РЕФЕРАТ

Отчет 93 с., 20 таблиц, 32 рисунка, 36 источников, 21 приложение

ЦИФРОВОЕ ОРГАНИЧЕСКОЕ ЗЕМЛЕДЕЛИЕ, ПЕРЕРАБОТКА ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ И СЫРЬЯ, МНОГОКОМПОНЕНТНЫЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ УДОБРЕНИЯ И БИОПРЕПАРАТЫ, БИОЗАЩИТА, КОРНЕВЫЕ ГНИЛИ, СТРУКТУРА УРОЖАЯ, УРОЖАЙНОСТЬ.

Объектом исследований являются полевые культуры, а также препараты биологического происхождения для защиты растений и оптимизации минерального питания в органическом земледелии, для разработки рецептуры и технологии производства препаратов биологического происхождения на основе переработки органических отходов и сырья; определения их влияния на продуктивность сельскохозяйственных культур и плодородие почвы.

Цель исследований – для технологий возделывания сельскохозяйственных культур в рамках цифрового органического земледелия разработать систему применения инновационных многокомпонентных органических удобрений и полифункциональных биопрепаратов, позволяющих осуществлять биологическую защиту полевых культур, обеспечивать бездефицитный баланс элементов минерального питания и органического вещества в почве, получение экологически чистой продукции растениеводства для производства продуктов питания.

Разработаны ассортиментная линейка многокомпонентных органических удобрений на основе наноструктурного диатомита с функциями почвоулучшителя, удобрения и фунгицида, ассортиментная линейка полифункциональных препаратов биологического происхождения с функциями удобрения, фунгицида и бактерицида, которые по своей эффективности в сфере биозащиты культур и влиянию на урожайность не уступают минеральным удобрениям и пестицидам, что делает агрономически эффективным и экономически рентабельным их применение.

ВВЕДЕНИЕ

Одной из важнейших задач современного земледелия является его биологизация и экологизация на основе перехода на адаптивно-ландшафтные системы земледелия и современные агротехнологии в условиях усиливающегося негативного антропогенного влияния на почву и возрастания на этой основе процессов деградации почвенного покрова, процессов эрозии, устойчиво некомпенсированной потери гумуса.

Большой ущерб почвенному покрову наносят интенсивные способы обработки почвы, связанные с многократными проходами по полю тяжелых тракторов и машин. По обобщенным данным научных учреждений Среднего Поволжья, переуплотнение почвы в связи с многократными проходами по полю тяжелых тракторов и сельскохозяйственных машин приводит к снижению урожайности в среднем на 12-30%. По данным Самарской ГСХА (Г. И. Казаков, 1997) плотность пахотного слоя почвы после двух проходов трактора ДТ-75 увеличилась на 3%, трактора К-700 – на 6%, а после четырех проходов соответственно – на 9 и 18%. Проведенные массовые обследования земель в ЦЧО, Поволжье и других регионах России показали, что за последние 100 лет черноземы России потеряли около одной трети общих запасов гумуса. Особенно активизировалась минерализация гумуса в последнее десятилетие [36].

Во многих областях Средневолжского региона ежегодные потери гумуса в пахотном слое составляют от 0,7 до 1 т/га. Практически исчезли тучные черноземы, увеличилась доля малогумусных почв с содержанием гумуса 4-6%. По данным научно-исследовательских и проектных учреждений региона (ФГБУ САС «Самарская», ФГБНУ «Самарский НИИСХ», АО ВолгоНИИгипрозем и др.) за последние годы в Самарской области наблюдается сокращение площади тучных и среднегумусных чернозёмов, увеличение площадей с малым и слабым содержанием гумуса почв (на 10%). Потери гумуса в пахотном слое в среднем по области составляют 0,7 т/га в год, а по отдельным районам – более 1 т/га, снизилась обеспеченность подвижным азотом и фосфором [36].

Устойчиво некомпенсируемая минерализация гумуса с потерей его до уровня ниже пороговых значений снижает эффективность
применения удобрений, приводит к ухудшению агрофизических свойств почвы, уменьшает потенциальное и эффективное плодородие почв. Интенсивное сельскохозяйственное использование черноземов привело к крупным изменениям агрохимических свойств почвы, снижению интенсивности гумусообразования.

Основным направлением по устранению указанных недостатков современного земледелия является его биологизация, переход его ведения на принципы адаптивной интенсификации. В связи с этим возникла задача в необходимости разработки систем сохранения, воспроизводства и повышения почвенного плодородия, которые должны стать основой для формирования высоких урожаев сельскохозяйственных культур в складывающихся новых условиях возделывания их при разном уровне интенсивности использования пашни, при широком применении, вместо высоких доз органических и минеральных удобрений, более экономически выгодных и менее затратных технологий.

Большинство растениеводческих регионов нашей страны находится в зоне рискованного земледелия, где влага – главный лимитирующий фактор. Например, в лесостепи Среднего Заволжья за последние 110 лет наблюдалось 50 засух разной интенсивности и различных типов (45,5 % лет) [1].

Одновременно наблюдается устойчивое нарастание аридности климата и глобальных климатических изменений: дефицит пресной воды, повышение температуры атмосферы (с аномальными значениями в вегетационный период), резкие перепады погоды (с катастрофической неравномерностью выпадения осадков), частые природные катаклизмы и значительные отклонения гидротермических показателей от среднемноголетней нормы [2].

Общее количество опасных метеорологических явлений за последние 20 лет увеличилось примерно в 2 раза. Климат не только сильно теплеет, но и становится гораздо неустойчивее, и ущерб, в основном, связан с аномалиями температур и осадков. Наблюдается устойчивый рост количества природных катастроф — наводнений, ураганов, тепловых волн, града, засух, природных пожаров. Общий нанесенный ими ущерб с 1980-х гг. превышает $5 трлн. Последствия потепления на 5°С к концу XXI века оцениваются как катастрофические, в том числе и для здоровья людей [3, 4, 5].

Озабоченность климатической угрозой от научного сообщества постепенно передается политикам, инвесторам, общественным деятелям и обычным гражданам по всему миру. По состоянию на февраль 2020 г., 189 государств присоединились к Парижскому соглашению, которое нацелено на удержание прироста средней температуры на уровне существенно ниже 2°С, а в идеале не выше 1,5°С, повышение способности адаптации к последствиям изменения климата и переход на низкоуглеродное развитие.

Глобальная климатическая угроза для России даже более актуальна, чем для многих других стран – на территории страны в последние 40 лет потепление климата происходило в 2,5 раза быстрее, чем в среднем по планете (а в российской части Арктики — в 4,5 раза быстрее). Изменение климата в России уже создает угрозу здоровью и жизни людей, провоцирует вынужденную миграцию и угрожает продовольственной безопасности [6, 7].

Основная причина глобальных климатических изменений, по мнению большинства ученых, это антропогенные факторы, и в первую очередь, выбросы парниковых газов (углекислый газ, метан и оксид диазота). Главную долю в парниковых выбросах занимает углекислый газ, чему способствуют уничтожение лесов, естественных угодий, быстрая минерализация органического вещества почвы (снижение содержания гумуса), которая происходит при интенсивном техногенном земледелии.

По данным наблюдений российских метеостанций, среднегодовая температура воздуха в России выросла за последние 100 лет на 1ºС  (что значительно выше, чем в среднем по миру), из них 0,4ºС – только за последнее десятилетие 20 века. 11 из последних 12 лет были самыми жаркими за весь инструментальный период метеонаблюдений [8]. Так, по данным метеорологической станции Саратов ЮВ [9], вследствие нарастания аридности климата за последние 30 лет условия для роста и развития ранних яровых культур в Поволжье существенно ухудшились. Повысилась засушливость основного периода вегетации (май-июль): средняя температура воздуха возросла на 0,8 ⁰С, а сумма осадков уменьшилась на 10 мм.

Следовательно, традиционное техногенное земледелие, принятое в мировом сельском хозяйстве и в России на протяжении последних 30-50 лет, в условиях нарастания аридности климата и глобальных климатических изменений может привести к агроэкологической катастрофе, что создает угрозу продовольственной безопасности, а также угрозу социально — экономической инфраструктуре, которая лежит в основе стабильности ведущих экономик мира, в том числе и России.

Необходимо переводить российскую экономику на низкоуглеродный тип развития — цифровизация, энерго- и ресурсосбережение, возобновляемые источники энергии. Для земледелия России это выражается в необходимости искать новые природоподобные методы и формы земледелия, повышающие выход кормовых и зерновых единиц с единицы площади сельхозугодий при возрастании устойчивости и стабильности агрофитоценозов при максимальном использовании возобновляемой энергии. То есть, будущее земледелия России — это биологизация агротехнологий и переход к цифровому органическому земледелию, которое является наукоемким инновационным пиком развития отечественных систем земледелия.

01.01.2020 года вступил в силу ФЗ №280-ФЗ «Об органической продукции и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», что означает наступление нового этапа в развитии российского земледелия и растениеводства. Органическое земледелие стало нормативно защищенной отраслью АПК РФ, у него появились единый государственный логотип и единый государственный реестр производителей органической продукции [10].

Мировой рынок органической продукции на протяжении последних лет показывает стабильный рост, примерно на 10 — 15% ежегодно. К 2020 г. он оценивается почти в $100 млрд., а к 2024 — в более чем $200 млрд. Объем внутреннего рынка органического продовольствия РФ в 2020 г. может составить $250 млн. Минсельхоз РФ прогнозирует, что к 2024 году такая продукция составит до 15% всего агроэкспорта России [11].

Развитие органического земледелия стимулирует развитие смежных отраслей АПК, таких как производство микробиологических и био-препаратов, органических удобрений, средств биозащиты культур, беспилотных летательных аппаратов (для мониторинга посевов, внесения энтомофагов и так далее) и других видов инновационной продукции. Органические удобрения и биопрепараты, как правило, производятся на основе переработки органических отходов и сырья, что является актуальной государственной задачей в России и в большинстве развитых стран мира.

Органические отходы и сырье — это не только пищевая часть ТБО, но и иловые осадки очистных сооружений, отходы пищевой промышленности, навоз и помет животноводческих комплексов, отходы перерабатывающей промышленности (лесозаготовительная, текстильная и так далее), иловые осадки прудовых хозяйств и водохранилищ (сапропель) и другие.

По разным оценкам, в 2019 году в России совокупный объем органических отходов составил свыше 268 млн. т, при этом утилизации подверглась незначительная часть отходов. Например, наименьший показатель первичной переработки оказался у бытовых пищевых отходов, согласно оценкам, по итогам 2019 года он не превышал 10,2%.

Однако, в абсолютном большинстве случаев дальнейшая переработка любого типа (грануляция, использование микроорганизмов, биореакторы, зоопереработка и так далее) не применяется, и отходы не преобразуются в готовые органические удобрения, биопрепараты, средства биозащиты и другие высокомаржинальные (например, хитин) продукты [12].

В связи с вышеизложенным, научно-исследовательская лаборатория «АгроЭкология» при кафедре «Землеустройство, почвоведение и агрохимия» Самарского ГАУ ведет исследования по научной проблеме «Цифровое органическое земледелие», составной частью которой является разработка многокомпонентных органических удобрений и полифункциональных биопрепаратов на основе утилизации (переработки) органических отходов и сырья. В рамках научной проблемы «Цифровое органическое земледелие» кафедра «Землеустройство, почвоведение и агрохимия» Самарского ГАУ проводит исследования по федеральному гранту «Разработка препаратов биологического происхождения для защиты растений и оптимизации минерального питания в органическом земледелии» (регистрационный номер: АААА-А20-120052090022-7), выделенному на 2020 г.

Цель исследований – для технологий возделывания сельскохозяйственных культур в рамках цифрового органического земледелия разработать систему применения инновационных многокомпонентных органических удобрений и полифункциональных биопрепаратов, позволяющих осуществлять биологическую защиту полевых культур, обеспечивать бездефицитный баланс элементов минерального питания и органического вещества в почве, получение экологически чистой продукции растениеводства для производства продуктов питания.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Цифровое органическое земледелие — составная часть декарбонизации энергетики и экономики России

Установленная научным сообществом причина повышения температуры Земли (с вероятностью до 99,9999%) — усиление парникового эффекта земной атмосферы. Основные парниковые газы: водяной пар (H₂ O), углекислый газ (CO₂), метан (CH₄), озон (О₃) и закись азота (N₂ O).

Второй по значимости парниковый газ — СО₂. Его концентрация на несколько порядков превышает концентрацию других газов (кроме водяного пара), а время жизни в атмосфере — несколько столетий (для сравнения — водяной пар «живет» в атмосфере не более 10 дней). Рост концентрации углекислого газа приводит к увеличению плотности и влагоемкости воздуха, увеличивая содержание водяного пара (и тем самым дополнительно усиливая парниковый эффект). Углекислый газ имеет свойство эффективного равномерного перемешивания в атмосфере – поэтому парниковый эффект действует почти однородно по всей планете. Концентрация СО₂ с середины XX века выросла с 310 до 416 ppm (на февраль 2020 г.).

Концентрация метана также устойчиво растет – с 1985 г. рост составил около 14% (до 1875 частей на миллиард в 2019). Источники антропогенных эмиссий метана (примерно 60% от общих эмиссий) – сельское хозяйство, использование ископаемого топлива (в том числе добыча, транспортировка и сжигание), мусорные полигоны, сточные воды. Естественные источники –заболоченные территории, озера, океан, дикие животные, термиты, природные пожары, вечная мерзлота и так далее [13, 14].

Причины роста концентрации парниковых газов разделяют на естественные (вулканические извержения, лесные пожары, дыхание живых организмов, гниение биомассы и др.) и антропогенные (выбросы при сжигании ископаемого топлива, промышленное производство, высвобождаемые из запасов углерода в древесине при вырубке лесов, а также уменьшение поглощения СО₂ из-за сокращения площади лесов и пр.). Антропогенные выбросы парниковых газов выросли с 1950 г. в 3,4 раза, что происходило на фоне глобального экономического роста – численность населения возросла примерно в 3 раза, мировая экономика – в 18 раз, потребление энергии – в 5 раз, потребление природных ресурсов – в 10 раз. Основной рост выбросов пришелся на СО₂, СН₄ и N₂O; в первую очередь — это выбросы СО₂ в энергетическом секторе, выросшие в 4,4 раза с 1950 г.

Обычно естественные источники СО₂ находятся в равновесии с его естественными «поглотителями» и резервуарами — океанами, растениями, болотами – в рамках так называемого «углеродного цикла». Дополнительные антропогенные выбросы нарушают этот баланс. На антропогенные источники приходится чуть более 10% от суммарных объемов выбросов СО₂, циркулирующих в атмосфере. Около половины этих антропогенных эмиссий СО₂ поглощается океаном и наземными экосистемами, но вторая половина СО₂ попадает в атмосферу – и этого небольшого «вклада» хватает для накапливания СО₂ [15, 16, 17].

Таким образом, наблюдаемое глобальное изменение климата происходит из-за роста концентрации СО₂ в атмосфере и определяется, в первую очередь, антропогенными причинами. Эта причинно-следственная связь – предмет почти полного консенсуса ученых-климатологов по всему миру: целый ряд обзоров последних лет, основанных на анализе десятков тысяч научных публикаций в реферируемых журналах, демонстрирует согласие 97-100% ученых с этим утверждением.

Согласно данным Росгидромета, на территории России в последние 40 лет потепление климата происходило быстрее и масштабнее, чем в среднем по планете – со скоростью роста температуры около 0,47 ℃ за 10 лет (на фоне среднемирового показателя 0,18 ℃ за 10 лет). В российской части Арктики скорость потепления еще больше — 0,8°С за 10 лет (температура воздуха в 2019 г. оказалась выше нормы в среднем на 2,5°C). 2019 г. стал самым теплым в истории метеонаблюдений в России – среднегодовая температура превысила норму в любой точке страны. Аномалии среднегодовой температуры воздуха в 2019 г. в некоторых арктических регионах они достигали +4 ℃. В 2019 г. зафиксированы очередные максимумы концентрации СО₂ в северных широтах (арктические станции Териберка, Новый порт, Тикси) – 414 ppm в среднем за год. На станции Обнинск средней полосы России показания приближаются уже к 430 ppm.

Прогнозы дальнейшего роста температуры показывают, что в России потепление будет идти интенсивнее, чем в среднем по миру. Наибольший рост приземной температуры ожидается зимой, причем он усиливается к северу, достигая максимальных значений в Арктике. К середине XXI в. летняя температура возрастет по отношению к концу XX в. на 2–3°С или на 3–4°С. В течение XXI века ожидается рост осадков (особенно зимой) с увеличением их «резкости» и пиковой интенсивности — сильных паводков и наводнений, штормовых ветров, колебаний погоды в виде череды холодных и теплых периодов [18, 19, 20] (рис. 1).

Рис. 1 Количество неблагоприятных гидрометеорологических явлений в России

Возникают риски из-за учащения засух и опустынивания земель в основных земледельческих районах России – таких, как Ставропольский край или Ростовская область. К середине XXI в. биоклиматический потенциал в России может вырасти на 5-15%, при этом снижение продуктивности зерновых культур может составить 8-10%. В лесном хозяйстве ожидается сдвиг зоны лесов и повышение вероятности пожаров; природные экосистемы будут деградировать с уменьшением биоразнообразия и устойчивости.

По данным за 2017 г., 47% антропогенных выбросов парниковых газов в России приходятся на сектор электроэнергетики и теплоснабжения. Еще 43% выбросов обеспечиваются промышленностью, сжиганием топлива в транспортном секторе, а также выбросами метана при добыче и транспортировке ископаемых топлив.

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

1. основная причина глобальных климатических изменений — нагревание атмосферы Земли за счет накопления парниковых газов;

2. основной парниковый газ, вызывающий нагревание, это углекислый газ СО₂, на втором месте — метан СН₄;

3. основные причины накопления углекислого газа — антропогенные: сжигание полезных ископаемых, промышленное производство, транспорт, сокращение площади лесов и других природных экосистем;

4. основные последствия накопления парниковых газов — это разбалансировка природных экосистем, нарастание частоты и количества неблагоприятных и катастрофических погодных явлений, опустынивание земель, повышение аридности вегетационного периода, нарушение устойчивости и стабильности агрофиоценозов [16 — 20].

Главное направление снижения выбросов парниковых газов и минимализации последствий глобальных климатических изменений — это переход мировой экономики на низкоуглеродные технологии, то есть декарбонизация энергетики и экономики стран мира, в том числе и России.

В этой связи особую роль играет биологизация технологий в земледелии и растениеводстве России, и дальнейший переход к «цифровому органическому земледелию» как наукоемкому инновационному пику развития российских научных систем земледелия.

Цифровое органическое земледелие — это комплекс энергосберегающих технологий на основе максимального использования естественных процессов природных фитоценозов и возобновляемых ресурсов с целью повышения продуктивности, устойчивости и стабильности агроэкосистем и получения экологически безопасной продукции.

Цифровое органическое земледелие имеет ряд базовых направлений:

— минимализация обработки почвы, в том числе основной;

— поликультура на основе смешанных и совместных посевов на сидераты, корма и продовольственное зерно;

— насыщение севооборота бобовыми и зернобобовыми культурами до 25-30% площади севооборота;

— максимальное удлинение продукционного процесса, в том числе за счет промежуточных поукосных, пожнивных и подсевных посевов;

— новые культуры, высокоадаптивные к повышению аридности вегетационного периода и к резким колебаниям погодных условий;

— многокомпонентные органические удобрения;

— полифункциональные биопрепараты;

— биозащита культур;

— новые способы внесения удобрений и биопрепаратов в почву;

— посевные комплексы (за один проход 5-7 и более операций);

— применение спутниковых систем и навигации для точечного внесения удобрений, биопрепаратов и средств защиты растений;

— применение беспилотных систем, в том числе летательных, для сокращения затрат невозобновляемых ресурсов.

Государственные меры по снижению парниковых газов, как правило, направлены на энергетику, транспорт и добычу полезных ископаемых.

Между тем, перевод земледелия на низкоуглеродные технологии, то есть переход к цифровому органическому земледелию, учитывая значительные площади сельхозугодий в десятки миллионов га, может радикально улучшить экологическую ситуацию в России и в мире.

Например, органические удобрения и биопрепараты производятся на основе переработки (утилизации) органических отходов и сырья, которых ежегодно накапливается в России сотни миллионов тонн, выделяющих метан, сероводород и другие вредные газы и токсиканты.

Применение беспилотников и дронов в разы снизит сжигание минерального топлива, как и перевод сельхозтехники на биотопливо.

Кроме того, постоянный растительный покров на сельхозугодиях и внесение в пахотный слой органического вещества значительно сократит минерализацию (потерю) гумуса почвы, что является частью технологий улавливания и захоронения углерода (CCS).

1.2 Разработка и производство многокомпонентных органических удобрений и биопрепаратов

Развитие и распространение технологий органического земледелия, в первую очередь, зависят от наличия органических удобрений и биопрепаратов, отвечающих следующим требованиям: 1) по агрономической эффективности не уступают или превосходят минеральные удобрения и пестициды; 2) восстанавливают и способствуют расширенному воспроизводству плодородия почвы; 3) восстанавливают нарушенные экосистемные связи в агрофитоценозах; 4) себестоимость производства и стоимость применения существенно ниже производства и применения минеральных удобрений и пестицидов; 5) высокая технологичность применения; 6) частично или полностью состоят из продуктов переработки органических отходов и сырья; 7) пролонгированность действия; 8) обеспечивают получение «органической» продукции.

Соответственно приведенным требованиям, в рамках наших исследований в качестве основы многокомпонентных органических удобрений было выбрано природное биогенное сырье — диатомит — опал — кристобалитовая осадочная порода, практически полностью сложенная створками диатомовых водорослей, которые представляют собой микроскопические растения с внешним опаловым скелетом, и мелкими округлыми зернами кремнезема. Панцири диатомовых водорослей представляют собой полые внутри микроскопические опаловые тельца. Количество цельных панцирей диатомовых водорослей колеблется в различных сортах диатомита в широких пределах — от 1,17 до 30 млн. шт. в 1 см³, что создает высокую пористость диатомитов (до 90 — 95%, в среднем — 80%), размер пор от 1 до сотен нм (рис. 2) [21].

Рис.2. Структура диатомитов, сложенных панцирями диатомовых водорослей

То есть, диатомит является природным наноструктурированным материалом биогенного происхождения, что предопределяет его уникальные технологические свойства, и соответствующие способы применения в АПК, и в органическом земледелии в частности (биозащита и биоудобрение).

Добытый как органическое сырье диатомит измельчается, обжигается и просеивается на разные фракции. Обжиг по специальной технологии увеличивает пористость диатомита на 30 — 50% за счет выжигания нанопор.

На рис. 3 представлен внешний вид диатомита модифицированного, то есть измельченного и обожженного.

Рис. 3 Диатомит модифицированный, фракция 3,00 – 4,25 мм

Для разработки линейки органических удобрений был выбран диатомит с месторождения в Ульяновской области. В таблице 1 представлены физико — химические показатели диатомита, в том числе установленные в лаборатории «АгроЭкологиия» при кафедре «Землеустройство, почвоведение и агрохимия» Самарского ГАУ (объемная масса, пористость, сорбция).

Таблица 1 – Физико-химические показатели диатомита

На рис. 4 представлен химический состав диатомита с месторождения в Ульяновской области, на основе которого лаборатория «АгроЭкология» разработала ассортиментную линейку многокомпонентных органических удобрений, в том числе для органического земледелия.

Рис. 4. Химический состав диатомита с месторождения в Ульяновской области, % на абсолютно — сухое вещество (Протокол заводской технологической лаборатории керамзитового завода ООО «Керамзит», г. Ульяновск).

Структура, физико — химические показатели и химический состав диатомита определяют его следующие агрономически полезные технологические свойства: 1) за счет высокой пористости впитывает в себя воды до 180% от собственного веса; 2) за счет особенностей строения нанопор отдает впитанную влагу в почву и растениям постепенно, то есть пролонгировано, за счет чего продлевается эффект полива и подкормки в 2 — 5 раз; 3) химически инертный, без запаха; 4) имеет нейтральную рН; 5) содержит органического кремния до 40 — 45% своего состава, из них 10 — 20% и выше — в доступной для растений аморфной форме; органический кремний повышает иммунитет и тургор растений; 6) является почворазрыхлителем за счет пористой структуры и низкой плотности сложения [22, 26, 27, 28]; 7) препятствует развитию плесени и гнили; 8) является природным биоинсектицидом [23, 24, 25]; 9) есть возможность насыщать нанопоры питательными элементами, гуминовыми и биоактивными веществами, полезными микроорганизмами, биоинсектицидами и так далее.

Также диатомит представляет собой экологически чистое сырье, так как практически не содержит загрязняющих веществ, в том числе тяжелых металлов. Диатомит способен как сорбент эффективно связывать и нейтрализовывать наиболее вредные токсиканты, что дает возможность использовать его для рекультивации загрязненных и для восстановления нарушенных почв, например, солонцов и солончаков [22, 28, 29].

В условиях изменения климата, связанных с повышением аридности вегетационного периода, для земледелия крайне важным фактором становится свойство диатомита в значительной степени способствовать повышению водоудерживающей способности черноземных почв и экономному расходованию запасов продуктивной влаги [22, 26, 27, 28].

Следовательно, диатомит является перспективным ингредиентом в качестве основы для многокомпонентных органических удобрений, а также как своеобразный «контейнер — носитель» пролонгированного действия при насыщении нанопор питательными элементами, полезными микроорганизмами и другими органическими компонентами.

Значительный вклад в изучение возможности использования высококремнистых пород, в том числе диатомита, в системе удобрения полевых культур в условиях Среднего Поволжья внесла доктор с. — х. наук, профессор, зав. кафедрой «Почвоведение, агрохимия и агроэкология» Ульяновского ГАУ Куликова А.Х. [22, 26, 27, 28, 29].

В частности, в работах Куликовой А. Х. с соавторами было установлено положительное влияние диатомита на агрофизические, агрохимические и биологические свойства, водный и питательный режимы чернозема выщелоченного и типичного, урожайность и качество продукции при использовании как в чистом виде, так и совместно с минеральными удобрениями и биопрепаратами, а также птичьим пометом и осадками сточных вод. Доказано пролонгированное действие диатомита и его смесей на систему почва – растение до 3–4 лет и более. Выявлена роль диатомита в получении экологически безопасной продукции [22, 26, 27, 29].

Однако, опыты Куликовой А. Х. имели следующие особенности: 1) на 1 га вносилось 3 — 8 т диатомита, что на производстве возможно делать только в радиусе 20 — 30 км от месторождения диатомита, во всех остальных случаях экономическая рентабельность данного агроприема будет стремиться в «минус», учитывая стоимость минерала и логистическое «плечо»; 2) изучались смеси диатомита и азотных минеральных удобрений, в частности с мочевиной, что для органического земледелия неприемлемо в принципе; 3) изучались смеси диатомита с куриным пометом, но также в значительных дозах (диатомит — 3 — 8 т/га, куриный помет — 1,6 т/га); 4) изучалось совместное применение диатомита и биопрепаратов, но биопрепараты применялись только для предпосевной обработки семян полевых культур; 5) было рекомендовано диатомит и удобрительные смеси на его основе вносить под предпосевную культивацию, или диатомит использовать для предпосевного опудривания семян совместно с обработкой семян биопрепаратами; 6) многие опыты закладывались мелкоделяночные (например, 1 м²), что совершенно недостаточно для полноты исследований и отработки технологии применения на производстве [22, 26, 27, 29].

Изучив, несомненно, положительный опыт научных исследований Куликовой А. Х., мы решили развить данную тему по следующим направлениям: 1) разработать рецептуру линейки многокомпонентных органических удобрений на основе диатомита, в том числе для органического земледелия; 2) в качестве компонентов использовать только ингредиенты, получаемые в результате переработки органического сырья и отходов; 3) использовать диатомит, ввиду его уникальных технологических свойств, как «контейнер — носитель» для других органических компонентов; 4) разработать технологию внесения удобрительных смесей на основе диатомита из сеялки при посеве непосредственно в рядок, что позволит доставлять питательные элементы и полезные микроорганизмы адресно в ризосферную зону всходов культур, что соответственно позволит снизить нормы внесения и повысит агрономическую эффективность удобрений; 5) в состав удобрительных смесей включать микробиологические препараты с функциями биофунгицида и бактерицида, чтобы удобрение выполняло также роль биозащиты семян, проростков и всходов полевых культур; 6) в состав удобрений включать гуминовые вещества и микроорганизмы, восстанавливающие и повышающие плодородие почвы.

Учитывая вышеперечисленные факторы, была разработана линейка многокомпонентных органических удобрений на основе диатомита, которая в настоящее время проходит лабораторную и полевую апробацию, в том числе в научных производственных полевых опытах.

В рамках наших исследований в качестве основы многофункциональных биопрепаратов был выбран эффлюент (ГОСТ РФ 33380 — 2015). Эффлюент — продукт микробиологической анаэробной ферментации органических отходов и/или сырья в биореакторах с одновременным получением биогаза, который может направляться на генерацию тепла и электричества для хозяйственных и производственных нужд (например, на животноводческой ферме).

В биореактор может закладываться самая разнообразная органика: пищевые отходы предприятий общественного питания, отходы с предприятий пищевой переработки и элеваторов, сидеральная масса, сине — зеленые водоросли, все виды навозов и помета, торфы, или комбинации вышеперечисленных отходов и сырья.

Эффлюент содержит микроорганизмы — живые, полезные — антагонисты патогенной микрофлоры, свыше 30 видов: консорциум представителей родов Klebsiella, Pseudomonas, Bacillus и Trichoderma. Эффлюент при необходимости обогащается другими жидкими органическими ингредиентами, например: гумат калия, микробиологические препараты, биогумус, наночастицы микроэлементов и так далее.

В эффлюенте нет медведки и личинок насекомых, яиц гельминтов и паразитов, семян сорняков, нитратов и нитритов, и патогенных микроорганизмов, вызывающих болезни растений и фитотоксичность почвы.

В наших опытах использовался эффлюент: в 2017 — 2018 гг. — вырабатываемый на биореакторе конструкции и производства ООО «СельхозБиогаз» (г. Киров) из смеси навоза КРС, птичьего помета и торфа; в 2018 — 2020 гг. — вырабатываемый на биореакторе конструкции и производства ООО «БТК» (г. Тольятти) из навоза КРС.

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Природные условия района исследований

2.1.1 Почвы и климатические условия лесостепи Заволжья

Лесостепь Заволжья, согласно общему природно-сельскохозяйственному районированию земельного фонда бывшего СССР, расположена в южной части Предуральской лесостепной провинции, охватывающей центральную и северную часть Самарской и северную часть Оренбургской областей, восточную часть Ульяновской области и Татарстана, северо-запад Башкортостана с общей площадью примерно 7 млн. га.

В границах Предуральской лесостепной провинции на территории Самарской области выделены следующие однородные по геоморфологии, составу почвенного покрова и другим природным особенностям почвенные районы (рис. 5): северо-восточная часть лесостепи Высокого Заволжья, юго-западная часть лесостепи Высокого Заволжья, Прикондурчинская лесостепь, Низменное лесостепное Заволжье [30, 31, 32, 33].

По агроклиматическим ресурсам Предуральская лесостепная провинция в целом характеризуется как среднеконтинентальная умеренного увлажнения, среднеобеспеченная теплом, средней биологической продуктивности [34].

Лесостепь Заволжья, являющаяся южной частью провинции, на территории Самарской области входит в два ее агроклиматических района – повышенного и умеренного увлажнения, отчасти распространяясь на северную часть третьего района – пониженного увлажнения (рис. 6).

На территории лесостепи Заволжья среднегодовая температура воздуха +2,9…+3,9^ОС. Самый холодный месяц в году – январь (-13,0…-14,2^ОС), самый теплый – июнь (+19,0…+21,0^ОС).

Зима длится более 5 месяцев. Устойчивый снежный покров образуется во второй-третьей декаде ноября, средняя его продолжительность 134-148 дней. Мощность снежного покрова 26-45 см и выше.

Весенний период короткий. Через 0^ОС средняя температура воздуха переходит в первой декаде апреля. С переходом температуры воздуха через 10^ОС в начале мая устанавливается теплый период, продолжающийся 132-150 дней. Общие ресурсы тепла за этот период составляют 2200-2600 ^ОС, что вполне обеспечивает выращивание основных сельскохозяйственных культур.

Гидротермический коэффициент, характеризующий степень увлажнения территории, равен 0,7-1,0. За год в среднем выпадает 348-468 мм осадков, в том числе за вегетационный период (апрель-сентябрь) 214-262 мм.

Условные обозначения:

444идротермический коэффициент, характеризующий степень увлажнения территории, равен 0,7-1,0. За год в среднем выпадает 348-468 мм

осадков, в том числе за вегетационный период (апрель-сентябрь) 214-262 мм. 6

5 – Лесостепная природная зона

5-3 – Предуральская природная провинция

Почвенные районы:

5-3-I –лесостепь Высокого Заволжья (северо-восточная часть)

5-3-II – лесостепь Высокого Заволжья (юго-западная часть)

5-3-III – Прикондурчинская лесостепь

5-3-IV – низменное лесостепное Заволжье

Рис. 5 — Почвенные районы лесостепи Самарского Заволжья

Условные обозначения:

– границы агроклиматических районов

I – район повышенного увлажнения

II – район умеренного увлажнения

III – район пониженного увлажнения

IV – район слабого увлажнения

Рис. 6 — Агроклиматические районы Самарской области

Летние осадки чаще всего выпадают в виде ливней, поэтому коэффициент полезного действия их низкий. Бывают годы с засушливыми периодами, когда в течение нескольких месяцев осадки не выпадают совсем. При сочетании высокой температуры воздуха с низкой его влажностью и сильными ветрами в лесостепи Заволжья складывается суховейный тип погоды, что наносит большой вред посевам культур, в том числе яровой пшенице. Суховеи средней интенсивности наблюдаются ежегодно; число дней с суховеями за теплый период составляет в среднем 8,5-12,3 дня.

В среднем за период активной вегетации влажность почвы в слое 0-100 см находится на уровне 65% НВ. Запасы продуктивной влаги в этом слое на начало вегетации составляют 90-110% НВ, к концу вегетации снижаются до 40-45%, а в слое 20-50 см — до 30-40% НВ, что характеризует условия влагообеспеченности как засушливые и очень засушливые.

Расположение территории лесостепи Самарского Заволжья в глубине материка определяет важную особенность местного климата – его резко выраженную неустойчивость и возможность глубоких аномалий всех метеорологических элементов в отдельные годы и сезоны. При этом в ряде лет складываются неблагоприятные по влагообеспеченности условия для роста и развития сельскохозяйственных культур – недостаточное количество осадков, часто повторяющиеся засухи. Это означает, что все основные элементы системы земледелия, и в частности обработка почвы, должны быть направлены в местных условиях на накопление влаги в почве, ее сохранение и продуктивное использование культурами [34].

• 1. 2.1.2 Месторасположение и почва опытных участков

Экспериментальная работа выполнена в 2017 — 2020 гг. на опытном поле научно-исследовательской лаборатории «АгроЭкология» (центральный район Самарской обл.) при кафедре «Землеустройство, почвоведение и агрохимия» Самарского ГАУ.

В данных почвенно-климатических условиях за год осадков выпадает в среднем 410 мм; за период вегетации апрель — сентябрь – 234 мм; за тёплый период апрель — октябрь — 257 мм; за время наиболее интенсивного развития растений — в июне – 39 и июле – 47 мм (май — июнь — 75 мм).

Среднегодовая температура воздуха составляет 3,7^ОС. Почва промерзает на глубину 100-120 см. Атмосферные засухи и суховеи средней интенсивности наблюдаются ежегодно, интенсивные – 9 лет из 10, а очень интенсивные – 4 — 6 лет из 10. Общая сумма положительных температур свыше 10^ОС за период активной вегетации большинства сельскохозяйственных культур – 2500^ОС.

ГТК по многолетним данным составляет 0,78, что характеризует условия влагообеспеченности как засушливые.

Рельеф опытного поля — выровненный; облесенность окружающей территории достигает 8-10%; по северной и южной границам опытного поля имеются старые лесные полосы.

Почва опытного поля – чернозем типичный среднегумусный среднемощный тяжелосуглинистый. Этот подтип черноземной почвы занимает свыше 20% всей территории Самарской области и преобладает в лесостепной зоне Заволжья. Почва опытного участка: гумус — 5,3 %; рН сол. – 6,9; в пахотном слое — азот легкогидролизуемый — 80-120 мг/кг, фосфор подвижный — 135-145 и калий подвижный — 150-195 (ГОСТ 26204-91) мг/кг.

Закладка и обследование почвенных разрезов позволяют судить о достаточной однородности опытного поля и возможности постановки на нем стационарного многофакторного опыта.

Почва опытного поля по своим физико-химическим и водным свойствам соответствует требованиям эффективного возделывания основных сельскохозяйственных культур Среднего Поволжья.

Исследованиями установлено, что черноземные почвы Среднего Поволжья имеют равновесную плотность, благоприятную для возделывания основных сельскохозяйственных культур, без особых дополнительных обработок, что дает возможность широкого применения минимальных обработок и прямого посева.

2.1.3 Агрометеорологические условия в годы проведения опытов

Агрометеорологические данные за 2017 — 2020 годы исследований представлены в таблице 2.

В среднем за год сумма осадков во все годы исследований превышала среднемноголетние данные. Однако, в связи с глобальными климатическими изменениями происходит значительное перераспределение осадков по периодам года.

Таблица 2 — Метеорологические условия за годы проведения опытов

по данным агрометеостанции «Усть-Кинельская» (2017 — 2020 гг.)

Так, значительная часть осадков выпадала в период декабрь — апрель, превышение над среднемноголетними данными составляло 74 — 135,2%. Особенно характерен в этом плане 2018 — 2019 сельскохозяйственный год, когда в сентябре — ноябре выпало 44,6% осадков, в мае — августе — 67,9%, зато в декабре — апреле — 235,2% нормы.

Следовательно, изменения в выпадении осадков заключаются не в их суммарном количестве за год, а в распределении осадков по периодам года, и вегетационный период май — август становится заметно засушливее.

Средняя температура воздуха во все года исследований в среднем за год превышала среднемноголетние показатели на 36,8 — 63,2%. И если в период май — август средняя температура повышалась незначительно, на 0,6 — 9,4%, то в сентябре — ноябре — на 4,8 — 64,3%, а в декабре — апреле — на 22,8 — 46,8%. То есть, наибольшее повышение средней температуры воздуха происходит в осенний, и особенно, в зимний периоды года.

