi:https://doi.org/10.37861/2618-8252-2024-02-44-46.
4. Содержание нитратного азота в почве при внесении удобрения на основе помета / Д. А. Пырсиков, Л. В. Уфимцева, Я. С. Саудабаева и др. // Твердые бытовые отходы. 2024. № 1(211). С. 28-31.
5. Peculiarities of modeling the heat and mass transfer with accounting the scaling for biogas production reactors / G. E. Sakhmetova, A. M. Brener, V. V. Dilman et al. // Известия Национальной академии наук Республики Казахстан. Серия геологии и технических наук. 2017. Vol. 6, No. 426. P. 207-215.
6. Оценка эффективного плодородия почв Беларуси на энергетической основе / Г. С. Цытрон, Л. И. Шибут, С. В. Шульгина и др.// Земледелие и защита растений. – № 4. 2013. С. 44-47.
7. Тойгильдин А. Л., Ермолаева Г. В., Никифорова С. А. Эффективность биологизированной технологии возделывания озимой пшеницы в условиях лесостепной зоны среднего Поволжья // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2025. Т. 20. № 2(78). С. 50-56. doi:https://doi.org/10.12737/2073-0462-2025-50-56.
8. Получение биогаза из отходов сельскохозяйственных животных / Н. Э. Маматов, А. К. Самыкбаев, Т. О. Осмонканов и др. // Вестник Кыргызского национального аграрного университета им. К.И. Скрябина. 2018. № 2. С. 279-282.
9. Влияние удобрений и способов их заделки на баланс органического вещества почвы при возделывании озимой пшеницы в условиях Верхневолжья / В. А. Шевченко, А. М. Соловьев, Г. И. Бондарева и др. // Плодородие. 2024. № 1(136). С. 32-36. doi:https://doi.org/10.25680/S19948603.2024.136.08.
10. Окорков В. В. К вопросу о равноценности питания растений нитратным и аммонийным азотом // Агрохимия. 2021. № 12. С. 3-14. doihttps://doi.org/10.31857/S0002188121120103.
11. Семин И. В. Агротехнические приемы повышения качества семенных подвоев в питомнике // Вестник российской сельскохозяйственной науки. 2024. № 4. С. 59-62. doi:https://doi.org/10.31857/S2500208224040101.
12. Эседуллаев С. Т., Шмелева Н. В. Особенности аккумуляции азота многолетними бобовыми травами в чистых и смешанных посевах в Верхневолжье // Плодородие. 2016. № 6(93). С. 16-18.
13. Использование куриного помета в органическом земледелии / Ф. С. Сибагатуллин, А. С. Ганиев, З. М. Халиуллина и др.// Агрохимический вестник. 2023. № 3. С. 50-53. doi:https://doi.org/10.24412/1029-2551-2023-3-011.
14. Рубцова Т. Н., Гуляева К. Н. Агроэкологические аспекты применения удобрений // Russian Agricultural Science Review. 2015. Т. 5. № 5-1. С. 154-156.
15. Мастерова С. Н. Особенности развития сельского хозяйства современной России: проблемы доступности и стоимости здорового питания // Региональная экономика: теория и практика. 2024. Т. 22. № 6(525). С. 1110-1125. doi:https://doi.org/10.24891/re.22.6.1110.
16. Концепция современной технологии переработки бесподстилочного навоза / П. А. Смирнов, Е. П. Алексеев, М. П. Смирнов и др. // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2025. Т. 20. № 1(77). С. 82-92. doi:https://doi.org/10.12737/2073-0462-2025-1-82-92.
17. Влияние препарата Мефосфон на эффективность процесса получения биогаза и утилизации углеродсодержащих отходов / И. Х. Гайфуллин, З. М. Халиуллина, Б. Г. Зиганшин и др. // Вестник Казанского ГАУ. 2021. Т. 16. № 3(63). С. 19-26. doi:https://doi.org/10.12737/2073-0462-2021-19-26.
18. Влияние куриного помета на некоторые свойства почвы / Ф. С. Сибагатуллин, А. С. Ганиев, З. М. Халиуллина и др. // Агрохимический вестник. 2024. № 3. С. 67-71. doi:https://doi.org/10.24412/1029-2551-2024-3-012.
19. Халиуллина З. М., Ганиев А. С., Гайфуллин И. Х. Эффективность использования куриного помета при выращивании зерна озимой пшеницы // Агробиотехнологии и цифровое земледелие. 2024. № 2(10). С. 48-53. doihttps://doi.org/10.12737/2782-490X-2024-48-53.
20. Методика определения токсичности отходов, почв, осадков сточных, поверхностных и грунтовых вод методом биотестирования и использованием равноресничных инфузорий Paramecium caudatum ПНД Ф Т 14.1:2:3.13-06/ПДН Ф Т 16.1:2.3:3.10-06 «. Москва. 2014. 34 с.
