On the prospects of application of wood waste biocomposting technology in Khabarovsk Krai for fertiliser production
On the prospects of application of wood waste biocomposting technology in Khabarovsk Krai for fertiliser production
Abstract
The article examines the method of microbiological composting of sawmill wood waste. The feasibility of applying these technologies for the forest industry of Khabarovsk Krai was analysed, taking into account the large volumes of logging with a high degree of waste generation and the specifics of local soils. The analysis of existing biocomposting technologies, successfully implemented in the western part of Russia and abroad to obtain a substrate that can be used in the reclamation and restoration of depleted land, to increase yields in regions with difficult climatic conditions, for the cultivation of agricultural crops. The development of a solution for processing forest industry waste in Khabarovsk Krai is promising for the forestry complex and agricultural enterprises.
1. Введение
Лесистость территории Хабаровского края, по материалам Министерства лесного хозяйства и лесопереработки, на 2023 год составляет 66,6% . По лесному фонду, лидирующими породами являются хвойные, в большинстве представленные лиственницей и елью, общее распределение пород показано на рисунке 1.
Рисунок 1 - Древесные породы Хабаровского края
В этих же районах отмечается концентрация сельскохозяйственных предприятий, а также личных подсобных хозяйств (ЛПХ) и крестьянско-фермерских хозяйств (КФХ), занятых как животноводством, так и растениеводством. Всего в Хабаровском крае присутствует более 80 сельскохозяйственных организаций, обрабатывается около 55 тыс. га в 2024, что на 2,6% меньше, чем в 2023г . Показатели развития растениеводства в крае обусловлены ограничивающими факторами, в том числе отнесением территории к зоне рискованного земледелия и необходимостью повышать плодородие почв .
Рисунок 2 - Муниципальные районы Хабаровского края
2. Основные результаты
Как было отмечено ранее, основные заготавливаемые породы – хвойные. Согласно литературным данным, кора деревьев хвойных пород содержит около 20% целлюлозы, до 31% гемицеллюлозы, до 10% полиуронидов, 27-33% лигнина и 14-30% экстрактивных веществ. Отмечаются высокие значения органического вещества и низкие значения токсичных компонентов (в том числе накопленных) в составе кородревесных отходов . Высокую концентрацию дубильных веществ, наличие ксилола, терпенов и фенола, стоит рассматривать как потенциальных ингибиторов функций жизнедеятельности организмов при биологических методах переработки .
Имеются сведения о различных способах компостирования древесных отходов с применением различных добавок – коровьего навоза , осадков сточных вод предприятий ЖКХ , древесных грибов и др.
К биологическим методам переработки можно отнести две основные группы: использование микроорганизмов-деструкторов и переработка отходов длительного хранения с помощью грибов. Внесение данных компонентов предполагает создание специальных условий по температурному режиму, размещению, обеспечению кислородом, дополнительными компонентами (создание смеси с навозом, пометом, осадком сточных вод, растительными остатками и др.) , .
Наиболее простым и низкозатратным способом переработки древесных отходов является компостирование. Ускорение естественных процессов разложения возможно при внесении заквасок с микроорганизмами–деструкторами, обладающих целлюлозной и лигнинолитической активностью. Положительно в данном направлении проявили себя группы микромицетов Fusarium sp. и Aspergillus sp., а также Strepomyces sp., Cellulomonas sp. , .
