1.4 Использование короотходов в сельском хозяйстве

Многолетние исследования показали, что после соответствующей подготовки кора может быть использована в качестве мульчи и почвенного кондиционера, а также как субстрат для растений. Мульчирование поверхности почвы позволяет улучшить условия увлажнения верхнего слоя и выровнять температурный режим почвы в зоне развития корневой системы. Благодаря использованию древесных отходов, богатых органическим веществом, может быть компенсирован дефицит его в почве.

Под воздействием комплекса почвенных микроорганизмов из органического вещества отходов образуется гумус (Гладкова Л.И., 1979).

Кора обладает высоким содержанием органических соединений (85%), половина из которых относится к легкоразлагаемым (Ульянова О.А., 2009), различных питательных веществ и значительным количеством гумусообразующего материала. В коре содержатся: фосфор -- 0,35...0,76%; кальций -- 0,93%; калий -- 0,37%; в небольших количествах азот, а также целый ряд микроэлементов. В коре содержится большое количество плесневых грибов и денитрофицирующих бактерий. Корокомпосты обеспечивают накопление гумуса на 15-20% больше, чем обычный навоз (Ягодин Б.А., 2003). В тоже время для коры характерно неблагоприятное соотношение углерода и азота (С:N = 150:1), что затрудняет микробиологические окислительные процессы.

Рациональным использованием древесных отходов в неограниченном количестве является получение из них органоминеральных удобрений и производство углеводистых кормов для животноводства. Эти направления утилизации коры в 70-80 гг. XX века были хорошо изучены и доведены до промышленного производства.

Органическое вещество коры при разложении в почве стимулирует ее биологическую активность, так как в процессе минерализации выделяется углекислый газ, улучшающий углеродное питание растений. Целью компостирования древесных отходов является устранение недостатка азота и доведения состава минеральных веществ до оптимального уровня, соответствующего типам почв, на которых будут использоваться. Коровые компосты являются естественными, органическими удобрениями, так как кора содержит много лигнина и имеет большой гумусовый потенциал. Компостированная кора представляет собой органический материал, содержащий все питательные вещества, необходимые для роста растений. Высокая ионообменная способность коры обеспечивает медленное высвобождение питательных веществ.

Кора отличается высокой пористостью, воздухо- и водопроницаемостью. Преимущество субстратов из коры состоит в том, что они обладают благоприятными для выращивания растений водно-физическими свойствами: низкой объемной массой - 0,16-0,28 г/см³, высокой общей порозностью- 86-90% и скважностью аэрации - 42-50%. Капиллярная влагоемкость составляет 50-52% объема субстрата, полная - 68-80% (Лиштван И.И., 2012; Братухин М.Н., 1984).

По сравнению с опилками кора содержит больше минеральных веществ (3-5,5% от общей массы), нужных для развития культурных растений. Кроме того, кора имеет способность фильтровать и адсорбировать вредные для посадок компоненты, приносимые почвенной водой. Хранение коры повышает содержание азота (за 5 лет - почти в 2 раза), понижается кислотность, притом, что количество других полезных компонентов не уменьшается. Кора, пролежавшая в старых отвалах 30-40 лет, имеет еще более высокий потенциал по содержанию органических веществ.

При использовании коры в земледелии в ней необходимо нарушить механические связи между лигнином, целлюлозой и другими соединениями. С этой целью кора измельчается на кусочки размером 1...10 мм. Древесная кора имеет кислую реакцию и содержит вредные для растений вещества (дубильные, фенолы и др.), поэтому ее нельзя использовать в тепличном овощеводстве и цветоводстве без предварительной подготовки. При внесении азота и фосфора (до 1...1,5%) в измельченную кору скорость окисления содержимого клеток увеличивается до нескольких месяцев (в естественных условиях кора разлагается несколько десятков лет).

Подготовку древесной коры к компостированию начинают с дробления до преобладания частиц размером 0,5--1 см. Кору измельчают до состояния так называемого фрезерного торфа, затем смешивают с удобрениями: азотным и фосфорным (на кубометр коры -- 4--4,5 кг мочевины и 2,5 кг простого суперфосфата). С помощью бульдозера массу хорошо перемешивают и закладывают в бурты для созревания.

