Гармаш С.Н. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ БИОКОНВЕРСИИ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Государственное высшее учебное заведение «Украинский государственный
advertisement
Актуальные вопросы развития высокоэффективных технологий Гармаш С.Н. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ БИОКОНВЕРСИИ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Государственное высшее учебное заведение «Украинский государственный химико-технологический университет», г. Днепропетровск Ежегодно в Украине накапливаются миллионы тонн отходов масложировой, перерабатывающей и др. отраслей промышленности. Например, при переработке 4,0 млн. тонн семян подсолнечника образуется до 1 млн. тонн лузги. В настоящее время около 10 % лузги используется для производства кормовых дрожжей, на некоторых предприятиях она сжигается в котлах. Основная масса отходов вывозится в отвалы [1]. В связи с низкой рентабельностью и экологической опасностью деятельность большинства гидролизно-дрожжевых предприятий приостановлена, и дрожжи для кормовых целей не производятся. На предприятиях Украины (сахарных заводах, зерноперерабатывающих предприятиях, заводах по производству плодоовощных соков, пива, вина и др.) ежегодно накапливаются сотни тысяч тонн отходов, которые в течение суток подвергаются микробиологической порче и практически нигде не используются. Примерно 1–7% этих отходов подсушивают и применяют для получения питательных сред в микробиологической промышленности и в качестве кормовых добавок в рационе сельскохозяйственных животных. Остальная масса, как правило, сбрасывается в канализацию и направляется на сооружения биохимической очистки. Среди новейших технологий современности по утилизации органических и растительных отходов можно выделить технологию вермикомпостирования, которая позволяет с помощью культуры дождевых червей Eisenia fetida из отходов получать экологически безопасные продукты (биогумус, кормовые добавки, лечебно-профилактические препараты и др.). 1. Актуальность проблемы Актуальными задачами оздоровления окружающей среды Украины являются использование экологически безопасных методов переработки промышленных и сельскохозяйственных отходов, восстановление плодородия почв, загрязненных токсичными веществами, радионуклидами и др. Для утилизации отходов применяют физико-химические методы: сжигание, пиролиз твердых бытовых отходов, ремедиация почв и т.п. Однако при их использовании происходит вторичное загрязнение окружающей среды ксенобиотиками. Кроме того, эти методы имеют высокую энергоемкость и стоимость. Одним из перспективных направлений оздоровления окружающей среды является экологическая биотехнология, основанная на использовании живых организмов: бактерий, низших грибов, растений, вермикультуры (дождевых червей). Особенностью биообъектов является их высокая производительность, специфичность деятельности, пластичность к составу перерабатываемых отходов, сравнительно низкая стоимость работ [2]. Вермитехнология – новое направление экобиотехнологии, развитию которого способствовали неблагоприятные изменения в экологии, вызванные деятельностью человека и развитием промышленности. Известно более 3000 видов дождевых червей, но в настоящее время только 10–12 видов используются в различных странах для искусственного разведения. Для культивирования используется продуктивная популяция червя Eiseia fetida, названная "красным калифорнийским червем", выведенная селекционным путем линии навозного червя, которая отличается значительной плодовитостью, утратой инстинкта покидания своего местообитания при неблагоприятных условиях среды, высокой степенью адаптации к переработке специфических видов отходов. Природа наделила дождевых червей уникальными защитными свойствами благодаря мощному комплексу ферментов. На ІІІ Международной научно-практической конференции ведущих ученых, специалистов, предпринимателей и производственников «Вермикультивирование