Таким образом, подтверждаются наблюдения о глобальном изменении климата, в том числе в Среднем Поволжье, которое заключается в значительном увеличении осадков в зимний период, и значительном повышении средней температуры воздуха во все периоды года, и особенно в осенний, зимний и ранневесенний.

В то же время, период активной вегетации полевых культур, май — август, становится более аридным: с меньшим количеством осадков, но с более высокой средней температурой воздуха, а также значительными резкими колебаниями температуры воздуха в течение суток.

Глобальные климатические изменения требуют корректировки структуры посевных площадей, набора полевых культур, сроков и способов их посева, и новых (хорошо забытых старых) способов основной обработки почвы с целью снегозадержания зимой и талых вод во время зимних оттепелей и ранней весной.

Зимний период в 2020 г. также был теплее обычного на 8,7 ^оС с превышением среднемноголетней нормы осадков на 141,4 %. Такие погодные условия способствовали хорошей перезимовки озимых культур и существенно пополняли в весенний период запасы продуктивной влаги в почве. 2020 год в полной мере подтверждает выявленные тенденции глобальных климатических изменений: за декабрь — апрель превышают среднемноголетние данные — сумма осадков — на 86,9%, средняя температура воздуха — на 49,4%. Вегетационный период май — август оказался засушливее (осадков меньше нормы на 19,9%) и теплее (средняя температура воздуха выше нормы на 6,6%).

2.2 Методика исследований

1. 1. 2.2.1 Методика проведения полевых опытов

Исследования проводили в полевом стационарном двухфакторном опыте, заложенном в 2017 г. в рамках научной темы «Цифровое органическое земледелие», в двух севооборотах:

Севооборот «Стандарт»: 1) чистый пар, 2) озимая пшеница, 3) яровая пшеница твердая, 4) горох, 5) ячмень, 6) подсолнечник.

Сорта культур, районированные: озимая пшеница — «Бирюза», яровая пшеница твердая — «Безенчукская Степная», горох — «Самариус», ячмень яровой — «Орлан» (все сорта — оригинатор: Самарский НИИСХ — филиал СамНЦ РАН, пгт. Безенчук). Подсолнечник — гибрид «Светлана» (оригинатор — селекционно — семеноводческая компания «Агроплазма», г. Краснодар).

Севооборот «Органик»: 1) сидеральный пар, 2) озимая рожь + ячмень яровой (весенний смешанный посев), 3) озимая рожь, 4) сафлор, 5) нут + яровая пшеница твердая (смешанный посев), 6) овес голозерный.

Сорта культур, районированные: озимая рожь — «Безенчукская 110», ячмень яровой — «Орлан», яровая пшеница твердая — «Безенчукская Степная»,

овес голозерный — «Бекас» (все сорта — оригинатор: Самарский НИИСХ — филиал СамНЦ РАН, пгт. Безенчук); нут — «Галилео», сафлор — «Ершовский — 4» (все сорта — оригинатор: ООО ОВП «Покровское»).

Факторы: А – удобрения, В – препараты. Вариантов на поле – 21; повторности – 3; количество делянок на поле – 63; площадь делянки общая – 63 м² (4,5 * 14,0 м), учетная — 31,5 м²; общая площадь поля – 0,40 га; размещение делянок — систематическое.

Фактор А — удобрения вносили при посеве из сеялки в рядок на семенное ложе — под зерновые колосовые, зернобобовые и их смеси:

А1 — контроль;

А2 — 100 кг/га нитроаммофоски («16:16:16»), норма внесения определялась из расчета объема бункера, стоимости минерального удобрения и безопасности для проростков пшеницы. Нитроаммофоска — единственное минеральное азотное удобрение, внесение которого в рядок при посеве относительно допустимо, без особого вреда для проростков полевых культур, при соблюдении умеренных доз;

А3 — 200 кг/га многокомпонентного органического удобрения «Диатомит + Зола древесная + Калий органический = 65:25:10» («ДЗК»);

А4 — 200 кг/га многокомпонентного органического удобрения «Диатомит + Зоогумус + Зола древесная = 50:40:10» («ДЗгЗ»);

А5 — 200 кг/га многокомпонентного органического удобрения «(Диатомит+Фитоспорин АС)+(Диатомит+Гумат калия)=70:30»(«ДФСПГк»)

А6 — 100 кг/га многокомпонентной органической смеси с функциями удобрения, биостимулятора, фунгицида и бактерицида, в виде предпосевной дражировки семян культур;

А7 — 200 кг/га двухкомпонентного органического удобрения «Цеолит + Эффлюент» («ЦЭ»).

Норма внесения удобрения на вариантах А3 — А7 определялась из расчета объема бункера, стоимости удобрения и необходимости оперативности посева, а также исходя из технических характеристик применяемой сеялки. Используемая на наших опытных полях сеялка Amazone Primera DMC (с шириной захвата 4,5 м) имеет максимальную устанавливаемую рабочую норму высева примерно в 450 кг/га.

Распространение и развитие технологий органического земледелия во многом зависит от технологичности внесения, агрономической эффективности и экономической рентабельности применения органических удобрений и биопрепаратов. Поэтому, концепция разработки наших органических удобрений — многокомпонентные полифункциональные высококонцентрированные максимально усвояемые биогенные удобрительные смеси низкой дозы внесения (200 — 300 кг/га) из сеялки при посеве в рядок на семенное ложе в прикорневую зону.

Соответственно, органическое удобрение должно быть в виде сыпучих гранул длиной 0,5-1,0 и диаметром 0,3-0,5 см, и должно вноситься в рядок при посеве из бункера сеялки, чтобы максимально сократить нормы внесения и затраты на внесение, а также доставить компоненты удобрения непосредственно в ризосферную зону проростков и всходов культур.

Фактор В — поперек внесения удобрений проводилось опрыскивание препаратами во время вегетации по листу:

В1 — контроль;

В2 — гербициды при необходимости. В 2018 и 2019 гг. на зерновых колосовых один раз за вегетацию применялся гербицид «Гранстар Мега» — в фазу флагового листа, расход — согласно инструкции;

В3 — биопрепарат на основе эффлюента разработки лаборатории «АгроЭкология» («Многокомпонентный полифункциональный биопрепарат с функциями удобрения, фунгицида и бактерицида»). Во все годы исследований применялся биопрепарат на всех культурах двух севооборотов, в том числе на поле сидерального пара: норма внесения — 3 л/га при рабочем растворе 200 л/га; зерновые колосовые — два раза за вегетацию, в фазы кущения и выхода в трубку; горох — два раза за вегетацию — до фазы 5 пар листьев; нут — два раза за вегетацию до фазы бутонизации; подсолнечник — два раза за вегетацию до наступления фазы 5 пар листьев.

Обработка почвы: под яровые зерновые колосовые: основная — двукратное дискование — на 6-8 и через 10-14 дней на 10-12 см, весенняя — ранневесеннее боронование, культивация не ранее 1 — 2 дней перед посевом; зернобобовые, сафлор и подсолнечник: основная — дискование на 6 — 8 и через 10 — 14 дней — рыхление на 16 — 18 см, весенняя — ранневесеннее боронование, культивация не ранее 1 — 2 дней перед посевом; под озимую пшеницу — предпосевная культивация не ранее 1 — 2 дней перед посевом.

Посев зерновых колосовых, зернобобовых и сафлора проводился сеялкой Amazone Primera DMC с шириной захвата 4,5 м; подсолнечника — пропашной сеялкой СУПН — 8. После посева сразу проводилось прикатывание кольчато — шпоровыми катками ККШ — 6. Опрыскивание проводилось навесным опрыскивателем Amazone UF 01 с шириной захвата 14 м; уборка — селекционным комбайном «TERRION — SR2010».

Перед уборкой в фазу полной спелости зерна проводили отбор снопов с делянок площадью 1,00 м² для определения структуры урожая зерновых колосовых, зернобобовых и сафлора.

Нормы высева: зерновые колосовые — 4,5 — 5,0 млн. всхожих семян (примерно 200 — 220 кг/га), горох — 1,0 — 1,5 млн. (220 — 240 кг/га), нут — 0,8 — 0,9 млн. (200 — 240 кг/га), сафлор — 10 — 12 кг/га, подсолнечник — 3 — 5 кг/га.

Смешанные посевы: озимая рожь + ячмень — по 50% стандартной нормы высева; нут + яровая пшеница твердая — 80 — 100 и 50 — 70% соответственно; вика + овес пленчатый (сидеральная смесь) — по 50%.

• 1. 2.2.2 Сопутствующие исследования, учеты и наблюдения

По общепринятым методикам и ГОСТам проводились лабораторные и полевые анализы, учеты и наблюдения: засоренность посевов (количественно-весовой метод); фенологические наблюдения и структура урожая (методика Госсортосети); урожайность (ГОСТ 12041-82 и ГОСТ 12037-81); пораженность растений культуры корневыми гнилями (методика ВНИИЗРа); степень пораженности растений культуры бурой ржавчиной (шкала Русакова); содержание белка в зерне определяли по Ермакову В. А. [12] и Починку Х. Н. [27]; методы дисперсионного и корреляционного анализа (Доспехов Б. А., 1985).

3.РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Разработка рецептуры и технологии производства

1. 1. многокомпонентных органических удобрений на основе наноструктурного диатомита

Одним из направлений разработки и внедрения инновационных технологий в агрохимии является использование экологически чистых биологических препаратов, способствующих повышению устойчивости к неблагоприятным условиям и фитопатогенам, повышению урожайности и улучшению качества зерна. Существенное достоинство биопрепаратов — это то, что их основой являются микроорганизмы, выделенные из природных объектов, которые не обладают канцерогенным, тератогенным и кумулятивным действием. Они тесно взаимодействуют с растениями (образуя «ассоциативный симбиоз») и способны выполнять ряд функций, полезных для растений: усиливать фиксацию атмосферного азота на корнях растения, заменяя при этом 30-50 кг/га минеральных азотных удобрений; стимулировать рост и развитие растений за счёт продуцирования физиологически активных веществ (ускоряя созревание продукции на 10-15 дней). Биологические препараты подавляют развитие фитопатогенных микроорганизмов, обеспечивая снижение поражаемости растений болезнями в 1,5 – 10 раз, улучшая при этом фитосанитарную обстановку в почве; усиливают устойчивость растений к неблагоприятным условиям (засуха, заморозки, пониженные или повышенные температуры, повышенное содержание солей); повышают коэффициенты использования минеральных удобрений; регулируют накопление в растениях тяжёлых металлов, радионуклидов, нитратов и других вредных соединений [2].

В данной работе представлены три вида многокомпонентного органического удобрения на основе наноструктурного диатомита, которые проходят лабораторную и полевую апробацию, в том числе в научных производственных полевых опытах в четырех сельхозпредприятиях.

Пропорции данных трех видов удобрений были установлены лабораторным опытным и расчетным путем. Проводились лабораторные эксперименты на различных зерновых колосовых, зернобобовых и овощных культурах. Затем пропорции оптимальных удобрительных смесей из ряда вариантов корректировались расчетным путем с целью достижения наибольшей экономической эффективности.

Диатомит использовался модифицированный обожженный фракции 3,00 — 4,25 мм. Диатомит подготавливался на заводе «Октябрьский» ООО «ПромАктив» (г. Октябрьск, Самарская обл.). В лаборатории «АгроЭкология» было установлено, что для производства удобрительных смесей оптимальной технологичностью обладает фракция диатомита 3,00-4,25 мм (гранула примерно соответствует размеру семени пшеницы).

3.1.1 Органическая комплексная подкормка

«Диатомит + Зоогумус + Зола древесная = 50:40:10»

Предварительно, перед смешиванием с другими сухими органическими ингредиентами, диатомит насыщался эффлюентом, в пропорции 3 : 1 по массе. Эффлюент — продукт микробиологической анаэробной ферментации органических отходов и/или сырья в биореакторах с одновременным получением биогаза, который может направляться на генерацию тепла и электричества для хозяйственных и производственных нужд.

В 2017 — 18 гг. использовался эффлюент, вырабатываемый на биореакторе ООО «СБГ» (г. Киров) из смеси навоза КРС, птичьего помета и торфа. В 2018 — 20 гг. использовался эффлюент, вырабатываемый на биореакторе ООО «БТК» (г. Тольятти) из навоза КРС. Кафедра «Землеустройства, почвоведения и агрохимии» заключила с ООО «БТК» Договор от 29.10.2018 г. на выполнение научно — исследовательской работы по теме: «Разработка рецептуры и технологии производства органических полифункциональных биопрепаратов на основе микробиологической ферментации пищевых и сельскохозяйственных отходов» (фактически, сотрудничество с ООО «БТК» началось до заключения Договора).

Эффлюент при необходимости обогащается другими жидкими органическими ингредиентами, например: гумат калия, микробиологические препараты и так далее. В нашем случае, диатомит насыщался одним эффлюентом, предназначение которого заключается в обогащении нанопор диатомита полезными микроорганизмами и гуминовыми веществами.

В таблице 3 представлен расчетный итоговый агрохимический состав данного удобрения «ДЗгЗ», так как не все лаборатории определяют содержание всего спектра питательных элементов. В таблице не указан эффлюент, так как содержание элементов в нем незначительное (основное предназначение — источник гуминовых веществ и полезной микрофлоры).

Таблица 3 — Агрохимический состав (расчетный) и оптовая стоимость

многокомпонентного органического удобрения

В приложение 1 представлен Протокол испытаний эффлюента.

Зоогумус производился также на производственной площадке ООО «БТК» по технологии переработки органического сырья и отходов личинками черной мухи — «львинка» Hermetia Illucens. В качестве органического сырья использовались отходы мясоперерабатывающего производства. Данная технология пока не получила широкого распространения в России, но является в значительной степени перспективной по следующим причинам: 1) высокая скорость переработки органики; 2) высокое содержание биологического азота в производимом зоогумусе; 3) большое количество попутных продуктов переработки, помимо зоогумуса, имеющих высокую маржинальность и экспортный потенциал (например, хитин и зоожир); 4) высокая технологичность и агрономическая эффективность зоогумуса для земледелия и растениеводства.

В приложение 2 представлен Протокол испытаний зоогумуса ООО «БТК».

Перед смешиванием с диатомитом зоогумус подвергался грануляции с образованием гранул длиной 0,50 — 1,00 и диаметром 0,30 — 0,50 см, для повышения технологичности внесения из сеялки любого типа при посеве.

Зола древесная гранулированная производится на ООО «ТехСервис», г. Новодвинск Архангельской области, из золы, получаемой в процессе сжигания отходов производства по переработке древесины на АО «Архангельский ЦБК».

В приложение 3 представлен Протокол испытаний золы древесной производства ООО «ТехСервис».

Таким образом, все органические ингредиенты — диатомит, эффлюент, зоогумус и зола древесная — взаимодополняют состав данного вида биоудобрения, которое в результате обладает полным набором макро-, мезо- и микроэлементов в легкодоступной для растений форме и широким набором видов полезных микроорганизмов, а также активных биохимических веществ, в том числе продуктов жизнедеятельности данных микроорганизмов (фитогормоны, аминокислоты и так далее).

Пропорция «50:40:10» была установлена лабораторным опытным и расчетным путем. Проводились лабораторные эксперименты на различных полевых и овощных культурах. Затем выявлялась оптимальная удобрительная смесь, и ее пропорции корректировались расчетным путем с целью достижения наибольшей экономической эффективности с учетом способа и норм внесения в почву (рисунок 7).

Рис. 7 Лабораторные опыты на чечевице по влиянию многокомпонентного органического удобрения различного состава на корневую систему, в сравнении с минеральным удобрением (нитроаммофоска «16:16:16», вариант — крайний справа)

Доза внесения биоудобрения в 200-300 кг/га (в наших опытах — 200) определяется, главным образом, объемом высевающего бункера применяемой сеялки, нормой высева семян культуры, необходимостью оперативности посева и техническими характеристиками сеялки.

Однако, внесение удобрения при посеве из сеялки в рядок на семенное ложе позволяет значительно снизить общую дозу внесения удобрения, обогатить посевной слой полезной микрофлорой и пролонгировать действие компонентов удобрения в прикорневой зоне за счет технологических свойств диатомита, что в совокупности повышает агрономическую и экономическую эффективность биоудобрений в технологиях органического земледелия по сравнению с минеральными удобрениями, вносимыми разбросным способом по поверхности почвы (рис.8, 9,10).

Рис. 8 Семена культур и удобрительная смесь «Диатомит + Зоогумус + Зола древесная = 50:40:10» в бункере сеялки (27. 04. 2019 г.)

Рис. 9 Семена культур и удобрительная смесь «Диатомит + Зоогумус + Зола древесная = 50:40:10» в рядке почвы после посева (28. 04. 2019 г.)

Рис. 10 Семена озимой пшеницы «Бирюза», смешанные с органическим удобрением «Диатомит + Зоогумус + Зола древесная = 50:40:10» при посеве в бункере сеялки (06. 09. 2019 г.)

Удобрение «ДЗгЗ» испытывалось на опытных полях в 2017 — 2020 гг.

3.1.2 Органическая комплексная подкормка

с функцией почвоулучшителя

«Диатомит + Зола древесная + Калий органический = 65:25:10»

Как указывалось выше, проводились вегетационные лабораторные эксперименты на различных полевых и овощных культурах. Затем выявлялись оптимальные удобрительные смеси, и их пропорции корректировались расчетным путем с целью достижения наибольшей экономической эффективности с учетом способа и норм внесения в почву.

Исходя из концепции создания органических удобрений на основе наноструктурного диатомита — многокомпонентные полифункциональные высококонцентрированные максимально усвояемые биогенные удобрительные смеси низкой дозы внесения (200 — 300 кг/га) из сеялки при посеве в прикорневую зону — была выбрана также удобрительная смесь «Диатомит + Зола древесная + Калий органический = 65:25:10» («ДЗК»).

В таблице 4 представлен расчетный примерный итоговый агрохимический состав удобрения, так как не все лаборатории определяют содержание всего спектра необходимых питательных элементов.

Таблица 4 — Агрохимический состав (расчетный) и оптовая стоимость

многокомпонентного органического удобрения

В приложении 4 и 5 представлены протоколы испытаний калия бесхлорного и золы древесной производства ООО «ТехСервис».

Есть существенные трудности с определением содержания полного спектра макро-, мезо- и микроэлементов в составе всех органических ингредиентов — диатомита, золы и калия бесхлорного. Проблемы заключаются в следующем: 1. все доступные лаборатории не определяют содержания всех элементов; 2. в разных лабораториях различаются методы анализов, и практически затруднительно, допустим, объединить значения показателей протоколов разных лабораторий; 3. содержание питательных элементов может существенно различаться по разным партиям продукта.

«Калий бесхлорный гранулированный» производится на ООО «ТехСервис», г. Новодвинск Архангельской области, из золы, получаемой в процессе сжигания лузги подсолнечника, которая является отходом переработки семян подсолнечника на растительное масло на маслоэкстракционных заводах России.

«Калий бесхлорный» органический гранулированный является экологичной и сопоставимой по цене альтернативой промышленным химическим удобрениям, так как в нем отсутствуют токсины, хлор и его соединения, при высоком уровне содержания микроэлементов.

Инновационный ингредиент «калий бесхлорный», в зависимости от партии исходного органического сырья, содержит от 44 до 56% оксида калия в виде легко растворимых в воде соединений — карбоната и сульфата калия.

Высокое содержание калия, кальция, магния и серы предопределяет уникальные свойства «калия бесхлорного», так как, например, калий является элементом «молодости клеток» — сохраняет и удерживает воду (повышая вязкость протоплазмы), повышает толщину клеточных стенок, усиливает образование сахаров и их движение по тканям.

В результате, «калий бесхлорный» повышает устойчивость растений культур к неблагоприятным погодным условиям, повышает устойчивость к полеганию, болезням (например, корневым гнилям), засухе и низкой температуре, а также существенно снижает кислотность почвы.

Полевые испытания многокомпонентного органического удобрения «ДЗК» проводились в стационарном многофакторном опыте лаборатории «АгроЭкология» в 2017 — 2020 гг.

В 2018-19 гг. также проводились лабораторные испытания данного удобрения на зерновых, зернобобовых и овощных культурах (рис. 11).

Рис. 11 Лабораторные испытания удобрения «ДЗК» на зерновых и зернобобовых в 2019 г.

Удобрение «Диатомит + Зола древесная + Калий органический = 65:25:10» по итогам лабораторных и полевых исследований рекомендуется как органическая комплексная подкормка с функцией почвоулучшителя.

В приложении 6 представлен Протокол испытаний многокомпонентного удобрения «ДЗК» на основные агрохимические показатели от 16.11.2020 г.

3.1.3 Органический комплексный почвоулучшитель с функциями биофунгицида, удобрения и бактерицида

«(Диатомит + Фитоспорин АС) + (Диатомит + Гумат калия) = 70:30»

На основе концепции создания органических удобрений с диатомитом — многокомпонентные полифункциональные высококонцентрированные максимально усвояемые биогенные удобрительные смеси низкой дозы внесения (200 — 300 кг/га) из сеялки при посеве в прикорневую зону — была выбрана третья удобрительная смесь «(Диатомит + Фитоспорин АС) + (Диатомит + Гумат калия) = 70:30» («ДФСПГк»).

Данный вид удобрительной смеси изначально разрабатывался как многофункциональный: органический комплексный почвоулучшитель с функциями биофунгицида, биостимулятора, удобрения и биобактерицида. Предполагалось также использование данного удобрения в почвогрунтах для питомников, теплиц и садоводческих хозяйств.

Диатомит выступает как «контейнер — носитель» для других ингредиентов удобрения, и как почворазрыхлитель за счет своего пористого строения и технологических свойств (например, объемная масса — 434 — 588 кг/см³; сорбция воды — до 180% собственного веса; и другие).

Соотношение компонентов в заявленном многокомпонентном удобрении определено следующим: пропорции содержания органических ингредиентов в данном удобрении обусловлены технологическими свойствами диатомита как «контейнера — носителя» других компонентов. 70% диатомита — оптимальное содержание в данном виде удобрения, чтобы заполнить поры диатомита необходимым количеством гумата калия и микробиологического препарата для внесения из расчета на 1 га.

Изначально была поставлена цель — создать почвоулучшительное удобрение с комплексом ассоциаций полезных микроорганизмов — антагонистов патогенной почвенной микрофлоры и групп биоактивных веществ, которые должны в совокупности активизировать биохимические процессы восстановления плодородия почвы и биозащиты семян, проростков и всходов (рассады; саженцев) растений полевых и садовых культур от основных почвенных заболеваний, таких как, например, корневые гнили.

Для достижения данной цели были выбраны два жидких органических ингредиента — гумат калия и комплексный микробиологический препарат «Фитоспорин — М, Ж — АС» производства ООО НВП «БашИнком» (г. Уфа).

Гумат калия — источник гуминовых соединений, составляющих основную долю гумуса почвы, играющего решающую роль в плодородии.

Производитель — ООО «Зеленый лист» (Московская обл., г. Балашиха) — ТМ BIOFULEN (БИОФУЛЕН) — Гумат калия производится на основе переработки ценного органического сырья — низинного торфа. Состав данного Гумата калия: гуминовые кислоты — 70%, фульвокислоты — 15%, калий — до 5 г/л, рН — 9 — 12.

Гумат калия увеличивает всхожесть семян и ускоряет их развитие; повышает устойчивость растений к стрессам, вызванным засухой, засолением, применением пестицидов и минеральных удобрений, а также активизирует процессы восстановления и сохранения плодородия почвы.

Комплексный микробиологический препарат «Фитоспорин — М, Ж — АС» — производства ООО НВП «БашИнком»: на данный момент «БашИнком» — ведущее в России и странах СНГ предприятие по разработке и производству микробиологических препаратов с собственной промышленной базой производства основных штаммов полезных микроорганизмов.

«Фитоспорин — М, Ж — АС» содержит три основные группы микроорганизмов — антагонистов фитопатогенов: ассоциация живых спор и клеток активных штаммов Bacillus Subtilis (7 — 8 штаммов; 1 * 10⁸ живых клеток и спор на 1 мл); споры и мицелий грибов рода Trichoderma (три вида гриба — антагониста; общий титр не менее 1 * 10⁶ клеток на 1 мл); лизаты ризосферных бактерий рода Pseudomonas. В препарате также содержатся 20 L — аминокислот натурального происхождения (5%), природные полисахариды, фитогормоны, витамины.

Все штаммы, содержащиеся в микробиологическом препарате, относятся к почвенным микроорганизмам, сосуществующим друг с другом.

«Фитоспорин — М, Ж — АС» обладает высокой фунгицидной и бактерицидной активностью с антистрессовыми, ростоускоряющими, иммуностимулирующими свойствами; не вызывает формирования резистентности у фитопатогенов.

Состав удобрения «(Диатомит + Фитоспорин АС) + (Диатомит + Гумат калия) = 70:30», по массе, %: диатомит модифицированный обожженный — 70, микробиологический препарат — 20 и гумат калия — 10.

Положительный эффект при использовании заявленного многокомпонентного органического удобрения:

— инокулирует посевной слой ассоциациями полезных микроорганизмов, активизирующих процессы восстановления плодородия и биозащиту ризосферной зоны растений культур;

— обогащает почву микроэлементами, в том числе органическим кремнием (повышающим тургор и иммунитет растений);

— обладает пролонгированным действием, то есть постепенно отдает влагу и питательные элементы, что является перспективным показателем в условиях повышения аридности вегетационного периода;

— стимулирует рост корневой системы;

— повышает иммунитет и антистрессовые свойства растений культур;

— повышает урожайность полевых и садовых культур на 20 — 35% (при внесении в рядок на семенное ложе при посеве из сеялки; при добавлении в почвогрунт в питомнике, теплице, садовом хозяйстве);

— за счет технологии внесения в рядок при посеве и использования диатомита как «контейнера — носителя» позволяет снизить дозу внесения с 7 — 30 т/га до 200 — 300 кг/га, что значительно снижает экономические затраты на внесение органических удобрений и при этом в разы повышает их агрономическую эффективность в технологиях органического земледелия.

Удобрение «(Диатомит + Фитоспорин АС) + (Диатомит + Гумат калия) = 70:30» испытывалось в 2017 — 2020 гг. на опытном поле лаборатории «АгроЭкология» СГАУ, в научных производственных опытах, а также в питомнике садовых, хвойных и декоративных растений (рис. 12, 13).

Рис. 12 Удобрительная смесь «(Диатомит + Фитоспорин АС) + (Диатомит + Гумат калия) = 70:30» в почвогрунте для саженцев земляники

Рис. 13 Удобрительная смесь «(Диатомит + Фитоспорин АС) + (Диатомит + Гумат калия) = 70:30» в почвогрунте для саженцев пузыреплодника красного

В приложение 7 представлен Протокол испытаний удобрения «ДФСПГк» на основные агрохимические показатели от 16.11.2020 г.

3.1.4 Внесение органических удобрений и биопрепаратов

в ризосферную зону проростков

методом предпосевной дражировки семян

Данное научное направление представляется особенно актуальным для развития системы цифрового органического земледелия в условиях глобальных климатических изменений по следующим причинам:

1. позволяет «адресно» и концентрированно вносить в прикорневую зону проростков семян культур питательные элементы органических удобрений и полезные микроорганизмы биопрепаратов;
2. за счет «адресности» нормы внесения снижаются в разы, что существенно снижает себестоимость внесения органических удобрений и биопрепаратов на один га;
3. за счет «адресности» значительно повышается агрономическая эффективность внесения удобрений и препаратов, так как питательные элементы и полезные микроорганизмы попадают концентрированно на прорастающие корни и всходы семян;
4. за счет органических удобрений, содержащихся в дражировочной смеси, улучшается минеральное питание растений культур;
5. за счет микробиологических препаратов и биопрепаратов, содержащихся в дражировочной смеси, осуществляется биологическая защита проростков и всходов полевых культур;
6. органические удобрения и биопрепараты дражировочной смеси сразу попадают в посевной слой почвы (3 — 10 см), что активизирует процессы восстановления и расширенного воспроизводства плодородия;
7. моделирование состава дражировочной смеси позволяет подбирать ее рецептуру под конкретные культуры и производственные задачи, а также позволяет непрерывно повышать агрономическую эффективность данного метода;
8. дражировка семян позволяет одновременно вносить органические удобрения непосредственно в посевной рядок, осуществлять биозащиту культур и активизировать процессы восстановления плодородия;
9. в дражировочной смеси используются природные наноструктурные материалы, увеличивающие пролонгированность действия составных компонентов;
10. в дражировочной смеси используются только органические компоненты, получаемые на основе переработки (утилизации) органических отходов и сырья.

Метод предпосевной дражировки семян заключается в покрытии оболочки семян дражировочной смесью, в один или два (в отдельных случаях — в три) слоя, которая состоит из нескольких (от 5 до 10) компонентов органического происхождения (рисунок 14, 15).

Рис. 14. Дражированные семена озимой пшеницы, сентябрь 2019 г.

Метод позволяет за счет моделирования дражировочной смеси непрерывно улучшать состав смеси, и тем самым повышать ее агрономическую и экономическую эффективность.

Рис. 15. Дражированные семена озимого ячменя, сентябрь 2019 г.

Метод требует создания специальной технологической линии для повышения производительности и качества дражировки.

На научных полях лаборатории «АгроЭкология» в 2017 — 2020 гг. высевались дражированные семена яровых и озимых зерновых колосовых культур, в сравнении с вариантами внесения традиционных минеральных и органических удобрений (рисунки 16, 17).

Осенью 2020 г. в четырех сельхозпредприятиях Самарского региона (Сергиевский, Пестравский, Красноармейский и Большеглушицкий муниципальные районы) заложены научные производственные опыты с посевом дражированными семенами озимой пшеницы на площадях от 1 до 3 га (рисунки 18, 19, 20).

Предварительные результаты показывают высокую перспективность метода дражировки семян полевых культур, что требует дальнейшего изучения и совершенствования данной биотехнологии (рисунки 21, 22).

Дражировка семян позволяет вести органическое земледелие, в том числе в соответствии с Биостандаратами ЕвроСоюза, и получать экологически чистую («органическую») продукцию.

Рис. 16 Дражированные семена озимого ячменя в бункере сеялки при посеве, сентябрь 2019 г.

Рис. 17 Посев озимого ячменя дражированными семенами: сухая почва, пыление дражировочной смеси, сентябрь 2019 г.

Рис. 18. Посев дражированными семенами озимой пшеницы

в с. Захаркино Сергиевского района Самарской области, сентябрь 2020 г.

Рис. 19. Установка нормы высева для дражированных семян озимой пшеницы в с. Захаркино Сергиевского района, сентябрь 2020 г.

Рис. 20. Дражированные семена озимой ржи, сентябрь 2020 г.

Рис. 21. Всходы озимой ржи на варианте с дражированными семенами (справа на фото): при посеве в сухую почву осенью дражированные семена всходят быстрее на 2 — 5 дней и более дружно

Рис. 22. Слева на фото — варианты с внесением удобрений из бункера сеялки при посеве озимой ржи, справа — вариант с посевом дражированными семенами озимой ржи.

3.2 Разработка рецептуры и технологии производства полифункциональных мультикомплексных биопрепаратов из природных компонентов растительного и животного происхождения

1. 1. 3.2.1 Многокомпонентный биопрепарат с функциями удобрения, фунгицида и бактерицида

Цель данных исследований – на основе переработки (утилизации) органических отходов и сырья разработать полифункциональные биопрепараты из компонентов животного и растительного происхождения, и изучить их влияние на восстановление плодородия почвы, показатели агрофитоценозов и урожайность полевых и садовых культур.

Задачи исследований: 1. Разработать рецептуру и технологию производства полифункциональных биопрепаратов с использованием продуктов переработки органических отходов и сырья. 2. Разработать технологию применения биопрепаратов в органическом земледелии. 3. Изучить влияние полифункциональных биопрепаратов на урожайность полевых культур и показатели агрофитоценозов в сравнении с пестицидами и минеральными удобрениями.

В рамках наших исследований в качестве основы многофункциональных биопрепаратов был выбран эффлюент (ГОСТ РФ 33380 — 2015).

Эффлюент — продукт микробиологической анаэробной ферментации органических отходов и сырья в биореакторах с одновременным получением биогаза. В биореактор может закладываться самая разнообразная органика: пищевые отходы предприятий общественного питания, отходы с предприятий пищевой переработки и элеваторов, сидеральная масса, сине — зеленые водоросли, все виды навозов и помета, торфы, или комбинации вышеперечисленных отходов и сырья.

В наших опытах использовался эффлюент: в 2017 — 2018 гг. — вырабатываемый на биореакторе конструкции и производства ООО «СельхозБиоГаз» (ООО «СБГ»), г. Киров, из смеси навоза КРС, птичьего помета и торфа; в 2018 — 2020 гг. — вырабатываемый на биореакторе конструкции и производства ООО «БТК» (г. Тольятти) из навоза КРС.

Кафедра «Землеустройства, почвоведения и агрохимии» СГАУ заключила с ООО «СБГ» Договор № 207/К/2018 от 01.03.2018 г. на выполнение научно — исследовательской работы по теме: «Разработка рекомендаций по использованию жидких и гранулированных органических удобрений на основе безотходной технологии переработки навоза КРС и птичьего помета в различных отраслях растениеводства Самарской области».

Техническое задание к Договору также предусматривало разработку рецептуры и технологии производства биопрепаратов на основе эффлюента. В результате была разработана ассортиментная линейка биопрепаратов торговой марки «АгроТоник»: «Цветовод», «Садовод», «Овощевод», «Полевод», «Лесовод» и «Универсальный» (рисунок 23).

Рис. 23 Линейка биопрепаратов ТМ «АгроТоник» (разработка лаборатории «АгроЭкология», производство — ООО «СБГ», г. Киров)

Каждый вид «АгроТоника» подразделялся также на подвиды по группам культур, для которых подбирался оптимальный агрохимический состав биопрепарата. Например, «Овощевод» подразделялся на подвиды: «Томаты, перцы, баклажаны», «Огурцы, кабачки, патиссоны», «Лук и чеснок», «Рассада и зелень» и «Универсальный».

Биопрепараты «АгроТоник» по своему функционалу — мультикомплексное органическое удобрение из природных компонентов растительного и животного происхождения с функцией биостимулятора.

«АгроТоник», в отличие от абсолютного большинства органических и минеральных удобрений, содержит все необходимые для растений компоненты: макроэлементы — в пересчете на сухое вещество: азот — до 3,7%, фосфор — до 2,6%, калий — до 4,5%; мезо — и микроэлементы — все основные, в легкодоступной форме; микроорганизмы — живые, антагонисты патогенной микрофлоры, свыше 30 видов: консорциум представителей родов Klebsiella, Pseudomonas, Bacillus и Trichoderma, а также азотфиксирующие, фосфатмобилизующие и молочнокислые бактерии; стимуляторы роста — биоактивные фитогормоны, аминокислоты растительного происхождения, витамины, комплекс целлюлозолитических ферментов, почвенные антибиотики; гуминовые вещества — до 6,0 г/л; биоприлипатель — композиция из природных биологических полимеров и ПАВ микроорганизмов (повышает эффективность усвоения удобрения на 30 — 40%); рН — 7,4 — 8,6.

Каждый подвид «АгроТоника» для конкретной группы культур имеет оптимальный для них агрохимический состав биопрепарата. Например, «Томаты, перцы, баклажаны» — повышенное содержание В (до 4,0%), Mо (до 0,05%) и Cu (до 1,2%); «Огурцы, кабачки, патиссоны» — повышенное содержание S (до 2,5%), Fe (до 0,08%), В (до 1,5%) и Mg (до 1,2%); «Лук и чеснок» — повышенное содержание K (до 7,2%), Mg (до 1,1%), S (до 1,5%) и Са (до 1,8%); и так далее.

Исследования по разработке рецептуры и технологии производства проводились на производственной базе ООО «СБГ» (рисунки 24, 25).

Были проведены лабораторные опыты по влиянию биопрепаратов «АгроТоник» на рост и развитие и продуктивность полевых и овощных культур (рисунки 26, 27).

Рис. 24 Предварительная подготовка эффлюента (в кубах) для производства биопрепарата (барботизация, фильтрация и так далее)

Рис. 25 Предварительная подготовка эффлюента: обогащение микроорганизмами и жидкими органическими ингредиентами

Рис. 26 Влияние биопрепарата «Газонные травы» ТМ «АгроТоник» (№3) на газонную смесь по сравнению с минеральными удобрениями (№1)

С компанией ООО «БТК» кафедра «Землеустройства, почвоведения и агрохимии» СГАУ заключила Договор от 29.10.2018 г. на выполнение научно — исследовательской работы по теме: «Разработка рецептуры и технологии производства органических полифункциональных биопрепаратов на основе микробиологической ферментации пищевых и сельскохозяйственных отходов». В данном случае биопрепараты разрабатывались уже не только как многокомпонентные, но и многофункциональные: с функциями органического удобрения, биостимулятора, биофунгицида и бактерицида.

Рис. 27 Влияние биопрепарата «Лук и чеснок» ТМ «АгроТоник» (справа) на развитие корневой системы лука по сравнению с минеральными удобрениями

На основе данного эффлюента был разработан «Многокомпонентный биопрепарат с функциями удобрения, фунгицида и бактерицида». Эффлюент после предварительной подготовки был обогащен разными органическими ингредиентами, например, гуматом калия, микробиологическими препаратами, биоприлипателем и так далее. Использовался, в частности, комплексный микробиологический препарат «Фитоспорин — МЖ — АС» производства НВП ООО «БашИнком» (г. Уфа), который содержит три основные группы микроорганизмов — антагонистов фитопатогенов: ассоциация живых спор и клеток активных штаммов Bacillus Subtilis (сенная палочка), споры и мицелий грибов рода Trichoderma и лизаты ризосферных бактерий рода Pseudomonas. Все штаммы относятся к почвенным микроорганизмам, сосуществующими друг с другом. В препарате также содержатся 20 L — аминокислот натурального происхождения, природные полисахариды, фитогормоны, витамины (приложение 8).

Исследования многокомпонентного биопрепарата с функциями удобрения, фунгицида и бактерицида на основе эффлюента проводили на опытном поле лаборатории «АгроЭкология» в 2017-2020 гг. (сотрудничество с ООО «БТК» началось до заключения Договора) (рисунки 28-31).