По размеру бурт должен быть таким, чтобы компост в нем не пересыхал и аккумулировал выделяющееся в массе тепло, но без затруднения газообмена. В наших северных и северо-западных областях, как показала практика, наиболее целесообразны такие размеры бурта: ширина у основания 2--3 м, вверху -- около 0,8 м и высота 1,5 м; длина может быть произвольной.

Гумификация длится два-три месяца. За это время массу два-три раза перелопачивают бульдозером или с помощью экскаватора, что сокращает сроки созревания компоста и улучшает его качество. Полученная таким способом масса наполовину состоит из гумуса и содержит все основные элементы питания для растений в доступной им форме.

Кора хвойных пород более стойка к микробиологическому разложению, чем кора лиственной древесины, и поэтому нуждается в более тонком измельчении и тщательном подборе доз азотосодержащих добавок. На течение процесса компостирования заметное влияние оказывает степень измельчения коры. Слишком крупные частицы коры компостируются медленнее, очень мелкие слипаются в комки и снижают аэрацию бурта, мелко размолотая кора требует больше азота для разложения. В Лесогорске кору измельчали до размеров частиц 3-10 мм при 70%-ной влажности с помощью мельниц. Компостирование проводили в буртах шириной 3 метра и высотой до 1,5 метров. Лучшими источниками азота являются аммонийные формы удобрений, которые создают нейтральную реакцию среды. Оптимальной дозой азота для коры хвойных пород древесины считается 0,8-1% по массе, для лиственных 1,5-2%.

В условиях районов Сибири, приравненных к северу, вносили на один кубометр коры 4,3 кг мочевины (соответствует 1% азота) и 3 кг простого или 1,5 кг двойного суперфосфата и 0,7 калийных удобрений. Кору с влажностью до 75% компостировали в буртах в течение четырёх месяцев.

Для повышения качества компоста и ускорения его созревания еженедельно перемешивали кору, измеряли температуру на глубине 50 см и поддерживали влажность не менее 60%. Начавшийся в бурте микробиологический окислительный процесс разложения коры сопровождается энергичным выделением тепла и идёт успешно при любой температуре наружного воздуха. Однако формировать новые бурты из свежей неразогревшейся коры можно только при температуре не ниже 15°С. Такой компост имеет кислотность равную 5,5 - 6 pH, пористость 80-90%, обладает способностью удерживать до 300 г воды на каждые 100 г сухого вещества. Компост считается готовым, когда содержание азота в 1м³ компоста достигает 300 г. О микробиологических процессах можно судить по изменениям, происходящим в коре при её хранении по соотношению углерод - азот (С:N). Готовую компостируемую массу просеивали с целью удаления неразложившихся остатков. В результате чего получали высококачественный компост, содержащий азот, фосфор, калий, кальций и гумус.

Корокомпост, как и торф, является хорошим гумусообразователем. Причем в корокомпосте гумусообразующих веществ на 20% больше, чем в торфе, а наличие в нем большого количества СаО способствует улучшению заплывающих кислых почв. Содержащийся в компосте азот находится в медленно действующей форме, разлагающейся в течение 2-3 лет. Таким образом, приготовленные на его основе удобрения обладают длительным действием. Приготовленный корокомпост использовали в тепличных хозяйствах города для выращивания огурцов.

По другим рекомендациям, на 1 т коры добавляют 5 кг аммиачной селитры, 10 кг фосфатной муки и 2 кг хлористого кальция, вызревание в течение 1,5-4 месяцев. На 1 м³ сухой коры вносят 2 кг извести, 2,5--4 -- мочевины, 1,5 кг двойного суперфосфата.

Смесь хорошо увлажняют и закладывают в бурты произвольной длины, шириной 2--2,5, высотой до 1,5 м и оставляют для компостирования на 3--6 месяцев.

Такой компост разлагается в почве медленно, в течение 5-7 лет, это свидетельствует о большом экономическом эффекте.