как основа экологического земледелия в ХХІ веке», проходившей в Минске в июне 2013 г., ученые из США, Индии, Беларуси, России, Эстонии, Казахстана и др. стран мира представили свои достижения, перспективы и проблемы в области переработки отходов, получения удобрений и кормовых добавок. Отмечено, что в настоящее время из-за непомерно высокой рыночной стоимости белковой муки животного происхождения (рыбной и мясной) растущим спросом на высококачественный животный белок для использования в интенсивном животноводстве пользуется дождевой червь, который может сыграть ключевую роль. В сухом веществе биомассы червя содержится до 60% полноценного белка с высоким уровнем незаменимых аминокислот, 15% жира, широкий спектр микроэлементов (Fe, Cu, Mn, Zn и т.д.), ферменты, витамины групп А и В, антибиотики [3]. Протеиновая мука из червей применяется в комбикормовой и микробиологической промышленности, грибоводстве, диетическом питании. Например, на Филиппинах в рамках программы продовольственной помощи малоимущим слоям населения выпускается «фарш» из дождевых червей. Вермикультура может быть рекомендована в качестве уникального и возобновляемого источника углеводов, жиров и белков, а получаемая вермимука как полноценный заменитель рыбной и мясной муки. Внесение дождевых червей совместно с биосорбентами увеличивает степень связывания в почве тяжёлых металлов до 40–90% (в зависимости от металла). Изучение биосорбентов и комплексного биогумуса для использования рекультивации дождевых почв, червей, загрязнённых радионуклидами, проводили на почвах 30-километровой зоны Чернобыльской АЭС с удельной радиоактивностью 12,3 Бк/г и 15,8 Бк/г по цезию-137. Установлено, что эти животные активно сорбировали в своём организме радионуклиды. Оптимальное время обработки почвы дождевыми червями составляло два месяца. Также выявлено, что вермикультура и биогумус (копролиты) связывают в почве от 16 до 18% тяжёлых металлов, препятствуя их выходу в почвенный раствор [5]. Отличительной чертой наших дней является повышенный интерес к дождевым червям как к уникальному источнику биологически активных веществ. Только в целомической жидкости дождевых червей находится более 40 протеинов, проявляющих ряд биологических эффектов: цитолитический, протеолитический, гемолитический, противоопухолевый, антибактериальный, антиоксидантный, иммуногенный, связывающий, бета-1,3-глюкансвязывающий и др. митогенный, липополисахаридВ поле зрения исследователей находятся регенеративные свойства, гигантская молекула гемоглобина, нейропептиды, факторы роста. Большинство веществ обладают широким спектром активности, то есть являются полифункциональными. По набору биологически активных компонентов, по своей доступности дождевые черви не имеют равных в мире природы. Регенеративные способности, антибактериальные фибринолитическая и противовирусные активность, свойства, антиоксидантные уникальная свойства энзимов и витаминов, насыщенность незаменимыми аминокислотами, гипоаллергенность – основные “достоинства” дождевого червя [3]. Протеиновая мука широко применяется в комбикормовой промышленности, диетическом питании. Исследования, проведенные учеными на птицах, свиньях, норках, рыбах, крысах и других объектах, показали, что мука из червей по своей питательной ценности не уступает мясокостной и рыбной муке. Расходы пищевых продуктов (пшено, яйца, мясной фарш и т.