Рис. 28 Внесение полифункционального препарата в корневую зону растений культур с помощью мультиинжектора «Пегас», июнь 2018 г.

Рис. 29 Внесение полифункционального препарата методом опрыскивания посевов, фаза — кущение зерновых, май 2020 г.

• 1. Рис. 30 Многокомпонентный биопрепарат с функциями удобрения, фунгицида и бактерицида (образец в таре)
  2. 
  3. Рис. 31 Многокомпонентный биопрепарат с функциями удобрения, фунгицида и бактерицида (этикетка)
  4. 3.2.2 Полифункциональные биопрепараты
  5. с наночастицами микроэлементов

В стадии разработки и лабораторных испытаний находится еще три полифункциональных биопрепарата для биозащиты и оптимизации минерального питания растений культур в органическом земледелии:

1. Многокомпонентный биопрепарат с полным набором органических биоактивных веществ и нанокремнием.

Состав: Биогумус — 62% (водная вытяжка из биогумуса, получаемого методом вермикомпостирования навоза КРС) + Гумат калия — 30% (получаемый в результате переработки низинного торфа) + Раствор нанокремния — 7% (кремний, измельченный физическими методами до размера наночастиц, смешан с водой в виде взвеси) + Биоприлипатель — 1% (полисахариды природного происхождения).

Назначение: обеспечение растений культуры полным набором биохимически активных органических веществ, повышение иммунитета к заболеваниям и стрессоустойчивости к неблагоприятным погодным условиям, а также повышение устойчивости к полеганию.

2. Многокомпонентный биопрепарат с функциями биозащиты на основе никотина на наночастицах кремния.

Состав: Биогумус — 62% (водная вытяжка из биогумуса, получаемого методом вермикомпостирования навоза КРС) + Гумат калия — 30% (получаемый в результате переработки низинного торфа) + Раствор нанокремния с никотином — 7% (соединения никотина подсажены на наночастицы кремния) + Биоприлипатель — 1% (полисахариды природного происхождения).

Назначение: обеспечение растений культуры полным набором биохимически активных органических веществ, биозащита посевов от основных вредителей зерновых и зернобобовых культур Среднего Поволжья на основе соединений никотина на наночастицах кремния как биоинсектицида и биореппелента.

3. Многокомпонентный биопрепарат с функциями биогербицида.

Состав: Биогумус — 62% (водная вытяжка из биогумуса, получаемого методом вермикомпостирования навоза КРС) + Гумат калия — 30% (получаемый в результате переработки низинного торфа) + Раствор наночастиц цинка с глифосатом — 7% (соединения глифосата подсажены на наночастицы цинка) + Биоприлипатель — 1% (полисахариды природного происхождения).

Назначение: подкормка почвы полным набором биохимически активных органических веществ, внесение биогербицида сплошного действия для уничтожения всех видов сорняков при обработке чистого пара.

Биогербицид — за счет низкой концентрации соединений глифосата (в 1000 — 1500 раз меньше, чем в традиционных глифосатных гербицидах), подсаженных на наночастицы цинка.

Все три инновационных полифункциональных биопрепарата проходят стадию отработки оптимальной рецептуры на основе лабораторных и полевых предварительных опытов.

В 2021 году планируется испытывать данные биопрепараты в стационарном многофакторном полевом опыте лаборатории «АгроЭкология», а также в научных производственных опытах.

3.3 Результаты исследований в стационарном полевом опыте

3.3.1 Влияние органических удобрений и биопрепаратов на пораженность растений полевых культур корневыми гнилями

Исследования по распространенности поражения корневыми гнилями растений культур севооборота «Стандарт» проводились на полях озимой пшеницы, яровой пшеницы твердой и ячменя, в фазы кущения и молочной спелости (в таблицах дано в среднем).

Корневые гнили широко распространены во всех районах, где возделываются зерновые культуры, поражают озимую и яровую пшеницу, рожь, ячмень, злаковые травы, в меньшей степени – овес.

Корневые гнили вызывают несколько видов фитопатогенных грибов, обитающих в почве, и сохраняющихся в почве, на семенах и растительных остатках. Наиболее распространенными и вредоносными являются фузариозная, гельминтоспориозная, церкоспореллезная и офиоболезная корневые гнили. На одних и тех же посевах можно обнаружить несколько видов возбудителей заболеваний.

Распространение корневых гнилей может быть неравномерным. Болезнь может являться причиной выпадения всходов, уменьшения продуктивной кустистости, числа зерен в колосе и массы 1000 зерен, ухудшения их качества, и в годы сильного развития корневых гнилей потери могут составлять 15 — 40 %. Различные виды корневой гнили вызывают сходные симптомы поражения.

Основными источниками инфекции всех видов корневых служат почва, пожнивные остатки, семена. Факторами, усиливающими развитие гнилей, являются нарушение агротехники, несоблюдение севооборотов и степень их насыщенности зерновыми культурами.

Определить степень вредоносности корневых можно путем обследования посевов, которое проводится два раза за сезон: в фазах кущения и молочной спелости зерна.

Корневые гнили – это болезнь растений, ослабленных неблагоприятными факторами среды, например, резкими перепадами температур в начальные фазы развития растений [35].

Меры борьбы с корневыми гнилями в «органическом» земледелии: севооборот, биопротравливание семян зерновых культур, обработка микробиологическими препаратами почвы и посевов, внесение в почву при посеве многокомпонентных органических удобрений с функциями биостимулятора, биофунгицида и биобактерицида.

В наших опытах изучалось влияние многокомпонентных органических удобрений и полифункциональных биопрепаратов (таблица 5).

Таблица 5 — Распространенность поражения корневыми гнилями (%)

растений озимой пшеницы (2017 — 2020 гг.)

На озимой пшенице выявлено, что из всех вариантов удобрений наибольшее снижение пораженности корневыми гнилями по сравнению с контролем вызывают многокомпонентные органические удобрения, содержащие микробиологические препараты с функциями биофунгицида и биобактерицида.

Так, удобрение «ДФСПГк», то есть «(Диатомит + Фитоспорин АС) + (Диатомит + Гумат калия) = 70:30», снижает корневые гнили на 21,7 — 42,8%, а дражировочная смесь, которой покрывают семена зерновых перед посевом, на 36,2 — 46,8%. Дражировочная смесь содержит один — два микробиологических биопрепарата, содержащих консорциум ассоциаций микроорганизмов — антагонистов патогенной почвенной микрофлоры.

Максимальное снижение корневых гнилей отмечено на варианте А6В3: применение дражировки семян и биопрепаратов по вегетации, на 46,8%.

В среднем, на вариантах с пестицидами корневые гнили снижались на 22%, на вариантах с биопрепаратами — на 28,2%.

На яровой твердой пшенице выявлено, что также из всех вариантов удобрений наибольшее снижение пораженности корневыми гнилями по сравнению с контролем вызывают многокомпонентные органические удобрения с микробиологическими препаратами в составе (таблица 6).

Таблица 6 — Распространенность поражения корневыми гнилями (%)

растений яровой пшеницы твердой (2017 — 2020 гг.)

Так, удобрение «ДФСПГк», то есть «(Диатомит + Фитоспорин АС) + (Диатомит + Гумат калия) = 70:30», снижает корневые гнили на 16,0 — 29,4%, а дражировочная смесь, которой покрывают семена зерновых перед посевом, на 26,7 — 36,8%.

Максимальное снижение корневых гнилей отмечено на варианте А6В3: применение дражировки семян и биопрепаратов по вегетации, на 36,8%.

В среднем, на вариантах с пестицидами корневые гнили снижались на 11,7%, на вариантах с биопрепаратами — на 16,3%.

В целом, озимая пшеница оказалась более отзывчивой на снижение пораженности корневыми гнилями, чем яровая пшеница твердая.

На ячмене яровом выявлено, что из всех вариантов удобрений наибольшее снижение пораженности корневыми гнилями по сравнению с контролем вызывают многокомпонентные органические удобрения, содержащие микробиологические препараты с функциями биофунгицида и биобактерицида (таблица 7).

Так, удобрение «ДФСПГк», то есть «(Диатомит + Фитоспорин АС) + (Диатомит + Гумат калия) = 70:30», снижает корневые гнили на 20,7 — 22,0%, а дражировочная смесь, которой покрывают семена зерновых перед посевом, на 26,1 — 29,2%.

Максимальное снижение корневых гнилей отмечено на варианте А6В3: применение дражировки семян и биопрепаратов по вегетации, на 29,2%.

В среднем, на вариантах с пестицидами корневые гнили снижались на 3,8%, на вариантах с биопрепаратами — на 11,0%.

Таким образом, наибольшее снижение пораженности растений зерновых колосовых культур корневыми гнилями наблюдалось на вариантах с многокомпонентными органическими удобрениями, содержащими микробиологические препараты с функциями биофунгицида и бактерицида.

Посев дражированными семенами оказался наиболее эффективным для борьбы с комплексом корневых гнилей, так как при дражировке семян происходит биопротравливание, а также микроорганизмы — антагонисты почвенной патогенной микрофлоры сразу попадают в ризосферную зону проростков и всходов растений культур.

Таблица 7 — Распространенность поражения корневыми гнилями (%)

растений ячменя ярового (2017 — 2020 гг.)

Наибольший эффект отмечен при совместном применении дражировки семян и полифункциональных биопрепаратов по вегетации, снижение пораженности корневыми гнилями достигает 46,8%.

В севообороте «Органик» пораженность растений зерновых культур корневыми гнилями определялась на озимой ржи и ячмене яровом (смешанный весенний посев), а также на яровой пшенице твердой (смешанный посев «нут + яровая пшеница твердая») (таблицы 9, 10, 11).

В таблице 8 представлены результаты по озимой ржи.

Таблица 8 — Распространенность поражения корневыми гнилями (%)

растений озимой ржи (2017 — 2020 гг.)

На озимой рже выявлено, что из всех вариантов удобрений наибольшее снижение пораженности корневыми гнилями по сравнению с контролем вызывают многокомпонентные органические удобрения, содержащие микробиологические биопрепараты с функциями фунгицида и бактерицида.

Так, удобрение «ДФСПГк», то есть «(Диатомит + Фитоспорин АС) + (Диатомит + Гумат калия) = 70:30», снижает корневые гнили на 25,9 — 31,6%, а дражировочная смесь, которой покрывают семена зерновых перед посевом, на 30,6 — 33,3%. Максимальное снижение корневых гнилей отмечено на варианте А6В3: применение дражировки семян и биопрепаратов по вегетации, на 33,3%.В среднем, на вариантах с пестицидами корневые гнили снижались на 10,1%, на вариантах с биопрепаратами — на 13,8%.

В таблице 9 представлены результаты по ячменю яровому.

Таблица 9 — Распространенность поражения корневыми гнилями (%)

На ячмене яровом севооборота «Органик» выявлены те же закономерности, что и на других полях зерновых культур. Так, удобрение «ДФСПГк», то есть «(Диатомит + Фитоспорин АС) + (Диатомит + Гумат калия) = 70:30», снижает корневые гнили на 22,8 — 35,1%, а дражировочная смесь, которой покрывают семена зерновых перед посевом, на 34,8 — 41,1%.

Максимальное снижение корневых гнилей отмечено на варианте А6В3: применение дражировки семян и биопрепаратов по вегетации, на 41,1%.

В среднем, на вариантах с пестицидами корневые гнили снижались на 13,3%, на вариантах с биопрепаратами — на 19,9%.

В таблице 10 представлены результаты по яровой пшенице твердой.

Таблица 10- Распространенность поражения корневыми гнилями (%)

растений яровой пшеницы твердой севооборота «Органик» (2017 — 2020 гг.)

На яровой пшенице твердой севооборота «Органик» выявлено, что из всех вариантов удобрений наибольшее снижение пораженности корневыми гнилями по сравнению с контролем вызывают многокомпонентные органические удобрения, содержащие микробиологические препараты с функциями биофунгицида и биобактерицида.

Так, удобрение «ДФСПГк», то есть «(Диатомит + Фитоспорин АС) + (Диатомит + Гумат калия) = 70:30», снижает корневые гнили на 9,7 — 20,2%, а дражировочная смесь, которой покрывают семена зерновых перед посевом, на 19,8 — 29,6%.

Максимальное снижение корневых гнилей отмечено на варианте А6В3: применение дражировки семян и биопрепаратов по вегетации, на 29,6%.

В среднем, на вариантах с пестицидами корневые гнили снижались на 4,9%, на вариантах с биопрепаратами — на 13,9% (рисунок 32).

Рис. 32 Определение пораженности корневыми гнилями растений зерновых колосовых культур (фаза кущения, май 2019 г.)

Таким образом, по всем зерновым колосовым культурам опытных севооборотов наибольшее снижение пораженности растений корневыми гнилями наблюдалось на вариантах с многокомпонентными органическими удобрениями, содержащими микробиологические биопрепараты с функциями фунгицида и бактерицида.

Посев дражированными семенами оказался наиболее эффективным для борьбы с комплексом корневых гнилей, так как при дражировке семян происходит биопротравливание, а также микроорганизмы — антагонисты почвенной патогенной микрофлоры сразу попадают в ризосферную зону проростков и всходов растений культур.

Наибольший эффект отмечен при совместном применении дражировки семян и полифункциональных биопрепаратов по вегетации, снижение пораженности корневыми гнилями достигает 46,8%.

3.3.2 Влияние органических удобрений и биопрепаратов на урожайность полевых культур

Урожайность является интегральным показателем эффективности применения органических удобрений и биопрепаратов, это один из показателей, от которых зависит экономическая эффективность агротехнологий, в том числе в органическом земледелии.

В таблице 11 представлена урожайность озимой пшеницы.

Исследования выявили, что органические виды удобрений, в том числе дражировка семян, практически существенно не уступали по урожайности варианту А2 с нитроаммофоской.

В среднем по препаратам, применение пестицида повышало урожайность на 10,2% по сравнению с контролем, а двукратная обработка полифункциональным биопрепаратом — на 19,5%.

В таблице 12 представлена урожайность яровой пшеницы твердой.

На данной культуре выявлено превосходство вариантов с многокомпонентными органическими удобрениями над вариантом А2 с нитроаммофоской.

Так, вариант «А6В3» — это применение биопрепаратов и дражировки семян — дало прибавку урожайности в 19,9% по сравнению с контролем «А1В1», тогда как применение нитроаммофоски и биопрепаратов «А2В3» дало прибавку только 14,5%.

Таблица 11- Урожайность озимой пшеницы, т/га (2017 — 2020 гг.)

В среднем по препаратам, применение пестицида увеличивало урожайность на 9,1%, а обработка биопрепаратами — на 17,2%.

В таблице 13 представлена урожайность гороха.

Под данную культуру не вносили нитроаммофоску, так как зернобобовая культура, и не делали дражировку семян гороха, так как есть чисто технологические трудности дражировки крупных семян.

Наибольшая прибавка урожайности гороха в среднем получена на варианте «ДЗгЗ» («Диатомит + Зоогумус + Зола древесная»): 11,5 — 19,4%. На

Таблица 12- Урожайность яровой пшеницы твердой, т/га, севооборота «Стандарт» (2017 — 2020 гг.)

втором месте по эффективности — вариант «ДЗК» («Диатомит + Зола древесная + Калий органический»): 3,6 — 16,5%.

В таблице 14 представлена урожайность ячменя ярового.

На ячмене также варианты с органическими удобрениями не уступали по урожайности варианту А2 с нитроаммофоской. Например, дражирование семян и внесение нитроаммофоски на фоне с биопрепаратами увеличивало урожайность на 11,5% по сравнению с контролем А1В1.

Наибольшая урожайность в среднем по препаратам на ячмене отмечена после применения пестицида, +20,2% по отношению к контролю.

Таблица 13- Урожайность гороха, т/га, (2017 — 2020 гг.)

Концепция применения многокомпонентных органических удобрений — внесение при посеве в рядок. При посеве подсолнечника на наших полях использовалась пропашная сеялка, внесение удобрений из которой было затруднительно по ряду технических причин. Поэтому, удобрения не вносились, использовались только препараты.

Применение пестицида повышало урожайность подсолнечника в среднем на 4,8%, а биопрепаратов — на 8,2% по сравнению с контролем.

В таблице 15 представлены данные по подсолнечнику.

Таким образом, в целом по севообороту «Стандарт» многокомпонентные органические удобрения на основе диатомита, в том числе дражировка семян перед посевом, не уступали по урожайности варианту с внесением нитроаммофоски, а нередко существенно превосходили. Наибольшую прибавку урожайности обеспечили виды органических удобрений «ДЗК», «ДЗгЗ» и дражировка семян.

Таблица 14 — Урожайность ячменя ярового, т/га, севооборота «Стандарт» (2017 — 2020 гг.)

В среднем по препаратам, полифункциональные биопрепараты при двукратной обработке за вегетацию давали большую прибавку урожайности, чем пестициды. Исключение составил только ячмень яровой.

Севооборот «Органик»: 1) сидеральный пар, 2) озимая рожь + ячмень яровой (весенний смешанный посев), 3) озимая рожь, 4) сафлор, 5) нут + яровая пшеница твердая (смешанный посев), 6) овес голозерный.

Таблица 15 — Урожайность подсолнечника, т/га, севооборота «Стандарт» (2017 — 2020 гг.)

В сидеральном пару удобрения и препараты не вносились. Зеленая масса заделывалась дисковыми почвообрабатывающими орудиями в фазу трубкования овса.

Сафлор использовался как фитосанитарная культура. Не во все годы удавалось найти семена сафлора высокого качества, поэтому удобрения и препараты на сафлоре также не применялись.

Однако, изучение сафлора показало перспективность данной культуры для Среднего Поволжья, в связи с глобальными климатическими изменениями, и исследования сафлора будут продолжены.

В таблице 16 представлены результаты по урожайности озимой ржи. На озимой ржи, посеянной весной в составе смешанного посева, также выявлена главная закономерность в том, что варианты с органическими удобрениями, в том числе дражировка семян, не уступают по урожайности варианту с нитроаммофоской. Органические удобрения «ДЗК», «ДЗгЗ» и дражировка семян дают прибавку урожайности примерно на одном уровне с нитроаммофоской.

Применение биопрепарата также более эффективно, чем пестицида.

В таблице 17 представлена урожайность ячменя ярового.

На данной культуре в составе смешанного посева превосходство органических удобрений над нитроаммофоской оказалось существенным.

Таблица 16 — Урожайность озимой ржи, т/га (2017 — 2020 гг.)

Так, например, на фоне с биопрепаратами, внесение минерального удобрения повышало урожайность культуры на 33,3%, тогда как применение органического удобрения «ДЗгЗ» — на 41,1% по сравнению с контролем.

В среднем, обработка посевов пестицидом повышала урожайность на 13,2%, а двукратное опрыскивание биопрепаратом — на 31,0%

В целом, ячмень яровой в составе смешанного посева оказался более отзывчивым на многокомпонентные органические удобрения и биопрепараты.

Таблица 17 — Урожайность ячменя ярового, т/га, севооборота «Органик» (2017 — 2020 гг.)

В таблице 18 представлены результаты по нуту.

Дражировка семян нута не проводилась, но нитроаммофоска вносилась, так как нут высевался в смешанном посеве с яровой пшеницей твердой. Соответственно, нет варианта удобрений А6.

Нут оказался в значительной степени отзывчив на многокомпонентные органические удобрения и полифункциональные биопрепараты. Очевидно, это связано с высоким содержанием микроэлементов в составе золы древесной, калия органического и зоогумуса, а также в составе гумата калия.

Так, например, на фоне с биопрепаратами, внесение нитроаммофоски повышало урожайность нута в среднем на 49%, тогда как органических удобрений «ДЗК» и «ДЗгЗ» на 51 и 60,8% соответственно по сравнению с контролем.

Таблица 18 — Урожайность нута, т/га, (2017 — 2020 гг.)

В среднем по препаратам, применение в севообороте пестицидов повышало урожайность нута на 24,5% по сравнению с контролем, а двукратная за вегетацию обработка биопрепаратами — на 50%.

В таблице 19 представлены результаты по урожайности яровой пшеницы твердой смешанного посева с нутом.

Также выявлено, что органические удобрения «ДЗК», «ДЗгЗ» и дражировка семян дают прибавку урожайности значительно более большую, чем внесение нитроаммофоски.

Таблица 19 — Урожайность яровой пшеницы твердой, т/га,

севооборота «Органик» (2017 — 2020 гг.)

Так, например, на фоне с биопрепаратами, внесение нитроаммофоски повышало урожайность яровой пшеницы твердой в среднем на 61,3%, тогда как органических удобрений «ДЗгЗ» и дражировка семян на 64,7 и 63% соответственно по сравнению с контролем.

В среднем по препаратам, применение в севообороте пестицидов повышало урожайность яровой пшеницы твердой на 39,5% по сравнению с контролем, а двукратная за вегетацию обработка биопрепаратами — на 57,1%.

В таблице 20 представлены данные по урожайности овса голозерного.

Выявлены те же закономерности, что органические удобрения «ДЗК», «ДЗгЗ» и дражировка семян не уступают по своей эффективности варианту с нитроаммофоской, а применение биопрепаратов более эффективно по сравнению с применением пестицидов.

Таблица 20 — Урожайность овса голозерного, т/га, (2017 — 2020 гг.)

Таким образом, в целом по севообороту «Органик» доказано, что внесение в рядок при посеве многокомпонентных органических удобрений на основе диатомита по своей эффективности или не уступает или превосходит вариант с внесением нитроаммофоски.

Двукратная обработка посевов за вегетацию полифункциональным биопрепаратом также значительно более эффективна для повышения урожайности, чем обработка посевов пестицидами.

В целом, по севооборотам «Стандарт» и «Органик», многокомпонентные органические удобрения «ДЗК» («Диатомит + Зола + Калий органический»), «ДЗгЗ» («Диатомит + Зоогумус + Зола») и дражировка семян как минимум не уступают по своей эффективности минеральному удобрению, а в большинстве случаев и превосходят его.

Двукратная обработка посевов полифункциональным биопрепаратом с функциями биофунгицида и бактерицида также оказалась для повышения урожайности более эффективным приемом, чем применение просто химического пестицида.

Таким образом, разрабатываемые лабораторией «АгроЭкология» препараты биологического происхождения для защиты растений и оптимизации минерального питания могут и должны стать составной частью агротехнологий в органическом земледелии Среднего Поволжья.

ВЫВОДЫ

Концепция создания органических удобрений на основе наноструктурного диатомита — многокомпонентные полифункциональные высококонцентрированные максимально усвояемые биогенные удобрительные смеси низкой дозы внесения (200 — 300 кг/га) из сеялки при посеве в прикорневую зону.

Разработана ассортиментная линейка многокомпонентных органических удобрений на основе диатомита с функциями почвоулучшителя, биостимулятора, биофунгицида и бактерицида.

Разработана уникальная технология внесения органических удобрений и биопрепаратов в ризосферную зону растений полевых культур методом предпосевной дражировки семян культур.

Разработана ассортиментная линейка биопрепаратов торговой марки «АгроТоник»: «Цветовод», «Садовод», «Овощевод», «Полевод», «Лесовод» и «Универсальный». Биопрепараты «АгроТоник» по своему функционалу — мультикомплексное органическое удобрение из природных компонентов растительного и животного происхождения с функцией биостимулятора.

Разработан «Многокомпонентный биопрепарат с функциями удобрения, фунгицида и бактерицида».

Все органические удобрения и биопрепараты разработаны на основе продуктов переработки (утилизации) органических отходов и сырья.

Лабораторные вегетационные и полевые стационарные опыты за 2017 — 2020 гг. продемонстрировали высокую эффективность органических удобрений и биопрепаратов по сравнению с минеральными удобрениями и пестицидами, что позволяет их применять в агротехнологиях цифрового органического земледелия.

Так, по всем зерновым колосовым культурам опытных севооборотов наибольшее снижение пораженности растений корневыми гнилями наблюдалось на вариантах с многокомпонентными органическими удобрениями, содержащими микробиологические биопрепараты с функциями фунгицида и бактерицида.

Посев дражированными семенами оказался наиболее эффективным для борьбы с комплексом корневых гнилей, так как при дражировке семян происходит биопротравливание, а также микроорганизмы — антагонисты почвенной патогенной микрофлоры сразу попадают в ризосферную зону проростков и всходов растений культур.

Наибольший эффект отмечен при совместном применении дражировки семян и полифункциональных биопрепаратов по вегетации, снижение пораженности корневыми гнилями достигает 46,8%.

В целом, по севооборотам «Стандарт» и «Органик», по влиянию на урожайность полевых культур, многокомпонентные органические удобрения «ДЗК» («Диатомит + Зола + Калий органический»), «ДЗгЗ» («Диатомит + Зоогумус + Зола») и дражировка семян как минимум не уступают по своей эффективности минеральному удобрению, а в большинстве случаев и превосходят его.

Двукратная обработка посевов за вегетацию полифункциональным биопрепаратом с функциями биофунгицида и бактерицида также значительно более эффективна для повышения урожайности, чем обработка посевов химическими пестицидами.

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ

В 2019 и 2020 гг. в двух сельхозпредприятиях Кинель — Черкасского и Пестравского районов Самарской области проводились научные производственные испытания органических удобрений и биопрепаратов разработки лаборатории «АгроЭкология».

В приложениях 9-12 представлены Акты внедрения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Горянин О. И. Агротехнологические основы повышения эффективности возделывания полевых культур на черноземе обыкновенном Среднего Заволжья: автореф. дисс. … доктора с.-х. наук. Саратов, 2016. 42 с.
2. Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2015 год. [Электронный ресурс] // URL: http://www.meteorf.ru/upload/pdf_download/Доклад%20Росгидромет%202015.pdf (дата обращения: 18.09.2016)
3. Глобальная климатическая угроза и экономика России: в поисках особого пути / Московская школа управления Сколково / 2020 г.
4. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2018 г.» / Минприроды РФ, 2019 г.
5. Доклад о климатических рисках на территории Российской Федерации / Климатический центр Росгидромета. СПб. 2017
6. Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2018 г. / Росгидромет, 2019.
7. Государственный доклад о состоянии энергосбережения и повышения энергетической эффективности в Российской Федерации в 2018 г. / Минэкономразвития РФ, декабрь 2019.
8. Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2015 год. [Электронный ресурс] // URL: http://www.meteorf.ru/upload/pdf_download/Доклад%20Росгидромет%202015.pdf (дата обращения: 18.09.2016)
9. Зависимость урожая яровой пшеницы от вида севооборота и метеорологических условий / Ю.Ф. Курдюков, Н.Г. Левицкая, Л.П. Лощинина, Г.В. Шубитидзе, М.Ю. Васильева // Земледелие. 2014. №1. С. 41–44.
10. Вступил в силу закон «Об органической продукции» [Электронный ресурс]. URL: https://www.dairynews.ru/news/vstupil-v-silu-zakon-ob-organicheskoy-produktsii.html (дата обращения: 21.11.2020)
11. АГРОИНВЕСТОР [Электронный ресурс]. URL: https://www.agroinvestor.ru/markets/article/33502-organika-rossiyskogo-li-polya-yagoda-obem-vnutrennego-rynka-ekoproduktsii-otsenivaetsya-v-250-mln-uzh/ (дата обращения: 21.11.2020)
12. Переработка органических отходов: барьеры развития бизнеса в РФ [Электронный ресурс]. URL: https://marketing.rbc.ru/articles/11775/ (дата обращения: 21.11.2020)
13. IEA, Energy Technology Perspectives 2014 — Harnessing Electricity’s Potential
14. IPCC, 2013–2014. Fifth Assessment Report, Climate Change 2013–2014, vol. 1–3.
15. Pathways to deep decarbonisation — 2014 – Synthesis report, SDSN – IDDRI
16. Pathways to deep decarbonization — 2015 — Executive summary, SDSN — IDDRI.
17. Schaeffer М., B. Hare, M. Rocha, J. Rogel. Adequacy and feasibility of the 1.5°C long term global limit. Climate Analytics. 2013.
18. Прогноз развития энергетики мира и России 2019 / под ред. А. А. Макарова, Т. А. Митровой, В. А. Кулагина / ИНЭИ РАН–Московская школа управления СКОЛКОВО — Москва, 2019.
19. К концепции государственного управления и мониторинга в сфере изменения климата в России / Романовская А.А., ПЭММЭ, Том XXXI, № 3-4, 2019. DOI: 10.21513/0207-2564-2019-3-61-83
20. Сравнение прогнозов выбросов парниковых газов в секторе «Энергетика» России на 2010-2060 гг. / И.А. Башмаков, А.Д. Мышак // Проблемы прогнозирования. 2014. №1 (142).
21. Куликова А. Х. Кремний и высококремнистые породы в системе удобрения сельскохозяйственных культур. – Ульяновск, Издательство Ульяновской ГСХА им. П. А. Столыпина, 2013. 176 с.
22. Wakil W., Ghazanfar M.U., Ashfaq M., Ali K., Riasat T. Efficacy assessment of diatomaceous earth against Callosobruchus maculatus (F.) (Coleoptera: Bruchidae) on gram at different temperature and relative humidity regimes // Julius-Kühn-Archiv: Proceedings of the 10th International Working Conference on Stored Product Protection.Vol. 425. 2011. Р. 936−941
23. Mewis I., Ulrichs C. Тreatment of rice with diatomaceous earth and effects on the mortality of the red flour beetle tribolium castaneum (herbst) // Springer-Verlag GmbH. Vol. 74 (1). 2001. Р.13−16
24. Xiang, Y., Wang, N., Song, J., Cai, D., Wu, Z. Micro-nanopores fabricated by high-energy electron beam irradiation: Suitable structure for controlling pesticide loss // Journal of Agricultural and Food Chemistry, Vol. 61. 2013. Р.5215−5219
25. Куликова А. Х., Никифорова С. А. Эффективность предпосевной обработки семян ячменя биопрепаратами и диатомитовым порошком в условиях Ульяновской области // Вестник Ульяновской ГСХА. 2011. №4. С. 26-32
26. Козлов А. В., Куликова А. Х., Копосова Н. Н. Влияние диатомита, цеолита и бентонитовой глины на показатели физико — химического

состояния дерново — подзолистой почвы // Известия Самарского научного

центра Российской академии наук, том 19. 2017. №2 (2). С. 275 — 280

1. Отчет о научно-исследовательской работе по теме «Изучение эффективности органоминеральных удобрений в технологии возделывания кукурузы и ячменя» // ФГБОУ ВО Ульяновский ГАУ им. П. А. Столыпина. 2018. 28 с.
2. Смывалов В. С., Захарова Д. А. Влияние кремнийсодержащих материалов на урожайность и качество продукции яровой пшеницы // Вестник Ульяновской ГСХА. 2016. №4. С. 55 — 59
3. Куликова А. Х, Яшин Е. А, Данилова Е. В. Эффективность применения диатомита и минеральных удобрений в технологии возделывания озимой пшеницы // Агрохимический вестник. 2007. №5. С. 18 — 19
4. Агроклиматические ресурсы Куйбышевской области.- Л.: Гидрометеоиздат, 1968.- 207 с.
5. Почвы Куйбышевской области / Г. Г. Лобов, И. С. Рабочев и др.; отв. ред. Г. Г. Лобов.- Кбш.: Кн. изд-во, 1984.- 392 с.
6. Природно-сельскохозяйственное районирование и использование земельного фонда СССР / Под ред. А. Н. Каштанова.- М.: Колос, 1983.- 336 с.
7. Трегубов, Б. А. Оценка земель Куйбышевской области / Б. А. Трегубов, Г. Г. Лобов, М. Г. Холина.- Кбш.: Кн. изд-во, 1988.- 176 с.
8. Агроклиматические ресурсы Куйбышевской области.- Л.: Гидрометеоиздат, 1968.- 207 с.
9. Корневые гнили: как распознать болезнь [Электронный ресурс]. URL: https://www.avgust.com/newspaper/topics/detail.php?ID=1408 (дата обращения: 11.12 2020)

36. Биологизация земледелия в Среднем Поволжье: монография / В.А. Корчагин, С.Н. Зудилин, О.И. Горянин, С.Н. Шевченко, С.В. Обущенко. – Кинель: РИЦ СГСХА, 2017. – 228 с.

Приложения

Реферат

Отчет содержит: 3 раздела, 98 страницы, 15 таблиц, 3 рисунка, 120 литературных источников.

Убойные цеха мясокомбинатов и животноводческих ферм являются одними из крупнейших потребителей природных водных ресурсов, из которых до 70% приходится на сточные воды — выбросы жидкостей с высокой концентрацией органических веществ, токсичных элементов, условно-патогенных и патогенных микроорганизмов.

По нашим расчетам в последние годы объем сточных вод убойных цехов и мясокомбинатов составляет более 60,0 млн. м³.

Поэтому сточные воды скотобоен могут служить серьезным источникам загрязнения водных объектов. Вместе с тем имеют высокую удобрительную ценность по содержанию элементов питания для растений и могут быть использованы для орошения после соответствующей подготовки.

В настоящее время на большинстве предприятий отсутствуют локальные очистные сооружения сточных вод убойных цехов, стоки смешиваются с хозяйственно-бытовыми сточными водами и сбрасываются в канализацию.

Цель и задачи исследований:

• • изучение объема и состава стоков скотобоен, анализ существующих способов их очистки,
  • разработка технологии эффективной очистки сточных вод скотобоен с применением аборигенной микрофлоры, интродуцированных активных штаммов,
  • разработка технологии доочистки сточных вод боен с помощью новых природных коагулянтов (МагТрит-С),
  • Изучение возможности обеззараживания стоков от патогенной микрофлоры с помощью СВЧ-излучений,
  • определение степени токсичности очищенной сточной воды для их использования на орошение кормовых культур,
  • закладка опытов по изучению влияния стоков на почвенно-поглощающий комплекс, рост, развитие, урожайность кормовых и полевых культур и их качество.

Научная новизна работы заключается в использовании новых штаммов деструкторов органических соединений, естественных антагонистов патогенных микроорганизмов, биосорбентов тяжелых металлов, в применении на этапе доочистки для осветления стоков, удаления тяжелых металлов и обеззараживания стоков новых природных коагулянтов и СВЧ –излучений.

Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы для эффективной локальной очистки стоков скотобоен на предприятиях различной мощности и являться предпосылкой для рекомендации очищенных сточных вод скотобоен для орошения кормовых и полевых культур.

Ключевые слова: стоки скотобоен, локальные очистные сооружения, аборигенные микроорганизмы тяжелые металлы, патогенная и условно-патогенная микрофлора, земледельческие поля орошения.

Введение

В настоящее время в Российской Федерации насчитывается около 3 тысяч предприятий разного типа (мясокомбинаты, животноводческие и птицеводческие хозяйства), занимающихся убоем скота.

Убойные цеха мясокомбинатов и животноводческих ферм являются одними из крупнейших потребителей природных водных ресурсов, из которых до 70% впоследствии превращается в сточные воды — выбросы жидкостей с высокой концентрацией органических веществ, токсичных элементов, условно-патогенных и патогенных микроорганизмов [1].

Существенной особенностью сточных вод убойных цехов и мясокомбинатов является сильная загрязненность по БПК (биохимическому потреблению кислорода), ХПК (химическому потреблению кислорода), по содержанию количество белка и жира, солей натрия, тяжелых металлов, сульфатов, для них также характерна большая бактериальная обсемененность [2], [3]. Поэтому сточные воды скотобоен могут служить серьезным источникам загрязнения водных объектов. Вместе с тем сточные воды скотобоен имеют высокую удобрительную ценность по содержанию элементов питания для растений, а именно азота – более 100 мг/л, фосфора – более 30 мг/л, калия – более 70 мг/л [4].

Следовательно, изучение возможности использования сточных вод скотобоен и мясокомбинатов для орошения сельскохозяйственных культур представляет значительный интерес и является актуальным. Орошение сточными водами не должно вызывать осолонцевание почвы, угнетения роста и развития растений, снижения урожайности возделываемой культуры.

Качество сточных вод, используемых для орошения, регламентируется по химическим, бактериологическим и паразитологическим показателям. При орошении учитываются почвенно-мелиоративные условия орошаемого участка, климатические условия района.

В целом, используемые на орошение сточные воды должны отвечать агромелиоративным требованиям, предъявляемым к поливной воде [5].

При орошении полей сточными водами решается сразу несколько задач: происходит почвенная очистка сточных вод путем утилизации их питательных элементов сточных вод, тем самым предотвращается сброс сточных вод в водоисточники, почва увлажняется и тем самым повышается её плодородие и урожайность сельскохозяйственных культур. Длительное регулярное орошение недостаточно очищенной сточной водой скотобоен, ведёт к ухудшению качества грунтовых вод также отмечается тенденция постепенного увеличения нитритов и нитратов в стоках, несет эпидемиологическую опасность [6].

К наиболее простым методам подготовки сточных вод для орошения относятся отстаивание, нейтрализация, длительное хранение. При неблагоприятном составе поливных сточных вод для улучшения их качества требуются специальные очистные сооружения. Качество сточных вод убойных цехов мясокомбинатов и уровень их пригодности для сельскохозяйственного использования в качестве орошения и удобрения зависит во многом от уровня и мощности очистных сооружений. В настоящее время не все мясокомбинаты и животноводческие предприятия в нашей стране могут позволить дорогостоящие очистные сооружения аппаратного типа, где сточные воды подвергаются комплексной очистке, в том числе биохимической очистке [7].

Цель и задачи исследований:

• • • изучение объема и состава стоков скотобоен, анализ существующих способов их очистки,
    • разработка технологии эффективной очистки сточных вод скотобоен с применением аборигенной микрофлоры, интродуцированных активных штаммов,
    • разработка технологии доочистки сточных вод боен с помощью новых природных коагулянтов (МагТрит-С),
    • изучение возможности обеззараживания стоков от патогенной микрофлоры с помощью СВЧ-излучений,
    • определение степени токсичности очищенной сточной воды для их использования на орошение кормовых культур,
    • закладка опытов по изучению влияния стоков на почвенно-поглощающий комплекс, рост, развитие, урожайность кормовых и полевых культур и их качество.

I Обзор литературы

1.1 Пути решения экологических проблем очистки сточных вод боен

Ежегодно на скотобойнях мира забивают более 50 миллиардов животных для употребления в пищу. В США ежегодно забивают более 100 миллионов коров, свиней и овец, а также 5 миллиардов домашних птиц. Крупнейшая скотобойня в мире принадлежит компании Smithfield Foods и располагается в штате Северная Каролина США. Она способна перерабатывать свыше 32 000 голов свиней в сутки. Крупнейшая скотобойня в Азии расположена в, пригороде Мумбаи в Индии [8].