Для оптимизации протекания микробиологических превращений целлюлозосодержащих материалов целесообразно внесение полного минерального комплекса, в том числе азота, в виде аммиачной воды и карбамида. Подобный эффект достигается и при использовании отходов животноводства, чему способствует близкое территориальное расположение лесохимических цехов с животноводческими хозяйствами (Бузмаков В.В., 2008). Описан способ получения органического удобрения из древесной коры, состоящий в том, что древесную кору измельчают до 3-10 мм, смешивают с азотсодержащими жидкими органическими отходами целлюлозно-бумажного производства, увеличивают влажность смеси до 70% и выдерживают смесь до завершения биологических процессов. При этом в качестве азотсодержащих жидких органических отходов используют лигносульфонат в количестве 10-20% от массы коры.

Существует способ компостирования коры с применением принудительного вентилирования со сброженным и отфильтрованным осадком сточных вод, при этом не мешает городской мусор и другие отходы. При этом из 50 т компостируемой массы получают 20 т компоста, содержащего 1,6% азота, 1% фосфора и до 0,16% калия. Установка производительностью 50 т/день фильтрованного осадка, содержащего в среднем 25% твердых веществ, может утилизировать бытовые стоки города с населением 200-400 тыс. человек.

При производстве компостов широко используются интенсификаторы процесса (активаторные добавки, аэраторы - «Байкал - ЭМ», «Тамир» и т. д.), позволяющие сократить цикл готовности компоста с 3-4 месяцев до 3-4 недель и избежать гниения (Витковская С.Е., 2002).

В этом случае компостирование древесных отходов (опилки, кора) может производиться при помощи эффективных микроорганизмов (ЭМ), известных в мире как «ЕМ» (effective microorganisms) (Пальчунов П.П., 1990). Опытом использования коры для приготовления удобрений располагают в объединении «Кировмебель», Красноярском ЛПК, на Костромском фанкомбинате.

В Кировской области кору хвойных пород используют как удобрение, предварительно выдерживая в буртах не менее 6--10 месяцев, с добавлением аммиачной селитры, хлористого калия и фосфоритной муки в соотношении 2,5: 1: 5 в количестве 17 кг на 1 т измельченной коры. На мебельной фирме «Кировмебель» создана промышленная установка по производству удобрений из коры с суточной производительностью до 70 т. Бурты для компостирования делают объемом 2--3 тыс. м3. В Кировской области в 1974 г. вывезено на поля более 10 тыс. т удобрений из коры.

Полуразложившуюся древесную кору из отвалов предприятий можно использовать без компостирования, предварительно измельчив, повысив ее кислотность и внеся минеральные удобрения.

Ценность коровых субстратов заметно возрастает с продолжительностью хранения древесных отходов или после гидротермообработки. Благодаря протеканию микробиологических и биохимических процессов органическая масса превращается в гумусовый ил. По биогенности этот продукт практически одинаков с плодороднейшими почвами и содержит сообщества микроорганизмов, способных к глубокой трансформации трудногидролизуемых компонентов.

Положительным свойством образующихся в обоих случаях продуктов является снижение их кислотности. Оно происходит в связи с вымыванием и деструкцией кислотных соединений растительного материала (Добровольский Г.В., 2000).

Процессы, происходящие в коре, хранящейся в отвалах, аналогичны процессам в свежей коре при компостировании в буртах с добавлением азота, только эти процессы в отвалах идут значительно медленнее. Соотношение

С:N в зрелом компосте - 68, в свежей коре - 140, взятой с отвалов - около - 70. По данным соотношений С:N, кору с отвалов можно считать недозрелым коровым компостом и, после соответствующей подготовки можно использовать в качестве грунта. Чем дольше кора пролежала в отвалах, тем меньше требуется азота для достижения рекомендуемого соотношения С:N (Нифантьева Г.Г., 1993).

