Он успешно заменяет химические удобрения и органические удобрения животного происхождения. Использование компоста улучшает структуру почвы, её водный и воздушный режимы. На лёгких грунтах компост увеличивает водоудерживающую способность почвы, на тяжёлых – улучшает аэрацию почвы. Компост является комплексным многокомпонентным удобрением, содержащим все необходимые растениям макрои микроэлементы. Вместе с компостом в почву поступают полезные микроорганизмы, которые улучшают состояние корней, увеличивая тем самым устойчивость растений. Кроме того, вместе с компостом в почву поступает её важнейший компонент – гумус. Процесс компостирования позволяет лучше управлять балансом органического вещества в почве. Для производства компоста используют различные отходы продукции растениеводства и животноводства.
Компостирование – технология далеко не новая. Ее использовали еще более 4,5 тысячелетий назад в Месопотамии, на землях между реками Тигр и Евфрат. Компост умели изготавливать древние римляне, греки, египтяне. Сохранились подтверждающие это письменные источники. Так, за две тысячи лет до наших дней, во времена ранней Римской империи, об этом писал Луций Юний Модерат Колумелла. В своем трактате «О сельском хозяйстве» он описал метод получения удобрений из органических отходов. Упоминания об использовании подобных удобрений есть даже в Талмуде, Коране и Библии.
Тем не менее, в XIX веке компостирование постепенно стало терять свое значение, потому что появились более удобные в использовании готовые синтетические минеральные удобрения.
По окончании Второй мировой войны сельское хозяйство стало пользоваться результатами научных разработок: химические удобрения пришли на смену компосту.
В 1962 году вышла в свет книга Рейчел Карсон (Rachel Carson) «Silent Spring» (Безмолвная весна), посвященная результатам повсеместного злоупотребления пестицидами и другими загрязнителями. Многие начали заново открывать для себя преимущества органических удобрений.
Еще ранее была книга сэра Альберта Говарда (Albert Howard) «An Agricultural Testament» (Завет хлебопашца), вышедшая в свет в 1943 году. Книга вызвала огромный интерес к природоподобным методам в сельском хозяйстве.
Регенеративное почвосберегающее земледелие нельзя назвать возвратом к старому, так как в его распоряжении имеются все достижения современной науки. Все химические и микробиологические процессы, протекающие в процессе компостирования, изучены, и это дает возможность регулировать и направлять процесс в нужную сторону.
Компост представляет собой смесь ингредиентов, используемых в качестве удобрения для растений и для улучшения физических, химических и биологических свойств почвы. Обычно его готовят путем разложения растительных и пищевых отходов, переработки органических материалов и навоза. Полученная смесь богата питательными веществами для растений и полезными организмами, такими как бактерии, простейшие, нематоды и грибки.
Преимущества компоста включают в себя обеспечение питательных веществ для сельскохозяйственных культур в качестве удобрения, действие в качестве кондиционера почвы, увеличение содержания гумуса или гуминовой кислоты в почве и внесение полезных микробов, которые помогают подавлять патогенные микроорганизмы в почве и уменьшают количество болезней, передаваемых через почву.
Гумус, поступающий в почву вместе с компостом, – основное органическое вещество почвы, содержащее питательные вещества, необходимые высшим растениям. Гумус составляет 85-90% органического вещества почвы и является важным критерием при оценке её плодородия.
Латинское название «humus» (гумус), которое используют наравне со словом «перегной», произошло от египетского слова, обозначающего плодородный ил, который ежегодно при разливе Нила покрывал египетские поля, позволяя существовать величайшей древней цивилизации. Слово «перегной» лучше отражает суть процесса, в результате которого он образуется. Части растений должны сгнить, т.е. разложиться до такой степени, что нельзя распознать структуру тканей, из которых всё образовалось. Это главный признак, приводимый в научных определениях. Гумус до настоящего времени полностью не изучен, и лишь часть компонентов, входящих в его состав, известна науке, однако миллионы лет он выполняет свою функцию. В почве идёт непрерывный процесс формирования и распада, который позволяет растениям расти и развиваться, обеспечивая им питательные вещества и разлагая отмершие части. Поэтому в почве находится большее или меньше количество органического вещества (создаваемого живыми организмами или происходящего из них).
