Сравнительное исследование биопрепаратов для ускоренной деструкции конского навоза с опилками

Введение: Органические отходы животноводства представляют собой одновременно ценный ресурс и источник экологических рисков. Эффективная их утилизация позволяет снизить выбросы парниковых газов, контролировать эпидемиологические угрозы и восстанавливать плодородие почв. Переработка конского навоза с высоким содержанием древесной подстилки, характерного для конных клубов, остаётся малоизученной. С учётом устойчивости лигноцеллюлозных компонентов к микробной деградации актуален отбор и валидация биопрепаратов, способных ускорить компостирование таких субстратов.

Цель: Провести сравнительную оценку эффективности микробиологических препаратов по показателям темпов деструкции, агрономической ценности полученных субстратов и содержания водорастворимых форм элементов питания.

Материалы и методы: Эксперимент включал заложение буртов из свежего конского навоза с опилочной подстилкой с добавлением биопрепаратов «Феркон Д», «Феркон ДН», «Биолатик универсал», «Байкал ЭМ-1» и контрольного варианта без обработки. Оценивались температурная динамика, степень усадки буртов, всхожесть и рост кресс-салата и шпината. Содержание водорастворимых форм калия и фосфора определяли методом капиллярного электрофореза с использованием системы «Капель-105М». 

Результаты: Варианты с внесением биопрепаратов продемонстрировали ускоренную термофильную фазу компостирования и улучшенные характеристики зрелого компоста по сравнению с контролем. Наиболее выраженные эффекты наблюдались при использовании препарата «Феркон ДН»: максимальная температура (41 °С), наибольшая усадка бурта, высокая всхожесть семян, значительное увеличение длины проростков (до 15,54 см у кресс-салата и 3,86 см у шпината, p < 0,001), а также наибольшее содержание калия (0,19 %) и фосфора (0,28 %).

Выводы: Исследование подтвердило эффективность применения биопрепаратов для ускоренной деструкции конского навоза с древесной подстилкой. Наилучшие результаты показал препарат «Феркон ДН», эффективность которого, вероятно, обусловлена действием ферментного комплекса с целлюлазой и бактериями Bacillus thuringiensis. Полученные данные указывают на перспективность использования данного препарата в условиях фермерских хозяйств при переработке лигноцеллюлозосодержащих субстратов.

1. Беловежец, Л. А. (2019). Способ утилизации древесных опилок с применением композиции дереворазрушающих микроорганизмов для получения комплексного органо-минерального удобрения (Патент РФ № 2701942 C1). Российская Федерация. Заявитель: Иркутский институт химии им. А. Е. Фаворского СО РАН. https://yandex.ru/patents/doc/RU2701942C1_20191002

2. Тарабукина, Н. П., Неустроев, М. П., Парникова, С. И., & Степанов, А. И. (1996). Штамм бактерий Bacillus subtilis, используемый для обеззараживания птичьего помета и навоза от патогенных микроорганизмов (Патент РФ № 2105810 C1). Российская Федерация. Заявитель: Научно-производственное объединение "Якутское" СО РАСХН.

3. Федоров, А. Б., Кулагина, Е. М., & Титова, В. Ю. (2012). Способ получения биокомпоста на основе навоза крупного рогатого скота (Патент РФ № 2445296 C1). Российская Федерация, МПК C05F 3/00, C05F 11/08, C12N 1/20. Заявка № 2010135319/13 от 23.08.2010; опубликован 20.03.2012. Заявитель: ООО «СКАРАБЕИ». https://yandex.ru/patents/doc/RU2445296C1_20120320

4. Чекасина, Е. В., Лежнев, М. А., Слынько, В. И. [и др.]. (1996). Способ биологической переработки птичьего помета (Патент РФ № 2055823 C1). Российская Федерация, МПК C05F 11/08, C12P 39/00. Заявка № 93030782/13 от 17.06.1993; опубликован 10.03.1996.