Второй перспективный метод – создание оптимальных условий для развития различных грибов (микромицетов, базидиомицетов, аскомицетов), в том числе естественных деструкторов – ксилотрофных грибов. Стоит обратить внимание на узкоспециализированные группы (бурая, белая мягкая смешанная гнили). Отмечается, что Sclerotinia sclerotiorum (белая гниль) более устойчива к фунгитоксичным веществам фенольной природы, что делает ее применение для хвойных пород более перспективным. Ведущая роль в природных экосистемах по наличию дереворазрушающих ферментов принадлежит базидиомицетам (Agaricomycetes, Dacrymycetes, Tremellomycetes), которые обладают широким спектром специфических окислительных ферментов. Так, афиллофоровые грибы составляют более половины известных дереворазрушающих грибов (57-75%) . Из аскомицетов стоит выделить Trichoderma viride, применение которой позволяет проводить биоконверсию без подготовки лигнина. Trichoderma отличается высокой скоростью роста, данные грибы безопасны не только для растений, но и для животных, поэтому их активно используют в составе кормовых добавок в животноводстве и птицеводстве, также обладают свойствами энтомопатогенных грибов, что является положительной стороной в растениеводстве.
3. Обсуждение
Следует отметить, что перечисленные выше методы компостирования положительно проявляют себя при стимуляции естественной микробиоты. Кора, смешанная с тяжелой почвой, способствует аэрированию почвы, предотвращает уплотнение, увеличивает водопоглощение и уменьшает эрозию почвы .
Кора содержит разнообразные органические вещества, в том числе и легкоразлагаемые, и минеральные соединения, важные для питания растений. Это позволяет возвращать в круговорот природы изъятую у нее органическую часть, необходимую для нормального функционирования почвенно-биотического комплекса, что весьма важно для формирования устойчивого климата и экологического каркаса на территориях бассейна реки Амур, за который несут ответственность и лесные насаждения, благодаря которым происходит не только поглощение углекислого газа, но и поддержание углеродного баланса и водно-минерального обмена всего Амурского бассейна.
Леса промышленного назначения наиболее активны в процессе углеродного и водно-минерального обмена и это требует кардинального пересмотра технологий лесовосстановления, в частности наиболее рационального использования древесных отходов для производства органических и органоминеральных удобрений. Такое направление приобретает особую перспективность в связи с тем, что интенсивное земледелие приводит к быстрому снижению плодородия почв из-за минерализации гумуса. Несмотря на определенный опыт, получение органических и органо-минеральных удобрений на основе древесной биомассы остается актуальной задачей, в частности для Хабаровского края, и требует дальнейших исследований в этой области, особенно в период актуализации вопросов продовольственной безопасности и импортозамещения, что также неразрывно связано с обеспечением качественного плодородия почв.
Таблица 1 - Сравнение различных методов компостирования древесных отходов
Метод компостирования | Преимущества метода | Ограничения метода |
Термическое | быстрое разложение? благодаря высоким температурам? уничтожение патогенов и сорняков | необходимость контроля температуры? потребность в большом количестве материалов для достижения необходимой температуры |
Аэробное | эффективное разложение органических веществ, высокое содержание питательных вещества в конечном продукте | требует регулярного переворачивания, возможность неприятного запаха при недостаточной аэрации |
Анаэробное | не требует постоянного контроля, может использоваться в замкнутых системах | долгий процесс разложения, низкое качества конечного продукта (меньше питательных веществ) |
Вермикомпостирование | Высокая эффективность переработки, получение высококачественного вермикомпоста | необходимость контроля условия (влажность, температура), ограниченная способность к переработке больших объемов |
Боксовое | удобство в использовании, защита от внешних факторов (погода, животные) | ограниченная площадь размещения, необходимость периодического контроля и обслуживания |
Компостирование в кучах | простота реализации, возможность переработки больших объемов | долгий процесс разложения, необходимость контроля условий (влажность, температура) |
Микробиологическое | простота реализации, не требует особых условий, возможность переработки больших объемов, получение стабильного состава питательных веществ в конченом продукте | подготовка микроорганизмов, необходимость контроля условий (влажность, температура) и периодического обслуживания |
Как видно из приведенной таблицы, каждый метод имеет как преимущества, так и недостатки, выбор метода зависит от конкретных условий, доступных ресурсов и целей переработки. Следует отметить, что для получения продукта с высоким содержанием питательных веществ (а значит и более высокой добавленной стоимостью) оптимальным будет микробиологический метод разложения.
