Введение

Достижение цели и задач, поставленных в приоритетном национальном проекте Российской Федерации «Развитие агропромышленного комплекса», приводит к реализации основных направлений, вошедших в Государственную программу развития сельского хозяйства. Базовыми из них являются: обеспечение продовольственной независимости страны; повышение конкурентоспособности российской сельскохозяйственной продукции на внутреннем и внешнем рынках; повышение финансовой устойчивости предприятий агропромышленного комплекса; устойчивое развитие сельских территорий; воспроизводство и повышение эффективности использования в сельском хозяйстве земельных и других ресурсов, экологизация производства [1].

Животноводству и, в частности, птицеводству отводится одно из первых мест в этом. Но расширение производственных площадей и возможностей данной отрасли, к сожалению, неизбежно приводит к возникновению противоречий в массоэнергопотоках и, как следствие, к накоплению отходов, обладающих огромной энергией. Их переработка – насущная проблема многих сельскохозяйственных предприятий, поскольку они не только занимают полезные площади, но и несут угрозу экологии, загрязняя окружающую среду и водоемы токсичными веществами, могут стать источником распространения болезнетворных микроорганизмов [2, 3].

Существует несколько наиболее распространенных способов переработки помета: термическая сушка с последующим гранулированием полученного вещества, компостирование с ускоренным ферментированием и анаэробное сбраживание в биореакторах [4]. Ни один из них в полной мере не решает проблему: первый требует значительных затрат дополнительной энергии, в процессе термообработки, кроме того, теряются полезные вещества; второй требует специализированных площадок, занимающих большие площади, и не всегда ферментирование позволяет ускорить процесс получения органического удобрения; в последнем случае отработанное «топливо» биореактора далеко не изучено с точки зрения применения в сельском хозяйстве, на выходе получаем горючий биогаз, который используют для работы установки, поддержания рабочей температуры в производственных и жилых помещениях, работы газовых установок различного назначения и попутный продукт – жидкое вещество, содержащее определенный набор органических, минеральных соединений, продукты жизнедеятельности микроорганизмов и их живые виды.

Имеется ряд научных исследований, где показано, что при должной переработке данные органические отходы являются хорошим средством повышения плодородия почв [5, 6]. Также отмечается существенное влияние на улучшение микробиологической активности [5, 7, 8]. Сегодня количество деградированных почв и выведенных по этой причине из оборота земель сельскохозяйственного назначения неуклонно растет [9–11]. В связи с этим научные исследования, направленные на изучение вопросов получения и применения агрохимикатов, полученных при переработке отходов животноводства, в частности птицеводства, являются весьма актуальными.

Цель исследования – в лабораторно-вегетационных опытах установить влияние различных концентраций продукта биоэнергетической переработки птичьего помета на всхожесть зерна яровой пшеницы, формирование ее биомассы.

Рабочая гипотеза, определяющая поставленную цель, звучала следующим образом: продукт биоэнергетической переработки птичьего помета (ПБЭПП) является высокоэнергетическим веществом, содержащим в своем составе как элементы питания растений, так и соединения, обладающие стимулирующим действием на ростовые процессы живых организмов, кроме того, анаэробное сбраживание органического субстрата не дает возможности развиваться болезнетворным микроорганизмам, что позволяет использовать продукт и напрямую, как органическое удобрение, и как сырье для производства агрохимикатов природного происхождения.

Материалы и методы исследования

Прежде чем приступить к реализации поставленной цели в лабораторных и полевых условиях, авторам было необходимо провести ряд рекогносцировочных испытаний продукта, полученного при анаэробной биоэнергетической переработке птичьего помета.

Объектом исследований является ПБЭПП, представляющий собой гомогенизированную жидкость коричнево-серого цвета с характерным ярко выраженным запахом. Физико-химический состав ПБЭПП представлен в таблице. Данное вещество не содержит семян жизнеспособных сорных растений и патогенной микрофлоры.

На начальном этапе исследований было необходимо определить возможность использования продукта переработки птичьего помета как удобрения – стимулятора ростовых процессов сельскохозяйственных культур. В качестве тест-культуры была выбрана яровая пшеница, семена которой отобраны по внешним признакам жизнеспособности, откалиброваны по выполненности и массе 1000 зерен. Проведено два рекогносцировочных опыта, направленных на решение поставленных задач. Схемы лабораторных экспериментов включали 6 вариантов, повторяющихся 6 раз: первый однофакторный – раствор продукта различной концентрации, контролем являлась вода дистиллированная; второй двухфакторный – создавались определенная концентрация раствора продукта при обработке семян тест-культуры и питательной среды.

Опыт № 1, варианты:

1. Контроль – вода дистиллированная.

2. 0,001 % раствор.

3. 0,01 % раствор.

4. 0,1 % раствор.

5. 1 % раствор.

6. 10 % раствор.