д.) сокращались до 40%, а себестоимость продукции снижалась до 33%. Выход мяса опытных животных увеличивался на 12% (улучшался вкус мяса за счет повышения содержания белка), прирост рыбы – на 33%, надой молока – на 22%, выход яиц – на 25%, по сравнению со среднестатистическими данными. Применение биомассы в микробиологической промышленности позволяет не только заменить гороховую, мясную муку, но и увеличить выход продуцента антибиотика в пять раз. Вермикомпостирование получает все более широкое применение во всем мире. Одна тонна органических отходов при переработке их червями даёт 600 кг гумусного удобрения и 100 кг биомассы червей, которая отличается высокой питательной ценностью и используется в рационе кормов сельскохозяйственных животных. Биомасса червей содержит протеины, липиды и аминокислоты, пептиды и нуклеотиды, полисахариды, минеральные компоненты. В настоящее время на основе биомассы червя разработаны препараты, регулирующие содержание холестерина в крови человека ("Эпаолай" в Венгрии), растворяющие тромбы, при глазных, кожных заболеваниях, а также для лечения онкозаболеваний. Как известно, за последние 15 лет резко снизилось внесение минеральных и органических удобрений, вследствие чего наблюдается падение урожайности сельскохозяйственных культур и снижение плодородия почв. Это связано, в первую очередь, с высокой стоимостью удобрений и горюче-смазочных материалов, а также со многими экономическими и хозяйственными проблемами. Биогумус является альтернативой химическим удобрениям. Его использование способствует решению проблемы возобновления плодородия почвы, повышения урожайности сельскохозяйственных культур и получению экологически безопасной продукции. При использовании биогумуса и его экстрактов сельскохозяйственные растения приобретают устойчивость к экстремальным стрессовым явлениям погодных условий и болезням. Целью работы является разработка технологии биоутилизации отходов перерабатывающей промышленности (на примере подсолнечной, гречневой и рисовой шелухи) методом вермикультивування для получения экологически безопасного удобрения – биогумуса, его экстрактов, а также исследование их эффективности на овощных культурах. Материалы и методы. В исследованиях использовались лабораторные, полевые, статистические методы; при изучении состава и свойств биогумуса и биогуматов (экстрактов из биогумуса) – комплекс биохимических, физикохимических методов. Результаты исследований. Известно, что диаметр ротового отверстия взрослого червя не превышает 1 мм. Поэтому для получения продукта высокого качества мы подобрали измельчитель для достижения необходимой степени измельчания сырья. Р.В. Фениксова и В.Г. Рибакова [4] показали, что на шаровых и вибромельницах достигается разрушение надмолекулярной структуры целлюлозы. При виброизмельчании происходит значительная аморфизация и делигнификация целлюлозы, что имеет большое значение для дальнейшего ферментативного воздействия на целлюлозу. Нами выбран механический способ (измельчание), так как предобработка проходит в одну стадию. С помощью сканирующего микроскопа была изучена микроструктура разных фракций измельченной подсолнечной лузги. Установлено, что они отличаются между собой: характеризуются игольчатой и сферической формой. Показано, что при вибрационном помоле целлюлоза декристаллизуется в клеточной стенке лузги подсолнечника и происходит аморфизация материала. Показатель декристаллизации свидетельствует об изменении и разрушении надмолекулярной структуры целлюлозы. Подсолнечная лузга является пористым, волокнистым материалом с очень развитой удельной поверхностью, которая достигает 150 м2 /г. Вермикультура адаптирована к проживанию и передвижению в рыхлой среде [5]. В этом отношении измельченная подсолнечная лузга является идеальной средой. Рыхлость субстрата на основе лузги обеспечивает аэрацию, создает оптимальные условия для дыхания червей. Исследования R. Hartenstein [6] показали, что черви поглощают субстрат путем всасывания, поэтому он должен быть достаточно влажным и измельченным. А.А. Клесовым [7] установлено, что необходимым этапом в прохождении ферментативного преобразования целлюлозы является адсорбция целюлолитических ферментов на поверхности субстрата и в ряде случаев L.N. Fan и др. [8] определена корреляция между количеством адсорбируемого фермента и скоростью ферментативной реакции. А.П. Синициним [9] показана взаимосвязь между индексом кристалличности целлюлозы и ее удельной поверхности. Образцы высококристаллической целлюлозы характеризуются достаточно малой удельной поверхностью, в то время как большинство образцов аморфной измельченной целлюлозы имеют розвитую удельную поверхность. А.