5. Abdugheni, R., Li, L., Yang, Z.-N., Huang, Y., Fang, B.-Z., Shurigin, V., Mohamad, O. A. A., Liu, Y.-H., & Li, W.-J. (2023). Microbial risks caused by livestock excrement: Сurrent research status and prospects. Microorganisms, 11(8), 1897. https://doi.org/10.3390/microorganisms11081897

6. Aguilar-Paredes, A., Valdés, G., Araneda, N., Valdebenito, E., Hansen, F., & Nuti, M. (2023). Microbial community in the composting process and its positive impact on the soil biota in sustainable agriculture. Agronomy, 13(2), 542. https://doi.org/10.3390/agronomy13020542

7. Alegbeleye, OO, & Sant'Ana, AS. (2020). Manure-borne pathogens as an important source of water contamination: An update on the dynamics of pathogen survival/transport as well as practical risk mitigation strategies. International Journal of Hygiene and Environmental Health, 227, 113524. https://doi.org/10.1016/j.ijheh.2020.113524

8. Bhave, P. P., & Kulkarni, B. N. (2019). Effect of active and passive aeration on composting of household biodegradable wastes: A decentralized approach. International Journal of Recycling of Organic Waste in Agriculture, 8, 335-344. https://doi.org/10.1007/s40093-019-00306-7

9. De Maayer, P., Anderson, D., Cary, C., & Cowan, D.A. (2014). Some like it cold: understanding the survival strategies of psychrophiles. EMBO Reports, 15(5), 508-17. https://doi.org/10.1002/embr.201338170.

10. Chen, X., Liu, R., Hao, J., Li, D., Wei, Z., Teng, R., & Sun, B. (2019). Protein and carbohydrates drive microbial responses in diverse ways during different animal manure composting. Bioresource Technology, 271, 482–486. ttps://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.09.096

11. Chen, X., Cheng, W., Li, S., Tang, X., & Wei, Z. (2021). The "quality" and "quantity" of microbial species drive the degradation of cellulose during composting. Bioresource Technology, 320(Pt B), 124425. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.124425

12. Gómez, X., Blanco, D., Lobato, A., Calleja, A., Martínez-Núñez, F., & Martin-Villacorta, J. (2011). Digestion of cattle manure under mesophilic and thermophilic conditions: Characterization of organic matter applying thermal analysis and 1H NMR. Biodegradation, 22(3), 623–635. https://doi.org/10.1007/s10532-010-9436-y

13. Guo, X. X., Liu, H. T., & Wu, S. B. (2019). Humic substances developed during organic waste composting: Formation mechanisms, structural properties, and agronomic functions. The Science of the Total Environment, 662, 501–510. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.01.137

14. Hadin, S., & Eriksson, O. (2016). Horse manure as feedstock for anaerobic digestion. Waste Management, 56, 506–518. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2016.06.023

15. Heinonen-Tanski, H. (2001). Quality of different bedding materials and their influence on the compostability of horse manure. Journal of Equine Veterinary Science, 21(3) 125-130. https://doi.org/10.1016/S0737-0806(01)70108-6

16. Heinonen‐Tanski, H., Mohaibes, M., Karinen, P., & Koivunen, J. (2006). Methods to reduce pathogen microorganisms in manure. Livestock Science, 102, 248-255. https://doi.org/10.1016/j.livsci.2006.03.024

17. Jiang, X., & Wang, J. (2024). Biological control of Escherichia coli O157:H7 in dairy manure-based compost using competitive exclusion microorganisms. Pathogens, 13(5), 361. https://doi.org/10.3390/pathogens13050361

18. Kumawat, A., Kumar, D., Shivay, Y.S., Bhatia, A., Rashmi, I., Yadav, D., & Kumar, A. (2023). Long-term impact of biofertilization on soil health and nutritional quality of organic basmati rice in a typical ustchrept soil of India. Frontiers in Environmental Science, 11, 1031844. https://doi.org/10.3389/fenvs.2023.1031844

19. Lalthlansanga, C., Pottipati, S., Sreeram Meesala, N., Mohanty, B., & Kalamdhad, A. S. (2023). Evaluating the potential of biodegradation of swine manure through rotary drum composting utilizing different bulking agents. Bioresource Technology, 388, 129751. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.129751

20. Li, Y., Zhang, G., Xu, P., Zhou, S., Li, Y., Ma, L., Yang, Z., & Wu, Y. (2022). Effects of exogenous bacterial agents on material transformation and microbial community composition during composting of tomato stalks. Sustainability, 14(23), 16284. https://doi.org/10.3390/su142316284.