Далеко не везде климат способствует накоплению гумуса. Достаточно длительный период вегетации, долгие засушливые периоды способствуют его минерализации. Считается, что 7080% органического вещества подвергается в почве минерализации, а 20-30% гумификации, т.е. созданию гумуса. В процессе компостирования мы будем иметь дело именно с явлением гумификации.
Процесс разложения гумуса называется минерализацией. На практике мы заботимся о поддержании количества гумуса в почве на характерном для её типа уровне. Процессы гумификации и минерализации протекают одновременно и находятся в равновесии, благодаря чему растения получают необходимые питательные вещества, но содержание гумуса не уменьшается.
Пахотный горизонт почвы (20 см) на площади 1 га весит около 3000 тонн, и чистого гумуса (в сухой массе) в почве с его содержанием 1% будет около 30 тонн и соответственно при 2%-м содержании – 60 тонн. Содержание гумуса в почве можно определить в агрохимических лабораториях. В хорошо подготовленном компосте (в котором закончились процессы гумификации) при влажности 80% (влажность свежевыжатой губки) содержится 0,2 тонны гумуса, а при влажности 60% (слегка влажный) – 0,4 тонны.
Микробиологические аспекты компостирования
Компостирование представляет собой динамический процесс, протекающий благодаря активности сообщества живых организмов различных групп.
Основные группы организмов, принимающих участие в компостировании:
микрофлора – бактерии, актиномицеты, грибы, дрожжи, водоросли;
микрофауна – простейшие;
макрофлора – высшие грибы;
макрофауна – двупароногие многоножки, клещи, ногохвостки, черви, муравьи, термиты, пауки, жуки.
В процессе компостирования принимает участие множество видов бактерий (более 2000) и не менее 50 видов грибов. Эти виды можно подразделить на группы по температурным интервалам, в которых каждая из них активна. Для психрофилов предпочтительна температура ниже 20 градусов Цельсия, для мезофилов – 20-40 градусов Цельсия и для термофилов – свыше 40 градусов Цельсия. Микроорганизмы, преобладающие на последней стадии компостирования, являются, как правило, мезофилами.
Хотя количество бактерий в компосте очень велико (10 млн.– 1 млрд. м.к./г влажного компоста), из-за малых размеров они составляют менее половины общей микробной биомассы.
Актиномицеты растут гораздо медленнее, чем бактерии и грибы, и на ранних стадиях компостирования не составляют им конкуренции. Они более заметны на последующих стадиях процесса, когда их становится очень много, и налет белого или серого цвета, типичный для актиномицетов, отчетливо виден на глубине 10 см от поверхности компостируемой массы. Их численность ниже численности бактерий и составляет порядка 100 тыс. – 10 млн. клеток на грамм влажного компоста.
Грибы играют важную роль в деструкции целлюлозы, и состояние компостируемой массы должно регулироваться таким образом, чтобы оптимизировать активность этих микроорганизмов. Важным фактором является температура, так как грибы погибают, если она поднимается выше 55 градусов Цельсия. После понижения температуры они вновь распространяются из более холодных зон по всему объему.
В процессе компостирования принимают активное участие не только бактерии, грибы, актиномицеты, но и беспозвоночные. Эти организмы сосуществуют с микроорганизмами и являются основой «здоровья» компостной кучи. В дружной команде компостеров – муравьи, жуки, сороконожки, гусеницы озимой совки, ложные скорпионы, личинки фруктового жука, многоножки, клещи, нематоды, дождевые черви, уховертки, мокрицы, ногохвостки, пауки, пауки-сенокосцы, энхитрииды (белые черви) и др. После того, как достигнут максимум температуры, компост, остывая, становится доступным для широкого ряда почвенных животных.
Многие почвенные животные вносят большой вклад в переработку компостируемого материала посредством его физического дробления. Эти животные также способствуют перемешиванию разных компонентов компоста. В умеренном климате главную роль в заключительных стадиях процесса компостирования и дальнейшего включения органического вещества в почву играют земляные черви.
Процесс компостирования. Главные принципы правильного компостирования
Процесс компостирования происходит главным образом с помощью бактерий. Поэтому нужно создать им наилучшие условия для развития. Для этого необходимо знать несколько простых законов природы, влияющих на компостирование.