В патенте описано получение коробиогумуса естественной формации. Его образование авторы объясняют следующим образом. Части коры - луб и корка с разной скоростью разлагаются вначале микроорганизмами (грибами и бактериями), а затем червями. В первую очередь разлагается луб, а корка от гниения защищена суберином. На свалках при длительном хранении коры (более 3-х лет) луб разлагается полностью и перерабатывается дождевыми червями в копролиты размером до 3 мм. Под действием атмосферных осадков (дождей и талой воды) происходит их вымывание в нижние слои. При хранении коры нижние слои уплотняются, процесс гниения становится анаэробным, что приводит к образованию метана. Жизнедеятельность микроорганизмов замедляется, а черви уходят. В результате вторая часть коры - корка остается негумифицированной и разлагается на свалках десятки лет. Поэтому кору длительного срока хранения (более 5 лет) подвергают аэрации и просеиванию на ситах с отверстиями, линейный размер которых не более 3 мм. Это освобождает продукты жизнедеятельности микроорганизмов и червей от вредных газов и неразложившихся частиц коры.

Оставшуюся мелкую фракцию - коробиогумус естественной формации используют как готовое органическое удобрение.

Из процесса компостирования сразу же исключается около 50% объемов коры длительного хранения в виде готового удобрения, причем более высокого качества, так как копролиты червей наиболее богаты гумусом и биологически активны. Количество коробиогумуса, содержащегося в отвалах коры двух предприятий г. Архангельска, оценено по массе фракций с размером частиц менее 3 мм и составляет 47,25 и 49,74%, соответственно.

По данным ООО «КВЦ «Возобновляемые ресурсы», гумус из коры деревьев хвойных пород содержит: - 0,56% общего азота, - 0,54% общего фосфора, - 0,36% общего калия, рН = 5,35. Он продается ими по цене 555 гривен за тонну.

Рекомендованы для производства субстраты из компостированной коры хвойных пород (ель, сосна) для выращивания овощей, ягод, цветов в защищенном грунте. Такие субстраты увеличивают урожай и снижают затраты труда. В Германии дробленую кору в объеме 50% вносят в смесь для выращивания рассады, состоящую из коры и равного объема низинного торфа. К субстрату из коры добавляют 4,2-4,4 кг/м² мочевины, а также фосфорные и калийные удобрения, доводя содержание в нем нитратного азота до 150-250 мг, фосфора (Р₂О₅) -- до 200-300 и калия (К₂О) до 250-500 мг/л субстрата. Плотность смеси 300 кг/м³. Такой субстрат рекомендуют использовать для выращивания овощных культур Основное достоинство компостированной коры -- хорошие тепловые свойства, хотя они и несколько хуже, чем у навоза. Температура субстрата из коры независимо от погоды в течение всей вегетации бывает близка к оптимальной (без резких колебаний). Растения, выращиваемые на древесной коре, меньше поражаются корневыми гнилями.

В США кору, измельченную на куски размером 2,5-10 см, употребляют для мульчирования пешеходных дорожек, троп и т.п. Для мульчирования грядок и цветочных клумб используют кору, раздробленную более мелко (0,6-1,8 см). Отмечается, что мульчирование корой препятствует развитию сорняков.

В Польше, в Институте помологии, сосновую и березовую кору успешно применяли как почвенный кондиционер на супесчаной почве при культуре гладиолусов. В опытах использовали свежую измельченную кору, старую, пролежавшую на свалке более 5 лет, и компостированную в течение 5-6 месяцев с мочевиной (3 кг/м³) и активным илом с целлюлозной фабрики (10-15% по объему). Все три сорта коры в дозе 20 и 40 л/м³ вносили в 15-20-сантиметровый слой почвы. Применение коры улучшало почвенное плодородие. Применение коры в любом виде повышало содержание общего азота, однако внесение свежей коры снижало уровень нитратного азота. Улучшилась структура и порозность почвы. Все три сорта коры стимулировали рост гладиолусов, которые были на 8-12 см выше, чем в контроле, увеличивали длину цветоножки и число деток.

