Разработка утилизация органических отходов строящегося животноводческого комплекса

По результатам  полевого опыта Курганского научно-исследовательского института зернового хозяйства  выявлено положительное влияние бесподстилочного навоза на качество продукции. Так, под влиянием одного только навоза увеличился выход кормовых единиц и сухого вещества в кукурузе и ячмене. В зерне пшеницы повысилось содержание белка с 12,4 в контроле (без удобрений) до 12,8…14,0 %. Количество сырой клейковины возросло с 26,0 – до 29,6…30,9 %.

При использовании  как одного жидкого навоза, так  и в сочетании его с минеральными удобрениями баланс питательных  элементов был положительный. Более  того, он оставался таковым даже при периодическом применении навоза (один раз в 3 года), в то время как объём произведённой сельскохозяйственной продукции, полученной на этом фоне, был лишь на 3,6…9,1 % меньше, чем при ежегодном применении удобрений.

Таким образом, исследования показали, что положительная роль жидкого навоза не исчерпывалась повышением урожайности и улучшением качества сельскохозяйственных культур. Он способствовал также созданию положительного баланса питательных веществ и тем самым повышению плодородия почвы (Колташева Г.М., 1987).

Большое значение имеет и правильная заделка навоза в почву, предварительное перемешивание бесподстилочного навоза с верхним слоем почвы дисковой бороной и последующая заделка в нижнюю часть пахотного слоя двухъярусным плугом устраняет токсическое действие повышенных норм на культуры и улучшает условия их питания в первый и последующие годы  
(Бабаков В.П., 1987).

Технология  производства на крупных животноводческих комплексах приводит к значительной концентрации поголовья на ограниченной площади, что создаёт экологическую проблему в зоне его функционирования. Образующиеся на животноводческих комплексах отходы производства характеризуются высоким уровнем содержания органических биогенных веществ, гельминтов, патогенных микроорганизмов, избыточное поступление которых со стоком в водоёмы оказывает эвтрофицирующее влияние, и, в конечном счёте, резко ухудшает качество воды водоёмов (Денисов А. и др., 2008).

Наибольший  вред экологии могут наносить крупные  животноводческие фермы промышленного  типа, объединяющие на ограниченной территории поголовье до 108 тыс. Для небольших ферм такая ситуация наименее опасна, так как поголовье рассредоточено и объём животноводческих стоков, навоза и прочих отходов незначителен. Они просто утилизируются в качестве органических удобрений (Дегтерев Г., 2007).

Животноводческие стоки представляют собой полидисперсную массу, которая состоит из воды, органических веществ в растворённом состоянии, твёрдых включений и газов. Твёрдые включения – это различные органические и минеральные вещества, частицы корма, кала, шерсти или щетины животных (Денисов А. и др., 2008).

Накопление  огромных количеств жидкого навоза и навозных стоков ведёт к загрязнению  окружающей среды: высокому насыщению  почвы, поверхностных и грунтовых  вод различными веществами, ухудшению санитарного состояния территории ферм и населённых пунктов, загазованности воздуха. Жидкий навоз из-за текучести, неспособности задерживаться на поверхности почвы при уклоне местности загрязняет окружающую среду значительно больше, чем подстилочный (Титова В.И. и др., 2003).

Установлено, что  бесподстилочный навоз отрицательно влияет на окружающую среду следующими путями: через миграцию веществ по почвенному профилю до грунтовых  вод; выделением азота и других веществ  в газообразном состоянии в атмосферу; через  ухудшение агрохимических свойств и баланса питательных веществ почвы вследствие длительного применения высоких доз на постоянных участках; накоплением в растительной продукции концентраций нитратов и других элементов, негативно влияющих на здоровье человека и животных (Бреус И.П., Садриева Г.Р., 1997).

При утилизации высоких доз навоза в почву  поступает большое количество азота, что может, в свою очередь, привести к повышению экологической нагрузки на экосистемы за счёт накопления в  почве нитратных форм азота и проникновения их в грунтовые воды (Титова В.И., 2003). Применение навоза в дозах, превышающих потребность сельскохозяйственных культур в азоте, может также привести к ухудшению качества растениеводческой продукции (Андреев В.А., Новиков Н.М., 1990). Так, в результате внесения высоких доз бесподстилочного навоза увеличивается содержание нитратов выше допустимых норм в картофеле, кормовых, овощных и других культурах. Отмечено повышение накопления калия в кормовых растениях, снижение содержания крахмала в клубнях картофеля и сахара в сахарной свёкле (Белоусов Н.М., 1996).

