ON THE USE OF MICROMYCETES FOR WOOD WASTE PROCESSING
ON THE USE OF MICROMYCETES FOR WOOD WASTE PROCESSING
Abstract
In recent decades, the problem of wood waste utilization has become more and more urgent due to the growth of logging and wood processing. This article is dedicated to the study of the possibilities of using fungi capable of effectively decomposing cellulose and lignin for wood waste recycling. The paper analyses the activity of a mixture of Acremonium sp., Phanerochaete sp., Sporotrichum pulverulentum, Trametes versicolor (polypore) fungi for biodegradation of wood waste in logging and wood processing industries in the conditions of Khabarovsk Krai to reduce the ecological load on the territory and to obtain an organic substrate that can be used as a basis for organic fertilizers. The work discusses ecological aspects of mushroom application, emphasising their role in development and environmental protection. The conclusion offers recommendations for the introduction of bioconversion-based technologies in the practice of wood waste processing and fertilizer production.
1. Введение
На территории Дальневосточного федерального округа (ДФО) сосредоточена практически половина лесов Российской Федерации, при этом на долю эксплуатационного лесного фонда распределяется порядка 50%, вторая половина относится к защитным, заповедным, низкополнотным, притундровым и резервным лесам, что обусловлено рядом природных и нормативно-правовых факторов. Леса Дальнего Востока представлены преимущественно хвойными породами, доминирующую роль выполняют лиственничники. На юге региона имеются сложносоставные леса с преобладанием дуба монгольского, липы амурской, ясеня маньчжурского. Что также дает основные запасы дубовых лесов России – около 80%.
Лесистость территории крайне неравномерная, обусловлена климатическими факторами, особенностью рельефа и почвенного состава.
Основные объемы заготовки древесины фиксируются в трех лесных районах – Дальневосточном таежном (большую часть которого занимает Хабаровский край), Приамурско-Приморском хвойно-широколиственном (в него входят южные районы Хабаровского края) и Байкальском горном и составляют около 12 млн. м3/год
.Лесистость территории Хабаровского края в 2023 году составила 66,6%
, ежегодные объемы заготовки древесины около 6,5 млн. м3., что составляет 37% от объема заготовленной древесины ДФО , .Особенность территории размещения предприятий лесозаготовки и лесопереработки в крае, объемы и мощности производства, рыночные и правовые отношения – являются маркерами экономической целесообразности и экологического благополучия действия производства.
Учитывая рынок предприятий, высокую долю имеют представители малого и среднего бизнеса, в свою очередь обладающие определенными рисками. Исходя из этого, удобным вариантом предприятия является его узкая локализация на местности, включающая максимальное количество действий с сырьем, продуктами и отходами производства. Последние, в свою очередь, часто создают ряд трудностей с экономической, правовой и экологической стороны. Варианты обращения с отходами многократно рассматриваются отечественными и зарубежными авторами
, , , , .Предприятия лесного комплекса накапливают значительное количество отходов – щепы, опилок, стружки, веток и др., которые часто остаются неутилизированными, что приводит к загрязнению окружающей среды, увеличению выбросов углерода и негативному воздействию на экосистемы. Переработка древесных отходов позволяет извлекать дополнительную прибыль из материала и производить продукт с высокой добавленной стоимостью – древесные плиты, биомассу для энергетики, биоуголь или компост. Наиболее эффективными будут технологии, не требующие сложного технологического процесса и дорогостоящего оборудования, например, биокомпостирование с получением удобрений, повышающих эффективность лесовосстановления и выращивания сельскохозяйственных культур.
Существует несколько методов биокомпостирования древесных отходов: смешивание с органическими материалами, анаэробное разложение, термофильное компостирование, вермикомпостирование, биодинамическое компостирование, компостирование с использованием микробных добавок и др. Исходя из практических условий реализации эксперимента – без создания искусственно-регулируемых параметров в естественной среде в местах скопления отходов нами был выбран способ микробиологической переработки с получением комплексного органо-минерального удобрения. Технология разработана и запатентована группой ученых ФГБУН Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАН
. Далее технология была апробирована на древесных отходах смешанного состава с преобладанием хвойных пород, полученных в Ванинском районе Хабаровского края.2. Основные результаты
Ключевые моменты и особенности способа утилизации представлены схемами (рисунок 1, 2)
, .
