Н. ЛИННИК, М. МЕЛЬНИЧУК, Г. ГОЛУБ, Національний аграрний університет України
На сучасному етапі розвитку агропромислового виробництва виникають проблеми з вирощуванням високоякісної і екологічно безпечної продукції без використання синтетичних речовин при одночасному збереженні родючості грунтів. Адже надмірне застосування мінеральних добрив, пестицидів, стимуляторів росту, а також різке зменшення поголів'я тварин послужили причиною значного дефіциту гною, втрати агрономічних цінних властивостей ґрунту. За даними статистики, за останні 15 років кількість удобрених площ скоротилося втричі, внесення поживних речовин зменшилася з 141 кг / га до 29 кг / га, а кількість внесених органічних добрив скоротилося в 17 разів і становить 0,8 т / га. У той же час питома вага зернових у структурі посівних площ зростає. Ці фактори, а також високі витрати на транспортування соломи з полів спонукають до необхідності залишення на полях соломи з добавкою мінерального азоту. Такий спосіб компенсації органічної сировини в грунті є найбільш дешевим, проте биоконверсия соломи в природних умовах за рахунок ґрунтової мікрофлори проходить в низькотемпературних умовах і часто без достатнього зволоження, що зменшує інтенсивність цього процесу. Крім того, при залишенні на поле соломи необхідно вносити гербіциди. Оскільки інтенсивність виробництва зернових культур в сівозмінах може досягати 70%, то основою поповнення запасів гумусообразующіх речовин в грунті повинна бути солома. Як побічний продукт зернового поля вона може бути цінним добривом в суміші з пташиним послідом, утилізація якого є проблемою. Як основа поповнення запасів гумусу в грунті солома містить всі складові для його освіти, крім азотистих речовин. Однак, незважаючи на наявність сировини, виробництво органічних добрив завжди було відірвано від кінцевих продуктів рослинництва і тваринництва і постійно вимагало створення і удосконалення відповідних засобів механізації.
Останнім часом не спостерігається тенденцій до поліпшення структури сівозмін, збільшення поголів'я худоби і птиці. У неврожайні роки зменшується вихід соломи. В таких умовах необхідно раціонально використовувати наявні ресурси органічної сировини для поповнення гумусообразующіх речовин в грунті.
Спеціалізація сільськогосподарського виробництва, як показав досвід, не дивлячись на зниження собівартості продукції, призводить до забруднення навколишнього середовища органічними речовинами, порушення малого кругообігу органічної сировини в агроценозах, погіршення екологічної безпеки виробленої продукції через широкого використання мінеральних добрив, гербіцидів, стимуляторів росту, збільшення інтенсивності обробки земель і зниження прибутковості через перевиробництво продукції. З іншого боку - диверсифікація (багатопрофільність) виробництва забезпечує можливість використання продукції рослинництва для виробництва кормів, а органічна сировина тваринництва і птахівництва (гній, послід) в поєднанні з соломою дають можливість організувати виробництво компостів, субстратів і їстівних грибів, що є істотним чинником збільшення виробництва продукції та відтворення родючості ґрунтів. Щорічний дефіцит палива для виконання основних польових робіт змушує зосередити зусилля на розробці методів і технічних засобів для забезпечення енергоавтономності сільськогосподарського виробництва. Виробнича і енергетична диверсифікація забезпечують зайнятість сільського населення, зокрема в зимовий період, що в сучасних умовах є суттєвим фактором соціально-економічної політики.
Часто виробнича діяльність людини в агроценозах порушує принцип повернення в грунт органічної речовини та елементів живлення рослин, чим порушується малий біологічний кругообіг речовини і енергії, а тому останні тенденції в системі землеробства спрямовані на залишення на полі соломи і збільшення використання органічних добрив.
Головними завданнями в сільському господарстві є:
виробництво якісних і безпечних продуктів харчування в достатній кількості;
підтримка і поліпшення родючості грунтів;
збереження якості водних ресурсів;
максимально можливе використання поновлюваних ресурсів і енергії;
гармонійний баланс між рослинництвом і тваринництвом;
мінімізація всіх форм забруднення;
використання в біологічних циклах, крім рослин і тварин, мікроорганізмів, флори і фауни ґрунтів.