А. Клесовым и І.П. Рабиновичем [7] доказано, что более высокая реакционная способность целлюлозы наблюдается при значительной удельной поверхности. Титриметрическим и хроматографическим методами мы определили удельную поверхность измельченной подсолнечной лузги, которая для частиц диаметром 0,1-0,2 мм составляла 110 ± 10 м2/г, частиц с d=0,2-0,4 мм - 145 ± 10 м2/г [10]. Существующие способы предобработки (физические, механические, химические, биологические) имеют преимущества и недостатки. D.Y. Ryu [11] отмечено, что преимуществом этих методов является увеличение реакционной способности целлюлозосодержащего сырья, недостатком – высокая материалои энергоемкость, а также необходимость в использовании специальных конструкционных материалов и нейтрализации (регенерации) растворителей, что может привести к загрязнению окружающей среды. Тонкое измельчание позволяет получить однородный помол без сепарации, в котором содержание фракции 100-1000 мкм составляет 87 %. В соответствии с международными стандартами допускается содержание в биогумусе не более 15 % непереработанного вермикультурой сырья [2]. В наших образцах содержание фракции подсолнечной лузги диаметром более 1 мм составляет 14,5 %. В процессе лабораторных исследований и на основании литературных данных нами выбрана мельница роторного типа, измельчающее действие которой обеспечивается сочетанием истирания и удара. На следующем этапе были проведены исследования по вермикультивуванию на субстрате из подсолнечной лузги с разной степенью измельчания: d<100 мкм, d=100 ÷ 300 мкм, d=300 ÷ 500 мкм, d=500 ÷ 1000 мкм, d=500 ÷ 3000 мкм. Биомасса червей на субстрате со степенью измельчения 100 ÷ 300 мкм за 8 недели выросла на 96 %; 300 ÷ 500 мкм – на 98 %; 500 ÷ 1000 мкм – на 61%; 500÷3000 мкм – на 55 %. Таким образом, при проведении лабораторных исследований установлено, что измельченная до степени 300÷500 мкм подсолнечная лузга является наиболее приемлемой для вермикультивирования. По данным Н.Н. Городнего и И.А. Мельника [5] не зависимо от того, какое органическое вещество будут использовать для переработки, оно должно содержать целлюлозу в виде соломы, картона и подобных материалов в количестве не менее 20-25 %. По результатам исследований R. Hartenstein [6] наиболее благоприятным для роста червей является содержание в субстрате 76 % целлюлозы. Результаты проведенных нами исследований показали, что минеральных веществ (до 18 % золы) в рисовой шелухе содержится в 4,5 разы больше, чем в подсолнечной, и в 1,7 раза больше, чем в гречневой. Целлюлозы в гречневой шелухе (до 50 %) значительно больше, чем в подсолнечной и рисовой. Благодаря минеральных вермикультуры, достаточному веществ, для содержанию необходимых приготовления для в шелухе нормального пищевого субстрата целлюлозы и пищеварения не требуется дополнительных добавок. Целлюлоза необходима червям для быстрого роста. Ее количество не является лимитирующим фактором, но обеспечивает быстрый рост микроорганизмов, которых поглощает вермикультура E.foetida. Наибольший прирост биомассы вермикультуры наблюдался в субстрате на основе подсолнечной лузги, а наилучший показатель по воспроизводству – на субстрате из подсолнечной и гречневой шелухи. Куликом А.П. и др. [10] установлено, что микробиологическая подготовка субстратов для использования вермикультуры является одним из ключевых звеньев в технологическом цикле вермикомпостирования. Основная цель ферментации заключается в стабилизации склонных к гниению органических веществ, сохранении большого количества питательных и органических веществ и получении однородного, пригодного для культивирования червей субстрата. Нами установлено, что в гречневой шелухе содержится больше микроорганизмов по сравнению с подсолнечной и рисовой (табл. 1). Таблица 1 Численность и соотношение микроорганизмов в шелухе при ее ферментации по бактериоскопическому методу С.