Далее были проанализированы возможные экологические и технологические риски методы микробиологического компостирования древесных отходов (таблица 2).
Таблица 2 - Оценка экологически рисков и мер по их предупреждению
Риск | Причина возникновения | Меры по предупреждению |
Загрязнение почвы и воды | при неправильном компостировании может произойти вымывание питательных веществ и загрязняющих веществ в грунтовые воды | Правильное размещение компостных куч – удаление компостных куч от источников воды и использование барьеров для предотвращения вымывания питательных веществ |
Выделение неприятных запахов | неправильное соотношение углерода и азота, а также недостаточная аэрация могут привести к образованию сероводорода и других неприятных запахов | Соблюдение правильного соотношения материалов – подбор компонентов с учетом соотношения углерода и азота (C:N), что способствует оптимальному разложению и предотвращает образование запахов |
Патогенные организмы | если компост не достигает достаточной температуры, это может привести к выживанию патогенных микроорганизмов | Термическая обработка – обеспечение достижения необходимых температур (60-70°C) для уничтожения патогенов и семян сорняков. Это можно достичь путем периодического переворачивания компоста |
Неправильное управление процессом | нехватка контроля за параметрами (температура, влажность, аэрация) может привести к неэффективному разложению и образованию токсичных веществ | Мониторинг и контроль – регулярный мониторинг температуры, влажности и аэрации в процессе компостирования. Использование термометров и влагомеров для контроля условий Использование добавок – применение специальных добавок (например, активных микробных культур), которые могут ускорить процесс разложения и улучшить качество конечного продукта |
Неэффективное использование ресурсов | Неправильное соотношение компонентов может привести к образованию неполноценного компоста, что снижает его полезные свойства | Обучение и информирование – проведение обучающих семинаров для работников, занимающихся компостированием, по правильным методам и техникам управления процессом. Анализ конечного продукта – регулярный анализ готового компоста на содержание питательных веществ и наличие патогенов, что позволит оценить его безопасность и эффективность для использования в сельском хозяйстве |
Эти меры помогут минимизировать экологические и технологические риски, связанные с микробиологическим компостированием, обеспечивая более эффективный и безопасный процесс переработки древесных отходов.
Имеется зарубежный опыт использования древесных отходов для глубокого разложения древесины. Например, в Канаде изучалась эффективность компостирования древесных отходов с использованием различных штаммов грибов. Результаты показали, что инокуляция компоста специфическими видами грибов, такими как Pleurotus ostreatus, значительно ускоряет разложение древесины и увеличивает содержание доступных питательных веществ
. Исследовалась роль микробиоты в процессе компостирования, подчеркивая важность разнообразия грибов для оптимизации разложения сложных органических материалов. Разнообразие видов микромицетов способствует более полному разложению лигнина и целлюлозы .В одном из исследований изучалась роль добавления древесного угля в компостные смеси, что способствовало увеличению активности микроорганизмов и улучшению структуры почвы. Древесный уголь также служит средой для обитания полезных микроорганизмов
.В Австралии
использовали технологию термофильного компостирования для достижения высоких температур, уничтожающих патогены и семена сорняков. Это особенно важно для получения безопасного биофертилизатора.4. Заключение
Мировой опыт микробиологического компостирования древесных отходов предоставляет ценные знания и методы, которые могут быть адаптированы для условий Хабаровского края. Использование местных видов грибов, внедрение технологий термофильного компостирования и добавление древесного угля могут значительно улучшить процессы переработки древесных отходов и производства биофертилизаторов. Это не только поможет в управлении отходами, но и будет способствовать устойчивому развитию сельского хозяйства в регионе.
Таким образом, разработка решений в области создания биоудобрений на основе отходов лесной промышленности в Хабаровском крае является перспективным решением для лесного комплекса – как источника образования отходов для переработки. Потенциальными заказчиками могут стать сельскохозяйственные предприятия края, а также организации осуществляющие мероприятия по лесовосстановлению и восстановлению антропогенно-нарушенных территорий.