Рисунок 1 - Достоинства микробной переработки опилок с применением грибов биодеструкторов
Рисунок 2 - Основные достоинства способа утилизации древесных опилок с применением композиции дереворазрушающих микроорганизмов для получения комплексного органо-минерального удобрения
Схема биодеструкция древесины грибами представлена на рисунке 3
.
Рисунок 3 - Этапы заселения древесины грибами-деструкторами
Был проведен эксперимент по биокнверсии древесных отходов мелкой фракции (опилки, стружка в примерном объемном соотношении 7:1), полученных на лесозаготовительном участке в Ванинском районе Хабаровского края, в составе преобладают хвойные породы (лиственница и сосна). Использовалась ассоциация микроорганизмов (Acremonium sp., Phanerochaete chrysosporium, Trametes versicolor, Phanerochaete chrysosporium Burds., Sporotrichum pulverulentum), предоставленная учеными ФГБУН Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАН.
Схема эксперимента в лабораторных условиях соответствовала технологии описанной в патенте № 2701942 (пример 2).
3. Обсуждение
По результатам эксперимента, в завершении периода конверсии был исследован состав полученного субстрата (таблица 1).
Таблица 1 - Физико-химические показатели субстрата после биоконверсии
Наименование показателя | Ед. изм. | Результат | Нормативный документ на метод испытаний |
Активная кислотность рН | ед. рН | 7,9 | ГОСТ 11623-89 |
Ёмкость катионного обмена | мг-экв/100г | 40 | ГОСТ 17.4.4.01-84 |
Массовая доля влаги | % | 53,7 | ГОСТ 26713-85 |
Массовая доля органического вещества | % | 11,4 | ГОСТ 27980-88 |
Общий азот | % | 0,5 | ГОСТ 26751-85 |
Массовая доля общего калия | % | 0,14 (на сухой продукт) | ГОСТ 26718-85 |
Массовая доля общего фосфора (в пересчете на Р2О5) | % | 0,22 (на продукт с исходной влажностью) | ГОСТ 26712-94 |
Зола | % | 24,0 | |
Массовая доля азота аммиачного | мг/100г | менее 10,0 | ГОСТ 27894.3-88 |
Массовая доля азота нитратного | мг/100г | менее 1,15 | ГОСТ 27894.4-88 |
Массовая доля общего калия | % | 0,06 (на продукт с исходной влажностью) | ГОСТ 26712-94 |
Таким образом, из таблицы 1 видно, что в процессе обработки опилок ассоциацией микроорганизмов компост обогащается основными питательными элементами, большая часть которых находится в усваиваемой растениями форме. Результат применения ассоциации микроорганизмов на древесных отходах хвойных пород деревьев, показал, что при достаточном внесении дополнительного источника азота для питания микроорганизмов можно получить субстрат с благоприятным составом для использования в качестве удобрения. Далее необходимо протестировать полученный субстрат на сельскохозяйственных культурах с целью установления влияния рост и развитие растений.
4. Заключение
Разрушение древесины под действием микромицетов существенно изменяет ее свойства: с увеличением степени разложения повышается влагоемкость
, что является важным свойством для почвенно-биологических комплексов с включением переработанных древесных отходов. Кроме того, морфологические изменения клеточных структур и физико-химических свойств древесины, подвергшейся воздействию ферментов микромицетов белой гнили, например, увеличение площади поверхности, и как показывают исследователи древесина, пораженная грибами белой гнили может быть использована в качестве носителя сорбционных систем с высокоразвитой поверхностью и стать основой для создания органических субстратов с заданными свойствами для повышения плодородия и урожайности конкретных сельско-хозяйственных культур в Хабаровском крае, где преобладают дерново-подзолистые почвы.Разработка технологии биодеструкции имеет особую ценность для территории Хабаровского края, где только на лесозаготовительных и деревоперерабатывающих предприятиях каждый год образуется от 1,2 до 1,5 млн. тонн отходов древесной биомассы, которые отрицательно влияют на экологическую и пожарную обстановку в регионе. При этом природная ограниченность почвы по плодородному слою и питательным веществам требует поиска локальных решений. Как показывают исследования, древесные отходы являются потенциальным сырьем для производства органических биоудобрений, востребованных как на внутреннем, так и на внешнем рынке производителей сельскохозяйственной продукции.