В Росси по данным Росстата был произведено на убой хозяйствами всех категорий более 14,5 млн. тонн скота и птицы. В том числе 45% составило мясо птицы, 35% мясо говядины, 19% мясо свинины. В настоящее время в Российской Федерации насчитывается около 3 тысяч предприятий разного типа, занимающихся убоем, переработкой скота и выработкой готовой мясной продукции (мясокомбинаты, мясохладобойни и мясоперерабатывающие предприятия [9].

По итогам рейтинга 2019 года, составленного Агроинвестором», крупнейшими переработчиками мяса стали:

1.группа «Черкизово». -830 тыс. т мяса бройлера, свинины и индейки (здесь и далее — в убойном весе;

2. группа «Мираторг» — крупнейший в стране производитель свинины и говядины- 554 тыс. т мяса;

3.группа «Ресурс» — 483,7 тыс. т мяса бройлера;

4. группа «Агрокомплекс» им. Н. Ткачева. — 365 тыс. т мяса птицы и свинины;

5. Группа «Приосколье».- 339 тыс. т мяса бройлера;

6. группа «Белгранкорм» — 268 тыс. т. мясо бройлера и свинины;

7. группа «Чароен Покпанд Фудс» (входит в тайскую CP Foods) с 265 тыс. т бройлера и свинины;

8. группа «Сибирская аграрная группа» (недавно она изменила название на «Сибагро»). — 219,6 тыс. т. мяса;

9. группа «Великолукский свинокомплекс» -208,3 тыс. т свинины; 10. Группа «Русагро» — 189,5 тыс. т свинины [10].

Наиболее крупный потребитель воды — мясожировое производство. Для действующих предприятий цеховые расходы внутри этого производства распределяются следующим образом (%): убойно-разделочное отделение — 33,9 %, субпродуктовое — 17,6 %, кишечное — 17, 3 %, шкуроконсервировочное — 12,8%, вытопка пищевых жиров — около 18%. От 70 % до 90 % расходуемой воды образуют загрязненные в процессе производства сточные воды, которые имеют высокую нагрузку органическими загрязнениями [11].

Предприятия мясной промышленности расходуют на обработку 1 т мяса от 20 до 30 м³ воды и сбрасывают загрязненные сточные воды в количестве 80-90 % расхода свежей воды. Сточные воды мясокомбинатов наносят большой вред водоемам, так как содержат токсичные вещества. Растворенный в воде водоемов кислород расходуется на окисление органических загрязнений сточных вод, в результате биологическая жизнь водоемов нарушается, и в них развиваются процессы гниения. Масса загрязнений, поступающих в сточные воды от убоя и разделки крупного рогатого скота (в расчете на 1 голову), составляет около 20 кг, что эквивалентно массе загрязнений в хозяйственно-бытовых стоках от 90 человек [12].

Для сточных вод мясокомбинатов и скотобоен характерны высокие концентрации ХПК, БПК, жира и взвешенных частиц. Эти параметры являются основанием для взимания платы за сброс сточных вод. Причем в будущем ожидается увеличение платы. Поэтому предприятиям мясной промышленности необходимо снизить количество сточных вод и минимизировать нагрузку на городские очистные сооружения [13]. Требования для очистки сточных вод мясокомбинатов очень сильно зависят от размера производства и объема сточных вод (таблица 1). Тогда как маленькому заводу необходимо очистить сток от жира и взвешенных частиц, то для скотобойни обязательно дополнительно снизить очень высокую нагрузку по БПК и ХПК, вызванную присутствием крови 14].

Таблица 1

Удельные нормы водопотребления и водоотведения на предприятиях мясной промышленности (м³ на 1 т продукции)

Одним из существенных факторов, определяющих величину негативного воздействия на водные объекты, является неспособность обеспечить достаточный уровень очистки всего объема сточных вод [15]. При высоких содержаниях органических соединений технология очистки сложна, многостадийна и не существует универсальных методов, которые были бы пригодны для любого типа сточной воды. В результате тенденция снижения качества воды, забираемой на нужды орошения полей, сельскохозяйственного водоснабжения отрицательно сказывается на урожайности сельскохозяйственных культур и качестве растениеводческой продукции [16].

Методики, реализованные сегодня на мясокомбинатах, не разрешают серьезно снизить использование воды. Фактические расходы ресурса зависят от масштаба предприятия, его специфики, типа оборудования, интенсивности работ, потерь, которые могут достигать 15%. Способы направленного изменения качества оросительной воды могут быть различными и должны способствовать созданию условий получения качественной продукции, улучшению физических и химических свойств почвы [17].

Из существующих, нашедших наибольшее распространение, можно выделить следующие способы: механические (фильтрование, гидроциклонирование, отстаивание, смешивание), химические (фертигация, коагуляция, сорбция), физические (вымораживание,выпаривание, гелиоопреснение), магнитоэлектрические (воздействие на воду и растворенные в ней вещества физическими полями), мембранные (обратный осмос, ультрафильтрация, электродиализ), биологические и биохимические. Все они имеют как положительные, так и отрицательные моменты и могут применяться в комплексе.

1.2 Методы очистки высококонцентрированных сточных вод

Очистные сооружения для очистки стоков боен, должны быть выполнены в коррозионно-стойком исполнении, поэтому важно подобрать материалы, устойчивые в химически агрессивной среде. Для очистки сточных вод скотобоен необходимо применять самые разнообразные методы: механические, физико-химические, химические и биологические методы [18].

Механическая очистка используется для задержки крупных загрязняющих частиц путем отстаивания, процеживания, фильтрации (решетки, песколовки, фильтры, отстойники). Очистка механическим способом применяется в качестве первой стадии в общей системе очистки сточных вод. В зависимости от назначения, отстойники подразделяются на первичные (до сооружений биологической очистки) и вторичные (после этих сооружений).

Физико-химическая очистка включает разнообразные методы: коагуляция, флотация, а в последнее время широко используется ионный обмен. Эти методы, как правило, требуют использования дорогостоящих реактивов, однако используются в виду их эффективности, а иногда невозможности решить задачу очистки другим способом. Этот метод широко используют для очистки многокомпонентных промышленных сточных вод с малой концентрацией загрязнений [19].

Химическая очистка применяется, когда другие способы неэффективны и выделение загрязнений возможно только в результате химических реакций (конденсации, окисления, нейтрализации). Они требуют большого расхода реагентов и обычно используются в сочетании с другими методами. Однако в ряде случаев применение химического метода очистки является необходимым и единственным [20].

Биологическая очистка сточных вод — это очистка, с помощью микроорганизмов. Из множества известных способов очистки предпочтение отдается биологическому методу очистки [21]. Сущность биологической очистки состоит в биохимическом разрушении коллоидальных, растворенных и эмульгированных веществ в результате деятельности микроорганизмов. Биохимическая очистка может применяться только в тех случаях, когда необходимо удалить из воды органические вещества, если загрязнения воды неорганического происхождения, то биологическая очистка не имеет смысла.

Основные факторы, определяющие возможность биологической очистки сточных вод, следующие:

• способность органических веществ сточных вод биохимическим способом окисляться;

• наличие необходимых питательных веществ (азот, фосфор, калий, углерод, микроэлементы; активная реакция среды, близкая к нейтральной);

• концентрация загрязненных веществ не должна превышать установленную норму; чтобы не мешать процессу;

• в сточных водах должны отсутствовать поверхностно активные вещества (ПАВ), мешающие доступу кислорода на очистное сооружение.

Биологическую очистку сточных вод можно осуществлять естественных условиях (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды) и в искусственно созданных условиях (аэротенки, биофильтры и другие). Анаэробные процессы можно осуществлять в метантанках — герметически закрытых резервуарах, где происходит метановое брожение [22].

Очистные сооружения по своему техническому оформлению различны, но все они рассчитаны на использование аэробного окислительного процесса, который протекает за счет кислорода воздуха, поступающего на активный субстрат. Для очистки сточных вод мясокомбинатов применяют три основных типа очистных сооружений: районные (городские), общие (заводские) и локальные (цеховые) [23].

К почвенным методам очистки сточных вод относятся поля орошения и поля фильтрации. Очистка на этих сооружениях происходит в процессе фильтрации сточных вод через почву, которые подвергаются биохимическому окислению. Окислительные процессы в почве происходят на глубине (0,2—0,3 м) интенсивного проникновения воздуха. Органический углерод окисляется до СО₂, аммонийный азот до нитритов и нитратов (NO₂, NO₃), то есть нитрифицируется. Процесс денитрификации происходит на большой глубине, вследствие недостатка или отсутствия воздуха и на окисление органических веществ расходуется кислород, освобождающийся от нитратов. При почвенных методах очистки окисление органических веществ идет в присутствии кислорода с активным участием микроорганизмов (бактерий, грибов, водорослей, простейших и беспозвоночных животных). В процессе участвуют микроорганизмы сточной жидкости и самой почвы. Основные окислительные процессы протекают в верхних слоях почвы до 40 см и этот слой наиболее обильно заселен микроорганизмами. На верхние 10 см приходится на 1 г сухой почвы до 1×10¹⁰ бактерий, на глубине 30 см до 2×10⁹, а на глубине 50 см до 1×109. Адсорбционная способность биологической пленки почвы очень велика, так как на площади в 1 м² суммарная поверхность тел для глубины 40см составляет 48000 м². Бактерии минерализуют органическое вещество, водоросли продуциру¬ют кислород, а простейшие уничтожают избыточное количество бактерий. Уничтожая старые бактерии, они тем самым создают более благоприятные условия для роста молодых, биохимически активных особей. Дождевые черви, клещи, личинки жуков рыхлят почву и тем способствуют лучшему проникновению воздуха. Кроме того, они перерабатывают трудно расщепляемые органические вещества (целлюлозу, хитин, кератин и др.) [23].

Искусственные очистные сооружения

Процессы очистки сточных вод, осуществляемые в искусственных сооружениях, Могут быть аэробными или анаэробными. Для аэробных процессов обычно применяют аэротенки и биофильтры, а для анаэробных — метантенки.

Аэробные очистные сооружения. Биофильтры впервые были внедрены для очистки сточных вод в конце прошлого века: в США (1890), в Англии (1893). Далее они получили распространение во всем мире, в том числе и в России. Биофильтрами называются очистные сооружения прямоугольной или круглой формы, заполненные слоем из крупнозернистого материала (камня, шлака, щебня и т. д.), на поверхности которого в процессе орошения стоками образуется биологическая пленка, заселенная аэробными микроорганизмами. В биофильтр сточные воды подаются после осветления их в первичных отстойниках. При фильтрации сточных вод через слой загрузки происходит адсорбция биологической пленкой коллоидальных, растворенных и тонкодисперсных веществ, оставшихся в жидкости после первичных отстойников [24].

Органическая часть загрязнений подвергается окислению (минерализации) аэробными микроорганизмами (биопленка). Кислород, необходимый для жизнедеятельности микроорганизмов, поступает в биофильтр естественным путем или искусственной вентиляцией.

Сущность процесса биологической очистки сточных вод на биофильтрах не отличается от процесса очистки почвенными методами, однако процесс биохимического окисления в биофильтрах происходит значительно интенсивнее, чем на полях орошения и фильтрации, за счет искусственно созданных наиболее благоприятных условий для жизнедеятельности микроорганизмов. Поэтому размеры биофильтров во много раз меньше естественных сооружений.

По конструкции и производительности биофильтры подразделяются на капельные и высоконагружаемые.

Капельные биофильтры (стандартные) применяются для полной биологической очистки сточных вод. Органические вещества в биофильтре почти полностью подвергаются биохимическому окислению. БПК_полн. очищенных сточных вод составляет 15 мг/л. Характерной особенностью этих фильтров является небольшая нагрузка на них сточных вод. Гидравлическая нагрузка на капельные биофильтры (выраженная в м3/м² поверхности фильтра) составляет 1—2 м3/м² в сутки. Обычно капельные биофильтры допускаются применять на производительность не более 1000 м³/сутки [25].

Высоконагружаемые биофильтры характеризуются высокой окислительной мощностью, которая в несколько раз больше, чем в капельных биофильтрах. Гидравлическая нагрузка также больше в 10-30 раз. Это связано с особенностями устройства высоконагружаемых биофильтров. Загрузка в них крупнее (от 40 до 60 мм) и этим увеличивается объем и размер пор в теле фильтра. Искусственная вентиляция увеличивает подачу воздуха, увеличивая тем самым интенсивность его обмена. Высокая скорость движения сточной воды в биофильтрах обеспечивает постоянный вынос задержанных трудноокисляемых и нерастворимых веществ, также отмершую биопленку.

Известно, что при очистке концентрированных сточных вод их необходимо разбавлять. Часто используют при этом очищенные стоки, содержащие адаптированные к данным загрязнениям микроорганизмы, что способствует процессу окисления органических веществ. Для очистки концентрированных сточных вод и применяются высоконагружаемые биофильтры как для частичной очистки, так и для полной [26].

Биохимические процессы разложения органических веществ в биофильтре осуществляются микроорганизмами биопленки, образующейся на зернах загрузки. Биоценозом биопленки являются бактерии, простейшие, личинки, черви, грибы, зеленые, сине-зеленые и диатомовые водоросли. В верхних слоях биофильтра разрастаются зеленые и сине-зеленые водоросли, нуждающиеся в кислороде и свете, необходимых для их развития. Ниже (от 10 до 50 см) развиваются диатомовые водоросли, которые не нуждаются в высоком содержании кислорода и света. Простейшие обита¬ют во всех слоях биопленки. Зона червей располагается в нижних ее слоях на орошаемых участках [27].

Все микроорганизмы принимают активное участие в очистке сточных вод. Бактерии минерализуют органические вещества. Простейшие питаются бактериями, водоросли продуцируют кислород, черви рыхлят биопленку и обеспечивают доступ кислорода. Кроме того, черви, питаясь органическими веществами, переваривают и разлагают ряд стойких соединений (хитин, клетчатку).

Таким образом, следует отметить, что окислительная мощность биофильтров колеблется в широких пределах, так как она зависит от многих факторов (температуры сточной воды и воздуха, состава загрязнений, нагрузки, материала загрузки фильтра, способа подачи воздуха, сроков подачи жидкости, типа сооружений). Поэтому даже на самых совершенных биофильтрах не достигается полной очистки. В очищенных стоках остаются органические вещества и микроорганизмы, поэтому необходимо стоки обеззараживать хлором или другим способом [28].

Аэротенки. Аэротенки широко начали применяться с 1914 г. В 1915 г. в Москве для очистки сточных вод начали использовать непрерывно действующие аэротенки. Аэротенки — это прямоугольные железобетонные резервуары, через которые медленно протекают подвергающиеся аэрации сточные воды, смешанные с активным илом [29].

Аэротенки состоят из секций, разделенных продольны¬ми перегородками. Сточные воды непрерывно подаются в один конец длинного коридора, а очищенные воды выводят из другого конца. Подача воздуха в аэротенки производится воздухонагнетательными машинами (компрессорами, воздуходувками, вентиляторами) или механическими средствами (засасыванием воздуха из атмосферы, барботажем воздуха с помощью мешалок и т. д.)

Кислород воздуха необходим для жизнедеятельности сапрофитных микроорганизмов, а также частично подавляет развитие патогенных бактерий. Аэрация способствует большему контакту активного ила с загрязнениями сточной жидкости [30].

Действующим началом при очистке сточных вод в аэротенке является активный ил. Получение хлопка активного ила является одним из основных условий работы аэротенка. Активный ил представляет собой частицы органических веществ, населенных различными группами микроорганизмов аэробов и факультативных анаэробов. Основную часть активного ила составляют бактерии, численность которых в активных илах составляет от 10⁸—10¹² клеток на 1 г сухого вещества. Бактерии представлены α и β мезосапробными группами. Их видовой состав зависит от того, какими веществами загрязнена сточная вода. Среди бактерий есть гетеротрофы и литотрофы. В биоценозе активного ила есть бактерии родов Bacillus, Bacterium, Sarcina, Micrococcus и др. В большом количестве в иле развиваются бактерии-нитрификаторы до 3*10⁷ клеток на 1 г активного ила. В нормально работающем иле содержится небольшое количество нитчатых бактерий (сферотилюс и кладотрикс), а также встречаются дрожжи, грибы. Бактерии в процессе очистки воды образуют слизистые скопления — зооглеи, которые характерны для хорошо сформированного активного ила [31].

Микрофауна активного ила представлена разнообразными группами простейших (жгутиковыми, саркодовыми, инфузориями), коловратками, червями, малощетинковыми червями (олигохетами), реже — водными клещами, циклопами, личинками. Представители микрофауны очень чувствительны к концентрации органических веществ, количеству растворенного кислорода, наличию токсичных соединений и др., поэтому, в процессе очистки при разных режимах наблюдается преобладание различных групп простейших.

При нормальной работе аэротенка устанавливается равновесие между микрофлорой и микрофауной, нарушение которого свидетельствует об ухудшении работы очистного сооружения.

Скорость осаждения хлопка активного ила зависит от его плотности, обусловленной составом микрофлоры. Мелкие микроорганизмы образуют плотный быстрооседающий активный ил, а длинные нитчатые и разветвленные организмы создают рыхлый плохо оседающий ил.

Причинами, нарушающими работу аэротенка, являются перегрузка очистного сооружения органическими веществами, образование анаэробных зон, недостаток биогенных элементов, резкое изменение температуры, реакции среды, присутствие в воде токсических веществ.

Активный ил имеет следующий химический состав: зола -1 5,58 %; фосфорный ангидрид (Р²O⁵) 2,14%; азот органический 3,615; сырой жир 2,51%; жирные кислоты 0,39% [32].

Аэротенк может работать круглый год, так как даже при низкой температуре протекает процесс минерализации органических веществ, однако в зимнее время процессы нитрификации замедляются. В очищенной воде наблюдается резкое снижение количества бактерий по сравнению с исходной водой (например, кишечной палочки на 98 % от начального количества). Снижение бактерий происходит за счет адсорбции их активным илом, поеданием фауной и растворением бактериофагом. Однако аэротенк не может обеспечить полную очистку воды от патогенных микроорганизмов, поэтому перед выпуском ее необходимо обеззараживать.

Анаэробные очистные сооружения.

Анаэробная обработка сточных вод находит все более широкое применение. Комплексная очистка стоков, содержащих растворимые и трудно растворимые органические вещества, обеспечивается специальными процессами [33].

Одним из методов обработки осадков сточных вод является метод метанового брожения. Брожением называется процесс ферментативного преобразования сложных органических веществ в простые.

Сбраживание осадка сточных вод ведется в анаэробных условиях, в которых органические вещества под действием различных микроорганизмов, проходя через большое число промежуточных продуктов, разлагаются до углекислоты и метана, который является конечным продуктом, потому и сам процесс называется метановым брожением. На очистных сооружениях образуется большое количество осадков. При биологической очистке на биофильтрах появляется биопленка, в аэротенках — избыточный активный ил, а также осадок в первичных отстойниках. Анаэробная обработка осадков является наиболее эффективным приемом для предотвращения их загнивания, улучшения структуры, уменьшения объема и обезвоживания [34].

В составе осадков бытовых сточных вод содержится до 80 % органических веществ, в производственных он может колебаться от 65 до 85 %. Органическая часть осадка состоит на 80 % из углеводов, жиров, белков и на 20 % — гумуса [35].

Метановое брожение сточных вод может происходить в мезофильных условиях, если температура бродящей массы не превышает 35 °С, или в термофильных условиях, если температура поддерживается в пределах 45 — 65 °С с помощью термофильных и мезофильных бактерий.

Двухъярусный отстойник. Осаждение осадка в отстойнике происходит в отстойных лотках через продольную щель на дне, где накапливается слоем до 7 м. В иловой жидкости содержится большая концентрация гидрокарбоната аммония, что обусловливает ее высокую буферность. Поэтому рН иловой жидкости лежит в пределах 6,5-7,8. В составе газов отсутствует сероводород, и сброженный осадок не обладает плохим запахом из-за лучшего перемешивания и частичной смены воды во время выпуска зрелого осадка [36].

Метантенки — это сооружения с оптимальными условиями для анаэробного разложения органических веществ осадка сточных вод. Метантенки разнообразны по форме и размерам. Главное в них — температура бродящего осадка, регулирующая интенсивность процесса, доза загрузки свежего осадка и тщательное перемешивание. Общий вид метантенков показан на рисунке 1 [37].

Сброженный осадок имеет высокую влажность (около 97 %), и поэтому должен подсушиваться, прежде чем может быть использован как удобрение. Сброженный осадок подсушивается двумя методами: 1) сушка на иловых площадках (прудах); 2) механическое обезвоживание с последующей термической сушкой.

Иловые площадки площадью в несколько га находятся па расстоянии 20—40 км от территории очистных сооружений вблизи полей колхозов и совхозов, использующих осадок в качестве удобрения. Осадок на иловые площадки подается системой илопроводов и иловых насосных станции. Процесс сушки на площадках определяется естественными условиями и продолжается около двух лет. За это время влажность осадка уменьшается до 78—80 % [38].

Рисунок 1 Общий вид метантенков.

Метантенк подогревается водой или паром. Вода циркулирует по трубам, а пар вводится прямо в бродящий осадок. Перемешивание проводят механическими или гидравлическими насосами, при этом выделяется в большом количестве газ. Сброженный осадок в метантенке обильно заселен микроорганизмами, адаптированными к данному загрязнению.

При термофильном брожении происходит отмирание патогенных бактерий и яиц гельминтов. Кроме того, в метантенках образуется газ метан и углекислота, которые можно использовать — метан как топливо, а двуокись углерода для получения сухого льда [39]. Осадок богат минеральными и органическими веществами (азотом, фосфором, калием и др.), поэтому его можно широко использовать как удобрение или в брикетах как топливо, если нет в этих осадках солей тяжелых металлов [40].

Таким образом, резюмировав сказанное, можно отметить, что наибольшее распространение для обработки стоков скотобоен имеет метод анаэробного сбраживания. Затем следуют способы обработки стоков скотобоен методом флотации и на сооружениях искусственной биологической очистки (аэротенки, биофильтры); комбинированные способы, где имеется сочетание механической, химической и биологической видов обработки стоков скотобойни, также имеют распространение, но уже меньше, чем первые три. И, наконец, меньше всего применяются естественные способы и обработка стоков анаэробно — аэробным путем [41]. Количественные соотношения всех используемых, по литературным данным, способов для очистки стоков скотобоен представлены в таблице 2.

Таблица 2

Частота применения технологий при обработке стоков скотобойни

Анаэробное сбраживание наиболее выгодно с точки зрения охраны окружающей среды, не загрязняет её; однако технологический процесс и оборудование, в котором это сбраживание происходит, требуют весьма тщательного подхода и контроля, в противном случае могут происходить взрывы установки. Строительство и эксплуатация данного вида сооружений обходится недешево [42]. Поэтому, исходя из этих изученных материалов, при выборе метода очистки и обеззараживания сточных вод большинство хозяйств останавливаются на обработке их в биопрудах с последующей утилизацией на полях орошения [43].

1.3 Перспективы использования биосорбции тяжелых металлов в очистке сточных вод скотобоен

Сорбция ионов металлов микробной биомассой является одним из возможных методов детоксикации сточных вод. В качестве сырья для получения биосорбентов используют биомассу чистых культур некоторых видов дрожжей, бактерий и мицелиальных грибов. Тяжелые металлы (ТМ) – это группа химических элементов с высокой плотностью и атомной массой более 50, которая включает все металлы, за исключением щелочных и щелочноземельных элементов [44]. Попадая со сточными водами в окружающую среду, ТМ оказывают токсическое воздействие на флору и фауну, тем самым снижают биоразнообразие и продуктивность экосистем. Согласно данным ВОЗ ТМ занимают второе место после пестицидов по степени опасности для здоровья человека, поскольку обладая способностью концентрироваться при движении по трофической цепи, могут стать причиной тяжелых заболеваний человека [45]. Сточные воды, содержащие от 1 до 10 мг/л тяжелых металлов во взвешенной, коллоидной, растворенной и нерастворенной формах, при поступлении на биологические очистные сооружения, неблагоприятно воздействуют на нормальное функционирование и жизнеспособность активного ила. Некоторые из солей тяжелых металлов, например, меди и цинка, трехвалентного хрома в щелочной среде выпадают в осадок; другие, гидролизуясь, значительно подкисляют сточные воды. Как правило, тяжелые металлы и их соли действуют на активный ил как токсиканты уже через 4-20 часов после накопления их активным илом, тем самым нарушают проницаемость мембран, вызывают денатурацию ферментов у микроорганизмов сообщества активного ила, что приводит к выводу из строя работы очистных сооружений [46]. Поэтому содержание металлов в сточных водах, поступающих на биологическую очистку, нормируется. Максимальные концентрации металлов, поступающих на сооружения биологической очистки не должны превышать следующих концентраций (мг/дм³): Fe³⁺ — 5,0; Mn²⁺ — 30,0; Cu²⁺— 0,5; Pb²⁺ — 0,1; Cr ³⁺ — 2,5; Cr ⁶⁺ — 0,1; Zn²⁺— 1,0; Sn²⁺— 10,0 [47]. Поэтому извлечение тяжелых металлов на локальных очистных сооружениях промышленных предприятий необходимо осуществлять с учетом разбавления в канализационных сетях до концентраций, указанных в рекомендациях. Часть тяжелых металлов образует комплексные соединения с органическими веществами, присутствующими в сточных водах, и те методы, которые используются контролирующими организациями, часто дают заниженные значения [48]. Степень токсичности того или иного металла может изменяться в зависимости от вида организма, от концентрации в объектах окружающей среды и от того, присутствуют ли эти элементы в растворе в виде свободного иона, недиссоциированной соли, либо входят в состав органических или неорганических комплексных соединений. Недиссоциированные соли и ионы, образующие комплексы, обычно менее токсичны, чем свободные ионы в тех же концентрациях. При оценке влияния металла на организмы важно учитывать также их валентность. [49]. Для удаления тяжелых металлов из сточных вод промышленных предприятий предложен целый ряд химических и физико-химических методов: гравитационное осаждение, флотация, фильтрация, адсорбция, обратный осмос, электродиализ, дистилляция и химическое осаждение. Все эти способы не обеспечивают очистку больших объемов воды или дороги, поэтому экономически невыгодны. Химические способы, например, не годятся для очистки вод с очень низкими концентрациями ионов металлов и вызывают вторичное загрязнение остатками вносимых в воду реагентов [50]. В последние десятилетия внимание исследователей привлек процесс накопления тяжелых металлов биомассой микроорганизмов. Методы биосорбции основаны на способности многих бактерий, микроскопических грибов, водорослей, простейших аккумулировать тяжелые металлы в количествах, намного превышающих их физиологические потребности [51]. Механизмы накопления металлов микроорганизмами разнообразны — от биосорбции до энергозависимого транспорта с участием мембранных переносчиков ионов с последующей внутриклеточной компартментализацией и внеклеточным осаждением. Адсорбция положительно заряженных металлов на поверхности микробных клеток, как полагают, зависит от физиологических особенностей микроорганизмов, наличия карбоксильных, гидроксильных, сульфгидрильных, сульфатных, фосфатных, аминогрупп, липополисахаридов, хелатных соединений клеточной стенки – сидерофоров. [52]. Набор сорбируемых ионов чрезвычайно широк, сорбционная способность очень высока, в связи с чем можно рассматривать эти организмы как эффективные и дешевые сорбенты для очистки промышленных сточных вод [53].

Металлы сорбируются как живыми, так и мертвыми клетками микроорганизмов, при этом мертвая биомасса обладает большей сорбционной способностью, что позволило многим авторам использовать это явление в ряде технологических процессов [54]. Проведенные исследования по изучению сорбции живым и мёртвым илом ионов меди, свинца, в зависимости от времени контакта биомассы активного ила и концентрации металлов. Результаты показали, что при небольшой биомассе 1,45 мг/л, до 60% металлов сорбировалось в течение 1 часа. При увеличении биомассы до 2,7г/л основная часть металла сорбировалась в первые 20 минут. Существенно повысить биосорбционную способность ила, ускорить процесс сорбции металлов, можно, используя гранулированный либо термически обработанный ил. [55]. Микробные гранулы или биопленки, в виде микрочастиц, растущие в аэробных условиях, являются самоиммобилизированными агрегатами бактерий, которые имеют компактную структуру, повышенную способность к осаждению и могут продолжительно функционировать в системе очистки сточных вод. Гранулированный активный ил по сравнению с флоккулированным является более структурированным сообществом микроорганизмов. Агрегация микробных клеток в компактные гранулы служит эффективной защитой от токсических веществ [56]. Добавление к активному илу компонентов, адсорбирующих металлы, уменьшает вредное влияние поступающих в высоких концентрациях металлов. Внеклеточные полимерные вещества, доминируя в активном иле, могут составлять до 80% его массы. Показано, что они играют важную роль для связывания тяжелых металлов [57].

Повышение эффективности мер по охране окружающей среды связано, прежде всего, с широким внедрением ресурсосберегающих, малоотходных и безотходных технологических процессов, уменьшением загрязнения окружающей среды. При работе предприятий пивоваренной, спиртовой, молочной промышленности, производства ферментов, белковых препаратов, витаминов, стимуляторов роста и развития растений, антибиотиков и других ценных продуктов микробиологического синтеза, происходит образование специфического отхода производства – биомассы микроорганизма – продуцента, основная часть которой не утилизируется и попадает на очистные сооружения. Биомасса представляет собой частично разрушенные, а частично живые клетки микроорганизмов и содержит в основном биополимеры (около 50% массы сухого вещества составляют белки, 10 – 20% — компоненты клеточной стенки, в том числе полиаминосахариды, 10 – 20% — РНК, 3 – 4% — ДНК и приблизительно 10% — липиды). Кроме того, любая биомасса содержит компоненты питательной среды и остаточные количества целевого продукта [58].

В способе очистки сточных вод от ионов меди (II), серебра и хрома (III), присутствующих в концентрациях 3-60 мг/л, 40-195 мг/л и 10 мг/л соответственно в сточную воду вводился 3-60 мг/л фильтр-картона с иммобилизированным штаммом дрожжей Saccharomyces carlsbergensis. Параллельно ставился контрольный опыт с «чистым картоном», не использованным в производстве. Отходы производства пивоваренной промышленности, содержащие фильтр-картон с иммобилизированным штаммом дрожжей Saccharomyces carlsbergensis, сорбировали металлы из сточной воды от ионов меди за 3-4 часа контакта на 99,8 — 100%, от ионов серебра за 2- 4 часа контакта на 99 — 100%, от ионов хрома за 94 часа на 95%. Отходы производства значительно быстрее и полнее сорбировали ионы металлов, чем «чистый» картон [59].

Исследовалась сорбционная способность трех штаммов дрожжей Saccharomyces cerevisiae, сухих дрожжей и биосорбентов на их основе (активированный хитин–глюкановый комплекс) на модельных средах, содержащих соли (хлориды и сульфаты) меди (40,0 мг/дм³), никеля(100,0 мг/дм³) и цинка 20,0 мг/дм³. Установлено, что уже через 24 часа при температуре 29°C концентрация тяжелых металлов в модельных средах с живыми штаммами дрожжей снижалась до следующих значений: меди — 2,7 мг/дм³; 3,2 мг/дм³ и 5,4 мг/дм³), никеля (5,3 мг/дм³, 11,5 мг/дм³ и 15,0 мг/дм³) и цинка (0,04 мг/дм3, 2,2 мг/дм³ и 0,60 мг/дм³), то есть биосорбция обеспечивала очистку воды на 65,2% — 99,6% [60]. При этом наименьшая сорбционная способность наблюдалась у хитин-глюканового комплекса и сухих дрожжей, и концентрация тяжелых металлов снижалась до следующих значений: медь (11,2 мг/дм³ и 11,9 мг/дм³), никель (32 мг/дм³ и 34 мг/дм³) и цинк (7,2 мг/дм³ и 7,7 мг/дм³). Об этом свидетельствует также сопоставление значения по эффективности сорбции тяжелых металлов. Как показано в таблице 2 эффективность сорбции тяжелых металлов живыми клетками дрожжей составляет живыми дрожжами составляет 81- 99,7 % [ 61].

После использования сорбентов возможно извлечение сорбированных веществ десорбцией либо утилизацией путём озоления (зольность сорбентов составляет 1.5 – 30% мас.) [62].

1.4 Использование сточных вод боен для орошения полей

При орошении полей сточными водами решается одновременно несколько задач: происходит почвенная очистка сточных вод, предотвращается сброс сточных вод в водоисточники, увлажняется почва и утилизируются питательные элементы сточных вод, что повышает плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур. В то же время в орошаемом земледелии критерием пригодности очищенных сточных вод является их химический состав, удобрительная ценность, санитарно-бактериологическая безопасность. Под воздействием применяемой для орошения сельскохозяйственных полей некачественной воды происходит ухудшение их мелиоративного состояния, снижение плодородия почв и, как следствие, что отражается на урожайности и качестве растениеводческой продукции [63]. Орошение сточными водами не должно вызывать засоления, осолонцевания почвы, угнетения роста и развития растений, не представлять санитарно-эпидемиологическую опасность. При сельскохозяйственном использовании сточные воды должны способствовать сохранению и повышению плодородия почвы, получению продукции высокого качества. Сточные воды, образующиеся при забое крупного рогатого скота, свиней или птицы, содержат высокое содержание трудноразлагаемых органических веществ, тяжелые металлы, сульфаты, соли натрия, патогенную микрофлору и яйца гельминтов и являются одними из крупнейших источников загрязнения окружающей среды [64]. Длительное регулярное орошение недостаточно очищенной сточной водой скотобоен, богатых различными химическими соединениями ведёт к ухудшению качества грунтовых вод за счёт накопления различных форм азота – основного загрязняющего вещества – выше нормативных величин в несколько раз [65]. Также отмечается тенденция постепенного увеличения нитритов и нитратов в стоках [66]. Сточные воды мясокомбинатов могут содержать патогенные микроорганизмы и гельминты, представлять эпидемиологическую опасность. Поэтому производственные сточные воды мясокомбинатов должны пройти обязательную подготовку на локальных сооружениях и могут быть дочищены на полях орошения или фильтрации только в случае, если их состав идентичен бытовым стокам и не содержит токсичных и ядовитых веществ [67], [68].

Земледельческие поля орошения (ЗПО) — вид очистных сооружений, основанных на очищающих свойствах почвы и почвенной микрофлоры, воздействии солнца, воздуха и жизнедеятельности растений. Поля орошения -это специально подготовленные для биологической очистки участки земли, с одновременным использованием очищенной воды для орошения и выращивания сельскохозяйственных культур. Если поля предназначаются только для биологической очистки без выращивания на них сельскохозяйственных культур, то они носят название полей фильтрации [69]. В условиях современного хозяйства применение полей орошения позволяет решать комплексные проблемы благоустройства городов и развития пригородного сельского хозяйства как базы снабжения населения городов овощами.

Различают следующие типы полей орошения.

1. Коммунальные поля, задачей которых является очистка сточных вод, а использование их для сельского хозяйства играет вспомогательную роль.

2. Земледельческие поля орошения, служащие для полной биологической очистки сточных вод, а также для увлажнения и удобрения сельскохозяйственных земель.

3. Поля орошения летнего типа, при которых орошение земель производится только летом в вегетационный период развития растений. Главная задача таких полей состоит в выращивании сельскохозяйственных культур, для развития которых, земли увлажняются и удобряются сточными водами. Очистка сточных вод не представляет собой основную задачу [70]. На полях орошения выращиваются различные сельскохозяйственные культуры, а также декоративные и плодовые деревья.

Сущность процесса биологической очистки сточных вод на полях состоит в том, что сточная вода, проходя через фильтрующий слой земли, теряет взвешенные и коллоидные вещества, которые образуют на частицах грунта пленку, густозаселенную микроорганизмами. На этой пленке собираются растворенные и коллоидные вещества органического происхождения, которые в присутствии кислорода воздуха, проникающего через поры грунта, окисляются микроорганизмами, превращаясь в минеральные соединения. Для устройства коммунальных полей орошения выбираются земельные участки со спокойным рельефом местности. Лучшими для устройства полей являются песчаные и супесчаные грунты. На поля подается предварительно осветленная сточная жидкость. Расчет коммунальных полей орошения и полей фильтрации производят по так называемой норме нагрузки, под которой понимают количе¬ство стачных вод, очищаемых на 1 га площади полей [71].

Для вычисления полной площади полей орошения учитывают резервную площадь и площадь, необходимую для устройства валиков, дорог, осушительной сети и вспомогательных сооружений.

Резервные участки необходимы потому, что в определенное время года (например, весной во время подготовки земли к посеву) напуск сточных вод на поля орошения не допускается [72].

Сточные воды, направленные на поля орошения без предварительной подготовки, приводят к заиливанию и закупорке пор почвы взвешенными и другими веществами, что затрудняет или вовсе прекращает доступ воздуха в почву и нарушает процесс минерализации органических загрязнений сточных вод [73]. Поэтому сточные воды необходимо вначале направлять в отстойники для осветления и осаждения взвешенных веществ, а также для освобождения от гельминтов, которые выпадают вместе с осадком на дно отстойников [74]. В течение 1—2 ч отстаивания сточные воды можно освободить от гельминтов на 75—95 %. Яйца червей обладают высокой выживаемостью. Они могут жить в почве на глубине 2 см около 1,5 лет. На полях орошения запрещается по санитарным правилам производить и поливать культуры, которые в сыром виде могут употреблять в пищу (морковь, редис, лук, салаты, петрушка и др.). Персонал, имеющий отношение к полям орошения, подвергается систематически профилактическому осмотру и прививкам от инфекционных болезней [75].

Поля фильтрации, как и поля орошения, предназначены для очистки сточных вод только без выращивания на них растений или сельскохозяйственных культур. Основным назначением полей фильтрации является только очи¬стка сточных вод, поэтому нагрузка на них гораздо большая, чем на полях орошения. Сточные воды подаются в специальные борозды, где и происходит их очистка. Для полей фильтрации выбирают на пригодные почвы, обладающие хорошей проницаемостью и фильтрационной способностью. Наиболее благоприятными являются песчаные почвы, а непригодными торфяные и глинистые, а также солончаки. Отсутствие активного слоя почвы и ризосферой микрофлоры неблагоприятно влияет на интенсивность разрушения органических загрязнений. Поэтому как метод очистки, особенно промышленных сточных вод, поля фильтрации имеют ограниченное значение. Они используются только как резервные территории на ЗПО при временном прекращении полива [76].