Физико-химический и микробиологический состав ПБЭПП

Рис. 1. Влияние раствора ПБЭПП различных концентраций на всхожесть семян яровой пшеницы

Условия закладки и проведения: замачивание семян в растворах различной концентрации ПБЭПП с экспозицией 24 ч, равномерное распределение в емкости для проращивания по 20 семян на фильтровальной бумаге (чашки Петри), размещение в сушильный шкаф на 48 ч, температура постоянная 25 ºС. Подсчет взошедших зерен, определение их процентного отношения к нежизнеспособным.

Опыт № 2, фактор А – питательный раствор: Фон 1 – вода дистиллированная; Фон 2 – раствор 0,001 %. Фактор В – обработка семян раствором разной концентрации (варианты):

1. Контроль – вода дистиллированная.

2. 0,001 % раствор.

3. 0,01 % раствор.

4. 0,1 % раствор.

5. 1 % раствор.

6. 10 % раствор.

Условия закладки и проведения: вегетационный сосуд вместимостью 1 кг субстрата; субстрат – прокаленный кварцевый песок; тест-культура – отобранные и откалиброванные семена яровой пшеницы, обработанные растворами различной концентрации (экспозиция – взаимодействие с раствором 5 мин, затем сушка при температуре 30 ºС, 30 мин); увлажнение до 60 % полной влагоемкости субстрата; выращивание в течение 10 суток; измерение и взвешивание частей биомассы.

Достоверность полученных результатов определялась согласно методикам статистической обработки по Б.А. Доспехову [12], с использованием стандартного пакета программ электронных таблиц Microsoft Excel.

Результаты исследования и их обсуждение

Суточное замачивание семян в растворе с последующим проращиванием показало, что в вариантах с использованием 0,001 % и 0,01 % раствора продукта биоэнергетической переработки птичьего помета приводит к существенному повышению всхожести семян пшеницы (рис. 1).

Раствор в концентрации 0,001 % достоверно увеличил всхожесть на 7,5 %, а 0,01 % – соответственно на 8,34 % относительно контрольного варианта. При этом более высокие концентрации в вариантах 4 и 5 оказывали отрицательное влияние на данный показатель. При использовании 10 % раствора отмечается резкое снижение всхожести до 12,5 %, то есть при этом создавались условия, приводящие к гибели зародышей семян тест-культуры.

Рис. 2. Влияние раствора ПБЭПП на биометрические показатели частей тест-культуры

Рис. 3. Влияние ПБЭПП на развитие тест-культуры в условиях краткосрочного вегетационного опыта

При проведении опыта № 2, где в качестве одного из фонов использовалась дистиллированная вода, существенных различий между вариантами опыта не наблюдается, так же при этом достоверно не повлияла на результат, и обработка семян тест-культуры различными вариантами концентраций ПБЭПП. Исключением является 6 вариант, в котором подтверждается то, что даже краткосрочный контакт с продуктом высокой концентрации приводит к резкому снижению жизнеспособности организма, и это необходимо обязательно учитывать в дальнейшей работе с данным веществом.

Иная ситуация отмечена в грунте с насыщенным фоновым раствором 0,001 %, растения заметно лучше и контрастнее сформировали как наземную, так и подземную части (рис. 2). На обоих фонах максимально использованная концентрация для обработки семян (10 %) отрицательно сказалась на развитии и росте пшеницы. Следует отметить, что для оценки достоверности отличий между вариантами опытов при проведении дисперсионного анализа этот вариант не учитывался.

Анализ полученных данных в отношении веса вегетационной массы, выращенной при использовании в качестве фона дистиллированной воды, также показал отсутствие существенных отличий между вариантами. Использование же в качестве фона 0,001 % раствора способствовало формированию в целом более богатой вегетационной массы (рис. 3).

Особенно достоверно выделяется вариант с краткосрочной обработкой семян в 0,1 % раствором, при этом растения сформировались с более развитой как фитомассой, так и корневой системой.

Заключение

Проведенные исследования показали, что продукт биоэнергетической переработки птичьего помета обладает стимулирующим действием на ростовые процессы, но необходимо учитывать и то, что высокие концентрации создают условия ингибирования физиологических процессов, протекающих в растениях, особенно на первых этапах их жизни.

При замачивании семян тест-культуры на 24 ч лучшие результаты получены при использовании продукта в концентрации 0,01–0,001 %, в этом случае всхожесть достоверно увеличивается в среднем на 10 %.

В условиях стерильного грунта, не обладающего необходимым количеством питательных веществ для роста растений, определено, что краткосрочная обработка семян достоверно не оказывает положительного действия, а результат находится в пределах ошибки опыта (Fфакт<Fтеор), применение продукта в качестве питательного раствора с концентрации 0,001 % достоверно улучшает биометрические параметры на начальных этапах онтогенеза растений.

В условиях краткосрочной обработки семян при достаточном уровне питательных веществ в грунте (субстрате) наилучшие достоверные результаты показала концентрация продукта 0,1 %, при этом происходит наибольшее накопление сухого вещества в биомассе растения.