21. Li, Y., Li, J., Chang, Y., Li, R., Zhou, K., Zhan, Y., Wei, R., & Wei, Y. (2023). Comparing bacterial dynamics for the conversion of organics and humus components during manure composting from different sources. Frontiers in Microbiology, 14, 1281633. https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1281633

22. Liu, G.L., Yang, Y., Ma, R.N., Jiang, J.H., Li, G.X., Wang, J.N., Wuyun, D.L., & Yuan, J. (2023). Thermophilic compost inoculating promoted the maturity and mature compost inoculating reduced the gaseous emissions during co-composting of kitchen waste and pig manure. Environmental Technology & Innovation, 32, 103427. https://doi.org/10.1016/j.eti.2023.103427

23. Liu, X., Rong X., Yang J., Li H., Hu W. & Yang Y., Jiang G., Xiao R., Deng X., Xie G., Luo G., Zhang J. (2023). Community succession of microbial populations related to CNPS biological transformations regulates product maturity during cow-manure-driven composting. Bioresource Technology, 369, 128493. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.128493

24. Lynd, L. R., Weimer, P. J., van Zyl, W. H., & Pretorius, I. S. (2002). Microbial cellulose utilization: fundamentals and biotechnology. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 66(3), 506–577. https://doi.org/10.1128/MMBR.66.3.506-577.2002

25. Payura, R. (2023). Composting of solid household waste and animal manure in response to the current fertilizer crisis - A Recent Review. Science of the Total Environment, 912(15), 169221. https://doi.org/10.1016/J.scitotenv.2023.169221

26. Sarwari, A., Abdieva, G. Z., Hassand, M. H., Mohammad, U. K., & Niazi, P. (2024). Role of microbial communities in compost and plant growth: Structure and function. European Journal of Theoretical and Applied Sciences, 2(2), 23-37. https://doi.org/10.59324/ejtas.2024.2(2).03

27. Su, L., Ren, K., Zhang, Y., & Zhang, L. (2024). Research on the composting technology of cattle and sheep manure based on intelligent and efficient composting equipment and the evaluation standard of decomposition degree. Fermentation, 10(7), 328. https://doi.org/10.3390/fermentation1007032

28. Sun, Q., Wu, D., Zhang, Z., Zhao, Y., Xie, X., Wu, J., Lu, Q., & Wei, Z. (2017). Effect of cold-adapted microbial agent inoculation on enzyme activities during composting start-up at low temperature. Bioresource Technology, 244(Pt 1), 635–640. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.08.010

29. Sun, Q., Zhao, Y., Zhang, H., Mohamed, T. A., & Wei, Z. (2021). The key bacteria as the "Activator" promotes the rapid degradation of organic compounds during the start-up of low-temperature compost. Bioresource Technology, 330, 124950. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.124950

30. Vander Zaag A., Baldé H. (2022). Nutrient recovery abates methane emissions from digestate storage. Bioresource Technology Reports, 18, 101086. https://doi.org/10.1016/j.biteb.2022.101086

31. Wang, X., Wan, J., Jiang, G., Yang, T., Banerjee, S., Wei, Z., Mei, X., Friman, V. P., Xu, Y., & Shen, Q. (2021). Compositional and functional succession of bacterial and fungal communities is associated with changes in abiotic properties during pig manure composting. Waste Management, 131, 350–358. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2021.06.023

32. Wang, W. K., & Liang, C. M. (2021). Enhancing the compost maturation of swine manure and rice straw by applying bioaugmentation. Scientific Reports, 11(1), 6103. https://doi.org/10.1038/s41598-021-85615-6

33. Wang, L., Li, Y., & Li, X. (2024). Microbe-aided thermophilic composting accelerates manure fermentation. Frontiers in Microbiology, 15, 1472922. https://doi.org/10.3389/fmicb.2024.1472922

34. Yin, J., Xie, M., Yu, X., Feng, H., Wang, M., Zhang, Y., & Chen, T. (2024). A review of the definition, influencing factors, and mechanisms of rapid composting of organic waste. Environmental Pollution, 342, 123125. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2023.123125

35. Nleya, Y., Young, B., Nooraee, E., & Baroutian, S. (2024). Anaerobic digestion of dairy cow and goat manure: Comparative assessment of biodegradability and greenhouse gas mitigation. Fuel, 381, Part B, 133458. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2024.133458

36. Zhang, G., & Dong, Y. (2022). Design and application of an efficient cellulose-degrading microbial consortium and carboxymethyl cellulase production optimization. Frontiers in Microbiology, 13, 957444. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.957444

37. Zhang, Z., Wang, B., Chen, C., Zou, X., Cheng, T., & Li, J.-H. (2023). Aerobic co-composting of mature compost with cattle manure: Organic matter conversion and microbial community characterization. Bioresource Technology, 382, 129187. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.129187