Вода
Бактерии и грибы могут жить и размножаться только во влажной среде. В компостировании нам необходимо быстрое разложение. Чтобы компостирование проходило правильно, необходимо постоянно поддерживать соответствующую влажность. Идеальная влажность – 50-60%. Следует взять горсть компоста из внутренней части компостного бурта в руку (верхняя часть бурта обычно пересыхает) и сильно сжать: вода не должна капать, может появиться капля, но рука (перчатка) должна быть мокрой. Если рука едва увлажнилась или осталась сухой, значит, компост слишком сухой – процессы компостирования значительно замедлились, и возникает риск сильного развития грибов, которые перерабатывают бурт медленнее, чем бактерии. Если при сжатии из горсти течёт вода, это означает, что бурт переувлажнён. В этом случае снижается температура и начинаются очень неблагоприятные анаэробные процессы, медленные и являющиеся причиной отвратительного запаха.
Температура
Мы упоминали о возможном падении температуры внутри бурта как о неблагоприятном процессе. Можно принять правило, что с повышением температуры на 10⁰С скорость разложения удваивается. Процессы в бурте с температурой 30⁰С будут идти в два раза быстрее, чем при температуре 20⁰С, а при 40⁰С – в два раза быстрее, чем при 30⁰С и в четыре раза быстрее, чем при 20⁰С. Температура бурта может достигать 70⁰С, и тогда скорость биологических процессов вновь уменьшается, так как большинство микроорганизмов погибает. Если допустить снижение температуры ниже 10⁰С, то биологические процессы значительно замедляются, чтобы полностью прекратиться при 0⁰С.
Кислород
Наряду с температурой на скорость компостирования влияет наличие воздуха, а точнее ― кислорода. В этом случае разница между скоростью процессов разложения с доступом или без доступа воздуха огромна. Аэробные процессы протекают в десять раз быстрее, чем анаэробные! Анаэробные процессы не только значительно медленнее, но и дают наиболее неприятные запахи. Бурт, залитый водой, которая вытесняет воздух из пространства между компостируемым материалом, начинает гнить. На практике можно наблюдать разницу между аэробным и анаэробным разложением. Силосную массу утрамбовывают, чтобы вытеснить из неё воздух, и после подкисления (в кислой среде бактерии прекращают развитие) силос может храниться очень долго. Достаточно открыть силос или каким–либо другим способом дать доступ воздуху – начинается процесс разложения. В большинстве способов компост перемешивается, когда верхний слой, богатый воздухом, перемещается так, чтобы оказался в середине бурта, а внутренний слой, влажный и уплотнённый, перемещается наружу, где насыщается воздухом.
Измельчение
Материал в бурте нужно измельчить до частиц размером от 3 мм до 1,5 см. Даже трудноразлагаемые частицы дерева, ветви или кости, если они хорошо измельчены, исчезают в компосте без следа. Измельчая крупные частицы, мы увеличиваем таким образом поверхность, к которой имеют доступ микроорганизмы, воздух и вода. Поэтому измельчитель ветвей, топор или тесак являются хорошими помощниками для производителя компоста. Даже солому желательно предварительно измельчить. В противном случае сохраняется пустое пространство между узлами, солома слабее насыщается водой и дольше разлагается.
Закваска (внесение микроорганизмов)
Компостная масса разлагается главным образом за счёт микроорганизмов. Споры и живые бактерии находятся на всех компостируемых частях, но в слишком малом количестве. Пока они размножатся, потребуется много времени. Поэтому в новый бурт необходимо вначале внести культуру микроорганизмов. Для этих целей можно использовать созревший компост из другого бурта. В нём содержатся споры и живые микроорганизмы всех групп, принимающие участие в компостировании. В роли закваски может выступать перепревший навоз или хорошая плодородная земля. В торговле есть также готовые препараты, содержащие специальную компостную закваску. Можно использовать также препарат ЕМ (эффективные микроорганизмы), который содержит отобранные штаммы бактерий и инициирует множество изменений в почве.
Соотношение углерода к азоту (C:N)
Бактериям для быстрого размножения необходимы, помимо воды и воздуха, строительный материал и энергия. Бактерии состоят из белков, в состав которых входит азот, поэтому этот элемент является главным строительным материалом. Получить его можно при разложении растительных белков. Сырьё для компостирования, богатое белком, является источником азота (N).