Санитарно-защитные зоны между населенными пунктами и полями зависят от количества сточных вод в сутки, направляемых на поля.

Поля фильтрации Поля орошения

От 0,2 до 5 тыс. м³ — 300 м 200 м

От 5 до 50 тыс. м³ — 500 м 400 м

От 50 до 500 тыс. м³ —1000 м 1000 м

Поля орошения и поля фильтрации необходимо располагать так, чтобы избежать загрязнения сточными водами грунтовых вод, служащих источником водоснабжения. Такие показатели, как биологическая потребность в кислороде (БПК), химическая потребность в кислороде (ХПК), запах, цветность, прозрачность, содержание кислорода, не лимитируют использование сточных вод на орошение.

Сложность оценки пригодности сточных вод для орошения обусловливается не только разнообразием химического состава, но и тем, что одни и те же виды сточных вод находятся в разных почвенно-климатических зонах.

При расчете годовых норм внесения сточных вод в почву учитываются лимитирующие факторы (содержание токсичных солей, опасность осолонцевания и др.) содержание биофильных элементов в почве и применяемых водах и потребности растений в питании. М.Ф. Будановым разработаны следующие требования к поливным водам: воды с минерализацией 1000 мг/л применяют для орошения, если соотношение Na : Ca (мгэкв/л) будет больше 1, а соотношение Na : Ca : Mg – не больше 0,7.

Для приведения сточных вод в соответствие с требованиями необходимы разбавление их чистой водой. В зонах с преобладанием дерново-подзолистых почв пригодность оросительных сточных вод определяется менее жесткими требованиями, чем в южных районах страны, где распространены черноземы и каштановые почвы.

В южных районах почвообразовательный процесс легко направляется на развитие засоления и осолонцевания почв.

При отсутствии ограничивающих факторов нормы использования сточных вод для удобрения сельскохозяйственных культур лимитируются по содержанию в них азота, особенно на почвах легкого механического состава. Образующиеся нитраты могут мигрировать в нижние горизонты почв, загрязняя грунтовые воды. Максимальная доза не должна превышать 200 кг общего азота [77].

Во время вегетации культур в условиях недостаточного увлажнения, сточные воды не должны содержать азот: более 750 мг/л при применении под многолетние травы второго года вегетации; 500 мг/л для трав первого года вегетации и однолетних трав без бобовых; 400 мг/л под кукурузу и колосовые; 250 мг/л под свеклу и подсолнечник [78].

На орошаемых сточными водами землях следует выращивать кормовые, технические, зерновые культуры на фураж, а также древесно-кустарниковые насаждения. Культивирование на полях орошения овощей, ягод, фруктов, а также бахчевых культур запрещается.

Набор культур, как правило, должен состоять из многолетних трав и других интенсивных культур (кукуруза на силос и зерно, подсолнечник, соя, корнеплоды, однолетние травы). В качестве основной культуры возделывают многолетние травы на сено, травяную муку, сенаж или на выпас [79].

Регулярные удобрительные поливы обеспечивают быстрый рост трав и дают возможность получать по три-четыре укоса в течение вегетационного периода.

Севообороты при орошении сточными водами должны отвечать агрономическим, санитарно-гигиеническим и хозяйственным требованиям. При их построении учитывают химический состав и удобрительную ценность сточных вод. При орошении сточными водами средней и низкой удобрительной ценности необходимо дополнительное внесение удобрений. Количество основных питательных элементов определяется выносом их с урожаем. Используют удобрения при орошении сточными водами дифференцированно, с учетом почвенно-климатических условий и вида возделываемой культуры [80].

Азотные удобрения целесообразно вносить дробно с поливной водой, используя для этого баки дождевальных машин. Фосфорные удобрения применяют не более 1-2 раз за вегетацию (весной и осенью) путем поверхностного рассева туковыми сеялками. Калийные удобрения также вносят дробно – весной , летом и осенью.

Кислые почвы известкуют из расчета 4-5 т/га извести через каждые 2-3 года.

Внесение органических удобрений в виде навоза, торфонавозных компостов, торфа резко повышает эффективность использования сточных вод, особенно на участках, где в результате мелиоративных и культурно-технических работ значительно снижена мощность гумусового горизонта.

При орошении сточными водами убойных цехов особенно важны уход за посевами, введение севооборотов и повышение культуры земледелия. Важны своевременные сроки уборки урожая. При уборке важны соблюдения карантинных сроков, который составляет от 7 до 21 дня со дня последнего полива, соблюдение санитарно-гигиенических правил, исключающих возможность загрязнения продукции и заражения рабочих, занятых на уборочных работах. Запаздывание с уборкой и растягивание сроков вызывает потери урожая и ухудшение его качества, поэтому уборка должна проводиться своевременно и быстро. Ответственность за выполнение санитарных требований при использовании сточных вод на полях орошения несут руководители хозяйств, в ведении которых- они находятся. Плановое обследование полей орошения проводят органы и учреждения санитарно-эпидемиологической службы, не менее трех раз в год [81].

II Материал и методы исследований

2.1. Объекты исследований

-служили выделенные селекционным путем накопительные и чистые культуры микроорганизмов, выделенные из загрязненных стоками убойного цеха свинооткормочного комплекса хозяйства ООО «СГЦ» Вишневский» Сакмарского района Оренбургской области. Штамм микроскопического гриба Hypomyces odoratus 94/77, хранится в ВКПМ под коллекционным номером F-242 как продуцент комплекса протеолитических ферментов и антибиотически активного препарата антибактериального и фунгицидного спектра действия [82].

2.2 Выделение чистых культур, изучение морфологических, культуральных и биохимических свойств. Идентификация микроорганизмов.

Для получения изолированных колоний использовали метод последовательных разведений, для этого стерильную водопроводную воду разливали стерильной пипеткой по 9 мл в стерильные пробирки. Затем переносили стерильной пипеткой 1 мл исследуемого материала в пробирку с 9 мл стерильной водопроводной воды. Если исследуемый материал (почва) уже был разведен в 100 раз, получали разведение 1:10³. Суспензию этого разведения тщательно перемешивали с помощью новой стерильной пипетки, вбирая в пипетку и выпуская из нее полученную взвесь. Эту процедуру повторяли 3-5 раз, что обеспечивало перемешивание суспензии и уменьшало адсорбцию клеток на стенках пипетки. Затем этой же пипеткой взяли 1 мл полученного разведения и перенесли его во вторую пробирку – это разведение 1:10⁴. Аналогичным способом готовили и последующие разведения.

Выделение накопительных культур микроорганизмов получали рассевом разведений накопительных культур на чашках Петри с элективными агаризованными средами [83], где в качестве источника углерода использовали 1% свиного навоза или 1% птичьего помета. В качестве исходной суспензии использовали 1 мл накопительной культуры в 100 мл стерильной среды. Далее наносили 0.1 мл разведенной культуры на поверхность среды в чашках Петри и затем равномерно распределяли шпателем по чашке, стараясь покрыть всю ее поверхность. Чашку закрывали крышкой, на крышке делали надпись, характеризующую данное испытание. Далее чашку не помещали в термостат, где выдерживали для инкубирования микроорганизмов при температуре 26-28^оС в течение 3 и 7 суток. Для каждого разведения микроорганизмов проводили три параллельных посева и инкубирования. После окончания инкубирования чашки вынимали из термостата и помещали вверх дном для счета колоний визуально. По числу колоний, выросших на среде трех чашек для одного разведения, рассчитывали среднее арифметическое значение, которое принимали как основную исходную величину для дальнейшего расчета. Число колоний, выросших на среде каждой из трех чашек не должно отличаться от среднего арифметического значения более чем на 10% относительных, рассчитанных и округленных до целого числа.

Чистые культуры получали рассевом разведений накопительных культур. В качестве исходной суспензии использовали 1 мл накопительной культуры в 100 мл стерильной среды. Далее наносили 0.1 мл разведенной культуры на поверхность среды в чашках Петри и затем равномерно распределяли шпателем по чашке, стараясь покрыть всю ее поверхность. Далее чашку не переворачивая помещали в термостат, где выдерживали для инкубирования микроорганизмов при температуре 26-28оС в течение 3 и 7 суток.

Для каждого разведения микроорганизмов проводили три параллельных посева и инкубирования. После окончания инкубирования чашки вынимали из термостата и помещали вверх дном для счета колоний визуально. По числу колоний, выросших на среде трех чашек для одного разведения, рассчитывали среднее арифметическое значение, которое принимали как основную исходную величину для дальнейшего расчета. Число колоний, выросших на среде каждой из трех чашек не должно отличаться от среднего арифметического значения более чем на 10% относительных, рассчитанных и округленных до целого числа.

Микроскопированием определили морфологические особенности микроорганизмов. При изучении морфологии бактерий учитывали: форму клеток (кокк, палочка и т.д.); характер взаимного расположения; размеры клеток; наличие спор; капсул; подвижность; окраска по Граму [84].

Изучение культуральных свойств проводили по характеру роста на плотных и жидких питательных средах. Описание поверхностных колоний, выросших на плотных питательных средах проводили по следующим признакам:

а) форма колонии (округлая, неправильная, ризоидной и т.д.);

б) поверхность колоний (гладкая, бугристая, морщинистая, блестящая; в) профиль (плоский, выпуклый, кратерообразный и т.д.);

г) цвет колонии;

д) размер (диаметр) колонии измеряется с помощью линейки;

е) край колонии (ровный, волнистый, зубчатый, бахромчатый);

ж) структура (мелко-, крупнозернистая, однородная);

з) консистенция (мягкая, плотная, слизистая, тягучая).

При росте культуры на скошенном агаре:

а) рост (пышный, скудный, умеренный);

б) характер налета колонии (сплошной, диффузный);

в) характер края штриха (ровный, волнистый);

г) поверхность штриха (блестящая, матовая, мучнистая);

д) профиль штриха (плоский, выпуклый);

е) консистенция культуры (сочная, сухая, слизистая);

ж) оптические признаки штриха (прозрачная, полупрозрачная, непрозрачная);

з) цвет налета и изменение окраски среды.

При росте культуры на жидких средах:

а) интенсивность роста;

б) характер (муть, осадок, пленка);

в) мутность среды и степень мутности;

г) характер осадка;

д) характер пленки (гладкая, сухая, морщинистая, плотная);

е) появление запаха и изменение цвета среды.

Изучение биохимических свойств проводили с учетом способности ферментации углеводов на цветных средах Гисса, восстановления нитратов, характера роста на желатине.

Для определения ферментации углеводов готовили среды Гисса: к 100 мл дистиллированной воды прибавляли 1 г пептона и 0,5 г NаС1. Растворяли при нагревании воды в течение нескольких минут, фильтровали через бумажный фильтр до совершенно прозрачного раствора, устанавливали рН 7,0-7,4, потом прибавляли 0,5-1,0 г одного из углеводов и индикатор Андреде в количестве 1 мл на 100 мл среды. Готовую среду разливали по 3 мл в пробирки, стерилизовали вместе с поплавками, расположенными запаянным концом вверх текучим паром три дня подряд по 30 минут, при 112 °С. Среды Гисса имеют соломенно-зеленый цвет (рН 7,0-7,2). В результате роста бактерий, сопровождающегося расщеплением углеводов с образованием кислых продуктов распада, цвет среды меняется. Образование газа в среде определяли по наличию пузырьков в поплавке.

Для выяснения способности восстанавливать нитраты делали посев в МПБ с 0,1% нитратом калия. Через несколько дней определяли наличие нитратов реактивом Гисса и наличие аммиака – реактивом Несслера. При малом содержании аммиака окраска желтая, при значительном оранжево-желтая, при большом – красно-бурая. Для определения нитратов реактив Гисса употребляли в сухом виде. На каплю, культуры скальпелем насыпали немного реактива. Окраска менялась до густо-малинового цвета сразу при большом количестве нитратов и постепенно – при малых количествах.

Определение сероводорода проводили на плотной среде следующего состава: к 1 л стерильного 1,7—2 %-ного МПА добавляли сернокислое железо (FeSO₄) — 0,2, гипосульфит (тиосульфат Na₂S₂O₃) натрия — 0,3, глюкозу — 1 г, индикатор фенолрот водный 0,3 % — 12 мл. Среду разливали в стерильные пробирки по 5-6 мл, стерилизовали текучим паром 20 мин. Перед употреблением среду расплавляли и охлаждали в наклонном положении пробирки. Посев делали на скошенную поверхность агар-агара, а затем уколом в нижнюю часть столбика среды. При наличии сероводорода под действием растущей бактериальной культуры столбик среды краснеет, нижняя часть окрашивается в черный цвет.

Протеолитическую способность – на желатиновой среде. Делали посев уколом в столбик МПЖ, после чего пробирки инкубировали в термостате, при температуре 28-30 °С. На другой день помещали пробирки на 60 минут в холодильник и отмечали наличие разжижения и его характер:1) равномерное, начиная с поверхности (строгие аэробы); 2) кратеровидное, воронковидное, реповидное (менее строгие аэробы); 3) мешковидное (факультативное, анаэробы); 4) пузыревидный рост в глубине среды (строгие анаэробы). Использование органических соединений азота. Индол устанавливали с помощью реактива Эрлиха: в пробирку с 5 мл 2-3-суточной бульонной культуры бактерий добавляли 2 мл эфира, содержимое встряхивали и дали отстояться. Затем под слой эфира пастеровской пипеткой подслаивали 0,5-1 мл реактива Эрлиха. При наличии индола в течение 3-5 мин на границе между эфиром и бульонной культурой образовывался интенсивно-розовое кольцо [85].

Молекулярно-биохимическую идентификацию штаммов микроорганизмов проводили с использованием полимеразной цепной реакции по видоспецифическому гену штамм. Выделение ДНК и ПЦР анализ проводили согласно [86]. Построение древа родства Ribosomal Database Project II [87] .

Выращивание отобранных чистых культур аборигенных микроорганизмов проводили в режиме накопительной биомассы с применением проточной системы культивирования, работающей в режиме хемостата [88], также методом твердофазного культивирования [89], [90].

2.3 Использование специальных штаммов-деструктов.

Выращивание штамма проводили на сточной воде убойного цеха свинооткормочного комплекса в ферментерах мешалочного типа емкостью 10 л с подачей воздуха с подачей воздуха 0,2 — 0,4 л/л в мин., при перемешивании 300 об/мин. в течение 48 — 72 часов при температуре 30⁰ С.

2.4 Определение физиологически активных соединений, образуемых наиболее активными штаммами в лабораторных условиях

Амилолитическую, липолитическую и протеолитическую активности определяли согласно [91], [92]. Активность протеазы определяли по модифицированному методу Ансона. За единицу протеолитической активности (ПЕ) принимали количество фермента, содержащегося в культуральной жидкости, которое за одну минуту катализирует переход в неосаждаемое ТХУ состояние такого количества казеина, которое содержит один микромоль тирозина.

Антибиотическую активность определяли методом диффузии в агар-агар.

Метод основан на способности антибиотического вещества диффундировать в толщу агар-агара и ,тем самым, задерживать рост находящегося в агар-агаре тест организма или убивать его

В качестве тест – микроорганизмов использовали бактериальные и дрожжевые культуры: Escherichia coli К12 (АТСС 25922), Escherichia coli 354, Staphylococcus aureus P 209 (ATCC 6538- 452, Pseudomonas aeruginosa (АТСС 27853), Pseudomonas fluorescens ВКПМ №В-350, Pseudomonas putida КМ МГУ №95, Candida albicans (получены с кафедры микробиологии и заразных болезней ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет») и фитопатогенные грибы: Alternaria tenius, Monilia fructigena, Botrytis cinerea, Rhizoctonia solani, Fusarium roseus, Fusarium oxysporum, Helmintosporum sativum, Microsporum canis, Mucor sp., Candida albicans, Puccinia graminis, Cladobotrium cladobotrium из музея чистых культур кафедры микробиологии Биологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова.

2.5 Определение веса сухой биомассы.

Этот метод широко применяется для оценки роста микроорганизмов в жидких питательных средах. Мицелий с колбы, содержащей 100 мл культуральной жидкости, перемешивали и фильтровали в воронке через бумажный фильтр, предварительно доведенный до постоянного веса. Осадок троекратно промывали дистиллированной водой. Фильтр с мицелием доводили до постоянного веса в сушильном шкафу при t=1050C и охлаждали 2 часа при комнатной температуре. Вес сухой биомассы ( г/100 мл ): M = (A-B) 100/V, где A – вес фильтра с мицелием, г. B — вес фильтра без с мицелия, г. V – объем культуральной жидкости при фильтровании, мл [93].

2.6 Изучение биосорбирующей способности микроскопического гриба проводили при использовании модифицированной среды Чапека-Докса следующего состава (в %): сахароза – 4. NH₄ H₂PO₄ 0.3. MgSO4 * 7H2О.- 0,05. FeSO₄* 7H₂О — 0,001 . Гриб выращивали в условиях аэрации в колбах Эрленмейера объемом 750 мл на качалках (200-220 об/мин.) в течение 48 — 72 часов при температуре 24-260 С. После завершения процесса культивирования биомассу мицелия отделяли от культуральной жидкости.

2.7 Влияние предпосевной обработки семян на всхожесть семян пшеницы проводили в лабораторных условиях. Для этого семена предварительно обрабатывали в растворе культуральной жидкости, помещали в чашки Петри по 50 штук в каждую и равномерно распределяли на фильтровальной бумаге и заливали в каждую чашку Петри по 10 мл воды. Чашки Петри закрывали крышками и ставили в термостат на 24 часа при температуре 25°С. Через сутки подсчитывали проросшие семена и вновь раскладывали в чашках Петри на фильтровальной бумаге, заливали водой и оставляли в растительной камере, создавая в ней увлажненную атмосферу, при комнатной температуре.

2.8 Метод отбора проб ила. Для анализа пробу ила отбирали в аэротенке. Вначале приготовленную посуду для отбора проб ополаскивали отобранной водой. Для анализа пробу отбирали повторно, используя ковш объемом 500см³. Вначале погружали в воду на 3 мин, чтобы его температура сравнялась с температурой воды, затем ковш погружали на глубину 0,5 м и сразу же извлекали. Отбор повторяли до тех пор, пока не набралось 2,8-2,9 дм³ иловой смеси. Иловую смесь перелили в стеклянную бутыль объемом 3дм³. Бутыль доставляли в лабораторию, где ее содержимое тщательно перемешивали и разливали следующим образом: а) 1 дм³ – в литровый мерный цилиндр, калиброванный от самого дна для определения дозы ила по объему; б) 1,5 дм³ – в склянку для отстаивания и определения прозрачности надиловой воды; в) 100 см³ – в цилиндр объемом 100см³ для определения дозы ила по весу. При взятии проб измеряли температуру воды. Для этого использовали, термометры с ценой деления 0,1ºС. Для определения температуры на месте взятия пробы 1дм³ воды наливали в склянку, нижнюю часть термометра погружали в воду и через 5 мин отсчитывали показания, держа, его вместе со склянкой на уровне глаз. При проведении помещения, в котором он проводился [94]

2.9 Определение концентрации активного анализа температура пробы соответствовала температуре ила по массе. Определение концентрации активного ила по массе заключается в фильтровании определенного объема иловой смеси с последующим высушиванием и взвешиванием осадка [95]. В сушильный шкаф ставили открытые пронумерованные бюксы с помещенными в них обеззоленными бумажными фильтрами. После того, как температура устанавливалась на 105ºС, отмечали время и сушили один час, затем повышали температуру до 120ºС и сушили еще 30 минут. В шкафу бюксы закрывали, охлаждали эксикаторе до комнатной температуры и взвешивали. Отобранную иловую смесь тщательно перемешивали и наливали в 100см³ цилиндр. Фильтровали этот объем через (предварительно высушенный и взвешенный) бумажный фильтр с помощью водоструйного насоса через воронку Бюхнера. Иловую смесь равномерно распределяли по поверхности фильтра. После того, как иловая смесь вся прошла через фильтр, цилиндр тщательно споласкивали не большим количеством дистиллированной воды, которая также отфильтровывали. Фильтр, сохранивший форму воронки, накладывали в соответствующий бюкс и помещали в холодный сушильный шкаф, крышку бюкса помещали рядом. После того, как весь анализируемый материал размещен в шкафу, дверца его закрыли, шкаф включили при 120ºС пробы выдерживали до постоянного веса. Первое взвешивание бюксов производили через 30 мин высушивания. Перед взвешиванием шкаф выключали, каждый фильтр осторожно, чтобы не потерять осадок, складывали и помещали в соответствующий бюкс. После этого с помощью специальных щипцов бюксы закрывали крышками и переносили из шкафа в эксикатор. После того, как бюксы в эксикаторе охлаждались до комнатной температуры, начинали взвешивание ила. Взвешивали, вычитая, начальную массу бюкса с фильтром. Доза ила по d весу рассчитывали по формуле:

d=(a-b)∙1000/V, г/дм³

где 1000 – коэффициент пересчета см³ в дм³;

a и b – вес бюкса с осадком и без осадка соответственно, г;

V – объем отфильтрованной пробы, см³.

2.10 Определение илового индекса и видового состава микроорганизмов активного ила [96]

Определение илового индекса характеризует седиментационные свойства активного ила, но уже с учетом его сухой массы. Иловый индекс это объем 1 грамма сухого ила занимаемый им за 30 минут отстаивания в 1 дм³ цилиндре. Отобранная иловая смесь находилась в лабораторном помещении пока ее температура не сравнялась с комнатной. После чего тщательно перемешивали и наливали в 1 дм³ цилиндр, который ставили на горизонтальную поверхность стола. Включали секундомер и через каждые 3 минуты отмечали объем в см³, занимаемый оседающей массой активного ила. Через 30 мин отстаивания записывали окончательное значение дозы ила по объему, выраженное в см³. Результат округляли до целых см³. Наблюдения проводили в прохладном помещении, вдали от источников тепла, так как при температуре выше 25ºС во время наблюдений может произойти всплывание осевшего активного ила вследствие денитрификации. Иловый индекс I рассчитывали, после того как получены значения дозы ила по сухому весу и объему. Результат, получили, делением численных значений дозы ила по объему V (см³/дм³) на дозу ила по сухому веществу d (г/дм³):

I=V/d, см³/г

Видовой состав микроорганизмов активного ила определяли на основании морфологических, культуральных и биохимических свойств чистых культур. Для идентификации использовали определитель Берги [97]

2.11 Определение БПК

БПК – это биохимическая потребность в кислороде, или количество кислорода, использованного при биохимических процессах окисления органических веществ (не включая процессы нитрификации) за определенный промежуток времени (5 и 20 суток), в мг кислорода на 1мг вещества. БПК является мерой содержания только тех органических соединений, которое могут служить активным субстратом для микроорганизмов. Присутствие в пробе веществ, не подвергающихся биохимическому распаду, не отражается на определяемой величине БПК. Суть метода в том , что в исследуемой воде вычисляют количество растворенного кислорода до и после выдерживания пробы в термостате при 20ºС в течение определенного времени (2,3,5,20 суток). Перед определением БПК готовили разбавляющую воду. Для этого исследуемую воду разбавляли в 10-100 раз водопроводной водой, приливали 2-8 мл реактивов для разбавляющей воды и отстаивали в открытой стеклянке на 2-3 дня. [98].

Содержание растворенного кислорода определяли йодометрическим методом. Подготовили 4 калиброванные склянки на 150-200 мл. В первую и вторую склянку наливали предварительно разбавленную исследуемую воду, в третью и четвертую – разбавленную воду. В первой и третьей склянке сразу же определили содержание растворенного кислорода, вторую и четвертую склянку поставили в термостат при 20ºС через 5 суток определили в этих пробах содержание растворенного кислорода.

1. БПК₅ разбавляющей воды (х₁, мг/л)

Х₁=[(а₁/(V₁-2) – a₂/(V₂-2)]· K 0.08·1000,

где а₁ – объем 0,01н раствора тиосульфата натрия титрование пробы до выдерживания в термостате, мл;

a₂ – объем 0,01н раствора тиосульфата натрия титрование пробы через 5 суток, мл;

V₁ – объем склянки, в который проводилось определение кислорода до выдерживания, мл;

V₂ – объем склянки, в который выдерживалась проба, мл;

K – поправочный коэффициент для приведения концентрации тиосульфата натрия точно 0,01н;

0,08 – сотая доля грамм-эквивалента кислорода;

2 – объем реактивов, прибавляемых в склянку при определении содержания кислорода, мл

1. БПК₅ исследуемой воды (х₂, мг/л)

Х₂= [(а₁/(V₁-2) – a₂/(V₂-2) · K 0.08·1000 – Х₁]·1000/b

где b – объем исследуемой сточной воды (в мл), взятой для анализа и разбавленной до 1л [99].

2.12 Определение ХПК. ХПК – химическая потребность в кислороде, то есть количество кислорода, эквивалентное количеству расходуемого окислителя, необходимого для окисления всех восстановителей, содержащихся в воде. ХПК также выражают в мг кислорода на 1 мг вещества [100]. Для определения ХПК использовали ускоренный метод определения. К 1мл или 5мл сточной воды добавляли 2,5 мл 0,25н раствора бихромата калия и при перемешивании приливали концентрированную серную кислоту (7,5 или 15 мл). Смесь выдерживали 3 минуты. Окисление органических веществ происходит при температуре раствора 100˚С, достигаемой за счет экзотермической реакции. Далее содержимое колбы охлаждали до комнатной температуры. Смесь в колбе доводили дистиллированной водой до 150 мл и содержимое колбы титровали раствором соли Мора в присутствии 2 капель индикатора N-фенилантраниловой кислоты. Цвет раствора в эквивалентной точке резко менялся из вишнево-фиолетового в буровато-зеленый. Аналогичным образом проводили «холостое» определение с 10 мл дистиллированной воды. Расчет проводили по формуле:

ХПК= (V₁-V₂)·N·K·8·1000/V, мл/л

где V₁ — объем раствора соли Мора, израсходованного в «холостом» опыте, мл;

V₂ – объем раствора соли Мора, израсходованного на титрование исследуемой пробы, мл;

N – Нормальность применяемого раствора соли Мора;

K – поправочный коэффициент раствора соли Мора;

8 – эквивалент кислорода;

V – объем исследуемой воды, взятой для анализа, мл [101].

2.13 Метод анализа биосорбирующей способности микофильных грибов к раствору Na₃[Co(NO₂)₆]

Готовят стандартные образцы растворов Na₃[Co(NO₂)₆] с концентрацией 0,1; 0,2; 0,3;…; 1,0%. Измеряют оптическую плотность данных концентраций на КФК — 2 при длине волны λ = 400 нм. По полученным результатам строят градуировочный график. Далее готовят пять 0,1% растворов Na₃[Co(NO₂)₆] по 100 мл в мерных колбах. В них вводят по 1 г мертвой биомассы гриба. Оставляют на качалке на 3 ч. Затем данные растворы отфильтровывают и в течение 1 ч. центрифугируют до полного осаждения гриба. Полученные растворы измеряют на КФК – 2 при длине волны λ = 400 нм, в результате чего получают значения оптической плотности. По градуировочному графику определяют среднюю остаточную концентрацию ионов [Co(NO₂)₆]³⁺ в растворе [102].

2.14 Метод анализа биосорбирующей способности микофильных грибов к раствору FeCl₃·6H₂O [103].

Готовят 3 образца по 300 мл раствора FeCl₃·6H₂O с концентрацией 0,1%. В них ввели по 1 г мертвой биомассы гриба и поставили на качалку. Через 30, 60, 90, 180, 210, 240 мин., через 6 и 24 часа после смешения биомассы с 0,1% раствором FeCl₃·6H₂O часть раствора отделяли от раствора фильтрованием. Отбирали пипеткой 25 мл фильтрата и оттитровывали 0,1 н соляной кислотой в присутствии 2 капель метилового красного до перехода желтой окраски в красную. Определяли затраченный объем титранта.

Концентрацию раствора железа после его контакта с грибом определяли по среднему значению объема титранта по формуле:

С_[Fe]=C_HCl V_HCl/V_[Fe] [104].

2.15 Микробиологические и гельминтологические исследования проводились известными способами [105].

2.16 Выделение ДНК и ПЦР анализ проводили согласно [106], [107]. Условия электрофореза ПЦР исследуемых образцов: 1,0% агарозный гель, электрофорез при напряженности электрического поля 5 В/см. Секвенирование генов, кодирующих 16S рРНК проводится на автоматическом секвенаторе АЕЗООО. Построение древа родства Ribosomal Database ProjectII [108].. Для обработки СВЧ-излучением суспензий чистых культур, сточной воды и илового осадка использовали микроволновую печь «Электроника 3 С» при частоте 2450 МГц, длине волны 12.5 см, при номинальных мощности 400 и 800 Вт и экспозициях облучения: от 1 до 10 минут)

2.17 Определение токсичности сточных вод боен

Объектами исследований являлись сорта люцерны «Ярославна», кукурузы «Катерина», ячменя «Оренбургский совместный». Определение токсинов в культуральной жидкости проводили по скорости прорастания семян, согласно методу, предложенному Н.А. Красильниковым (1966) [109].

Семена пшеницы предварительно промывали водопроводной и дистиллированной водой, затем раскладывали в подготовленные чашки Петри по 50 штук и равномерно их распределяли на фильтровальной бумаге. Чашки Петри расставили по числу вариантов в четыре ряда. В каждую чашку налили по 10 мл воды (водопроводной, исходной, недоочищенной, очищенной). В контрольные чашки налили по 10 мл воды. Чашки Петри закрыли крышками и поставили в термостат при температуре 25°С на сутки. Через сутки семена промывали водопроводной и дистиллированной водой, вновь раскладывали в чашках Петри на фильтровальной бумаге, заливали водой и оставляли при комнатной температуре. В процессе динамики роста растений определяли энергию прорастания семян, длину главного корня, длину проростков[110].

III Результаты и обсуждение

3.1 Исследование состава сточных вод и эффективности биологической очистки свинооткормочного предприятия

При забое крупного рогатого скота, свиней, птиц и других животных образуются жидкие отходы, так называемые стоки скотобоен. Для того, чтобы такие стоки могли быть использованы для орошения полей, необходим принять определенные меры для их предварительного обезвреживания. Без предварительного обезвреживания и переработки использование таких стоков для орошения полей не представляется возможным, поскольку они несут определенную опасность. Как известно, биологическая очистка сточных вод активным илом аэротенков, так хорошо зарекомендовавшая себя при очистке хозяйственно-бытовых сточных вод, оказалась не эффективной для очистки высококонцентрированных сточных вод [111].

С предприятия свинооткормочного комплекса, на биологическую очистку поступают хозяйственно-бытовые сточные воды, с убойного цеха и производственные сточные воды. Система сбора ливневых стоков отсутствовала. Соотношение количеств отдельных видов сточныхвод менялось в зависимости от времени года. Сточные воды цеха убоя и производственные сточные воды являлись наиболее загрязненными. Они образовывались в результате различных технологических операций, а также при мойке емкостей и уборке производственных помещений. Анализ поступающих на очистку сточных вод цеха убоя скота показал высокие показатели ХПК, БПК, взвешенных веществ, жира, азота, фосфора, хлоридов, присутствие тяжелых металлов и патогенных микроорганизмов (таблица 3).

Действующие очистные сооружения запроектированы Ленаэропроект ТП 902-03-13 и пущены в эксплуатацию в 1991 году. Производительность очистных сооружений – 1400 м3/сутки.

Таблица 3

Состав исходной сточной воды цеха убоя птицы

Состав очистных сооружений:

• Приемная камера;
• Решетки РМУ-1;
• Песколовки;
• Первичный отстойник из трех секций;
• Аэротенк из трех секций;
• Вторичный отстойник из трех секций;
• Регенератор из трех секций;
• Стабилизатор-минерализатор из трех секций;
• Резервуар биологически очищенной воды;
• Резервуар фильтрованной воды и для промывки фильтров;
• Песчаные фильтры;
• Контактный резервуар из двух секций;
• Пруды-аккумуляторы – 3 шт.;
• Хлораторная;
• Песковые площадки;
• Иловые площадки.

Сточная вода, поступает в приемную камеру. Затем проходит решетки (механизированные), где происходит очистка сточной воды от крупного мусора. Долее по лоткам подводится в песколовки (горизонтальные с круговым движением воды) и затем проходит водоизмерительный лоток, после которого распределяется по секциям блока емкостей. В блоке емкостей с первичным отстаиванием сточная вода проходит последовательно: первичные отстойники, аэротенки, вторичные отстойники и контактные резервуары. В аэротенке в процессе биохимической очистки стоков происходит окисление и распад сложных органических соединений и не окисленных неорганических соединений за счет кислорода воздуха и жизнедеятельности микроорганизмов (активного ила).

Процесс биохимической очистки сточных вод в аэротенке происходит в три стадии:

• в первой, начальной стадии, сразу же после смешения поступающей сточной воды с активным илом, происходит процесс адсорбции или изъятия органических загрязнителей активным илом и окисление легкоокисляющихся веществ. Первая стадия продолжается 0,5-2 часа.
• во второй стадии процесса происходит окисление окисляющихся веществ и регенерация активного ила, то есть восстановление его активных свойств, значительно сниженных к концу первой стадии. Скорость потребления кислорода во второй стадии значительно ниже, чем в первой;
• в третьей стадии происходит нитрификация аммонийных солей, и скорость потребления кислорода вновь возрастает.

Вторичные отстойники составляют с аэротенками технологически связанные сооружения и служат для отделения активного ила от очищенной жидкости. Иловая смесь движется от центра отстойника к периферии и за счет гидравлических сил происходит осаждение ила на дно отстойника. После контактных резервуаров очищенная вода отводится на сооружения доочистки – песчаные фильтры. Процесс фильтрования происходит через крупнозернистую песчаную загрузку при движении потока жидкости сверху вниз. После установки доочистки, на выходе, установлены два водомера ВМХ 100. Отфильтрованная вода отводится в пруд-аккумулятор. Отбросы с решеток собираются в контейнер, и вывозится мусоровозом на специально отведенные площадки, согласованные с местными санитарными органами. Складирование осадка с песколовок производится на двух песковых площадках, по проекту возможно накопление шлама до 24 т/год, общий объем – 16 м³. На данный момент площадки заполнены примерно на 1/6 часть. Активный ил из вторичных отстойников с помощью эрлифтов отводится в аэротенк, а избыточный ил – в аэробный стабилизатор, где совместно с осадком из первичных отстойников сбраживается в аэробных условиях. В процессе сбраживания должна достигаться такая степень распада беззольного вещества 25-30%, при которой обеспечивается наибольшая водоочистка и возможность интенсивного компостирования осадка. Для отведения иловой воды в аэробном стабилизаторе предусмотрена отстойная зона, откуда она перепускается в аэротенк. Сбраживаемый осадок из стабилизаторов перекачивается насосами, установленными в производственно вспомогательном здании на иловую площадку. Имеются 4 иловые карты (две рабочие), заполнены на 30%. Общий объем карт – 142,3 м³, вместимость – 38 т. Дренажные воды песковых и иловых площадок возвращаются на очистку в голову очистных сооружений. Обеззараживание очищенных стоков не производится. Построенная хлораторная не работает. На территории очистных сооружений эксплуатируются 3 аэротенка рабочим объемом 216 м³, мощность очистных сооружений 1400м³/суток. Аэрация в аппаратах осуществляется подачей сжатого технического воздуха через аэратор, расположенные на дне каждой секции. Подача воздуха регулируется в каждой секции индивидуальной задвижкой, что позволяет при необходимости создавать микроаэробные условия. На аэраторах предусмотрены 3 порции подачи кислорода от 0,5 – 2 мг/дм³. Время пребывания сточных вод в установке 24 часа. За работой установок осуществляется химико-аналитический гидробиологический контроль, проводимой в лаборатории. На очистных сооружениях предприятии производится определение дозы активного ила, илового индекса, взвешенных веществ, ХПК, реже – БПК и морфологии индикаторных организмов – простейших.

Мы сочли целесообразным провести гидрохимический и микробиологический контроль состояния биоценоза активного ила изучаемого нами предприятия, без которого невозможно нормальное функционирование очистных сооружений.

Результаты исследований физических свойств ила показали, что хлопья ила светло-коричневые и темно-коричневые, внешний вид надиловой воды – это прозрачная неокрашенная жидкость. Иловый индекс в аэротенках превышает 300 мг/л, что свидетельствует о нарушениях нормальной работы аэротенка.

В изучаемых нами биоценозах аэротенков — смесителей периодического действия основную массу организмов активного ила составляли микроскопические грибы родов Aspergillus, Mucor, Rhizobium, Penicillium, а также мицелиальный гриб Mycelia sterile.

Из литературных данных известно, что микроскопические грибы способны эффективно усваивать специфические загрязнения сточных вод. Однако массовое развитие грибов ухудшает аэрацию и осаждению ила во вторичном отстойнике. По этой причине массовое развитие грибов в очистных сооружениях канализации нежелательно. Микрофлора активного ила при хорошем качестве очистки должна отличаться также богатым видовым разнообразием (от 25 до 45 видами простейших). И хотя простейшие не участвуют в процессе деструкции токсичных соединений, их роль важна как звено трофической цепи в поглощении клеток бактерий. Простейшие, населяющие активный ил, являются чувствительными биологическими индикаторами, реагирующими на изменение условий внешней среды.

В активном иле изучаемых нами биологических очистных сооружений преобладали представители жгутиковых и мелких инфузорий: Paramecium caudatum, Colpoda cuculus, Podophrya fixa, Chylodonella cucullulus. Это может быть вызвано недостатком кислорода или в связи с протеканием процесса гниения. Из полученных нами экспериментальных данных можно сделать следующий вывод: биоценоз изучаемого нами активного ила по составу микроорганизмов не соответствует качеству очищаемых сточных вод вследствие их отрицательного влияния на микроорганизмы. Состав очищенных сточных вод не соответствовал требованиям, предъявляемым для использования их на земледельческих полях орошения.