М. Виноградского Вид шелухи Бактерии, % Актиномицеты, % Грибы, % Подсолнечная Общее количество микроорганизмов (тисяч на 1 г шелухи) 1835 78,1 21,2 0,7 Гречневая 2169 69,8 29,6 1,6 Рисовая 1692 80,4 18,7 0,9 Р. Лер [12] установил, что ферментация является микробиологическим процессом, в котором важную роль имеют такие факторы: размер частиц, наличие кислорода для микробного разложения отходов, время для осуществления компостирования, влага, тщательное перемешивание отходов. Процесс аэробного "компостирования" можно разбить на этапы стабилизации и дозревания. На этапе стабилизации температура повышается до термофильного уровня (55 о С) и со следующим постепенным снижением ее до уровня окружающей среды. С повышением температуры происходит размножение бактерий, и органические соединения шелухи легко окисляются, метаболизируются. При выделении избыточной энергии быстро повышается температура (до 55 оС), при которой патогенные микроорганизмы погибают. На показатель температуры влияет наличие кислорода. В процессе расхода энергии температура субстрата постепенно снижается и начинают активно развиваться актиномицеты. При условии доступа воды и кислорода под действием микроорганизмов, находящихся в лузге, разлагаются и гумифицируются органические остатки. Черви потребляют любые органические вещества, прошедшие стадию разогрева при ферментации. Активно потребляя органические вещества, они утилизируют содержащийся в них азот, и возвращают его в окружающую среду в виде аммиака, мочевины. Большая часть азота превращается в аммоний и нитраты. Увеличивается количество подвижных форм фосфора, калия, магния. В процессе переработки субстрата растет его влагоемкость. Все эти свойства повышают ценность отходов подсолнечной, гречневой и рисовой шелухи как органических удобрений после соответствующей переработки. Небольшие размеры частиц субстрата необходимы для увеличения скорости микробного разложения. Измельчение отходов способствует увеличению удельной поверхности и доступности субстрата воздействию ферментов. Рыхлость смесей субстратов обеспечивает аэрацию, которая необходима для поддержания аэробных условий в компосте. Увлажненный субстрат из подсолнечной, гречневой, рисовой шелухи и их смесей закладывали в специальную емкость для ферментации высотой 70 см. С целью улучшения аэрации массы, которая компостируется, активации микробиологической деятельности, выравнивания влаги по всему объему, устранению анаэробных гнилостных зон в глубине бурта, проводили взрыхление субстрата. В начале микроорганизмами ферментации в легкодоступного течение пяти углерода дней лузги в при окислении середине бурта температура повышалась до 50 оС. Так, на вторые сутки она составляла 35 оС, на третьи – 40 оС, на четвертые – 45 оС на пятые сутки достигла 50 оС. Через неделю температура субстрата понизилась до температуры окружающей среды. Черви, адаптированные к жизнедеятельности на подсолнечной лузге, были пересажены на ферментированный субстрат. Они начали постепенно зарываться внутрь, адаптироваться к субстрату и перерабатывать его. В результате проведенных исследований по подготовке компостов для вермикультивирования установлено, что время ферментации субстратов на основе подсолнечной лузги составляет 10-14 дней. С целью определения влияния температуры на время достижения половой зрелости вермикультуры в три емкости помещали по 100 г ферментированного субстрата на основе подсолнечной лузги, а также 30-50 коконов, за которыми проводилось ежедневное наблюдение. При появлении личинок их пересаживали в количестве по 100 шт. в емкости с субстратом на основе подсолнечной лузги. Исследуемые емкости устанавливали в термостаты с температурой 15 0С, 20 0С, 25 0С. Эксперимент проводился до появления на туловище червей характерного пояска, который свидетельствует о половой зрелости. Результаты исследований показали, что при температуре 150С необходимо 