Для развития бактерий необходима также энергия. Её источником является углерод (С), входящий в состав живых организмов. Больше всего углерода содержат:
- целлюлоза, наибольшее количество которой содержится в старых либо высохших стеблях, древесине;
- лигнин (от лат. lignum – дерево, древесина), входящий в состав древесины;
- крахмал и сахара, входящие в состав запасающих частей растений и многие другие вещества.
Быстрее всего процесс компостирования идёт, когда отношение углерода к азоту (записывается как C:N) составляет от 25:1 до 35:1. Таким образом, углерода должно быть больше, чем азота в 25-35 раз. В случае если углерод превышает азот более чем в 35 раз, то процесс компостирования замедляется; если углерод превышает азот менее чем в 20 раз, то появляется проблема с неприятным запахом (его выделяют разлагающиеся белки).
Наилучшие условия для быстрого созревания компоста приведены в Таблице 1.
Ниже приведён список наиболее популярных материалов для компостирования (Таблица 2).
.jpg)
Фазы компостирования
Если мы правильно подготовим бурт и выполним четыре главных условия, т.е. бурт будет увлажнён, хорошо разрыхлён (насыщен воздухом), будет оптимальное соотношение углерода и азота, будет использована закваска, то практически сразу начнётся процесс компостирования, станет расти температура. Температура является лучшим показателем скорости и текущей фазы компостирования. Если мы хотим удостовериться, что процесс компостирования начался, нужно измерить температуру. Уже через 2-3 дня температура должна значительно увеличиться.
Наиболее распространённый температурный режим при быстром разложении показывает график.
.jpg)
Начальная фаза (ФН)
Микроорганизмы в течение нескольких часов поглощают весь кислород, находящийся в пространстве внутри бурта. Если доступа кислорода не будет, начнутся медленные анаэробные процессы. К счастью, аэробный распад является процессом, при котором выделяется большое количество тепла (его научное название «экзотермический процесс», т.е. процесс, сопровождающийся выделением тепла в окружающую среду). Внутри бурта, если он не слишком плотно уложен или имеет дренажную основу, формируется ток воздуха наподобие печной трубы: тёплый воздух с малым количеством кислорода поднимается вверх, засасывая обогащённый кислородом воздух от основания бурта. (Схема 2)
.jpg)
Середина бурта – самая высокая температура. При сохранении достаточной пористости при температуре 40-60°C воздух нагревается и создаётся конвекционное движение вверх. Начальная фаза длится несколько дней. В этот период идёт интенсивное размножение бактерий. Чем их больше, тем выше становится температура, так как все они выделяют тепло, что, в свою очередь, ускоряет процесс разложения. Поэтому за несколько дней температура может достичь 60⁰С. Снижается рН, так как образуются органические кислоты.
Фаза интенсивного разложения (ФИ)
Фаза интенсивного разложения очень важна. Под воздействием высокой температуры, держащейся в течение нескольких дней, гибнут различные вредные организмы, в том числе вредные для человека бактерии, яйца паразитов и даже семена сорняков. Однако следует помнить, что наивысшая температура поддерживается внутри бурта и снижается она при перемещении к его наружным частям, охлаждающимся за счёт притока воздуха. Поэтому сорняки с семенами можно при необходимости поместить в центр бурта. Но лучше всё-таки избегать компостирования сорняков с созревшими семенами. Фаза интенсивного компостирования длится от нескольких дней до нескольких недель. В этот период разлагаются более лёгкие для разложения соединения: сахара, органические кислоты, крахмал. Растёт кислотность внутри бурта, что может привести к потерям азота, который в аммиачной форме может улетучиваться.
Фаза разложения (ФР) (собственно компостирование)
Бурт заметно остывает. Наблюдается также заметное снижение объёма бурта. Эта фаза длится максимум несколько недель. В этот период происходит разложение трудноразлагаемых целлюлозы, лигнина, жиров, смол. К концу фазы разложения в бурте появляются черви и грибы.
Фаза созревания компоста (ФС)
Эту фазу называют также вторичным компостированием. Бурт продолжает охлаждаться. В нём находится большое количество мелких животных: паукообразных, многоножек, червей. Образуется стабильная часть компоста – гумус. Эта фаза длится от нескольких недель до нескольких месяцев.