3.2 Подбор наиболее активных штаммов микроорганизмов и включение их в биоценоз активного ила

Для биологических очистных сооружений первостепенное значение имеет поиск активных культур с повышенной деструктивной активностью, их всестороннее изучение и создание новой системы их использования [112]. Как правило, это консорциумы микроорганизмов, выделенные методом накопительных культур из мест, где имел место длительный контакт микроорганизмов с соответствующими ксенобиотиками. Такие микроорганизмы обладают высокой утилизирующей способностью к тому или иному загрязнителю и проявляют способность обмену генетическим материалом, изменению типа обмена веществ бактериальных клеток и индукции адаптивных ферментов, закреплению ими приобретенных свойств. Улучшению характеристик полученных активных культур способствует их иммобилизация на различных бионосителях [113]. [114],

Нами было выделено около 50 чистых культур наиболее активных бактерий-деструкторов жира, целлюлозы, белка из загрязненной стоками бойни в течение длительного периода почвы с территории свинооткормочного комплекса, проведена их идентификация по совокупности морфологических, культуральных и биохимических свойств и молекулярно-генетическим методом.

Первоначально по совокупности морфологических. культуральных и биохимических признаков бактерии были отнесены к представителям рода Enterococcus, Lactobacillus, Pseudomonas. Методом полимеразной цепной реакции с помощью анализа генов, кодирующих 16S РНК по 8f — aga gtt tga tec tgg etc ag; 926r — ccg tea att cct ttr agt tt; 1492r — ggt tac cct tgt tac gac tt и секвенировании вариабельных участков генов, кодирующих 16S рРНК, для бактерии Enterococcus получена следующая собранная нуклеотидная последовательность: CGCTTCGGTTTACGCCCAAWACWTTASGACTACGCTCGCCACCTACRTATTACCGCGGCTGMTGGCACGTASYTMGCCSTGGCTTTCTGGTTAGATACCGTCAAGGGATGAACATTTTACTCTCATCCTTGTTCTTCTCTAACAACAGAGTTTTACGATCCGAAAACCTTCTTCACTCACGCGGCGTTGCTCGGTCAGACTTTCGTCCATTGCCGAAGATTCCCTACTGCTGCCTCCCGTAGGAGTCTGGGCCGTGTCTCAGTCCCAGTGTGGCCGATCACCCTCTCAGGTCGGCTATGCATCGTTGCCTTGGTGAGCCGTTACCTCACCAACTAGCTATGCACCGCGGGTCCATCCTCAGTGACGCAAAAGCGCCTTTCAAYTTTCTTCCATGCGGAAAATAGTGTTATACGGTATTAGCACCTGTTTCCAAGTGTTATCCCCTTCTGATGGGCAGGTTACCCACGTGTTACTCACCCGTTCGCCACTCTTTTTCTTTCGRTGGAGCAAGCTCCGGTRAAAGAAAAAGCGTTCGACTTGCATGTATTAGGCACGCCGCCAGCGTTCGTCCTGAGCCAGGATCAAAC. Анализ филогенетического родства, построенный с использованием типовых штаммов близкородственных бактерий показал, что наиболее близким к исследуемому штамму является вид Enterococcus casseliflavus (98%).

В активном иле были обнаружены также грамположительные, палочковидные анаэробные неспорообразующие бактерии, первоначально по совокупности морфологических, культуральных и биохимических свойств отнесенные к роду Lactobacillus. Секвенирование вариабельных участков генов, кодирующих 16S рРНК показало следующую собранную нуклеотидную последовательность для исследуемого штамма:

CTGTTCGCTACCCATGCTTTCGAGCCTCAGCGTCAGTTACAGACCAGACAGCCGCCTTCGCCACTGGTGTTCTTCCACTCCCGGGGAGT

Первичный скрининг по базе данных GenBank и RDP-II показал, что исследуемый штамм принадлежит к следующим систематическим группам Bacteria; Firmicutes; Bacilli; Lactobacillales; Lactobacillaceae; Lactobacillus, причем гомология с некоторыми видами рода Lactobacillm составляет 99%. Последовательности были выровнены с соответствующими последовательностями ближайших видов бактерий, доступными из базы данных GenBank. Результаты обработки секвенсов при помощи компьютерной программы находящейся на сайте RDB II (Ribosomal Database Project II), предназначенной для определения родства микроорганизмов и построения филогенетических деревьев, представляются в графическом виде.

S000003746 0.9880.8971404 Lactobacillus rhamnosus (T); JCM 1136; D16552

S000009879 0.990 0.940 1431 Lactobacillus zeae (T); ATCC15820; D86516

S000319968 0.990 0.943 1416 Lactobacillus paracasei (T); NBRC 15906; AB181950

S000386800 0.974 0.825 1470 Lactobacillus manihotivorans (T); OND 32; LMG 1801 ОТ; AF000162

SOOQ395052 0.990 0.940 1432 Lactobacillus casei (Т); АТСС 393; AF469172

S000413948 0.990 0.943 1438 Lactobacillus paracasei (T); JCM 8130; D79212

S000652804 0.981 0.871 1424 Lactobacillus camelliae (Т); МСНЗ-1; АВ257864

S003258472 0,976 0.847 1380 Lactobacillus porcinae (T); type strain: R-42633; DH 7.6; HE616585

S003260459 0.979 0.849 1402 Lactobacillus nasuensis (T); SU 18; AB608051

S003658497 0.974 0.830 1417 Lactobacillus hokkaidonensis (T); LOOC260; AB721549

Анализ филогенетического родства, построенный с использованием типовых штаммов близкородственных бактерий показал, что наиболее близким к исследуемому штамму является вид Lactobacillus paracasei.

И наконец, из активного ила очистных сооружений свинооткормочного комплекса были выделены бактерии, которые на агар-агаре (рН =7,0-7,2) формируют непрозрачные колонии беловато-бежевого цвета, с ровным краем, диаметром 2-3 мм, консистенция мягкая, легко снимаются с агар-агара. С возрастом могут образовывать розоватый пигмент. Клетки грамотрицательные палочки, по форме могут быть прямые или слегка изогнутые, расположенные одиночно или парами, длиной от 0,5 до 1,5 мкм, неспорообразующие. Первоначально бактерия напоминала представителей рода Pseudomonas. При секвенировании вариабельных участков 16S rDNA получена следующая собранная нуклеотидная последовательность для исследуемого штамма:

ACTCCCACGCGGCGTCTTAACGCGTTAGCTTCGATACTGCGTGCCAAATTGCA CCCAACATCCAGTTCGCATCGTTTAGGGCGTGGACTACCAGGGTATCTAATCC TGTTTGCTCCCCACGCTTTCGTGCCTCAGTGTCAGTGTTGGTCCAGGTAGCTGC CTTCGCCATGGATGTTCCTCCCGATCTCTACGCATTTCACTGCTACACCGGGA ATTCCACTACCCTCTACCACACTCTAGTCGCCCAGTATCCACTGCAATTCCCA GGTTGAGCCCAGGGCTTTCACAACAGACTTAAACAACCACCTACGCACGCTTT ACGCCCAGTAATTCCGAGTAACGCTTGCACCCTTCGTATTACCGCGGCTGCTG GCACGAAGTTAGCCGGTGCTTATTCTTTGGGTACCGTCAGAACAACCGAGTAT TAATCGACTGCTTTTCTTTCCCAACAAAAGGGCTTTACAACCCGAAGGCCTTC TTCACCCACGCGGTATGGCTGGATCAGGCTTGCGCCCATTGTCCAATATTCCC CACTGCTGCCTCCCGTAGGAGTCTGGACCGTGTCTCAGTTCCAGTGTGGCTGA TCATCCTCTCAGACCAGCTACGGATCGTCGCCTTGGTGGGCCTTTACCCCGCC AACTAGCTAATCCGACATCGGCTCATCTATCCGCGCAAGGCCCGAAGGTCCCC TGCTTTCACCCGAAGGTCGTATGCGGTATTAGCGTAAGTTTCCCTACGTTATCC CCCACGAAAAGGTAGATTCCGATGTATTCCTCACCCGTCCGCCACTCGCCACC CATAAGAGCAAGCTCTTACTGTGCTGCCGTTCGACTTGCATGTGTTAGGCCTA CCGCCAGCGTTCACTCTGAGCCAG

Первичный скрининг по базе данных GenBank и RDP-II показал, что исследуемый штамм принадлежит к следующим систематическим группам: Bacteria; Proteobacteria; Gammaproteobacteria; Xanthomonadales; Xanthomonadaceae; Stenotrophomonas. Последовательности были выровнены с соответствующими последовательностями ближайших видов бактерий, доступными из базы данных GenBank. Анализ филогенетического родства, построенный с использованием типовых штаммов близкородственных бактерий, показал, что наиболее близким к исследуемому штамму является вид Stenotrophomonas rhizophila.

Выделенные культуры были проверены а устойчивость к алюминию, кобальту и меди в концентрациях выше 10 раз ПДК рыбохозяйственных водоемов. Как видно из рисунков 2 и 3, воздействие тяжелых металлов оказалось губительным для бактерий активного ила. В то же время при сокультивировании с теми же металлами консорциума, состоящего из Enterococcus casseliflavus , Stenotrophomonas rhizophila и Lactobacillus paracasei отмечалась устойчивость ассоциации к металлам. Это очень ценное свойство бактерий-деструкторов, используемых на биологических очистных сооружениях.

Поступление на биологическую очистку жиров в количествах, превышающих 50 мг/л препятствует поступлению кислорода к микроорганизмам за счет образования вокруг хлопков активного ила жировой пленки, эффективность очистки стоков снижается. Для использования сточных вод на земледельческих полях орошения также недопустимо присутствие жиров свыше 50 мг/л. Наиболее целесообразным является использование микроорганизмов, прирост биомассы которых происходит за счет потребления углерода жировых веществ, входящих в состав загрязняющих компонентов стока. Полученный селекционным путем и идентифицированный консорциум бактерий Enterococcus casseliflavus, Stenotrophomonas rhizophila и Lactobacillus paracasei проявлял способность хорошо развиваться на исходной воде убойного цеха в режиме глубинного культивирования в хемостате, совмещая при этом высокую скорость размножения, устойчивость к тяжелым металлам и высоким концентрациям хлоридов. При культивировании консорциума на исходной воде убойного цеха наблюдалось снижение содержания жиров от 500 мг/л до 250 мг/л.

Возможным направлением в очистке жиросодержащих сточных вод является использование микробных ферментных препаратов, способных ускорять биохимическое окисление жира до глицерина и жирных кислот [115]. Недостатком предлагаемых способов является накопление в очищаемой сточной воде дополнительных органических загрязнителей – ферментов, имеющих белковую природу, большие материальные затраты, связанные с их получением и очисткой.

В результате использования штамма микроскопического гриба Hypomyces odoratus 94/77 в глубинных условиях при температуре 24-26⁰С в течение 24 часов на сточной воде убойного цеха птицефабрики состава: БПК₅=2163±40 мг О₂/дм³; ХПК=11800±20 мг/дм³; взвешенные вещества=1500±375 мг/дм³; общий азот = 281 мг дм³; фосфат-ионы = 79,7±24 мг /дм³; хлорид-ионы =281±128 мг/дм³; жиры и масла = 374±31 мг/дм³; рН_исх = 7,0. В этом случае нарастание биомассы слабое, через 48 часов роста составило 2,6 г абсолютно сухого вещества на 1 л культуральной жидкости (г АСВ/л). Результаты по накоплению биомассы и ферментативной активности через 24 часа роста той же культуры при исходных рН= 3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5 в таблице 4.

Таблица 4

Влияние рН на биосинтез биомассы и липолитическую активность гриба Hypomyces odoratus после 16 и 24 часов культивирования гриба

*Примечание: 1 – 16 часов культивирования; 2 – 24 часа культивирования

Из анализа полученных результатов можно сделать вывод, что рН_исх.=4,0-6,0 обеспечивают наиболее оптимальный прирост биомассы гриба.

Результаты определения накопления биомассы, липолитических ферментов, а также изменений показателя химического потребления кислорода (ХПК) и содержания жира в сточной воде при культивировании гриба в течение 16, 24 и 48 часов представлены в таблице 5.

Таблица 5

Влияние длительности культивирования и исходного рН на выход биомассы и липазную активность, а также на изменения ХПК*

Примечание: ХПК – химическое потребление кислорода (мг О₂/дм³)

Из анализа полученных результатов можно сделать вывод, что прирост биомассы гриба происходит уже через 16-24 часов роста за счет потребления жиров, о чем можно судить по значениям снижения показателей ХПК и содержания жира.

В то же время в культивировании гриба более, чем 24 часа роста нет необходимости, так как данный период обеспечивает достаточный прирост биомассы и снижение ХПК. Полученный консорциум бактерий и микофильный гриб аналогично при культивировании в хемостате в течение 24 часов обеспечивал снижение показателя ХПК и содержание жира (таблица 6). Предлагаемый нами способ очистки жиросодержащих сточных вод имеет преимущества в том, что в процесс биологической очистки жиросодержащих стоков вносится консорциум микроорганизмов — активных продуцентов липазы, в связи с чем сокращаются сроки культивирования до 16-24 часов; обеспечивается использование более широкого оптимального диапазона рН =4,5 — 7,5; и температуры культивирования (t= 24 — 36⁰С); увеличивается выход биомассы гриба; значительно снижается содержание жира в сточной воде, показатель ХПК.

Таблица 6

Влияние длительности культивирования на показатель ХПКН, выход биомассы и липазную активность консорциума бактерий и микроскопического гриба Hypomyces odoratus при росте на сточной воде убойного цеха

3.3 Подбор методов доочистки для осветления очищенных стоков, обезвреживания и удаления токсичных элементов

Для удаления тяжелых металлов из сточных вод промышленных предприятий предложен целый ряд химических и физико-химических методов: гравитационное осаждение, флотация, фильтрация, адсорбция, обратный осмос, электродиализ, дистилляция и химическое осаждение. Все эти способы не обеспечивают очистку больших объемов воды или дороги, поэтому экономически невыгодны. Химические способы, например, не годятся для очистки вод с очень низкими концентрациями ионов металлов и вызывают вторичное загрязнение остатками вносимых в воду реагентов [116].

В последние годы на стадиях доочистки сточных вод широко используются коагулянты на основе природных минералов, например, таких как продукт компании ООО «РГХО». Для апробации суспензии гидроксида магния под названием МагТрит-С и оценки эффективности его применения для доочистки сточных вод боен мы первоначально подбирали оптимальные концентрации, при которых не происходило угнетение активного ила. Выбранные концентрации МагТрит от 200 до 700 мг/дм³ не оказывают подавляющего воздействия на микрофлору активного ила очистных сооружений, а более высокие (свыше 700 мг/дм³) концентрации вызывают осаждение клеток активного ила и подавление процессов деструкции загрязнителей. Результаты проведенных экспериментов приведены в таблице 7.

Таблица 7

Влияние суспензии гидроксида магния МагТрит-С в концентрации 300-400 мг/дм³ на оседаемость активного ила

Примечание: АИ – активный ил

Из данных таблицы видно, что добавление МагТрит-С в концентрации 350 мг/дм³ (при массовой доле основного вещества 35 % в 1 мл раствора содержится 100 мг вещества) вызывает тотчас улучшение процесса осаждения ила, очевидно, за счет улучшения структуры ила, что будет иметь немаловажное значение в процесса очистки сточных вод. Влияние добавок МагТрит-С на активный ил исследован по изменению величин ХПК. Результаты исследования приведены в таблице 8.

Таблица 8

Влияние МагТрит-С на величину ХПК активного ила

В результате применения в процессах доочистке сточных вод боен препарата МагТрит-С в концентрации 350 мг/дм³ наблюдали улучшение функционирования вторичных отстойников, получали хорошо осажденный осадок активного ила, прозрачную очищенную сточную воду, в которой содержание тяжелых металлов, санитарно-бактериологических и санитарно-паразитологических показателей соответствовали нормативам (таблица 9).

Таблица 9

Исследование эффективности использования препарата МагТрит-С в очистке сточных вод птицефабрики

Примечание: АИ – активный ил БОС

3.4 Изучение сорбирующей способности микроскопического гриба Hypomyces odoratus к некоторым тяжелым металлам

3.4.1 Определение содержания меди

Содержание меди определяли до и после культивирования гриба на сточной воде скотобойни аммиачным методом. Аммиачный метод основан на образовании ионом Cu ²⁺ с аммиаком комплекса [Cu (NH₃) ₄] ²⁺, окрашенного в интенсивно – синий цвет: Cu ²⁺ + 4 NH₃ → [Cu (NH₃) ₄] ²⁺

Окраска его достаточно устойчива, поэтому колориметрировать раствор можно с помощью фотоэлектрического колориметра КФК – 2.

Перед определением концентрации меди в растворе построили градировочный график, пользуясь специальным растворителем и стандартным раствором соли меди. Измерили оптическую плотность всех растворов и вычислили концентрации растворов меди в мерных колбах по формуле:

C₁ = 1.0 / 25 = 0.04 (мг/мл); C₂ = 1.5 / 25 = 0.06(мг/мл) ;C₃ = 2.5 / 25 = 0.1 (мг/мл) C₄ = 4.0 / 25 = 0.16 (мг/мл); C₅ = 5.0 / 25 = 0.2(мг/мл)

По полученным данным составили таблицу 10.

По данным таблицы построили градировочный график, отложив по оси абсцисс – концентрации ионов Cu ²⁺, а по оси ординат – соответствующие им оптические плотности.

Таблица 10

Концентрация ионов меди в сточной воде после биосорбции

Рисунок 2 — График зависимости оптической плотности от концентрации

Зависимость оптической плотности (D) от концентрации (С) растворов CuSO₄ · 5H₂O Расчетная степень адсорбции мицелиев и их ХГК, представлена в таблице 11.

Таблица 11

Степень адсорбции (Q) ионов меди на различных средах

Из таблицы 11 видно, что наибольшей степенью адсорбции к ионам меди обладают мицелий гриба, выращенный на сточной воде 43%.

3.4.2 Анализ биосорбирующей способности микофильного гриба к ионам кобальта (II)

Были приготовлены стандартные образцы растворов Na₃[Co(NO₂)₆] и измерены их оптические плотности на КФК — 2 при длине волны λ = 400 нм. По полученным результатам был построен градуировочный график. После контакта с биомассы гриба с раствором кобальта полученные растворы измерили на КФК- 2 при длине волны λ = 400 нм, в результате чего получили следующие значения оптической плотности (А): 0,462; 0,438; 0,431; 0,466; 0,451.

По градуировочному графику определили среднюю остаточную концентрацию, равную 0,03% ионов [Co(NO₂)₆]³⁺ в растворе. Начальная концентрация раствора кобальта составляла 0,1%. Из полученных данных следует, что микофильный гриб абсорбирует ион кобальта (II) на 70%.

Величину сорбционной емкости биомассы по отношению к кобальту нельзя объяснить только протеканием ионного обмена, так как количество способных к взаимодействию с ионами кобальта карбоксильных групп не может превышать значение полной статической обменной емкости по отношению к анионам, что дает возможность предположить, что извлечение катионов кобальта происходит за счет образования комплексов. В качестве лигандов в этом процессе могут участвовать карбоксильные и аминогруппы, способные как к хелатированию, так и к ионному обмену

Таблица 12

Концентрация ионов меди в сточной воде после биосорбции

Рисунок 3 — Зависимость оптической плотности от концентрации ионов кобальта (II).

3.5 Изучение стерилизующего эффекта электромагнитного излучения на условно-патогенную микрофлору сточной воды

По некоторым данным, комбинаты мясной промышленности характеризуются большой бактериальной обсемененностью. В сточных водах скотобоен имеется значительная концентрация бактерий Escherichia coli (коли-индекс) колеблется от 10 000 до 100 000 000, общее микробное число составляет: при температуре +22°С 1 700 – 210 000 и более, при температуре +37°С – 434 000 и более); такие стоки содержат значительное количество патогенных бактерий что явно свидетельствует о их санитарно-эпидемиологической опасности. Непосредственно (напрямую) использовать такие сточные воды на орошение нельзя использовать [117].

В последнее время, помимо таких способов обезвреживания сточных вод как обработка хлорной известью, аммиаком, ультрафиолетовое облучение, ионизирующее облучение, представляется перспективным использование электромагнитного излучения или СВЧ-обработка стоков. Применение СВЧ-энергии для подавления микроорганизмов и стерилизации жидкостей, требует тщательного исследования, поскольку даже при наличии ряда публикаций по данному вопросу, данные по влиянию на различные группы микроорганизмов весьма противоречивы и однозначного ответа на вопрос, каков механизм действия электромагнитных полей дать в настоящий момент затруднительно [118].

Согласно одних исследований воздействие СВЧ-обработки приводит к гибели микроорганизмов даже при малых мощностях [119]. Однако, некоторые микроорганизмы имеют дополнительные защитные оболочки, обладающие высоким тепловым сопротивлением, для уничтожения таких микроорганизмов требуется использование более мощных генераторов диапазона СВЧ-излучения или совокупность как минимум пяти факторов — СВЧ-энергия, электролиз, синхронизация питания, рекуперация и серебро. В литературе имеются сведения, что отклик микроорганизмов на влияние магнитного поля видоспецифичен и включает как ингибирование, так и стимуляцию. В результате проделанной работы мы установили, что электромагнитные волны сантиметрового диапазона оказывают влияние на изученные культуры бактерий. Однако реакция на облучение СВЧ-излучением у изученных штаммов не одинакова (рисунок 6). Как показали результаты, наиболее устойчивы к облучению оказались микобактерии — Mycobacterium cyaneum КМ МГУ № 98 и Mycobacterium mucosum КМ МГУ №116, оставаясь жизнеспособными даже при экспозиции 10 минут, то есть реагировали на облучение после длительной обработки (5-10 минут). Только через 15 минут воздействия эти бактерии оказались наиболее чувствительны. Такую устойчивость микобактерий к воздействию СВЧ излучений можно объяснить, согласно литературным данным, наличием в их клеточной стенке миколовых кислот. Наиболее чувствительными к облучению номинальной мощностью 800 Вт оказались Escherichiae coli К12, Escherichiae coli 354 и Pseudomonas putida КМ МГУ № 95, эффект подавления роста наблюдался уже при 5 минутной экспозиции.

Примечание: 0 – отсутствуют клетки; 1 – очень мало; 3 – мало; 4 – много; 5 – очень много.

Рисунок 4 — Влияние СВЧ-излучений (800 Вт) на сохранение изнеспособности бактерий

У бактерий Bacillus subtilis 534 и Pseudomonas fluorescens ВКПМ № В-350 при 5 минутной экспозиции мы наблюдали снижение индекса выживаемости до 10-20%. Относительно бактерии Rhodococcus erythropolis КМ МГУ №119 можно отметить, что она оказалась более оказалась устойчивой к облучению, чем отмеченные выше бактерии: Escherichiae coli К12 (АТСС 25922), Escherichiae coli 354, Pseudomonas putida КМ МГУ № 95, Bacillus subtilis 534 и Pseudomonas fluorescens ВКПМ № В-350. Как мы видим из рисунка 6, эффект снижения жизнеспособности на 50% наблюдался при 5 минутной экспозиции, а подавление роста только при 10 минут воздействия СВЧ-излучений. Воздействие СВЧ-излучений номинальной мощностью 400 Вт оказалось не целесообразным, поскольку для достижения эффекта подавления потребовалось более длительное время экспозиции. В результате наших экспериментов были получены несколько неожиданные результаты: вегетативные клетки Rhodococcus erythropolis КМ МГУ №119 оказались более устойчивыми к воздействию СВЧ — лучей, чем споровые. Исходя из литературных данных, этот факт можно объяснить тем, что микроорганизмы, синтезирующие природные пигменты, более устойчивы к микроволновому облучению [120]. Эксперименты по изучению влияния СВЧ-излучений на микроорганизмы цеха убоя птицы показали, что бактерии, яйца глист и простейшие при номинальной мощности 400 Вт погибают через 10 минут и через 5 минут при номинальной мощности 800 Вт. Для уничтожения простейших оказалась достаточная 3-5 минутная экспозиция (таблица 13).

Таблица 13

Влияние СВЧ-излучений на выживаемость микрофлоры в надиловой жидкости от времени экспозиции

Примечание: 0 – отсутствуют клетки; 1 – очень мало; 3 – мало; 4 – много; 5 – очень много.

Таким образом, изучение влияния СВЧ-излучения на сохранение жизнеспособности у чистых музейных бактериальных культур показало зависимость эффекта воздействия от таксономического положения, биохимической активности и образования пигментов. Для получения стабильного бактерицидного эффекта важно учитывать дозу и время экспозиции. СВЧ -энергия номинальной мощности 800 Вт оказывает губительное воздействие на бактерии сточных вод локальных очистных сооружений цеха убоя птицы родов Pseudomonas, Proteus, Esherichia, Micrococcus, Staphylococcus при экспозиции 5 минут. Mycobacterium cyaneum КМ МГУ № 98 и Mycobacterium mucosum КМ МГУ №116 оставались жизнеспособными после достаточно длительной обработки (5-10 минут). СВЧ-энергия губительно воздействует на бактерии, яйца глист, содержащихся в иловом осадке очистных сооружений: при номинальной мощности 400 Вт через 10 минут, а при номинальной мощности 800 Вт их гибель наступает уже через 5-7 минут. Для уничтожения простейших оказалась достаточная 3 минутная экспозиция.

В результате подбора активных деструкторов загрязнителей сточных вод скотобоен, использования эффективного процесса биосорбции металлов на биомассе гриба, подбора коагулянта, физических методов обезвреживания сточных вод от патогенных бактерий и простейших организмов была получена очищенная от органических загрязнителей, хлоридов, тяжелых металлов, патогенных микроорганизмов сточная вода боен, по химическим и санитарным нормам.

Состав исходной и очищенной сточной воды цеха убоя свинофермы и после очистки консорциумом аборигенных микроорганизмов представлен в таблице 14.

Таблица 14

Состав исходной сточной воды цеха убоя свинофермы и после

очистки консорциумом аборигенных микроорганизмов .

Обязательным приемом, предшествующим заключению о пригодности сточной воды скотобоен для орошения является проверка токсичности сточной воды на проращивание семян. Проверка токсичности сточной воды для орошения определялась на проращивании семян люцерны изменчивой сорта «Виктория», кукурузы «Катерина» и ячменя «Оренбургский совместный ». Семена ячменя, люцерны и кукурузы предварительно замачивали в течение 24 часов в воде водопроводной, в исходной воде убойного цеха свинокомплекса, недоочищенной воде и очищенной предлагаемым нами консорциумом микроорганизмов, с последующей доочисткой коагулянтом МагТрит-С, Результаты представлены в таблице 12. Наиболее эффективной, в условиях данного опыта, оказалась вода водопроводная и очищенные сточные воды убойного цеха свинокомплекса. На второй день после замачивания количество проросших семян люцерны в контроле (вода водопроводная составило 76%, а в опыте при замачивании очищенной сточной водой 88% проросших семян. Исходные и недоочищенные стоки оказывали токсичное воздействие на семена люцерны , в этих вариантах количество проросших семян составляло 4% и 35% соответственно Особенно большие различия отмечались на третьи сутки роста, в когда количество проросших семян люцерны в контроле и в опыте с очищенными стоками составило 100 %, а замачивание в неочищенной воде и в контроле не превышало 30% и 70% соответственно. Аналогичные данные были получены с ячменем и люцерной (таблица 15).

Таблица 15

Влияние сточной воды убойного цеха свинокомплекса на проращивание семян кормовых культур

Таким образом, в процессе проведенных исследований была проанализирована деятельность биологических очистных сооружений цеха убоя скота одного из свинооткормочных предприятий с целью определения дальнейшего использования очищенных сточных вод для орошения сельскохозяйственных полей. Оценка состава промышленных сточных вод показала, что они характеризуются высокими величинами БПК, ХПК (данные цеховой лаборатории); наличием фосфатов, хлоридов; тяжелых металлов, превышением ПДК, также сточная вода содержала жиры и белки в достаточно больших концентрациях. Такие стоки не соответствуют требованиям, предъявляемым для спуска в водоемы рыбного и хозяйственного назначения. С целью повышения эффективности работы очистных сооружений были изучены режимы аэротенков, качественный и количественный состав активного ила. Активный ил характеризуется следующими показателями: иловый индекс, возраст ила, микробиальный состав. Анализ показал, что биологические очистные сооружения не обеспечивают достаточную очистку по следующим показателям: ХПК, БПК, взвешенным частицам, содержанию азота, жиров, фосфатов, хлоридов, тяжелых металлов. В связи с этим был проведен тщательный микробиологический анализ активного ила. Активный ил очистных сооружений представляет собой сложный ценоз, состоящий из бактерий, грибов, дрожжей и простейших. Родовой состав бактерий мало разнообразен. Мы обнаружили, что нередко в активном иле встречались представители патогенных бактерий Micrococcus, Staphylococcus, бактерии кишечной группы. В активном иле были обнаружены группы простейших, свидетельствующих о недостаточной очистке стоков. Из микробиоценоза активного ила биологических очистных сооружений выделены наиболее активные деструкторы загрязнителей, устойчивые к содержанию тяжелых металлов, проведена их идентификация. Enterococcus casseliflavus Lactobacillus paracasei, Stenotrophomonas rhizophila, устойчивые к содержанию хлоридов в сточной воде. Выделенные нами культуры активных деструкторов были проверены на устойчивость к алюминию, кобальту и меди в концентрациях, выше ПДК рыбохозяйственных водоемов в 10 раз. Воздействие тяжелых металлов оказалось губительным для бактерий активного ила.

В то же время при сокультивировании с теми же металлами Stenotrophomonas rhizophila., выделенных из активного ила биологических очистных сооружений, отмечалась устойчивость ассоциации к металлам. Поступление на биологическую очистку жиров в количествах, превышающих 50 мг/л препятствует поступлению кислорода к микроорганизмам за счет образования вокруг хлопков активного ила жировой пленки, эффективность очистки стоков снижается.

В результате использования штамма микроскопического гриба Hypomyces odoratus 94/77 происходит прирост биомассы гриба уже через 16-24 часа роста за счет потребления жиров, о чем можно судить по значениям снижения показателей ХПК и содержания жира.

Также при очистке сточных вод стоит проблема удаления тяжелых металлов, избыточного количества фосфора, сульфатов, присутствие которых даже в незначительных количествах недопустимо для использования таких вод для орошения сельскохозяйственных и иных угодий.

Нами было обнаружено свойство биомассы микроскопического гриба Hypomyces odoratus адсорбировать тяжелые металлы

Целесообразным является использование природных компонентов, например, таких как продукт компании ООО «РГХО».

Использоввание в белой водной суспензии гидроксида магния, под названием МагТрит-С, в концентрации 350 мг/дм³ очищаемых стоков в качестве коагулянта на последнем этапе биологической очистки привело к улучшение функционирования вторичных отстойников, обеспечило хорошо осажденный осадок активного ила, прозрачную очищенную сточную воду, в которой отсутствовали патогенные микроорганизмы, содержание сульфатов, фосфатов, азота , жиров, показатели ХПК и БПК₅ соответствовали требуемым нормам для использования сточных вод для орошения сельскохозяйственных полей.

Выводы

Определение состава стоков скотобоен при существующих традиционных методах очистки показало, что они характеризуются высокими показателями ХПК,БПК. содержанием трудноразлагамых органических соединений, высоким содержанием тяжелых металлов, наличием условно-патогенных микроорганизмов, что дает основание считать их непригодными на земледельческих полях орошения.

Анализ качественного и количественного состава активного ила на традиционных биологических очистных сооружениях показал, что родовой состав бактерий – дестукторов малоразнообразен, часто встречаются представители условно-патогенных бактерий и простейших.

В результате проведенных исследований из числа аборигенной микрофлоры, выявлены наиболее активные деструкторы загрязнителей сточных вод использование которых на локальных биологических очистных сооружениях скотобоен и предприятий мясоперерабатывающей промышленности, содержащих высокие концентрации органических веществ, хлориды, сульфаты, тяжелые металлы, патогенные микро-организмы обеспечивает очищение стоков до нормативов для орошения сельскохозяйственных культур.

Установлена эффективность удаления тяжелых металлов. патогенных микроорганизмов и простейших под воздействием природного коагулянта «МагТрит-С» и СВЧ-излучения.

Полученная в результате экспериментов очищенная сточная вода не содержала токсичных элементов, а также патогенных микроорганизмов, оказывала бла-гоприятное воздействие на энергию прорастания, длину главного корня и проростка рас-тений люцерны, кукурузы и ячменя.

Установлено, что влияние СВЧ-излучения на сохранение жизнеспособности бактериальных, грибных культур и простейших зависит от таксономического положения, биохимической активности и образования пигментов.

Полученная в результате экспериментов очищенная сточная вода не содержала токсичных элементов, а также патогенных микроорганизмов, оказывала благоприятное воздействие на энергию прорастания, длину главного корня и проростка растений люцерны, кукурузы и ячменя.

Рекомендации производству Рекомендовано для цехов убоя скота на предприятиях вести локальную очистку сточных вод, с использованием предлагаемого нами консорциума микроорганизмов, использование в качестве коагулянта гидроксид магния МагТрит-С, целесообразно на локальных очистных сооружениях использование СВЧ –излучений для обеззараживания сточной воды и илового осадка с целью дальнейшего их использования на земледельческих полях орошения.

Список использованных литературных источников

1. Бренч, А.А. Технологии переработки продукции животноводства. ч. II Переработка мяса и производство мясной продукции / А. А. Бренч, И. Е. Ветров, В. С. Дацук. – Минск: Наука, 2015. — 272 c.
2. Иванченко, О.Б. Токсические свойства сточных вод мясоперерабатывающего предприятия / О.Б. Иванченко, Р.Э. Хабибуллин // Известия ВУЗов. Пищевая технология. — 2006. — № 4.- С. 114–116.
3. Скориков, В.Т. Изучение использования сточных вод на орошение в условиях Йемена /В. Т. Скориков, А. В. Шуравилин, С. А. Койка, Е. А. Пивень // Агрохимический вестник.- 2012. -№ 2.- С. 38–40.
4. Брындина, Л.В. Перспективное использование осадков сточных вод в экологическом земледелии /Л. В.Брындина, К. К. Полянский, О.В. Бакланова // Продовольственная безопасность: научное, кадровое и информационное обеспечение.- 2018.- С. 337–341.
5. Вихрева, Д.Р. Санитарно-гигиеническая оценка использования сточных вод на орошение /Д. Р. Вихрева, Д. Д. Гамазина // Современный взгляд на будущее науки: сборник статей. -2015. -С. 214–216.
6. Гарипова, Р.Ф. Практика устройства земледельческих полей орошения как способ утилизации хозяйственно-бытовых, промышленных стоков и проблема техногенного загрязнения / Р.Ф. Гарипова // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета.- 2006.- № 23.- С. 206–219.
7. Ильдеспаева, Д. Е., Очистка сточных вод мясокомбината / Д.Е. Ильдеспаева, Н. Н. Рахимова // Перспективы развития пищевой и химической промышленности в современных условиях. — 2019.- С. 297–301.
8. Панова, И.И. Очистка сточных вод мясоперерабатывающих производств / И.И. Панова , И.Н. Нойберт // Мясные технологии. 2014. № 5. С. 44–45.
9. Домашенко, Ю. Е. Аспекты ресурсосбережения при орошении сельскохозяйственных угодий / Ю. Е. Домашенко //Пути повышения эффективности орошаемого земледелия: сб. науч. тр. /ФГБНУ «РосНИИПМ». – Новочеркасск: Геликон, 2013. – Вып. 51. – С. 49-52.
10. Shirokova, Y. The problems of pollution water-sources in the Republic of Uzbekistan / Y. Shirokova, S.Mamatov, T. Dermoyan //2nd International Toxic Algae Control Symposium.- Tsukuba Japan, 2002.- P. 20-22.
11. Желязко, В.И. О пригодности сточных вод предприятий агропромышленного комплекса для удобрительного орошения /В.И. Желязко //Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии.- 2018.- № 1.- С. 122–130
12. Белоусова, Н.И. Способы снижения техногенного влияния мясожирового производства на окружающую природную среду Н.И. Белоусова, Н.Ф.Панков , Т.А. Мануйлова // Все о мясе.- 2007.- № 3.- С. 43–46.
13. Иванченко, О.Б. Токсические свойства сточных вод мясоперерабатывающего предприятия / О.Б. Иванченко, Р.Э. Хабибуллин // Известия ВУЗов. Пищевая технология.- 2006. -№ 4.- С. 114–116.
14. Сатыбалдиева, Д.К. Очистка сточных вод мясоперерабатывающих предприятий /Д.К. Сатыбалдиева, Ж.Б. Намазбекова // Вестник КГУСТА. -2014.- № 4. -С. 77–79.
15. Свинцов, И.П. Рациональное использование водных ресурсов при орошении сельскохозяйственных культур сточными водами / И.П. Свинцов, Д.П. Гостищев // Использование и охрана природных ресурсов в России. — 2008.- № 5 (101- С. 47–50.
16. Стукановская, Е.В. Патентные исследования по очистке сточных вод мясокомбинатов / Е.В. Стукановская, С.В. Степанов С. В. //Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. Самара: Строительные технологии, 2017. — С. 193–195.

17. Субботина, Ю.М. Очистка и обеззараживание сточных вод мясокомбинатов /Ю.М. Субботина // Социальная политика и социология. -2010. -№ 9.- С. 145–156.

18. Биотехнологическое направление в решении экологических проблем /Н.Н.Соловых, Е.В. Левин, Г.В. Петухова: монография.- Екатеринбург: УрО РАН, 2003. – 295 с.

19. Зуева, С.Б. Технологические схемы очистки сточных вод мясоперерабатывающих предприятий / С.Б. Зуева, Н.М. Ильина, О.А. Семенихин, А.А. Епифанова, Л.Г. Петухова // Вестник ВГТУ-. 2009. -№ 1. -С. 51–53.

20. Алиева, Р.М. Микробиологические аспекты очистки промышленных сточных вод / Р.М. Алиева.- М.: Наука, 1987.- 360с.

22. Aziz, A. Biological wastewater treatment (anaerobic-aerobic) technologies for safe discharge of treated slaughterhouse and meat processing wastewater /А. Aziz, F. Basheer, A. Sengar, S. U. Khan, I. H. Farooqi //Science of the total environment.- 2019. –V. 686.- P. 681–708.

23. Киселева, М. Г. Современные сооружения естественной биологической очистки (БОКС-пруды) для утилизации сточных вод /М.Г. Киселева, Ю.М. Субботина // Проблемы ветеринарной санитарии, гигиены и экологии.- 2011.- № 2.- С. 72–74.