Проведенные в ФГР исследования показали, что кору можно использовать на виноградниках для борьбы с эрозией почвы и увеличения содержания в ней гумуса. Она повышает поглощение микроэлементов, в частности железа, и тем самым препятствует развитию хлороза у винограда. Кроме того нормализует содержание азота при внесении больших доз минеральных удобрений: 1 м³ свежей еловой коры связывает около 0,9 кг N, а 1 м³ сосновой - 0,6 кг N. На виноградниках для мульчирования почвы можно применять свежую измельченную кору (100-300 м³/га) с одновременным внесением N и Р, чистый коровой компост, а также компост из городского мусора или активного ила с корой. Добавка коры к компосту ускоряет его созревание и улучшает качество, так как снижает щелочную реакцию и связывает тяжелые металлы (Гладкова Л.И., 1979).

В Пермском крае опыты по использованию некомпостированной коры и корокомпостов проводили в 80-е годы Коровкин А.С. (Пермский педагогический институт) и Михайлова Л.А, Чунарев М.Л. (Пермский сельскохозяйственный институт).

На дерново-мелкоподзолистой почве опытного поля опытной станции изучали эффекты от внесения свежей коры и полуразложившихся короотходов, взятых на лесопилке. В первом опыте отходы вносили под посев с неглубокой заделкой дисковыми боронами, наблюдали снижение урожая ячменя и других сельскохозяйственных культур. Во втором опыте полуразложившиеся отходы вносили в дозе 60-120 т/га в перепашку пара под рожь. Без внесения удобрений токсическое действие наблюдалось при внесении дозы 120 т/га. Доза азота 60 кг/га в сочетании с фосфором 120 кг/га и калия 120 кг/га (в расчете на действующее вещество) полностью снимала токсическое действие короотходов. Эпизодически наблюдаемые повышения урожаев экономически не оправдывают применения всех изученных доз короотходов на фоне высоких доз азотных удобрений (Коровкин А.С., 1989).

В совхозе «Пермский» Краснокамского района изучали использование компостов из коры, отобранной на комбинате «Красный октябрь», и свиного навоза. Внесение компостов в дозе 100 т/га оказало слабое влияние на плодородие дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы, но улучшило ее водно-физические свойства (Михайлова Л.А., 1989).

В измельченном виде кора хвойных пород годится для мульчирования почвы. Она богата различными питательными веществами и микроэлементами, разлагается быстрее опилок, способствует развитию микроорганизмов и образованию гумуса, хорошо удерживает влагу. Показано, что такая мульча может отгонять колорадского жука. Перед использованием кору для мульчирования предварительно необходимо обработать от насекомых - вредителей. Иногда кору сушат и обрабатывают паром, для декоративных целей - красят и сортируют по размеру. Еловую кору для декоративных целей обычно не используют.

При выращивании огурцов в теплицах древесную кору укладывают на подстилающий грунт слоем 20-25 см. При использовании некомпостированной коры толщину корнеобитаемого слоя с учетом его усадки доводят до 35-40 см. На второй год использования к такому субстрату добавляют 12-15 см некомпостированной или 7-10 см компостированной коры. Существенная особенность коры -- невысокая влагоемкость, что вызывает необходимость строгого контроля за водным режимом при выращивании культур на этом субстрате, а также необходимы подкормки азотом и фосфором в дозах, устанавливаемых на основании результатов агрохимических анализов (http://fermerland.com/usadba/teplichnoe-khozyajstvo.html).

Институтом экологии растений и животных получен патент на способ получения растительно-белкового корма из коры хвойных пород, включающий измельчение сырья, его обработку, разделение на твердую и жидкую фазы и ферментацию, отличающийся тем, что обработку измельченной массы коры осуществляют водой в диспергаторной установке в течение 5-7 мин, а после разделения твердую фазу ферментируют штаммом гриба Pleurotus ostreatus (Fr) Kummer, а затем проводят культивирование в течение 16 дней. Диспергированная кора может быть использована для улучшения плодородия и состава почвы как в теплицах, так и на полях сельскохозяйственных предприятий и в лесных питомниках. В патенте 1997 года планировалось внедрить способ на одном из предприятий Пермской области.