Имеет важное значение и то, что повышенное содержание нитратов в растениях и питьевой воде потенциально опасно для здоровья человека и животных. Особенно опасны нитраты, вступающие во взаимодействие с аминами и образующие нитрозамины, которые обладают высокой концерогенность (Кузина К.И., Мочалов А.Д., Покровская С.Ф, 1985).

Ещё одной не менее важной экологической проблемой, связанной с применением высоких  и очень высоких доз навоза является интенсивная аккумуляция в пахотных почвах подвижных форм фосфатов, в результате чего концентрация последних достигает аномально высоких значений (Титова В.И. и др., 2003). Так по данным ряда специалистов, содержание подвижных фосфатов в почвах, прилегающих к крупным животноводческим комплексам, на порядок выше, чем в аналогичных почвах, находящихся под влиянием традиционной системы земледелия (Титова В.И., Варламова Л.Д., 2002). Происходит практически необратимая аккумуляция фосфора в зонах промышленного животноводства, в то время как на других площадях проблема дефицита данного элемента усугубляется. Очень высокая обеспеченность почв подвижными формами фосфора превышает установившиеся понятия о высокой обеспеченности Р₂О₅ в 5-10 раз. Содержание подвижных форм фосфора относительно валовых запасов изменяется в пределах 33-50 % и превышает аналогичный показатель для дерново-подзолистых почв Нижегородской области – до 15 % у суглинистых и 4-12 % у супесчаных. вариабельность этого показателя велика: на почвах легкосуглинистых 25-27 %, на супесчаных приближается к 50 % (Титова В.И. и др., 2003).

С учётом доз  внесения органических удобрений они  способны существенно повышать содержание тяжёлых металлов в почве. В навозе и навозной жиже содержание токсических элементов может составлять: кадмия – до 40 мг/кг, свинца – 15 мг/кг воздушно-сухого вещества, что обеспечит поступление в почву с 50 т навоза на каждый гектар 38 г свинца, 2,3 г кадмия и т.д. (Минеев В.Г., Дебрецени Б., Мазур Т., 1993).

Поскольку почва – основное средство сельскохозяйственного производства, накопление в ней избыточных количеств тяжёлых металлов нежелательно и требует мер по предотвращению поступления данных элементов в почву и выращиваемые на ней растения. Обладая буферностью, почва способна снижать их прочность, переводя в труднорастворимые и недоступные растениям соединения. С другой стороны, тяжёлые металлы способны нарушать ряд процессов, воздействуя на свойства почвы: величину рН, течение микробиологических процессов, образование гумуса и др. (Сизов А.П. и др., 1990).

Помимо косвенного воздействия напочвенные характеристики, тяжёлые металлы оказывают и  прямое воздействие на почву. Имеются  данные о консервации органического  вещества в загрязнённых почвах, что  связано с ограничением доступности комплексов тяжёлых металлов с гумусовыми кислотами для минерализации микроорганизмами (Чугунова М.В., 1990).

Необходимо  помнить, что буферная способность  почв не беспредельна. Накопление химических веществ, привнесённых в почву извне, в конечном итоге приведёт к изменению её химического состава и физико-химических свойств. Если количество вредных веществ будет находится на уровне или выше ПДК, то содержащая их почва может быть отнесена к категории загрязнённых. Загрязнение почвы объясняется тем, что, обладая ограниченной ёмкостью поглощения, в определённый момент она уже не в состоянии поглощать избыточное количество того или иного элемента. Исходя из ёмкости поглощения почвы и количества поступающих в неё азота, фосфора, калия и других элементов, можно рассчитать, когда почва потеряет способность поглощать их и станет источником загрязнения окружающей среды.

Органические  удобрения как источник питания  растений и фактор урожайности изучаются  уже много лет, однако, их значение как фактора, влияющего на содержание тяжёлых металлов в почве и растениях, изучено ещё недостаточно и является весьма противоречивым. С одной стороны, в составе удобрений имеются тяжёлые металлы, которые могут загрязнять почвы и грунтовые воды (Андреев В.А., Новиков М.Н., 1990). С другой стороны, удобрения, активно изменяя агрохимические свойства почвы, влияют на подвижность тяжёлых металлов, которая определяет потенциальную опасность загрязнения ими растительной продукции.

Под действием  минеральных удобрений и, прежде всего, фосфорных, обладающих значительной способностью к детоксикации тяжёлых металлов, может существенно изменяться подвижность тяжёлых металлов в почве. Это объясняется тем, что фосфаты большинства из них – нерастворимые соединения. Кроме того, при внесении фосфорных удобрений в почвенном растворе повышается количество ионов кальция – антагонистов большинства тяжёлых металлов, что также препятствует поглощению их растениями (Добровольский Г.В., Гришина А.А., 1985).