Цих цілей можна досягти лише впровадженням диверсифікованого виробництва сільськогосподарської продукції, технологічних процесів і технічних засобів для біоенергоконверсіі органічної сировини в агроценозах.
Нарощування темпів виробництва компостів на основі гною, посліду і соломи може бути реалізовано шляхом проведення спонтанної ферментації в буртах на відкритих або накритих майданчиках, контрольованої ферментації в закритих камерах і реакторах. Існують способи виробництва компосту, які об'єднують спонтанну ферментацію в буртах на відкритих або накритих майданчиках, а також контрольовану ферментацію в закритих камерах, причому спонтанна ферментація в буртах може передувати контрольованої ферментації в закритих камерах або виконуватися після неї. Ряд способів виробництва компосту займають проміжне положення між ферментацією в буртах і закритих камерах і виконуються в аерованих каналах або напівзакритих камерах. Для недопущення утворення анаеробного ядра спонтанну ферментацію в буртах іноді супроводжують продувкою повітря через бурт за допомогою повітряних каналів, які мають у своєму розпорядженні під буртами. Для виробництва компосту з високим рівнем механізації використовуються барабанні, тунельні і баштові реактори. Такий спосіб дозволяє налагодити безперервний процес виробництва компосту, але він є найбільш енергоємним і вимагає значних капіталовкладень. Останнім часом контрольована ферментація в закритих камерах почала використовуватися при виробництві компостів із заданими властивостями. Прикладом цього є виробництво селективних субстратів для грибівництва та знезараження гною при епізоотичних ситуаціях.
Традиційний і найбільш поширений спосіб виробництва компосту - спонтанна ферментація в буртах. Будучи найменш енергоємним, він може бути реалізований на базі енергетичних і технологічних засобів загального призначення, наявних в сільськогосподарських підприємствах. Крім того, спонтанна ферментація в буртах із зменшеними термінами або в купах є, як правило, початковою стадією контрольованої ферментації в закритих камерах і реакторах. Таким чином, виробництво компосту на основі пташиного посліду та соломи методом спонтанної ферментації в буртах на відкритих майданчиках найбільш доцільно для використання в сучасних умовах.
Кінцева мета компостування - розкласти органічні речовини з одночасним синтезом біомаси мікроорганізмів, який забезпечує збереження азотистих речовин завдяки їх переходу з аміачної і нітратної форм в білкову, отримати однорідний за структурою і якістю компост, звільнити компоненти компосту від насіння бур'янів, окремих мікроорганізмів і шкідників, збагатити компост мінеральними поживними речовинами, відсутніми в вихідному органічному сировину. Під час компостування в суміші спонтанно виникає мікробіологічна ферментація за рахунок діяльності бактерій, які розмножуються при температурі менше 20 0С, мезофільних мікроорганізмів, температурний режим життєдіяльності яких знаходиться в межах 20-30 0С, і термофільних актиноміцетів, які найбільш активно розвиваються при температурах 40-55 0С. Температура в бурти досягає також значень, коли мікроорганізми гинуть, а в компості створюються умови для протікання біохімічних реакцій, під час яких проходить карамелі-зація органічної речовини. Для активного розвитку мікроорганізмів, які обумовлюють проходження спонтанної ферментації, вміст загального азоту в розрахунку на суху речовину суміші вихідних компонентів має становити 1,6-2,4%, а співвідношення вуглецю та азоту - від 15 до 25. Мікроорганізми минерализуют вуглецеві органічні сполуки і використовують їх як джерело енергії для засвоєння азотистих і інших речовин. Під час компостування зменшується кількість розчинних форм азоту і одночасно збільшується кількість білкового азоту, який входить до складу біомаси мікроорганізмів. Солома при компостуванні втрачає свій блиск і покривається аморфним шаром, що складається із загиблих тел мікроорганізмів і продуктів їх життєдіяльності. Це аморфна речовина разом з лігніном соломи освітньої лігніно-гумусний комплекс, збагачений азотом. У процесі мінералізації в грунті при вирощуванні польових культур лігніно-гумусний комплекс є основним джерелом поживних речовин. Компостування необхідно припинити в той момент, коли компост найбільш збагачений поживними білковими речовинами, інакше подальша ферментація призведе до повної мінералізації органічної речовини з отриманням перегною. Вихід компосту з 1 т соломи становить близько 4 т.