Фаза зрелости (ФЗ)
Температура внутри бурта соответствует температуре снаружи, в бурте отсутствуют насекомые и черви. После отсева крупных неразложившихся частиц масса имеет вид и запах почвы.
Конечный результат
Конечным результатом этапа образования компоста является стабилизация органических веществ. Степень стабилизации относительна, поскольку окончательная стабилизация органического вещества связана с образованием СО2, Н2О и минеральной золы.
Желательная степень стабильности – та, при которой не возникает проблем при хранении продукта даже во влажном состоянии. Сложность заключается в том, чтобы определить этот момент. Темный цвет, типичный для компоста, может появиться задолго до достижения нужной степени стабилизации. То же можно сказать о «запахе почвы».
Кроме внешнего вида и запаха, параметрами стабильности являются: окончательное падение температуры, степень самонагревания, количество разложившегося и стабильного вещества, повышение окислительно-восстановительного потенциала, поглощение кислорода, рост нитевидных грибов, крахмальная проба.
Пока не разработаны однозначные критерии для оценки приемлемых уровней стабильности и «зрелости» компоста. Компостирующий потенциал можно определить путем оценки темпов конверсии органических соединений в почвенные составляющие и гумус, повышающие плодородие почв.
Место для компостирования
Чаще всего компостирование проводят на временных полевых площадках. Некоторые сельхозпроизводители укладывают бурты на тех полях, на которых планируется вносить готовое удобрение. В других случаях целесообразнее свозить основу для компоста на одну площадку, а уже с нее развозить готовый компост на все поля хозяйства. Такие временные площадки не рекомендуется использовать дольше 1-2 лет, чтобы избежать загрязнения подземных вод.
Если переработка проводится в течение всего года, устраивают также специальные постоянные площадки для компостирования. Их бетонируют, во многих случаях – строят крышу или навес, который защищает от попадания лишней влаги, снега, создает более комфортные условия для работы техники и персонала.
Также существует технология, предусматривающая строительство специальных помещений туннельного типа для ускоренной переработки органики. В этом случае массу для компостирования закладывают в длинные траншеи из железобетонных конструкций – туннели, находящиеся внутри таких помещений и защищенные от влияния внешней среды. Перемешивание происходит при помощи техники особой конструкции.
Техника для производства компоста
Для получения качественного компоста необходим ворошитель – агрегат или самоходный механизм, с помощью которого производится, в первую очередь, аэрация – насыщение компостной массы воздухом и одновременное удаление лишнего углекислого газа, выделяющегося в процессе жизнедеятельности микроорганизмов. Также ворошители могут выполнять дополнительные функции – увлажнение компостной массы, добавление микробиологических препаратов.
Наиболее распространенная техника для производства компоста в полевых условиях – прицепной ворошитель, или аэратор, который агрегатируется с трактором. Внутри агрегата расположен шнек, который переворачивает компостную массу, насыщая ее воздухом. Обычно такой агрегат снабжен также емкостью для воды или микробиологического препарата и форсунками для разбрызгивания жидкости.
Прицепные ворошители особенно удобны для применения в тех хозяйствах, где не требуется постоянной работы такого агрегата. В этом случае трактор, с которым он агрегатируется, может быть использован и на других работах.
Также существуют самоходные ворошители, являющиеся полностью автономными машинами. Они подойдут тем хозяйствам, где есть необходимость перерабатывать большое количество органики, и где работа такой техники будет постоянной. Часто именно такие машины используют на стационарных площадках для компостирования.
Особая техника нужна в случае применения туннельной технологии для переработки органики. В помещениях, где ее производят, устанавливают специальные туннельные (мостовые) ворошители. Они передвигаются по верхней части стенок туннеля, в котором находится масса для компостирования. Эта технология применяется, в первую очередь, для переработки органической части твердых бытовых отходов на мусороперерабатывающих предприятиях.
Кроме того, может использоваться и другая специализированная техника, например, для накрытия буртов пленкой, защищающей их от высыхания и потерь азота.
Проблемы с компостированием и их решение
На практике часто не всё идёт по плану. Компостный бурт перестаёт «работать», появляются разные запахи и т.п. В этом случае следует руководствоваться рекомендациями, приведёнными в Таблице 3.
.jpg)