Металлы, содержащиеся в стоках, внесённых в почву, усваиваются культурными растениями и далее по пищевой цепи попадают в организм человека. При этом установлено, что большинство тяжёлых металлов являются протоплазматическими ядами, токсичность которых возрастает по мере увеличения их относительной атомной массы.

Для защиты грунтовых  вод от загрязнения в нашей  стране дозы разового внесения бесподстилочного навоза ограничены 200 кг общего азота  на 1 га.

Однако для  предупреждения и приостановления  деградационных процессов без разработки расчётных оценок нагрузки промышленных животноводческих предприятий на природные воды и почвенные ресурсы не обойтись. В основу их должны быть положены данные по содержанию питательных элементов (особенно азота и фосфора) в навозных стоках и других органических отходах производства; в почве, на которую они утилизируются; коэффициенты их использования растениями и трансформации в почве под влиянием факторов окружающей среды.

Сущность решения  проблемы безопасного использования  жидкого навоза в сельскохозяйственном производстве заключается в дифференцированном подходе к оценке его химического состава, влиянию на почву и растения. Полученные результаты по его использованию позволят решить в целом проблему утилизации животноводческих стоков с точки зрения дополнительного источника удобрений и охраны земель. При орошении стоками животноводческих комплексов для предотвращения загрязнения окружающей среды необходимо проводить их тщательную подготовку, строго соблюдать режим орошения, проводить мероприятия по закреплению биогенных веществ в активном слое почве и более полному использованию растениями (Денисов А. и др., 2008).

 Всё вышеотмеченное  предопределяет проведение постоянных  наблюдений за экосистемами в  зоне действия предприятий промышленного животноводства как объектов, обладающих повышенной экологической опасностью и прямым воздействием на почвенно-биотический комплекс,  водные ресурсы и воздушный бассейн, а также исследований, направленных на выявление проблем функционирования каждого конкретного из подобных предприятий. Это позволит в дальнейшем вести хозяйство таким образом, чтобы сохранить устойчивость функционирования данной экосистемы при неуклонном повышении её агроэкономической продуктивности (Титова В.И., 2003).

2. Объект и методика исследования

           Установлено, что систематическое внесение очень больших доз органических удобрений способствует существенному изменению агрономических свойств почв. При этом вносимые в почву органические удобрения влияют не только на содержание в ней основных элементов питания, но воздействуют на структуру и водно-физические параметры почвы, содержание микроэлементов и тяжёлых металлов и другие почвенные характеристики (Титова В.И. и др., 2003). В связи с чем возникает необходимость в исследовании основных характеристик почв территории, на которой предполагается строительство нового животноводческого комплекса и, непосредственно, утилизация органических отходов, а также анализ органических удобрений по показателям, которые подлежат контролю и сравнению с требования нормативных документов. 

           Отбор проб почв проводится в соответствии с ГОСТом 28168:

1) Территорию, предназначенную  для обследования, разбивают на  элементарные участки в соответствии  с сеткой элементарных участков.

2)  Форма элементарного  участка приближена к прямоугольной с отношением сторон не более 1:2. Размер участка – 2 га. Каждому участку присваивается порядковый номер.

3)   На картографической  основе в пределах каждого  элементарного участка прокладывают  маршрутный ход, определяют расстояние  между точечными пробами.

4)    Точечные  пробы отбирают буром.

5)  Точечные  пробы не допускается отбирать  вблизи дорог, куч органических  удобрений, мелиорантов, на участках, резко отличающихся лучшим или  худшим состоянием растений.

6)  В пределах  каждого элементарного участка точечные пробы отбирают равномерно по маршрутному ходу через равные интервалы.

7)  На пахотных  почвах точечные пробы отбирают  на глубину  пахотного слоя, на сенокосах и пастбищах –  на глубину гумусо-аккумулятивного  горизонта.

8)  В зависимости  от пестроты агрохимических показателей почв каждую пробу составляют из 20-40 точечных.

9)  Из точечных  проб, отобранных с элементарного  участка, составляют объединённую  пробу, массой не менее 400 г.

10) Отобранные  объединённые пробы вместе с  этикеткой помещают в мешочек или коробки с этикеткой, на которой указывают наименование организации, проводящей обследование, хозяйство, номер пробы, дату и т.д.

Отобранные  в течение дня пробы подсушивают  в раскрытых мешочках в сухом  проветриваемом помещении.