На початку виробництва визначають необхідні обсяги компосту, проводять підбір і агрохімічний аналіз компонентів і розраховують його рецептуру. Виробництво компосту здійснюють відповідно до технологічного регламенту, починаючи з зволоження соломи, яка завантажується в гноєрозкидач ПРТ-7 з надставними бортами і розкидається в зоні замочування і гідролізу соломи. Для цього необхідно від 3 до 4 т води на 1 т соломи. Після зволоження соломи вода відводиться в водозбірник і надалі знову подається на зволоження. Відносна вологість соломи повинна становити 75-80%. Після досягнення соломою нормативної вологості на її поверхню за допомогою гною ПРТ-7 вносять пташиний послід вологістю від 30 до 40% (800-1000 кг на 1 т сухої соломи) і мінеральні добавки. Отриману суміш за допомогою бульдозера підгортають, а потім маніпулятором, пристосованим для захоплення соломистого матеріалів, укладають в високу купу для ферментації (рис. 2). У цій купі суміш витримують від 3 до 6 діб в залежності від пори року. За цей час суміш розігрівається до температури 70-80 0С, солома набуває блискучого коричневий колір. Після завершення процесу гідролізу суміш піддають спонтанної ферментації в буртах. Ширина буртів від 1,5 до 2,0 м, висота від 1,6 до 2,0 м. Формування буртів проводять за допомогою приставки ФБК-20 до Гноєрозкидачі ПРТ-7. При цьому суміш із зони гідролізу за допомогою маніпулятора завантажують в кузов Гноєрозкидачі, який транспортує її в зону розміщення буртів, де розвантажує, поступово переходячи і формуючи бурт. Під час розвантаження компост активно розпушується і аерується робочими органами приставки ПРК-20 до Гноєрозкидачі ПРТ-7. За рахунок діяльності термофільних бактерій і проходження біохімічних реакцій температура в буртах підвищується до 60-80 0С.
Процес спонтанної ферментації компосту включає проведення трьох спушень бурту, під час яких, при необхідності, додають воду. Термін спушень визначають по початку зниження температури в бурти. За рахунок розпушування ліквідується ущільнення компосту, вирівнюється вміст вологи за обсягом, досягається насичення компосту киснем і активізація діяльності мікрофлори. На 5-й день після формування бурту проводять перше розпушування (перемішування), під час якого в бурт вносять гіпс і виробляють додаткове зволоження маси. Новоутворений бурт розміщують паралельно початкового буртом на відстані, достатньому для проїзду Гноєрозкидачі і роботи маніпулятора. Друге розпушування проводять на 8-й день. При цьому вдруге розпушений бурт розміщують паралельно початкового і на відповідній відстані від нього або на місцезнаходження першого бурту. На 11-й день після формування і проведення двох спушень компост завантажується маніпулятором в гноєрозкидач і транспортується до місця подальшого використання, де під час розвантаження додатково розпушується без використання приставки для формування буртів ФБК-20. При формуванні буртов контролюють їх геометричні розміри - висоту і ширину. Температуру в купі і буртах контролюють за допомогою термометрів протягом усього процесу ферментації. Зниження температури в бурти є сигналом для здійснення чергового розпушування або готовності компосту.
Готовий компост має темно - коричневий колір і місцями пронизаний білими нитками термофільних актиноміцетів. Структура його пухка і грудкувата. Оптимальна вологість компосту від 70 до 74%, вміст аміаку від 0,3 до 0,6%.
Компост після спонтанної ферментації зберігають в ущільненому стані на краю поля в буртах масою не менше 100 т до подальшого використання в рослинництві або піддають контрольованої ферментації при виробництві субстрату для грибівництва.