24. Ламм, Э. Л. Комплексная переработка отходов скотобоен / Э.Л. Ламм, Н. А Баер // Мясные технологии.- 2010.- № 2. — С. 56–58.

25.Чудакова, О.Г. Очистка сточных вод мясоперерабатывающих предприятий /О.Г. Чудакова , А.В. Желавицкая //Вестник технологич. ун-та.- 2016.-Т.19.- № 22.- С.182-186.

26. Яковлев, С.В. Биологические процессы в очистке сточных вод /С.В. Яковлев, Т.А. Карюхина.- М.: Стройиздат,1980. — 225с.

27. Липеровская, Е.С. Индикаторные организмы активного ила на сооружениях биологической очистки /Е.С. Липеровская, Л.А. Исаева, О.Е. Лагунова //Самоочищение и биоиндикация загрязненных вод.- М.: Стройиздат., 1980. — 154 с.

28. Карелин, Я.А. Очистка производственных сточных вод в аэротенках Я.А. Карелин, Д.Д. Жуков, В.Н. Жуков.- М.: Стройиздат, 1973.- 351с.

29.Кульский Л.А. Проблемы чистой воды /Л.А. Кульский, В.В. Даль.- Киев: Наука, 1974.- 130 с.

30. Левин, Е.В. Новые технологии в интенсификации биологической очистки сточных вод от анилина /Е.В. Левин //Экология и промышленность России.- 2015.- Т.19.- №8.-С.10-14.

31. Роговская, Ц.И. «Биохимический метод очистки производственных сточных вод» Ц.И. Роговская.- М.: Стройиздат, 1967. — 205 с.

32. Эпов, А.Н. Очистка сточных вод предприятий агропромышленного комплекса /А.Н. Эпов, М.А. Канунникова //Философия выбора.-2015.- №1.- С. 51-59.

33. Степанов, С. В. Очистка сточных вод мясоперерабатывающих предприятий /С.В.Степанов, Т.В.Соколова, Ю. Е. Сташок, А.С. Степанов // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре, Самара: Строительные технологии, 2017. — C. 259–262.

34. Лучицкая, О.А. Воздействие осадков сточных вод на почву и растения /О.А.Лучицкая, С.М.Севостьянов //Агрохимия. -2007. — № 9. -С. 80–84.

35. Тиньгаев, А.В. Перспективы использования органических отходов для повышения плодородия почв Алтайского края /А.В.Тиньгаев // Агрохимический вестник.- 2010.- № 2.- С. 34–36.

36. Калюжный, C.B. Анаэробная биологическая очистка сточных вод /С.В. Калюжный, Д.А.Данилович, А.Н. Ножевникова //Итоги науки и техники. Сер. Биотехнология.-М., 1991. — T. 29.- С. 35 — 39.

37. Логинов О.Н., Силищев H.H., Бойко Т.Ф., Галимзянова Н.Ф. Биотехнологические методы очистки окружающей среды от техногенных загрязнений /О.Н. Лог инов, Н.Н. Силищев, Т.Ф. Бойко, Н.Ф. Галимзянова Уфа: Реактив. — 2000.- 99 с.

38. Новохатко, Т.Н. Технологии биоферментной очистки сточных вод пищевых предприятий //Материалы III Международной научно- техн. конф.: Наука, образование, производство в решении экологических проблем Т.Н. Новохатко, А.М. Михельсон. — Уфа.: НИИ БЖД РБ, 2006. — Т. 2.- С. 79-81.

39. Нуртдинова, Л.А. Окисление растительных и животных жиров микроорганизмами биопрепарата «Ленойл» //Материалы XVII Международной научн-техн. конф.: Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии / Л.А. Нуртдинова, С.П. Четвериков, Н.Н. Силищев, О.Н. Логинов. — Уфа: Реактив. — 2004.- С. 60-61.

40. Яковлев, C.B. Водоотведение и очистка сточных вод /С.В. Яковлев, Ю.В. Воронов.- М.: Ассоциации строительных вузов, 2004. — 704 с.

41. Субботина, Ю. М. Методы очистки и обеззараживания сточных вод скотобоен и мясокомбинатов /Ю.М. Субботина // Экологический вестник Северного Кавказа. — 2011. Т. 7.- № 2. — С. 37–41.

42. Леонов, В.Е. Технология очистки сточных вод: учеб. Пособие /В.Е. Леонов. — Новосибирск: НГАВТ, 2001. — 116 с.

43. Киселева, М.Г. Современные сооружения естественной биологической очистки (БОКС-пруды) для утилизации сточных вод М.Г. /Киселева, Ю.М. Субботина // Проблемы ветеринарной санитарии, гигиены и экологии.- 2011-. № 2. — С. 72–74.

44. Авакян, З.А. Сравнительная токсичность тяжелых металлов для некоторых микроорганизмов /З.А. Авакян //Микробиология.- 1967, — Т. 36, № 6 – С. 446-450.

45. Фрумин, Г.Т. Экологическая химия и экологическая токсикология /Г.Т. Фрумин, 2002.- СПб: РГГМУ. – 204 с.

46. Эльбекьян, К.С. Экологическая и экспериментальная характеристика токсичности тяжелых металлов и оценка возможного антитоксического механизма: автореф. дисс. … д-ра биол. наук: 03.00.16 /Карине Сергеевна Эльбикян; СГУ.- Саратов.- 2008 .- 35 с.

47. Борисенко, Е.Г. Разработка комплексной технологии белковых препаратов на основе нетрадиционного сырья и дрожжей /Е.Г. Борисенко .- М.: МГУ.- 1990. — 474 с.

48. Использование иммобилизированных клеток бактерий при очистке сточных вод от шестивалентного хрома / Квасников Е.М. и др. // Микробиология. – 1986. – Т. 48. – № 6. – С. 39-44.

49. Зигель, Х Некоторые вопросы токсичности ионов металлов / Зигель Х, Зигель. А – М.: Мир, 1993. – 368 с.

50. Илялетдинов, А.Н. Микробиологическая очистка воды от тяжелых металлов / А.Н. Илялетдинов // Водные ресурсы. – 1980. – №2. — С.158-169.

51. Святохина, В.П. Исследование реагентного метода очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. дисс. к.т.н. / Святохина Виктория Петровна, 2002. – 164 с.

52. Плакунов, Микробные биопленки: перспективы использования в очистке сточных вод / Плакунов, Ю.А. Николаев // Вода: химия и экология. – 2008. — № 2. – С. 11-13.

53. Суторкин, А.Т. Технологические и экологические основы биосорбционных процессов очистки сточных вод. авторферат дис. на соиск. уч степ. докт.техн.наук / А.Т. Суторкин, 2003.- 40 с.

54. Биосорбция тяжелых металлов на микробной биомассе – перспективное направление в очистке промышленных сточных вод / Е.В. Левин, А.Д. Буракаева, Р.Ф. Сагитов, Т.С. Ковтунова // Водоочистка. – 2014. – № 11. – С. 30-37.

55. Gadd, G.M. Microbial treatment of metal pollution – a working biotechnology? / G.M. Gadd, C. White // Trends Biotechnol. 1– 993.-V.11. — № 8. – P.353-359.

56. Илялетдинов, А.Н. Микробиология и биотехнология очистки промышленных сточных вод / А.Н. Илялетдинов, Р.М. Алиева. — А-Ата: Гылым, 1990. — 250 с.

57. Гаранин, Р.А. Метод биосорбции тяжелых металлов из промышленных сточных вод с использованием пивоваренных дрожжей Saccharomyces cerevisiae: автореф. дисс.. на соиск. уч. степ. канд. биол. наук. /Гаранин Роман Анатольевич. – МГУ.- Москва, 2011. – 24 с.

58.Эффективность применения биомассы Hypomyces rosellus – отхода получения красителя – в очистке сточных вод от тяжелых металлов / А.Д. Буракаева, Е.В. Левин, Р.Ф., Сагитов, Т.С. Ковтунова // Экология и промышленность России. – 2015. – Т.19. –№1. – С.14-16.

60. Яковлева, А.В. Технологические и биохимические аспекты биологического контроля процессов очистки металлосодержащих сточных вод / А.В. Яковлева, А.А. Халилова, А.С. Сироткин // Материалы международной молодежной конференции Экологические проблемы горнопромышленных регионов. – 2012 г. –С. 407-408.

61.Сироткин, А.Т. Технологические и экологические основы биосорбционных процессов очистки сточных вод. авторф. дис. докт. техн. наук / Александр Семенович Сироткин, 2003. – 40 с.

62. Изучение сорбирующей способности биомассы микроорганизмов по отношению к некоторым радионуклидам / М.П. Ховрычев, И.Ю. Мареев, В.Ф. Помыткин // Микробиология. –1994. –Т.63. –вып. 1. – С. 145-151.

63.Очистка промышленных сточных вод от тяжелых цветных металлов с помощью биосорбентов / В.И. Захарова, А.А. Игнатьев, А.А. Кореневский и др. // Прикладная биохимия и микробиология. – 2001. – Т.37. – 4. – С.405-412.

64 Алейник, С. Н. Внутрипочвенное орошение сточными водами и плодородие почвы / С. Н. Алейник, М. С. Григоров, С. М. Григоров // Плодородие. – 2007. – № 1 (34). – С. 31–32.

65. Сельскохозяйственное использование сточных вод как перспективное направление их утилизации / С. Н. Волкова, Е. Е. Сивак, И. В. Панченко // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. – 2009. –№ 3. – С. 66–69.

66. Влияние круглогодового использования сточных вод на агрохимические и агрофизические свойства черноземов/ Н. И. Алешина, С. В. Макарычев, А. А. Томаровский // Вестник АГАУ. – 2013. –№3 (101). – С. 32–37.

67. Давыдов А.С. Удобрительная ценность сточных вод убойного цеха птицеводческого комплекса / А.С. Давыдов, В.Б. Шепталов // Вестник АГАУ. – 2011. –№ 9. – С. 22–24.

68. Баринов, А.А. Перспективы орошения сточными водами /А.А. Баринов, Л.И. Карадаян, С.В. Бурлака // Фундаментальные и прикладные исследования в науке и образовании. – Таганрог, 2019. – С. 195–197.

69. Шепталов, В.Б. Подготовка сточных вод и режим орошения сельскохозяйственных культур в условиях лесостепной зоны Челябинской области: автореф. дис. … канд. с.-х. наук. / Вячеслав Борисович Шепталов.- Барнаул. – 2011. – 17 с.

70. Формирование, очистка и использование сточных вод / П. И. Белоконь, С. И. Белоконь, И. А. Юсупов, Ю. А. Титова // Наука, новые технологии и инновации Кыргызстана. – 2017. – № 3. – С. 36–39.

71. Современные возможности утилизации осадков сточных вод / Л. В. Брындина, К. К. Полянский, Д. С. Лазарев // Вестник российских университетов. – Математика. – 2016. – № 1. – С. 297–301.

72.Волкова, Н. Е. Использование очищенных сточных вод в Крыму: опыт прошлого, реалии настоящего / Н.Е. Волкова, Р.Ю. Захаров // Научный журнал РосНИИПМ. – 2017. – № 3 (27). – С. 144–159.

73. Джайсамбекова, Р.А. Влияние орошения сточными водами на инфильтрацию, солевой состав почв и урожайность кормовых культур / Р.А. Джайсамбекова // Наука и мир. – 2017. – Т. 1. –№ 10 (50). –С. 55–58.

74.Видякин, М.Н. Особенности внедрения мембранных биореакторов для обработки сточных вод / М.Н. Видякин, С.А. Гарипова // Экология производства. – 2014. – № 14. – С. 61–68.

75. Влияние круглогодового использования сточных вод на агрохимические и агрофизические свойства черноземов / Н.И. Алешина, С.В. Макарычев, А.А. Томаровский // Вестник АГАУ. – 2013. – №3 (101). – С. 32–37.

76. Экологические проблемы охраны окружающей среды при орошении сточными водами и животноводческими стоками / Д. П. Гостищев, Н. В. Хватыш, Д.С. Валиев // Научный журнал РосНИИПМ. – 2016. – № 3 (23). – С. 238–250.

77. Экологические проблемы охраны водных ресурсов от загрязнения сточными водами и животноводческими стоками / Д.П. Гостищев, А.О. Хуторова, В. А. Широкова // Природообустройство. – 2013. –№ 3. – С.18-24.

78. Захарова, О. А. Изменение направления эволюции серых лесных почв в результате длительного орошения сточными водами / О.А. Захарова, К.Н. Евсенкин // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А Костычева. – 2011. – № 1. – С. 39–42.

79. Расчет норм минеральных удобрений, вносимых при орошении сточными водами / С.Н. Волкова, Е.Е. Сивак, И.В. Панченко // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. – 2009. – № 4. – С. 53–55.

80. Формирование, очистка и использование сточных вод/ П.И. Белоконь, С.И. Белоконь, И.А. Юсупов, Ю.А. Титова // Наука, новые технологии и инновации Кыргызстана. – 2017. – № 3. – С. 36–39.

81. Вихрева, Д.Р. Санитарно-гигиеническая оценка использования сточных вод на орошение/ Д.Р. Вихрева, Д.Д. Гамазина // Современный взгляд на будущее науки: сборник статей. – Уфа, 2015. – С. 214–216.

82. Патент РФ № 2687340 Средство для зашиты сельскохозяйственных растений от фитопатогенных микроорганизмов. /Буракаева А.Д., Петрова Г.В., Егоров Н.С., Ахметова В.Р., Шангараева Г.С., Шангараев К.Р., Филлипова А.В., заявл. 28.08.2017 г., опубл. 13.05.2019 г. бюл. 14.

83. Практикум по микробиологии: учебн. пособ. для студ. высш. учеб. Заведений / А.И. Нетрусов, Л.М. Захарчук и др. –Москва: Академия, 2005. – 608 с.

84. Буракаева, А.Д. Основы общей микробиологии: учеб. пособие / А.Д. Буракаева. – Оренбург, 2014. – 160 с. – ISBN 978-5-905383-16-8.

85. Егорова, Н.С. Руководство к практическим занятиям по микробиологии: учеб. пособие / Н.С. Егорова. – Москва: МГУ, 1983. – С. 143-145.

86. Irmis, M.A Guide to methods and applications/ Irmis M.A., Gelfand D., Sninsky J. // PCR Protocols.- 1998.-p.14-15.

87. Pavlicek A., et al. Fre-Tree-freeware program for construction of phylogenetic trees on the basis of distance data and bootstrap jackknife analysis of tree robustness. //Application in the RAPD analysis of genus Frenkelia Folia Biol (Praha).- 1999.- V. 45(3).- C. 97-99.

88. Смирнова, И.Р. Теоретическое обоснование, усовершенствование и разработка мероприятий, направленных на оптимизацию технологий естественной биологической очистки сточных вод с возможностью использования их на орошение и рыборазведение: дисс…уч. степ. док. вет. наук по спец. 16.00.06 – ветеринарная санитария и экология / Ирина Робертовна Смирнова -Москва.- 1997.- 341 с.

89. Твердофазное и поверхностно-мембранное жидкостное культивирование микромицетов, особенности их развития и образования ферментов / Осмоловский. А.А., Баранова Н. А., Крейер В. Г. и др. // Прикладная биохимия и микробиология. – 2014. –Т.50. –№3. – С. 245–255.

90. Sarocladium strictum – перспективный продуцент протеолитических ферментов с выраженной фибринолитической активностью/Е.И. Корниенко, Л.Ю. Кокаева, Е.Н. Биланенко и др. //Микология и фитопатология.- 2020.- Т.54. –№ 3. – С.206-213.

91. Termostable alkaline proteaseprodaced by Bacillus termoruber-new specles of Bacillus. / Manachini P.L., Fortina M.G., Parini C. //Appl.Microbiol.Biotechnol. – 1988. – № 28(4/6). – С. 409-413

92. Филиппович, Ю.Б. / Практикум по общей биохимии/ Ю.Б. Филлипович, , Т.А. Егорова, Г.А. Севастьянова. — Москва: Просвещение, 1982.- 420 с.

93.Методика выполнения измерений содержаний взвешенных веществ и общего содержания примесей в пробах природных и очищенных сточных вод гравиметрическим методом, ПНД Ф 14.1:2.110-97. – Москва, 1997г.

94.Методические указания. Методика выполнения измерений химического потребления кислорода в водах РД 52.24.421 – 95. – Ростов-на-Дону, 1995г.

95. Методика выполнения измерений биохимической потребности кислорода после n-дней инкубации в поверхностных пресных, подземных, питьевых сточных и очищенных сточных водах. ПНД Ф 14.1:2:3:4.123-97. – Москва, 1997. – 60 с.

96. Жмур, Н.С. Методическое руководство по гидробиологическому и бактериологическому контроля процесса биологической очистки на сооружениях с аэротенками/ Н.С. Жмур. – ПИДФ СБ 14.1.77-96. –70 с.

97. Краткий определитель бактерий Берги под ред. Дж.Холулта М., 1986. –494с.

98. Гвоздяк, П.И. Микробиология и биотехнология очистки воды./П.И. Гвоздяк // Химия и технология воды. – 1989. – Т.11. – № 9. – С.854-859.

99.Количественный химический метод анализа вод ПНД Ф.14.1:2:3:4, 123-97 ШФР.1.31.2007.03.796. – Москва, 2007.

100. Методика выполнения измерений биохимической потребности кислорода после n-дней инкубации в поверхностных пресных, подземных, питьевых сточных и очищенных сточных водах. ПНД Ф 14.1:2:3:4.123-97. Москва, 2003г. – 80 с.

101. Байбордин, А.М. Локальная очистка сточных вод целлюлозо-бумажных предприятий методом коагуляции: автореф. дисс…..канд. техн. Наук:05.21.03/Артем Михайлович Байбородин; АГУ.- Архангельск.-2014.- 30 с.

102. Карюхина, Т.А. Химия воды и микробиология /Т.А. Карюхина, И.Н. Чурбанова — М: Стройиздат, 1983.- 167 с.

103. Карюхина, Т.А. Контроль качества воды /Т.А. Карюхина, И.Н. Чурбанова — М: Стройиздат, 1986. — 180 с.

104. Наумов, И. И. Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в Вузе. /И.И. Наумов//Основы технологии биосорбционного извлечения тяжелых металлов при обработке осадков сточных вод, -2012. – С. 51-56.

104. Liu, Y. Y. Origin, nature, and treatment of effluents from dairy and meat processing factories and the effects of their irrigation on the quality of agricultural soils /Y. Y Liu, R. J. Haynes // Critical Reviews in Environmental Science and Technology.- 2011. –V. 41- № 17. — P. 1531–1599.

105. Ахмедова, О.О. Повышение эффективности локальных очистных сооружений сточных вод за счѐт применения комбинированных электрофизических методов воздействия /О.О. Ахмедова, С.Ф. Степанов, А.Г. Сошинов, К.Н. Бахтиаров //Современные проблемы науки и образования. — 2009. — № 5. — 261 с.

106. Gremion, F. Comparative 16S rDNA and 16S rRNA sequence analysis indicates that Actinobacteria might be a dominant part of the metabolically active bacteria in heavy metal-contaminated bulk and rhizosphere soil /F. Gremion F., A. Chatzinotas, H. Hauke // Environ. Microbiol. — 2003. V. 5, № 10. – P. 896-907.

107. Petanen, Т. Toxicity and bioavailability to bacteria of particle-associated arsenite and mercury / Т. Petanen, M. Romantschuk // Chemosphere]. — 2003. – V. 50, № 3. — С 409413.

108. Pavlicek, A.. Fre-Tree-freeware program for construction of phylogenetic trees on the basis of distance data and bootstrap jackknife analysis of tree robustness. A. Pavlicek //Application in the RAPD analysis of genus Frenkelia Folia Biol (Praha). — 1999.- V. 45 (3). — C. 97 — 99.

109. Рогожин, В. В. Практикум по физиологии и биохимии растений: учеб. Пособие /В.В. Рогожин, Т.В. Рогожина .- СПб: ГИОРД, 2013. 352 с.

110. Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) /Б.А. Доспехов.- М.: Книга по Требованию, 2012. — 352 с.

111. Жмур, Н.С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружения с аэротенками /Н.С. Жмур.- М.:АКВАРОС, 2003.- 506 с.

112. Архипченко, И.А. Микробиологические основы безотходной технологии переработки стоков свинооткормочных комплексов: автореф. дисс. …докт. биол. наук: 03.00.12 / Ирина Александровна Жмур.- ЛГУ.- Ленинград- 1991.- 35 с.

113. Белопольский, Л.М. Интенсификация работы сооружений биоло­гической очистки сточных вод предприятий агропромышлен­ного комплекса : автореф. дисс…. канд. техн. наук / Леонид Михайлович Белопольский – ВНИиТИБП. —

Кашинцево (Моск. обл.). — 2005. — 25 с.

114. Fukumoto, Y. Advanced treatment of swine wastewater by electrodialysis with a tubular ion exchange membrane /Y.Fukumoto, K. Haga //Anim. Sci. J. — 2004. – V. 75.- № 5. — С 479 – 485.

115. Сафронов, Р.В. Интенсивная малоотходная система биоде­струкции загрязнений высококонцентрированных стоков : автореф. дисс. … канд. техн. наук / Р.В. Сафронов.- РХТУ. — Москва. — 2004. — 19 с.

116. Гапоненков, И.А., СВЧ-обработка осадков сточных вод пищевых производств / И.А. Гапочникова, О.А. Федорова //Вестник МГГУ, 2011.- Т.16. — №4. — С. 681 — 686.

117. Комарова, А.С. Влияние микроволнового излучения на почвенные бактерии: автореф. дисс…..канд. биол. наук: 03-00-07, 03-00-27 /Анастасия Сергеевна Комарова. — МГУ.- Москва. — 2008. — 19 с.

118. Федорович, Г.В. Экологический мониторинг электромагнитных полей /Г.В. Федорович. — М.: Стройиздат . — 2004.- 140 с.

119. Асланян, Р.Р. Взаимодействие живой системы с электромагнитным полем /Р.Р. Асланян, С.В. Тульская, А.В. Григорян, Е.С. Бабусенко //Вестник Моск. Ун-та.-Сер.16 Биология. — 2009. — №4. — С.20 — 23.

120. Гапочка, Л.Д., Гапочка М.Г., Дрохакина Т.С., Исакова Е.Ф. Эффекты облучения культуры Daqfnia magna на разных сталиях развития электромагнитным полем миллиметрового диапазона низкой интенсивности /Л.Д.Гапочка, М.Г. Гапочка, Т.С. Дрохакина, Е.Ф. Исакова //Вестник Моск. Ун-та.- Сер.16 Биология.-2012. — № 2.- С.43-47.

Список опубликованных работ по теме:

Scopus, Web of Science

1.Буракаева, А.Д., Повышение эффективности очистки сточных вод предприятий с одновременным получением биоПАВ для нефтяной отрасли/ Петрова Г.В., Хлытчиев А.И., Ахалаиа Н.А., Сорокун С.В., Баширова З.А. //Экология и промышленность России.2020.Т.24.№2.С.41-45. DOI: 10.18412/1816-0395-2020-2-41-45

2. Петрова,Г.В. Повышение эффективности биологической очистки убойного цеха стоков птицефабрики / Г.В. Петрова, А.Д. Буракаева Е.В. Левин, С.В. Сорокун //Экология и промышленность России, 2020 (принята в печать).

RCSI

1. Буракаева, А.Д. Перспективы использования Hypomyces odoratus для получения фунгицидного препарата на отходах животноводства /А.Д. Буракаева, Г.В. Петрова // Достижения науки и техники АПК.- 2020. -Т. 34. -№ 12.- С. 33–38. doi: 10.24411/0235-2451-2020-11205.

4. Буракаева, А.Д. Очистка стоков скотобоен от ионов металлов путем биосорбции на биомассе микроскопического гриба /А.Д. Буракаева, Г.В. Петрова //Вестник КрасГАУ, 2020 (принята в печать).

Заявка на изобретение

1. Буракаева, А.Д. Способ очистки жиросодержащих сточных вод /А.Д. Буракаева, Г.В. Петрова. – Заявка на изобретение № 2020137797 от 17.11.2020 г.

Участие в конференциях

1. Петрова, Г.В. Проблемы утилизации стоков предприятий мясопереработки / Г.В. Петрова // Материалы Международного научно-практического форума «ASU SciTech Forum 2020», 12 — 13 ноября 2020 г. в Алтайском государственном университете (г. Барнаул, Россия).
2. Петрова, Г. В. Проблемы утилизации отходов птицеводства /Г.В. Петрова. — ЦПО «Парадигма. 83-ая международная форум «Обращение с органическими отходами. Опыт и перспективы». — 20-21 октября 2020 г. — Москва.

РЕФЕРАТ

Отчет 169 с., 34 рис., 40 табл., 79 источников, 17 приложений.

Аналитический обзор развития НУЛЕВЫХ ОБРАБОТОК. результаты многолетних стационарных исследований по разработке технологий сберегающего земледелия, экономическое обоснование ресурсосберегающих технологий, создание СЕВООБОРОТОВ для ПРЯМОГО ПОСЕВА.

Объектами исследования служили черноземные почвы степной зоны и их плодородие, зерновые, зернобобовые, масличные и кормовые культуры и ресурсосберегающие технологии их возделывания.

Цель данной работы состояла в разработке и рекомендациях производству наиболее эффективных севооборотов для технологии прямого посева в различных почвенно-климатических зонах Оренбургской области.

В работе приведены результаты комплексных исследований в многолетних стационарах по влиянию 4 различных по степени минимализации систем обработки почвы на изменение плодородия почв, эффективность использования зональных ресурсов увлажнения, фитосанитарное состояние и продуктивность посевов. Рассчитана экономическая эффективность возделывания основных сельскохозяйственных культур по технологии сберегающего земледелия.

Разработаны и предложены производству севообороты эффективные при выращивании культур по ресурсосберегающим технологиям и прямого посева на черноземных почвах степной зоны Южного Урала. Выявлено влияние различных способов основной обработки почвы, прямого посева и технологий посева на формирование урожая полевых культур, предложены эффективные технологические приемы выращивания сельскохозяйственных культур.

В результате научного исследования представлен научный отчет содержащий:

– аналитический обзор сберегающего земледелия для повышения плодородия почв и обоснование целей и задач исследований;

– детально раскрыты условия проведения исследований;

– изучено влияние ресурсосберегающих технологий выращивания полевых культур и севооборотов с прямым посевом на плодородие почвы, эффективное использование влаги полевыми культурами и их продуктивности;

– представлены экономическая эффективность возделывания сельскохозяйственных культур по технологии сберегающего земледелия, а также наиболее эффективные технологические приемы выращивания сельскохозяйственных культур при использовании нулевых обработок.

–даны рекомендации производству наиболее эффективных севооборотов для технологии прямого посева для Западной, Центральной и Восточной почвенно-климатических зон Оренбургской области.

Введение

Современные мировые тенденции развития сельского хозяйства предъявляют определенные требования к широкому внедрению в стране новых технологий, одним из главных условий которых является обеспечение устойчивости агроэкосистем и сохранение плодородия почвы, чему во многом способствует освоение технологии прямого посева.

В Оренбургском ГАУ в течение 30 лет ведутся широкомасштабные исследования по разработке ресурсосберегающих технологических комплексов возделывания широкого набора сельскохозяйственных культур, биологических способов воспроизводства почвенного плодородия, изучению эффективности современных машин и оборудования, в т.ч. и для системы нулевой обработки почвы, результаты которых и нашли отражение в данном отчете.

Одним из ключевых элементов системы нулевой обработки почвы является севооборот. При отсутствии механической обработки почвы значение севооборотов возрастает многократно. Для проектирования схем севооборотов в хозяйствах, где используется нулевая обработка необходимо придерживаться принципа ежегодного чередования злаковых и широко-листных культур, смены культур теплого и холодного периода, а также принципа влияния предшественника на культуру — аллелопатия и синергизм. При соблюдении таких принципов неизбежно создаются синергетические связи с постепенным улучшением питательного режима, микробиологической активностью, количества и качества органического вещества, структурного и фитосанитарного состояния поля.

Эффективность таких севооборотов зависит не только от набора в нем с/х культур, но и от почвенно-климатических условий, где он используется.

В связи с этим, целью нашей работы является разработка и рекомендации производству наиболее эффективных севооборотовдля

технологии прямого посева для различных почвенно-климатических зон Оренбургской области.

Задачи исследований:

— провести комплексные исследования по разработке ресурсосберегающих технологий выращивания полевых культур в различных севооборотах;

— изучить влияние культур на агрофизические и агрохимические показатели плодородия черноземов;

— установить закономерности накопления и расходования влаги, фитосанитарное состояние посевов в зависимости от изучаемых агроприемов;

— определить продуктивность и качество растениеводческой продукции в зависимости от изучаемыхагроприемов;

— выявить наиболее оптимальные технологические приемы по величине урожая и экономической эффективности возделывания полевых культур.

1 Обзор состояния изученности вопроса (развитие прямого посева, преимущества и недостатки нулевых обработок почвы)

Важнейшим элементом агротехнологий является основная обработка почвы, которая пройдя длительный путь развития от примитивных до современных интенсивных приемов, осталась самым значимым, самым трудоемким и самым проблематичным элементом систем земледелия (И.П. Макаров, 2003).

Вплоть до середины прошлого столетия практики и теоретики земледелия в подавляющем большинстве придерживались традиционных представлений о вспашке. К этому времени накопилось очень много негативных примеров о последствиях данного вида обработки на развитие эрозии и падения плодородия почв. Так, поданным Почвенного института им. В.В. Докучаева, запасы гумуса лучших в мире русских чернозёмах за 70 лет после распашки уменьшились почти на 250 т/га, водоудерживающая способность их сократилась на 500 – 600 т, а потенциальная урожайность – на 0,5 – 0,6 т/га сухого зерна в год. По мнению Саратовских учёных ежегодно чернозёмами теряется от 0,01 до 0,03 % гумуса, каштановыми почвами – от 0,01 до 0,02 %. За последние 30 лет содержание гумуса в почвах Саратовской области уменьшилось на 0,3-0,5 % (Системы земледелия Саратовской области, 1999).

Содержание гумуса в чернозёмах типичных тучных Оренбургской области снизилось с 12,5 до 9,5 %, обыкновенных – с 7,4 до 5,7 %, южных – с 7,1 до 5,6 %, и тёмно-каштановых – с 4,2 до 3,2 % (Е.В. Блохин, 1997).

Ежегодные потери гумуса при отвальной обработке бессменного пара достигали 3,4 т/га, а безотвальной – 1,7 т/га. За 12 лет пары потеряли 0,8 абсолютных процента гумуса, с 4,8 до 4,0 % (Н.А. Максютов, 2007).

По причине развития ветровой эрозии возникла необходимость замены вспашки плоскорезной обработкой. Однако применение почвозащитной технологии привели к тому, что за 50 лет после распашки целинных земель потери гумуса составили 30 % (В.Д. Двуреченский, 2006). Следовательно, глобальная проблема, связанная с деградацией почв при ее обработке до конца не была решена.

Новый толчок к внедрению альтернативных вспашке способов обработки почвы, которые впоследствии стали именоваться энерго- или ресурсосберегающими, дал энергетический кризис, разразившийся в начале 70-х годов. Поиск новых технологий возделывания сельскохозяйственных культур шёл не только по пути замены вспашки на безотвальную обработку, но и уменьшения глубины обработки и даже полного отказа от неё, которая позже получила название нулевой обработки почвы.

В современной отечественной и мировой практике из огромного количества ресурсосберегающих технологий наиболее распространёнными являются минимальная (Mini-till) и нулевая (No-till).

Mini-till технологии основаны на осенних одно или двукратных обработках дисковыми и плоскорежущими орудиями на глубину 5…14 см.

No-till технология — прямой посев в необработанную почву. М.К. Сулейменов дает следующее определение No-till: — это система земледелия, при которой полностью исключается обработка почвы под все культуры в течение длительного времени».

В разных странах она имеет различные названия. В Северной Америке она называется No-Till (notillage -без обработки), в Австралии — ZeroTill (нулевая обработка). Англичане и латиноамериканцы ее называют системой прямого посева.

No-till технология — это не просто новая система земледелия, призванная заменить традиционные и модернизированные системы землепользования. Это принципиально новая философия землепользования ХХI века. Она предполагает восстановление и дальнейшее развитие биологического круговорота питательных веществ в экологической системе «растение — почва», в которой главная роль принадлежит растениям возделываемых культур как поставщикам неиссякаемой энергии Солнца посредством механизма фотосинтеза органического вещества.

Сегодня No-till технология является более перспективным направлением, чем Mini-till по многим причинам, основные из которых:

-сохранение и более быстрое восстановление плодородия почвы;

-практически полное предотвращение водной и ветровой эрозии почвы;

-накопление влаги в почве и более эффективное её использование культурами, в итоге снижение зависимости урожая от погоды;

-экономия ресурсов – горючего, удобрения, трудозатрат, времени, снижение амортизационных затрат;

— увеличение урожайности культур за счёт вышеуказанных факторов.

По данной технологии сейчас в мире обрабатывается более 145 млн.га земель (Фридрих, Т, 2010).

Сам термин «No-till» в переводе с английского означающий – «не пахать», пришел к нам из Северной Америки. История данной технологии началась в 1955 году в Англии, где специалисты компании Ай-си-ай изобрели гербицид паракват. В США впервые фермер Гари Анг применил эту технологию в 1962 году в штате Кентукки, чем заслужил титул основателя No-till.

В нашей стране впервые на постсоветском пространстве в 2000 году, были заложены опыты по изучению технологии no-till в Карагандинском НИИ растениеводства и селекции. На Украине в холдинге «Агро-Союз» практическое освоение no-till начато в 2001 году, а в Кустанайском НИИ сельского хозяйства — с 2005 года.

Сегодня в освоении прямого посева в России лидирующие позиции занимают Белгородская область и Ставропольский край. После засухи 2010г. активизировался процесс внедрения нулевой технологии и в других регионах (Волгоградской, Оренбургской, Самарской, Саратовской областях, Алтайском и Краснодарском краях). Из стран СНГ активнее внедрение прямого посева происходит в Казахстане.

Тем не менее, не смотря на столь значительные сроки, не прекращаются споры об эффективности данной технологии. Одни считают ее высокоэффективной, способствующей росту урожайности и экономической эффективности растениеводства, другие, напротив, — неприемлемой для почвенных и климатических условий нашей страны. Зачастую ученые, опираясь на данные своих научных исследований, обосновывают непригодность этой технологии (Солодовников А.П. и др.,2015), в то время как производственники в этих же условиях много лет подряд получают по ней хорошие результаты (Сафиулин М.Р., 2015).

Так профессор, доктор сельскохозяйственных наук, сотрудник Нижне-Волжского НИИСХ А.М. Беляков считает, что переход на нулевые технологии несёт в себе определенный риск и по этой причине требуются дополнительные исследования в различных почвенно-климатических зонах.

Главным звеном No-till является севооборот, определяющий успех контроля над численностью сорняков, развитием болезней, вредителей и в целом эффективность производства растениеводческой продукции. Этот вопрос в Оренбургской области ранее не изучался.

Нерешенным остается вопрос о целесообразности периодического глубокого рыхления почвы в ресурсосберегающих технологиях, с целью разуплотнения почвы и увеличения тем самым её водопроницаемости. Так как при длительном применении нулевых и мелких обработок происходит переуплотнение слоя почвы от 5-10 см до 20-30 см, образуется сплошная «плужная» подошва. Но как предполагают ряд ученых, включение в севооборот культур со стержневой корневой системой (подсолнечник, рапс, и др.) позволит её устранить. К тому же, по мнению исследователей, покрытие поверхности почвы органической мульчей (незерновой частью урожая) способствует активному разуплотнению почвы.

При использовании нулевых технологий проблемы эрозионного характера и деградации почв решаются практически полностью. Об этом свидетельствую целый ряд исследований у нас и за рубежом(Sturnyetal., 2007; PhillipsandYoung, 1973; ReicoskyandCrovetto, 2014; Байбеков, 2018).

Однако этот процесс очень сложный, поскольку связан с преодолением ряда недостатков. Главный из которых – повышение засоренности посевов. Переход на «нулевые» и безотвальные технологии приводит к росту засоренности посевов полевых культур в сравнении с традиционной отвальной. Об этом свидетельствуют многочисленные исследования зарубежных и отечественных ученых (В.И. Румянцев, 1967; Н.А. Максютов, 1985, 1999; Н.С. Немцев, 1989; Г.И. Баздырев, 1990, 1991; А.А. Борин, 1995; Ю.И. Бочаров, 1995; В.М. Новиков, 1996; Н.В. Терфильев, 1998; А.В. Кислов, 2001, 2003; З.М. Азизов, 2006;R.O. Cannel, 1985; T.J. Brassungton, 1987).

Но надо сказать, что этот недостаток в настоящее время достаточно успешно устраняется с помощью гербицидов, подбором и правильным чередованием культур, регулированием сроков и норм посева и другими способами.

Большую, чем засоренность посевов, проблему при внедрении ресурсосберегающих технологий представляет уплотнение почвы. Уплотнение почвы – это физическая форма деградации почвы, которая изменяет структуру почвы и влияет на её продуктивность (Muelleretal., 2010). Особенно сильно культуры снижают свою продуктивность при достижении почвой критического значения плотности. Критические значения – это такие их величины, которые в результате деградационных процессов достигают условно необратимого уровня изменения, снижающего общий уровень плодородия почв (Медведев, 1990).Критические значения плотности черноземов составляют величины более 1,35 г/см³в тяжелосуглинистых и более 1,30 г/см³в легкоглинистых разновидностях (Кузнецова etal., 1990).

Варьирование плотности почвы напрямую зависит от способа обработки почвы. Так, в 13-летнем опыте, проведенном на северо-востоке Турции в условиях семиаридного климата, со среднегодовой температурой воздуха 5,6 °С и количеством осадков 427 мм, т. е. очень близкого к климату в рассматриваемой зоне, плотность на вспаханном участке в слое 0…30 см составляла 1,25 г/см³, при минимальной обработке – 1,24 г/см³, в варианте No-till – 1,29 г/см³ (Gozubuyuketal., 2014).

Уплотнение почвы считается важной проблемой, поэтому объёмная масса входит в число самых значимых показателей, используемых для оценки воздействия обработки на почву и урожайность (Bellotti, 2014). Плотность интегрирует в себе целый ряд показателей плодородия почвы, с которыми у неё имеется тесная зависимость. Она коррелируют с пористостью, а значит с гидрологическими процессами (сток, скорость инфильтрации и водоудерживающая способность) и аэрацией (Schoenholtzetal., 2000), притом, что определяется простыми, быстрыми и недорогими методами.