82 дня для достижения половой зрелости, при температуре 200С – 70 дней, а при температуре 25 С – 65 дней. При более высоких температурах 0 исследования не проводились, так как при температуре 30 0С и больше наблюдается гибель червей. Следовательно, для поддержки оптимальных температур зимой необходимо защищать червей от промерзания, а летом – от попадания прямых солнечных лучей. Установлено, что оптимальными параметрами подготовки (ферментации) лузги для вермикомпостирования являются: степень измельчания отходов 0,30,5 мм, влажность субстратов – 75-80 %; максимальная температура в буртах – 50-55 оС, длительность ферментации – 10-14 дней, частота перемешивания субстрата – 1 раз в неделю. Для определения оптимального соотношения биомассы вермикультуры к массе отходов нами проведены исследования по вермикультивированию при разных плотностях заселения E.foetida. Английскими исследователями C. Edwards и др. [13] установлено, что, если необходимо получить биогумус за короткий срок, важное значение имеет общая биомасса червей. Общее количество червей большого значения не имеет. Количество потребляемого за сутки субстрата соответствует массе его тела. Если необходимо получить биомассу червей в качестве корма, то органические отходы заселяются ювенильными червями в возрасте 1-1,5 месяца, так как они удваивают свой вес быстрее половозрелых. Плотность заселения вермикультурой 50 шт. на 10 см2 соответствует плотности 5 тыс./м2, 100 шт. на 10 см2 – 10 тыс./м2. По другим вариантам опытов плотность заселения составила 15 тыс./м2, 20 тыс./м2 и 30 тыс./м2. Рост общей биомассы червей наблюдался при высоких плотностях заселения (15-30 тыс./м2), но биомасса одного червя была меньше, чем при плотности заселения 5-10 тыс./м2. Оптимальные условия процесса вермикомпостирования лузги: влажность базового субстрата 70-80 %, температура 20-25 оС; плотность заселения – 5-10 тыс. червей на 1 м2 (для ускоренного наращивания биомассы вермикультуры), 15-30 тыс. особей на 1 м2 (для ускорения процесса вермикомпостирования); рН субстрата – в пределах 6,5-7,5; периодичность внесения свежего субстрата – 1 раз в 10 дней. Технологическая схема процесса вермикультивирования лузги с целью получения биогумуса представлена на рис. 1. Вода 3 Увлажненный субстрат 1 4 2 7 Ферментированный субстрат 5 1 – измельчитель, 2 – смеситель, 3 – емкость с водой, 4 – конвеер, 5 – бурты (ящики и др.) для ферментации, 6 – стеллажи (бурты, ящики), 7 – емкость для вермикультуры Рис. 1 – Технологическая схема получения биогумуса методом вермикультивування Технология вермикультивирования состоит из следующих основных стадий: 1. Измельчание подсолнечной (гречневой, рисовой) лузги проводится в мельнице роторного типа (1) до частиц размером 300-500 мкм. 6 2. Увлажнение измельченной лузги. Оптимальная влажность для процесса ферментации и нормальной жизнедеятельности вермикультуры составляет 7080 %. Перемешивание измельченной лузги с водой в соотношении 1:1,5 проводится в смесителе (3). Тщательное перемешивание этого субстрата позволяет обеспечить выравнивание смеси по влажности и создать условия для жизнедеятельности микроорганизмов. 3. Увлажненную лузгу закладывают на ферментацию в бурты высотой 5060 см или специальную емкость для ферментации (5) на 7-10 дней. В начале ферментации в течение 2-3 дней при окислении микроорганизмами легкодоступного углерода внутри бурта температура растет до 50оС, которая по мере потребления микрофлорой соединений постепенно снижается. С целью улучшения аэрации компостируемого субстрата, активации микробиологической деятельности, выравнивания влаги по всему объему и устранения анаэробных гнилостных зон проводят взрыхление субстрата в глубине бурта (до 15 см). 4. После снижения температуры в субстрате до 15-25 оС проводят контроль качества ферментированного субстрата методом индикаторной культуры. Для этого на его поверхность помещают несколько десятков червяков и, если они быстро углубляются в субстрат, значит он пригоден для вермикультивирования и не требует дальнейшей доработки (ферментации). 