Виробництво компосту на відкритих майданчиках проводять при температурі зовнішнього повітря не нижче мінус 5 0С. При більш низьких температурах зовнішнього повітря в буртах важко створити умови для розвитку термофільних мікроорганізмів. Схема виконання основних технологічних операцій з виробництва компосту приведена на рис. 3.
Перший варіант виробництва компосту передбачає використання маніпулятора-навантажувача МПБ-Ф-0,5, а другий - навантажувача ПЕ-Ф-0,5. Агрегат для виробництва компосту в буртах, який використовується згідно з першим варіантом, приведений на рис. 4.
Цикл виробництва компосту становить 18 діб. Майданчик для виробництва компосту повинна розміщуватися біля птахоферми або поблизу полів сівозміни на відстані не менше 500 м від житлової зони і мати нахил від 10 до 30 °. Безпосередньо біля майданчика повинен знаходитися склад соломи з річним запасом. Майданчик виробництва компосту повинна мати водозбірник, зону замочування соломи, яка виконується з поглибленням для утримання води, зону ферментації компосту, під'їзду і розвороту машин і стоянки машин. Кількість працівників, зайнятих на майданчику виробництва субстрату: двоє людей, включаючи тракториста, за варіантом 1 і три людини - за варіантом 2.
Економічна ефективність виробництва компосту досягається за рахунок збільшення врожайності культур сівозміни, зменшення кількості мінеральних добрив, поліпшення якості продукції, зменшення забруднення навколишнього середовища, підвищення надійності і довговічності машин для внесення органічних добрив, ліквідації надходження в грунт нетехнологических включень. Надлишкова частина компосту може бути реалізована іншим господарствам або використана у виробництві субстратів для вирощування печериць, виробництво яких значно покращує фінансові показники господарства. При цьому відпрацьований субстрат є також цінним органічним добривом для використання в рослинництві.
На підставі існуючих закономірностей і результатів досліджень розроблено структурну схему диверсифікованого виробництва продукції з біоенергоконверсіей органічної сировини для шестіпольного сівозміни загальною площею 300 га. Біоенергоконверсія органічної сировини агроценозів передбачала його трансформацію від початкового стану до ґрунтової гумусу з виробництвом біогазу та печериць (рис. 5).
Можлівість проведення біоенергоконверсіі органічної сировини в штучних условиях з Отримання товарної продукції - компостів, субстратів, їстівніх грібів и біогумусу спріяла збільшенню інвестіцій в переробку соломи, лушпіння соняшника та пташиного посліду. Вініклі підприємства Із закупівлі та переробці соломи в субстрати для вирощування грібів, но, чи не маючі Власний сільськогосподарських угідь, субстрат после вирощування грібів реалізують в приватному секторі, чем відволікають органічна сировина з кругообігу и зменшуються стійкість землеробства. Досягті необхідного співвідношення вуглецю и азоту Шляхом Зміни дозуюч соломи на підстілку можливо для гною Великої рогатої худоби и свиней. Що стосується пташиного посліду, сделать це при існуючіх технологіях Утримання практично Неможливо. Тому одним з варіантів виробництва органічних добрив з пташиного посліду, в тому числі подстилочного, є його компостування в суміші з соломою.
Для проведення біоенергоконверсіі органічної сировини в штучних умовах необхідно облаштовувати в сільськогосподарських підприємствах площадки для виробництва компосту на основі соломи, особливо для господарств зерно-птахівничого і зерно-свинарського напрямків. Під час компостування органічної сировини в оптимальних штучно створених умовах солома і послід набувають форми, необхідні для подальшого перетворення грунтовими мікроорганізмами. За рахунок біохімічних реакцій і нагрівання до температури 50-70 0С відбувається знезараження патогенної мікрофлори і інактивація насіння бур'янів. Частина виробленого в господарстві компосту може бути використана для подальшої обробки в закритих ферментацій камерах з отриманням субстрату для вирощування їстівних грибів. При цьому забезпечується максимальне розкладання органічної сировини в штучних умовах в короткі терміни з отриманням стабільного продукту - первинного гумусу. Відпрацьований субстрат після вирощування грибів є високоякісне органічне добриво і може бути використаний в технологіях вермікомпостірованія або внесений на поля.