Например, после 40 лет применения тяжелых машин в США многие почвы стали плотнее на 20 %, ежегодные убытки от этого, по оценке ученых, превысили 1 млрд. долларов (Г.Л. Тышкевич, 1991).

На увеличение плотности почвы при мелких и нулевых обработках, в сравнении со вспашкой, указывают подавляющее большинство исследователей и практиков (А.И. Пупонин, 1989; Г.И. Казаков, 1997; С.К. Мингалев, 2004; З.М. Азизов, 2006 и др.).

В тоже время ряд авторов считают, что увеличение плотности пахотного слоя почвы при использовании минимальной обработки не приводит к снижению урожайности, поскольку объемная масса почвы остается в пределах оптимальных для большинства культур значений. Сложности возникают при применении минимальной обработки в качестве системы обработки почвы в севооборотах. Дело в том, что при систематическом многократном воздействии почвообрабатывающей техники и особенно ходовых систем тракторов на почву происходит накопление и сохранение остаточной деформации. Причем это явление носит кумулятивный характер и идет быстрее, чем процесс разрыхления почвы под воздействием природных факторов (Н.С. Матюк, 1999). С этим согласны и вышеуказанные авторы.

С 90-х годов в России наметилась тенденция к переходу на технологии мульчированного и прямого посева. Так, с 1998 года начала работать программа «Совершенствование производства зерна в Самарской области с применением ресурсосберегающих технологий». Экономический анализ показал, что внедрение этих технологий позволило хозяйствам снизить нагрузку на использование техники в расчете на 100 га до 1300 ч, что в 2,4 раза ниже, чем по традиционной технологии. Расход топлива составил 30 л/га или в 2 раза меньше, чем в среднем по области (Л.В. Орлова, 2004).

Развитие ресурсосберегающих технологий в мировом масштабе является устойчивой тенденцией.

Рост площадей под ресурсосберегающими технологиями носит ярко выраженный экспоненциальный характер. В настоящее время в мире около 300 млн. га обрабатывается по минимальным технологиям и около 100 млн. га – по нулевой. В Великобритании, Германии, Франции и других европейских странах минимальная обработка почвы и прямой посев применяется на 32 % площадей, в Северной Америке – на 60 %, в Австралии – на 90 %., а в России – менее чем на 2 %. Но применяемые у нас технологии крайне упрощены вследствие тяжелого финансового положения хозяйств, низкой технологической оснащенности.

Резервом роста урожайности является наиболее полная реализация потенциальной продуктивности возделываемых сортов, эффективное использование почвенно-климатических ресурсов. Последний из них, следует рассматривать как один из наиболее важных факторов сельскохозяйственного производства. Эти ресурсы ограничены, и они должны использоваться для выращивания специфических культур в конкретных условиях.

Недостаточная влагообеспеченность территории Оренбургской области определили следующий набор культур: пшеница (яровая и озимая), рожь озимая, ячмень, овес, горох, просо, сорго на зерно, подсолнечник.Но даже у этих достаточно засухоустойчивых культур фактическая урожайность остается на низком уровне. Среднемноголетняя урожайность яровой пшеницы в центральной зоне области составляет 11,4 ц/га с колебаниями от 5 до 20 ц/га.

Увеличение и стабилизация производства зерна является по-прежнему приоритетной задачей растениеводства, поэтому разработка стратегических задач развития отрасли в условиях глобального и регионального изменения климата, а также экономических условий имеет важнейшее значение.

Урожайность зерновых и зернобобовых культур в Оренбургской области остается на недостаточно высоком уровне при средней урожайности зерновых культур не превышающей 10 ц/га. В среднем за последние 10 лет в области она составила 9,8 ц/га (табл.1)

Таблица 1 -Динамика урожайности яровых зерновых и зернобобовых культур в Оренбургской области

Одной из основных проблем получения стабильных урожаев в Оренбургской области являются неблагоприятные погодные условия.Система No-Tillв перспективе должна сделатьрастениеводство управляемым, прогнозируемым и экономически эффективным. При нынешней организации сельского хозяйства урожай на 80% зависит от природы. При системе No-Till влияние погоды и климата на эффективность растениеводства сведено к 20%. Остальные 80% приходятся на технологии и управление в сельском хозяйстве, объединенные в одну систему.

Засуха в последние несколько лет в Оренбуржье в наибольшей степени отразилась на урожайности яровых зерновых культур и основная часть валового сбора зерна, особенно в условиях 2016 г., получена за счет озимых, их доля составила 1 млн. 64,1 тыс. тонн, или 32% от общего валового сбора.В 2020 году достигнут областной рекорд по сбору озимых культур − 2 млн.051,0 тыс. тонн при средней урожайности 27,9 центнера/га или 55 % от общего намолота зерновых.

Министерство сельского хозяйства Оренбургской области характеризует состояние отрасли растениеводства области в последнее время как стабильное. Одну из основных причин стабилизации производства оно видит в широком применении в области энерго и влагосберегающиих технологий, которые позволяют снижать себестоимость производства.

По этой причине,направление, взятое на внедрение нулевых обработок в специально созданных для этого севооборотах, призвано полнее использовать внутренние биологические ресурсы воспроизводства почвенного плодородия, рационально применять техногенные ресурсы, повышать эффективность зональных условий увлажнения и имеющегося производственного потенциала.

2 Условия проведения исследований

2.1 Местоположение и почвенная характеристика опытного участка

Основные стационарные опыты заложены на опытном поле ОГАУ, расположенном в 15 километрах восточнее города Оренбурга на правом берегу реки Урал на юго-восточной окраине Оренбургского Предуралья. Территория хозяйства расположена на обширной волнисто-увалистой равнине, приподнятой на 200-400 м над уровнем моря, с водораздельными увалами и грядами Общего Сырта, чередующимися с обширными выровненными пространствами террас крупных рек. По характеру геолого-геоморфологического строения, климатическим условиям, характеру почвообразующих пород и почвенному покрову территория землепользования ОГАУ является типичной для зоны южных степей Оренбургского Предуралья.

Опытный участок расположен в основании очень пологого склона Урало — Сакмарского водораздела. Уклон не превышает 0,5-1,1^°и направлен на юго-восток к террасе реки Урал.

Почвообразующей породой опытного участка является делювий пермских отложений. Гранулометрический состав делювиальных отложений изменяется от супесчаного до глинистого. Характерной особенностью их является высокаякарбонатность, новообразования карбонатов представлены мицелием и белоглазкой. Содержание карбонатов колеблется от 15,3 до 23,2%. Высокаякарбонатность пород обусловливает слабощелочную реакцию почвы (рН 7,2-7,8). Содержание аниона НСО₃^— составляет 0,280 – 0,340 мг/экв на 100 г почвы. Сумма водорастворимых солей не превышает 0,11 %, что свидетельствует об отсутствии засоления.

Содержание гумуса в слое почвы 0-25см опытного участка колеблется от 3,1 до 4,4%. Почвы обеспечены в средней степени фосфором (19-28 мг/кг почвы); в средней (217-290 мг/кг почвы) и повышенной степени (311-400мг/кг почвы) подвижного калия, но в очень низкой и низкой степени нитратным азотом (2,3-7,0 мг/кг почвы).

Из микроэлементов для почв опытного участка характерно очень низкое содержание меди (0,11-0,20 мг/кг почвы); марганца – (5-13 мг/кг почвы); а также низкое и среднее содержание цинка – (0,4-0,7 мг/кг почвы).

Почва опытного участка — чернозем южный карбонатный среднемощный тяжелосуглинистый.

2.2 Погодные условия за период исследований

В осенний период 2011 года выпало много осадков, особенно в сентябре – 67 мм, что вдвое больше нормы. Осадки в зимний период были небольшими, за ноябрь-апрель сумма составила всего 110 мм. В мае и июле выпало соответственно 20 и 42 мм, что послужило хорошим дополнением влаги.

Осенний период 2012 года был благоприятным по увлажнению, осадков выпало в сентябре 35 мм, октябре – 17 и ноябре – 46 мм. Октябрь и ноябрь были теплее обычного. В апреле также осадков было меньше нормы – 22 мм против 25 мм, а температура воздуха была выше нормы на 5,2^оС в мае — на 1,5^оС. Осадков в мае выпало 11 мм при норме 41 мм. Нарастание температуры продолжилось в июне и июле, число дней с относительной влажностью менее 30% составили за май – июль – 60 дней при дефиците осадков.

Конец июля и начало августа оказались дождливыми, и за два месяца в сумме выпало 181мм осадков.

Таким образом, 2012-2013 год характеризовался весенне-летней засухой, осадков выпало за год 462 мм против 367 мм по норме, но они выпали во второй половине лета, задержав уборку всех культур.

Осень 2013 года была дождливой, что способствовало хорошей влагозарядке, однако, отсутствие осадков в мае, в первой и третьей декадах июня, а также в июле 2014 года сказалось на величине урожая. По существу за весь период вегетации лишь во второй декаде июня выпало 34,0 мм. За весь летний период май-август сумма осадков составила 63 мм, но половина из них выпала в неусвояемой форме, не превышающей 5-6 мм и быстро испарившихся с поверхности почвы.

За осень 2014 года в почве на опытном участке накопилось небольшое количество продуктивной влаги, так как выпало всего лишь 46 мм осадков. В целом зима 2014-2015года была теплее обычного, в декабре на 3,4°С, в январе на 2,1°Си феврале на 3,6°С.За зимний период сумма осадков была приближена к среднемноголетним значениям. Это привело к тому, что в марте запасы влаги в почве были очень низкими. Но благодаря обильным осадкам – 97мм, выпавшим за период апрель-май 2015 года, сложились благоприятные условия для прорастания и развития сельскохозяйственных культур. Особенностью погодных условий марта было практически отсутствие осадков и повышенный температурный режим воздуха на 2,8°С выше нормы. В апреле превышение его нормы составило на 1,0°С, с максимальной температурой воздуха 25°С, на почве 16°С и обильным выпадением осадков, 47мм против 25мм. Число суховейных дней составило 6, в основном в третьей декаде. Май характеризовался большим количеством выпавших осадков. В третьей декаде мая температура воздуха превышала норму на 5,4°С, с максимальной температурой на поверхности почвы 58°С и числом суховейных дней 7.

Условия увлажнения летнего периода 2015 года можно оценить как экстремальные. За июнь-август осадков выпало 77мм, что соответствует 67% от нормы. При этом показатели температуры воздуха в летний период превышали среднемноголетние значения в 0,5°С.

В целом за 2014-2015 сельскохозяйственные годы недобор осадков составил 75 мм (норма 367 мм) с превышением температуры воздуха 1,1°С.

Погодные условия 2015-2016 года были приближены к среднемноголетним показателям. За год выпало 359 мм осадков при среднемноголетнем значении 367.

Сложившиеся погодные условия весенне-летнего 2016 года можно считать аномальными, а сам сельскохозяйственный год – резко-засушливым. За июнь месяц выпало всего лишь 13 мм осадков при среднемноголетнем значении 39мм. В июле месяце также количество осадков было ниже нормы в два раза, а в августе, в период формирования зерна осадки практически отсутствовали – выпало всего лишь 2 мм.

Осень 2016 года была дождливой, что способствовало хорошей влагозарядке, однако, недостаток осадков в апреле и в 1-2 декадах мая, а также в августе 2017 года повлияло на развитие растений. По существу, за весь период вегетации лишь во второй декаде июля выпало 30,0 мм. В целом за 2016-2017 сельскохозяйственные годы количество осадков составило 375мм (норма 367 мм), что на 8 мм превысило среднемноголетние значения. Температуры воздуха в среднем за год также превысила среднемноголетние значения на 0,5°С.

За осень 2017 года и зиму, осадков выпало всего лишь 62% от среднемноголетних значений. За период май-август в 2018 году выпало 79мм осадков, что соответствует менее 50% нормы, а за год количество осадков составило 244 мм (норма 367 мм), что на 123 мм ниже среднемноголетних значений. Поэтому 2017-2018 сельскохозяйственный год можно охарактеризовать, как резко-засушливый. Температуры воздуха в среднем за год также превысила среднемноголетние значения на 1,5°С.

Погодные условия 2018-2019 года сложились следующим образом. Осенью 2018 года количество выпавших осадков было крайне мало. Зимой количество осадков соответствовало среднемноголетним значениям. За май 2019 года выпало 33 мм осадков, что соответствует 78% от нормы. Июнь был крайне засушливым, но в июле выпало 2,5 месячной нормы осадков. В августе количество осадков соответствовало норме, и запасы влаги в почве были достаточными для развития растений.

Температурные условия в период май-август были немного выше среднемноголетних значений на 0,7^оС. При этом в мае температура превышала норму на 2,5^оС.

В целом сложившиеся погодные условия за период май-август 2019 года можно оценить как благоприятные для роста и развития растений.

Осенние условия 2018 года и зимние 2019 года складывались следующим образом, осадков выпало 136 мм, что соответствовало 76% от среднемноголетних значений. За вегетационный период 2019 года сумма выпавших осадков составила 178 мм или 134 % от нормы.

Годовое количество осадков составило 365 мм, что на 7 мм превысило среднемноголетние значения (358мм). Температурный режим воздуха также превысил среднемноголетние значения на 1,1°С.

Условия увлажнения в период вегетации растений в 2019 году были благоприятными, так за период май-август выпало 178 мм осадков, при норме 133мм. Создавшиеся погодные условия дали возможность культуре сформировать хорошую вегетативную массу и урожай зерна.

Количество осадков за период сентябрь-апрель 2019-2020 года составило 206 мм, что на 19 мм меньше среднемноголетних показателей.

В мае 2020 года фактическая температура месяца по данным наблюдений была выше нормы на 1,8°, осадков выпало 30 мм (100% от нормы).

В июне норма среднемесячной температуры 20,6°. Фактическая температура месяца по данным наблюдений составила 20,1°, отклонение от нормы -0,5°. Осадков выпало: 21 мм. Эта сумма составляет 59% от нормы.

В июле температура по данным наблюдений оказалась выше нормы на +3,5°, а осадков выпало 8 мм. Эта сумма составляет 19% от нормы.

Температура Августа 2020 также оказалась выше среднемноголетних значений на 0,4°, и осадков выпало крайне мало 12 мм (42% от нормы).

В целом условия развития растений в период май-август 2020 года можно оценить как экстремальные, так как выпало всего лишь 71 мм осадков, что практически в два раза ниже среднемноголетних показателей. И это не могло не сказаться на урожайности сельскохозяйственных культур.

Таблица 2 – Количество выпавших осадков вгоды исследований, мм

Таблица 3 – Среднемесячная температура вгоды исследований, ^оС

Таблица 4 — Метеорологические условия вегетационных периодов

2.3 Методика проведения исследований

Исследования проведены в учебно-опытном поле Оренбургского государственного аграрного университета, расположенного в зоне с полуаридным климатом умеренных широт Оренбургского Предуралья Оренбургского района с координатами 51°78’72″N-55°28’80″E на двух стационарах.

Исследования по изучению влияния различных культур в севообороте на агрофизические и агрохимические показатели плодородия почвы проводятся на стационарном опытном участке научно-образовательного центра ресурсосберегающего и точного земледелия с 2011года.Эксперимент организован в четырех повторностях с тремя способами обработки почвы, в качестве основного фактора:

Фактор А – способ основной обработки.

1.Прямой посев (нулевая обработка).

2.Mini-till (мелкое рыхление почвы ОПО-4,25).

3. Глубокое рыхление (Case IH ecolo-tiger).

Площадь делянки по обработке в повторности составлял 2160 кв. м (30 м*72 м), общая площадь первой повторности – 6480 кв. м.; опыта – 25920 кв. м. Делянки первого порядка (блоки по способу обработки почвы) использовались для делянок второго порядка (блоки по культурам севооборота) и накладывались перпендикулярно направлению делянок первого порядка. Севооборот был плодосменным и включал 6 культур, которые чередовались в следующем порядке:

Фактор В – культуры (севооборот)

1. Нут

2. Яровая пшеница

3. Сорго

4. Яровая пшеница

5. Подсолнечник

6. Ячмень

В этом году изучались культуры третьего года второй ротации севооборота.Размер делянок под культурами составлял 360 кв. м. (12 м*30 м). Согласно схеме опыта на No-till проводился только посев и уничтожение сорняков гербицидами: за 7 дней до посева или через 2-3 дня после посева препаратами, содержащими глифосат, на зерновых культурах, при необходимости, в фазу их кущения дополнительно применялся гербицид избирательного действия. Подсолнечник выращивался по технологии Clearfield. На Mini-tillосновная обработка осенью проводилась на глубину 10-12 см орудием ОПО-4.25. Для уничтожения сорняков второй волны посевы опрыскивались гербицидом избирательного действия.Глубокое рыхление до 2014 года проводилось на 30 см ОПО-4.25, с 2015 года на — 35 см – Case IH ecolo-tiger. Весной на обеих вариантах для закрытия влаги применялась борона BrandtCommander 7000, для предпосевной культивации ОПО-4.25. Эти приемы позволяли содержать поле чистым от сорняков, за исключением влажных лет, когда в фазу кущения зерновых приходилось использовать гербициды. Посев на всех вариантах проводили сеялкой Primera DMC 6001, с сошниками анкерного типа, опрыскивание AMAZONE UG-3000.

В ходе проведения опытов осуществлялись следующие учеты и наблюдения:

— фенологические наблюдения проводились по фазам развития растений на делянках в соответствии с методикой ГСУ;

— метеорологические наблюдения по данным Оренбургской метеостанции;

— плотность почвы определяли наиболее распространенным методом измерения плотности почвы – отбором известного объема с помощью металлического кольца, вдавливаемого в почву, и определения веса после высушивания (Вадюнина и Корчагина, 1986; McKenzieetal, 2004). Отбор проб проводился вне следа колёс посевной и уборочной техники.

— влажность почвы определялась термостатно-весовым методом. Пробы почвы отбирались почвенным буром послойно через каждые 10 см на глубину до 1 м в двукратном повторении на всех повторностях опыта перед посевом и в динамике по вегетации изучаемых в опыте культур;

— запасы продуктивной влаги – расчетным методом;

— определение засоренности проводили количественно-весовым методом. Численность сорняков определяли путем подсчета их стеблей (у многолетних) и растений (у малолетних) в фазу кущения и перед уборкой на тех же площадках, где проводился учет густоты стояния растений. Масса сорняков учитывалась в сыром виде, затем, после высушивания измельченных выделенных образцов, проводился пересчет на воздушно-сухую массу (Захаренко А.В., 2000) всхожих семян;

— урожайность зерна ячменя, нута, яровой и озимой пшеницы, сорго, рапса, сои и сафлораучитывали путем прямого комбайнирования с последующим взвешиванием зерна с каждой делянки на весах, при этом параллельно вели отбор образцов для определения влажности и засоренности зерна. Урожайные данные, после приведения к 100% чистоте и стандартной влажности подвергали математической обработке методом дисперсионного анализа (Доспехов Б.А., 1985) с помощью ЭВМ. Уборку урожая проводили комбайном Terrion — 2010.

Рисунок 1.Уборка яровой пшеницы комбайном Terrion – 2010

Для определения урожайности семян подсолнечника с каждого варианта опыта в четырех местах делянки на площади 10м²,срезали корзинки, а затем, вручную, вышелушивали семена. Учет зеленой массы сахарного сорго проводили также с площадок площадью 10м².

Химические анализы почвенных проб проводились в агрохимцентре «Оренбургский».

После уборки культур кроме подсолнечника на варианте No-tillобработку стерни проводили гербицидом «Ураган Форте» в норме 3л/га(рисунок..)

Строение почвенного профиля изучали по почвенным шурфам, раскопку которых проводили на участках с разными способами основной обработки почвы (рисунок 2).

Рисунок 2. Обработкастерни гербицидом «Ураган Форте»

Рисунок 3.Закладка шурфа.

В опыте высевали районированные сорта и гибриды: озимая пшеница Оренбургская 105, яровая пшеница Юго-Восточная 2, ячмень Натали, нут Краснокутский 36, сахарное сорго Сажень, подсолнечник – гибрид Санай.

Во втором длительном стационаре опыты по минимизации обработки почвы ведутся в шестой ротации севооборота: пар чёрный – нут – яровая пшеница мягкая – просо – овёс. Солома у всех культур, начиная с 1988 года, измельчается при уборке комбайном и заделывается в почву или остается на поверхности в зависимости от способа обработки.

Исследования по повышению продуктивности сельскохозяйственных культур путём совершенствования способов основной обработки почвы проводились в шестой ротации севооборота в период с 2017 по 2020 год.В опыте ведётся изучение 16 различных по интенсивности, в том числе минимальных систем основной обработки почвы (таблица 5).

Из представленных систем важно более углубленное изучение только четырех из представленных вариантов, представляющих большой научный интерес: ежегодную вспашку (1 вариант), ежегодное плоскорезное рыхление (6 вариант), ежегодное мелкое рыхление культиватором на 12-14 см (11 вариант) и мелкое рыхление дисковой бороной на 10-12 см либо без обработки почвы (16 вариант).

Цель и задачи исследования.

Цель работы — разработать и рекомендовать производству наиболее рациональные, почвозащитные, энергосберегающие системы обработки почвы под нут, яровую пшеницу, просо и овес, обеспечивающие получение высокой урожайности зерна и снижение производственных затрат.

Задачи исследований:

— изучить влияние различных способов и глубины обработки почвы на эффективность использования влаги в посевах нута, яровой пшеницы, проса и овса;

Таблица 5- Схема опыта по минимализации обработки почвы и разработке ресурсосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур в 6-ой ротации севооборота 2017-2022гг.

— определить реакцию нута, яровой пшеницы, проса и овса на минимизацию обработки и изменяющиеся агрофизические свойства почвы;

— установить влияние приемов обработки почвы и посева на засоренность посевов нута, яровой пшеницы, проса и овса;

— выявить наиболее оптимальные технологические приемы по величине урожая и экономической эффективности возделывания нута, яровой пшеницы, проса и овса.

Предмет и объект исследования. Объект исследования – нут, яровая пшеница, просо и овес.

Предмет исследования – способ основной обработки почвы, проводимый под изучаемые культуры.

Повторность опыта – четырехкратная на территории. Размещение – последовательное. Размер делянок составлял 900 м² (30×30м²).

В ходе проведения опытов осуществлялись следующие учеты и наблюдения:

— метеорологические наблюдения по данным Оренбургской метеостанции;

— плотность почвы методом цилиндров по С.И. Долгову на всех вариантах по слоям 0-10, 10-20 и 20-30 см в трехкратном повторении на 1 и 3 повторностяхв начале и конце вегетации;

— влажность почвы – термостатно-весовым методом. Почвенные пробы отбирались почвенным буром на глубину до 1 м послойно через каждые 10 см на всех вариантах, в трехкратном повторении на 1 и 3 повторностях, в начале и в конце вегетации сафлора. Запасы продуктивной влаги в почве определялись расчетным путем, по уже известным показателям средней плотности, полевой и максимальной гигроскопической влажности почвы;

— засоренность посевов определялась количественным методом по методике ТСХА. На вариантах со способами обработки почвы учет проводился в фазу ветвления и перед уборкой путем подсчета сорняков на пробных накладках размером 0,5 x 0,5 (0,25 м²) в четырех случайно выбранных местах каждой делянки;

— учет урожая осуществляли прямым комбайнированием;

— расчет экономической эффективности результатов исследований выполнен на основе технологических карт по нормативам и расценкам в сопоставимых ценах.

Нут

Нут – ценная бобовая культура по площади посева занимает третье место в мире среди зернобобовых культур, уступая лишь сои и фасоли. Благодаря своей устойчивости к засухе, высокому спросу на зерно и рыночной его стоимости, площади под посевами нута в Оренбургской области постоянно расширяются. Нут лучше размещать в паровом звене севооборота, так как эта культура предъявляет повышенные требования к чистоте полей и обладает низкой конкурентной способностью по отношению к сорнякам. При этом нут оставляет в почве после себя до 50-100 кг/га азота, поэтому является хорошим предшественником для последующих культур севооборота, улучшая пищевой режим почвы.

Оренбургские товаропроизводители используют разнообразные технологии возделывания нута, отличающиеся между собой, как по способам обработки почвы, так и способам посева. И на сегодняшний день нет единой рекомендованной технологии возделывания нута, разработанной для степной зоны Южного Урала, которая могла бы применяться во всех хозяйствах, обеспечивая стабильную урожайность и высокие экономические показатели.

По нашему мнению, первоочередной задачей повышения эффективности возделывания нута является снижение затрат на основную обработку почвы за счет применения ресурсосберегающих технологий, основанных на минимизации обработки почвы. При этом немаловажное значение имеет и технология возделывания нута, включающая предпосевную обработку почвы, посев и уход за посевами, и напрямую, влияющая на урожайность, качество зерна и рентабельность производства.

Экспериментальные исследования проводились в 2017-2019 годах.Целью исследований являлось установить наиболее эффективные технологии возделываниянута.

Опыт трёхфакторный:

— фактор А – способы основной обработки под сафлор (предшествующая культура) — вспашка на глубину 25-27см, плоскорезное рыхление на 25-27см, мелкое рыхление культиватором на 12-14 см и мелкое рыхление дисковой бороной на 10-12 см;

— фактор В – способы основной обработки под нут (в пару): вспашка на 28-30см, плоскорезное рыхление на 28-30см, культивация (мелкое рыхление) на 12-14см и дискование на 10-12см;

— фактор С – способ предпосевной подготовки почвы, способ посева и ухода за посевами нута: 1. Боронование БЗСС-1, посев сеялкой АУП-18.05; 2. Боронование БЗСС-1, предпосевная культивация, посев сеялкой DMC-Primera с междурядьем 37,5 см, две междурядные культивации аэратором (культиватор междурядный).

Яровая пшеница

В Оренбургской области лидирующее место, по занимаемой площади среди всех зерновых культур, принадлежит яровой пшенице. В связи с этим, перед учёными и производителями с.-х. продукции всегда открыт вопрос совершенствования технологии возделывания пшеницы, с целью повышения не только количества, но и качества получаемого урожая.

Ключевое место в технологии возделывания любой культуры принадлежит обработке почвы. Учёные постоянно совершенствуют существующие способы обработки, за счёт изменения глубины, частоты воздействия на почву и изучают новые приёмы для того чтобы, при наименьших затратах на производство получать стабильный урожай и высокую прибыль.

Исследования по повышению продуктивности яровой пшеницы путём совершенствования способов основной обработки почвы проводились в 2018-2020 гг.

Опыт двухфакторный:

— фактор А – способы основной обработки под нут (предшествующая культура) — вспашка на глубину 28-30см, плоскорезное рыхление на 28-30см, мелкое рыхление культиватором на 12-14 см и мелкое рыхление дисковой бороной на 10-12 см;

— фактор В – способы основной обработки под яровую пшеницу: вспашка на 23-25см, плоскорезное рыхление на 23-25см, культивация (мелкое рыхление) на 12-14см и дискование на 10-12см;

Посева осуществляли сеялкой АУП-18.05.

Просо

Одним из представителей семейства Мятликовых является просо. Это универсальная крупяная культура. Во-первых, крупа из проса (пшено) имеет высокую пищевую ценность, так как содержит много белка (до 12%) и жира (до 3,5%), богата незаменимыми аминокислотами, медленными углеводами и целым набором витаминов и микроэлементов.Во-вторых, зерно проса можно использовать как высококонцентрированный корм для скота и птицы, а солому и мякину — как грубый корм для крупного рогатого скота. Это говорит о хозяйственной ценности культуры.

Кроме того, просо — страховая культура. Поздний срок посева и короткий период вегетации даёт возможность использовать просо для пересева погибших озимых и ранних яровых культур и в качестве пожнивной и поукосной культуры.

Перечисленные преимущества проса говорят о необходимости применения таких технологий возделывания и способов обработки почвы, при которых увеличивается урожай и повышается качество культуры, а затраты на производство снижаются.

Исследования по повышению продуктивности проса путём совершенствования способов основной обработки почвы проводились в 2019-2020 гг.

Опыт двухфакторный:

— фактор А – способы основной обработки под яровую пшеницу: вспашка на 23-25см, плоскорезное рыхление на 23-25см, культивация (мелкое рыхление) на 12-14см и дискование на 10-12см;

— фактор В – способы основной обработки под просо: вспашка на 20-22см, плоскорезное рыхление на 20-22см, культивация (мелкое рыхление) на 12-14см и дискование на 10-12см;

Посева осуществляли сеялкой DMC-Primera.

Овес

Россия занимает первое место в мире по посевным площадям и производству зерна овса.

Основное направление использования овса кормовое, поэтому очень важно снижать себестоимость для повышения рентабельности животноводческой продукции, а для этого, прежде всего, необходимо уменьшить затраты на обработку почвы, как наиболее трудоемкую технологическую операцию.

В последние годы широкое распространение получили технологии сберегающего земледелия, основанные на минимализации обработки почвы и прямом посеве зерновых по стерне с использованием побочной продукции растениеводства, в частности соломы, в качестве удобрения при заделке в почву или оставлении в виде мульчи на поверхности.

Опыты по изучению эффективности систем основной обработки почвы под овес проводились в 2020 году.

Опыт двухфакторный:

— фактор А – способы основной обработки под яровую пшеницу: вспашка на 23-25см, плоскорезное рыхление на 23-25см, культивация (мелкое рыхление) на 12-14см и дискование на 10-12см;

— фактор В – способы основной обработки под овес: вспашка на глубину 28-27см, плоскорезное рыхление на 25-27см, мелкое рыхление культиватором на 12-14 см и мелкое рыхление дисковой бороной на 10-12 см.

Посев осуществляли сеялкой АУП-18.05.

Проверка эффективности нулевых технологий и специально разработанных для них севооборотов (рис.4) проведена в условиях производства в трех различных почвенно-климатических зонах Оренбургской области: Западной (ООО «Колос» Красногвардейского района); Центральной (КХ «Е.С. Квитко» Переволоцкого района) и Восточной (СПК «Аниховский» и ФГУП «Советская Россия» Адамовского района).

Рисунок 4.Проведение научных исследований в различных хозяйствах и почвенно-климатических зонах Оренбургской области.

3. Плодородие почвы и севообороты в ресурсосберегающих технологиях выращивания полевых культур

3.1 Строение почвенного профиля чернозема

Для воспроизводства и окультуривания почвы необходима её обработка, за счет углубления и увеличения мощности пахотного слоя, разрыхления плужной подошвы в подпахотном слое, заделки органических и минеральных удобрений.

Обработка почвы позволяет улучшать аэрацию почвы, повышать влагообеспеченность растений. Хорошо обработанная почва позволяет растениям создавать развитую мощную корневую систему. Выравнивание поверхности в процессе предпосевной обработки — позволяет создать благоприятные условия для прорастания семян и появления дружных всходов.

Но обработка может иметь и негативные последствия: нарушение динамического равновесия в системе почва — растение — окружающая среда. Интенсивная обработка почвы, активизирует жизнедеятельность почвенной микрофлоры, ускоряя минерализацию гумуса и увеличивая его потери. Разложение дернины и распыление верхнего слоя в районах с высокой долей риска ветровой эрозии создает предпосылки разрушения почвы и возникновения эрозионной опасности.

Многократные проходы сельскохозяйственной техники приводят к сильному переуплотнению верхнего слоя, ухудшая свойства, способствуя увеличению стока воды и снос почвы.

Основным плюсом применения метода «No-Till» является то, что пахотный слой (поскольку рыхление почвы не производится) лучше сохраняет влагу, поэтому технология «No-Till» чаще всего применяется в засушливых регионах и на полях со сложным рельефом, где традиционный способ вспашки в принципе невозможен.

За годы исследований, мы можем увидеть некоторые отличия морфологических признаков и на наших почвах.

Почва опытного участка — чернозем южный тяжелосуглинистый.

А_пах 0 – 26 см. Влажный, темно-коричневый, (рисунок 5) тяжелый суглинок, крупно комковатой-комковатой структуры, рыхлый, содержит корни растений. Слабое вскипание от НСl. Переход плавный по окраске.

В 26 – 41 см. Влажный, светло-коричневый тяжелый суглинок, комко-вато — крупно комковатой структуры, уплотнен, содержит мелкие корни. Сильное вскипание от НСl. Переход постепенный по окраске. Почва имеет более крупную структуру почвенных агрегатов в обоих горизонтах.

А _пах – 0 — 26см;

В — 26-42 см;

ВС — с 43 до примерно 120см

Рисунок 5. Строение почвенного профиля чернозема южного (обработка — глубокое рыхление) май, 2020г.

Как видим, с глубиной меняется окраска от темно-коричневой в пахотном слое, до светло-коричневой в подпахотном слое. Это показывает, что в верхнем более рыхлом горизонте процессы разложения и переработки органики идут быстрее, чем в более плотном ниже лежащем горизонте. И эта почва имеет более крупную структуру почвенных агрегатов в обоих горизонтах. Тогда как в почве, на которой применяется технология «No-Till» эти параметры немного отличаются (рис 6).

А 0 – 20 см. Свежий, темно-коричневый, тяжелый суглинок, комкова-то-мелкокомковатой структуры, рыхлый, содержит корни растений. Переход плавный по окраске.

Рисунок 6.Строение почвенного профиля чернозема южного, обработка «No-Till») май, 2020г.

В 20 – 47 см. Влажный, темно-коричневый тяжелый суглинок той же структуры, уплотнен, содержит мелкие корни. Переход постепенный по окраске.

Окраска почвенных горизонтов остается однородной от поверхности до нижней границы горизонта В, и структурные отдельности имеют более мелкие размеры также на протяжении всей мощности. Это говорит о том, что агрофизические показатели в этих слоях очень близки к равновесным величинам, обеспечивая благоприятные условия для развития корневой системы растений. И благодаря мощной корневой системе растений происходит измельчение структурных отдельностей в сторону оптимальных показателей. Тем самым создаются более благоприятные почвенные условия.

Также можно отметить еще одно небольшое отличие в строении почвенных горизонтов, а именно в мощности горизонта В. На участке с применением технологии «No-Till» горизонт В мощнее, чем на участке с глубоким рыхлением (27 см — «No-Till», против 15 см на глубоком рыхлении).

3.2 Агрофизические и агрохимические показатели плодородия южных черноземов Оренбуржья

3.2.1 Агрофизические показатели плодородия черноземов в различных системах обработки почвы

Плотность сложения почвы оказывает решающее влияние на водный и воздушный режимы. Она зависит, прежде всего, от гранулометрического и структурного состояния почвы, а обрабатываемого слоя – от технологии возделывания культур (Г.И. Баздырев и др., 2000).

Необходимо иметь в виду, что сельскохозяйственным культурам в связи с их индивидуальными особенностями для нормального роста и развития необходима определенная плотность, называемая оптимальной. Под ней понимается плотность, при которой урожайность при прочих равных условиях наиболее высока. Для зерновых она колеблется в пределах 1,10-1,25 г/см³, в то время как для пропашных обычно не превышает 1,05-1,20 г/см³ (В.П. Заикин, 1996). Такой широкий диапазон колебаний определяется не только потребностями культур, но и почвенно-климатическими и даже погодными условиями.

Поэтому на одном и том же поле севооборота в разные годы надо добиваться разной, но оптимальной для данной культуры плотности почвы. При этом возникает сложность, которая обуславливается уровнем равновесной плотности, она может быть оптимальной для зерновых и плотной для пропашных культур, а также действием и последствием обработок под предшествующую культуру.

Результаты наблюдений за плотностью почвы под посевами нута представлены в таблице 6.

После посева нутав слое 0-10 см почва была рыхлой на всех вариантах опыта и в среднем за три года плотность составила 1,04-1,08 г/см³. В слое 10-20 см на вспашке почвабыла рыхлой — 1,11 г/см³. На остальных вариантах плотность повышалась до 1,23-1,28 г/см³ с максимальными значениями при дисковании почвы, но не выходила за пределы оптимальной для роста и развития нута.

Таблица 6 — Плотность почвы под посевами нута в среднем за 2017-2019 гг.

Ко времени уборки нута почва уплотнялась во всех горизонтах, и в слое 10-20 см она была наиболее плотной, достигая 1,22 г/см³, что в пределах оптимума.

В среднем же по 0-30см слою почва была рыхлой на всех вариантах опыта как в начале вегетации – 1,10-1,20 г/см³, так и к уборке нута – 1,12-1,18 г/см³, с минимальными значениями на вспашке и максимальными на мелких обработках.

Результаты наблюдений за плотностью почвы под посевами яровой пшеницы представлены в таблице 7.

Таблица 7-Динамика плотности почвы под посевами яровой пшеницы в среднем за 2018-2020 гг.

В среднем за три года исследований после посева яровой пшеницыв слое 0-10 см почва была рыхлой, на всех вариантах опыта и плотность составила 1,05-1,09 г/см³. В слое 10-20см на вспашке почвабыла рыхлой — 1,15 г/см³, на остальных вариантах плотность повышалась до 1,26-1,30 г/см³ с максимальными значениями при дисковании почвы.

Ко времени уборки плотность почвы не сильно изменилась по вариантам опыта, оставаясь оптимальной для развития яровой пшеницы.

Обращает на себя внимание тот факт, что на варианте с плоскорезным рыхлением почвы в слое 20-30см плотность была наименьшей и составила весной 1,11г/см³ и к уборке – 1,15г/см³.

В среднем по пахотному слою, почва была рыхлой на всех вариантах опыта как в начале вегетации – 1,13-1,21 г/см³, так и к уборке пшеницы – 1,14-1,20 г/см³, с минимальными значениями на вспашке и максимальным на дисковании почвы.

Результаты наблюдений за плотностью почвы под посевами проса представлены в таблице 7.

После посева проса плотность пахотного слоя почвы составила 1,10-1,25 г/см³, с наименьшими показателями на интенсивных обработках. В слое 10-20см на мелких обработках почвы плотность вышла за рамки оптимальных значений для проса и составила 1,32-1,36 г/см³.

Таблица 7-Плотность сложения 0-30 см слоя почвы в посевах проса, среднее за 2019-2020 гг.

Ко времени уборки произошло значительное уплотнение почвы в слое 20-30см на всех вариантах опыта до 1,21-1,32г/см³, что привело к увеличению средних значений по пахотному слою до 1,17-1,28 г/см³, с минимальными значениями на вспашке и максимальными на мелких обработках.