5. Ферментированный субстрат закладывают в ящики или стеллажи (6) слоем 15-30 см. Вермикультуру равномерно распределяют по поверхности плотностью от 5 до 15 тыс. червей на 1 м2. 6. В период биоконверсии (в течение 1,5-3 месяцев) контролируют влажность субстрата (70-80 %). Новые порции ферментированной лузги добавляют через 25-30 дней слоем 3-5 см, субстрат готовят по описанной выше схеме, то есть предварительно подвергают ферментации. 7. Подсчет численности червей проводится 1 раз в месяц. Отбор проб осуществляется с помощью 4-рожковой вилки шириной 10 см или специально изготовленного пробоотборника, который представляет собой параллелепипед с основаниями (квадратами) 10х10 см и высотой 30-40 см, выполненного из металла или пластмассы. В трех местах стеллажа в шахматном порядке берут пробы с червями на всю глубину размером 10х10 см. Подсчитывают количество половозрелых червяков (П), ювенильных (Ю) – молодых и коконов (К) в каждой пробе, а также в среднем на 1 м2. 8. По окончании процесса биоконверсии проводят отделение червей по разработанной нами технологии (патент Украины № 56619) [14]. Избыток червей используют в кормопроизводстве [15]. В процессе вермикультивированя образуется биогумус с показателями [10]: агрохимические – содержимое гумусовых веществ 9,81-11,79 %, общее количество гуминовых кислот 60,36-60,95 %, фульвокислот – 37,18-38,25 % от содержания углерода; азот общий – 1,5-2,7 %, фосфор – 1,25-1,71 %, калий 2,18-2,41 %, микроэлементы (Fe, Mn, Zn, Cu и др.); микробиологические – ферментативная активность, мг пурпургалина на 1 г биогумуса за 30 сек.: пероксидазы – 83,6-86,8; полифенолоксидазы – 18,5-20,2; протеазы – 832-867 мг аминного азота на 100 г биогумуса за 30 мин.; микрофлора биогумуса – 191,4 тыс. на 1 г биогумуса с представителями неспорообразующих бактерий, бацил, актиномицетов и грибов; биохимические показатели биогуматов: 17 аминокислот (содержание аспарагина – 0,41 %, лизина – 0,50 %, аргинина – 0,39 %, глютамина – 0,37 %, валина – 0,36 %, глицина – 0,36 %); содержание регуляторов роста (в биогумате): гибереллинов – 0,10-0,12 г/л раствора; ауксина – 138-149 мг/л, цитокининов – 0,042-0,052 г/л. В помещении площадью 100 м2 за год можно переработать 32 т лузги. Себестоимость 1 кг биогумуса составляет 0,5 грн. Результаты хозяйстве проведенных исследований "Самарский" Днепропетровского в научно-исследовательском государственного аграрного университета [16] показали, что биогумус существенно влияет на рост урожайности томатов по сравнению с контролем (табл. 2). Таблица 2 Влияние биогумуcа на урожайность томатов Вариант опыта Средняя урожайность, ц/га Прирост урожая ц/га % Без удобрений (контроль) 227 - - Перегной, 2 т/га 235 8 3,5 Перегной, 4 т/га 244 17 7,5 Перегной, 6 т/га 258 31 13,7 Биогумус, 2 т/га 239 12 5,3 Биогумус, 4 т/га 255 28 12,3 Биогумус, 6 т/га 304 77 34,0 При внесении в почву перегноя в дозе 2 т/га и 4 т/га прирост урожая по сравнению с контролем был несущественным. Зависимость прироста урожая от количества внесенных удобрений очевидна. Использование биогумуса по сравнению с контролем способствовало увеличению урожайности на 12-77 ц/га в зависимости от внесенного количества. Однако при внесении его в дозе 2 т/га и 4 т/га существенного прироста (по сравнению с аналогичной дозой перегноя) не наблюдалось. В варианте с дозой внесения биогумуса 6 т/га наблюдался существенный прирост урожая томатов по сравнению с соответствующей дозой перегноя, что в количественном выражении составляло 77 ц/га. Использование биогумуса с нормой внесения 6 т/га обеспечило больший прирост урожая томатов по сравнению с дозой 4 т/га. Из биогумуса методом экстрагирования получен жидкий регулятор роста растений – биогумат. Результаты проведенных исследований показали, что опрыскивание растений томатов биогуматами существенно влияло на рост урожайности по сравнению