Така форма організації виробництва дозволяє направляти на виробництво субстрату до 70% компосту і виробляти від 380 до 400 т їстівних грибів при збереженні балансу гумусу в сівозміні. Однак вихід на такі обсяги вимагає значних капіталовкладень, а тому доцільно поступово нарощувати виробництво шляхом переобладнання пристосованих приміщень під культиваційні для вирощування їстівних грибів. Так, переобладнання одного корівника під п'ять культиваційних приміщень дозволяє отримувати близько 100 т їстівних грибів в рік. При цьому лише 18% компосту повинна бути спрямована на виробництво субстрату для вирощування їстівних грибів. При виході не зернової частини врожаю від 3,5 до 3,7 т / га вихід компосту вологістю 72% становитиме від 13 до 14 т / га. Якщо 18% компосту направити на виробництво субстрату для вирощування їстівних грибів, то ресурси органічних добрив становитимуть: компост - близько 11 т / га, відпрацьований субстрат - від 1,0 до 1,5 т / га. На підставі органічних ресурсів сівозміни та з урахуванням збільшення виробництва грибів на 10% при використанні збродженого посліду можна отримати додатково білкової продукції у вигляді їстівних грибів близько 360 кг / га. Зброджування пташиного посліду протягом 10 діб вимагає облаштування метантенка об'ємом 91 м3, що забезпечить річне виробництво біогазу в кількості 62 тис. М3, а використання когенераційної установки, яка працює на біогазі, дозволяє отримати 26% електроенергії та 66% теплової енергії від загальної енергетичної цінності біогазу.
Отримана електроенергія може бути використана для роботи біогазової установки та інших потреб, що забезпечить часткову енергетичну автономність сільськогосподарського підприємства. Теплова енергія у вигляді нагрітої води може бути використана для опалення та гарячого водопостачання в холодний період року, а влітку - в процесах сушіння, для поливу та інших цілей. Розрахунки показали, що економічна ефективність біогазової установки визначається збільшенням врожайності грибів за рахунок підвищення якості субстрату, отриманого з збродженого посліду. Зростання врожайності грибів за рахунок підвищення якості субстрату, отриманого з збродженого посліду, на сьогодні є єдиною можливістю отримати швидку окупність біогазових установок, які застосовуються в сільськогосподарському виробництві.
Відведення одного з полів сівозміни під вирощування ріпаку дозволяє отримати близько 32 т палива, а оскільки ріпак чудовий медонос - ще і близько 5 т меду. У розрахунку на один гектар виробництво палива становитиме від 100 до 110 л, що приблизно відповідає нормам витрат палива на виробництво рослинної продукції.
Економічна ефективність використання біоененергоконвер-сі органічної сировини агроценозів з виробництвом біогазу, печериць і біопалива визначалася шляхом розрахунку питомої прибутку - відношення річного прибутку до загальної площі сівозміни. Для запропонованого диверсифікованого виробництва питома прибуток становить 1800 грн. / Га. Розподіл прибутку за галузями виробництва наведено на рис. 6.
Крім технологічних процесів виробництва рослинної продукції, меду та продукції птахівництва, які повинні здійснюватися на органічній основі, для реалізації даної схеми необхідна розробка і використання механізованих технологічних процесів виробництва: компосту на основі соломи та пташиного посліду; субстрату для вирощування печериць; вирощування їстівних грибів з використанням пристосованих приміщень; метанового зброджування посліду; палива на основі ріпакової олії (ріс.7-11).
Збільшення обсягів і якості органічних добрив неможливо досягти без використання механізованих технологічних процесів їх виробництва. В основу розробки і впровадження нових засобів механізації для біологізації сільськогосподарського виробництва, технічних засобів для екобіотехнологій і біоенергоконверсіі органічної сировини покладено принцип відповідності збільшення рівня механізації ефективності виробництва. В даному випадку критерієм для визначення потрібного набору технологічного устаткування повинна бути прибутковість виробництва. Доцільним ми вважаємо такий рівень механізації, який забезпечує отримання підприємством максимального прибутку.