с контролем (табл. 3). Таблица 3 Влияние биогуматов на урожайность томатов при опрыскивании растений Средняя урожайность, Вариант опыта Прирост урожая ц/га ц/га % Вода (контроль) 208 - - Гумат натрия (разведение 1:100) (эталон) 214 6 2,9 Биогумат (разведение 1:50) 219 11 5,3 Биогумат (разведение 1:100) 237 29 14,0 Биогумат (разведение 1:150) 229 21 10,1 Биогумат (разведение 1:200) 224 16 7,7 Использование биогуматов (разведение 1: 100) в открытом грунте обеспечивало получение высокой урожайности томатов 237 ц/га при урожайности в контроле 208 ц/га. По сравнению с применением эквивалентной дозы гумата натрия установлен существенный прирост урожая – 23 ц/га. Эта закономерность установлена нами и при использовании биогуматов при опрыскивании капусты белоголовой. Основные экологические показатели биогумата отображены в токсиколого-гигиеническом паспорте и гигиеническом заключении, выданных Днепропетровской Показатели областной паспорта санитарно-эпидемиологической свидетельствуют, что биогумат станцией. относится к малотоксичным препаратам, по уроню летучести – малоопасный, по накоплению в растениях характеризуется слабковыраженной кумуляцией, а по степени стойкости – малостойкий. Использование биогуматов способствовало повышению качества продукции, в частности, увеличению содержания в плодах витамина С, провитамина А, сахаров и снижению количества нитратов. В открытом грунте в среднем за период плодоношения плоды томатов в контроле имели содержание нитратов выше допустимого уровня, а в вариантах с биогумусом он снижался на 33,9-36,8 %. Расчеты по определению экономической эффективности использования биогумату и биогумуса при выращивании томатов позволяют сделать следующий вывод. Наиболее эффективные варианты – при опрыскивании растений биогуматом при концентрации 0,01 % и внесении биогумуса – 6 т/га. При этих дозах получена самая высокая окупаемость. При использовании биогумату (0,01 %) окупаемость расходов составила 1,65 грн./га, дополнительных – 3,2 грн./га, биогумусу (6 т/га) – соответственно 1,68 грн./га и 2,62 грн./га. Таким образом, применение биогумуса и биогумата экологически и экономически выгодно, что обусловливает целесообразность широкого их внедрения в практику промышленных и сельскохозяйственных производств. В настоящее время практически во всех странах мира используют культуру красного калифорнийского червя для переработки навоза [17]. Выводы. Разработана схема биотехнологической утилизации подсолнечной, гречневой и рисовой лузги при соответствующих условиях вермикультивування E.foetida. Оптимальные условия процесса вермикомпостирования лузги : влажность базового субстрата 70-80 %, температура – 20-25оС; плотность заселения вермикультуры – 5-10 тыс. червей на 1 м2 (для ускоренного наращивания биомассы вермикультуры), 15-30 тыс. особей на 1 м2 (для ускорения процесса вермикомпостирования); рН субстрата – в пределах 6,5-7,5; периодичность внесения свежего субстрата – 1 раз в 10 дней. Внедрение биоконверсии растительных отходов способствует, во-первых, утилизации многотоннажных отходов перерабатывающей промышленности и улучшению экологического состояния окружающей среды; во-вторых, получению значительного количества эффективного органического удобрения, внесение которого в почву при минимальных дозах позволит возобновлять и поддерживать на высоком уровне ее плодородие; в-третьих, получить экологически безопасную продукцию. Применение биогумуса и биогумата экологически и экономически выгодно. Литература: 1. Кислухина О.В. Биотехнологические основы переработки растительного сырья /О.В. Кислухина. – Каунас, 1997. – 182с. 2. Вермикультура: производство и использование / М.Ф. Повхан, И.А. Мельник, В.А. Андриенко и др.; под ред. акад. И.А. Мельника. – К.: УкрИНТЭИ, 1994. – 128с. 3. Битюцкий Н.П. Кудряшева Н.В., Соловьева А.Н. Использование дождевых червей в Китае // Дождевые черви и плодородие почв: матер. II Межд. науч.-практ. конф. – Владимир, 2004. – С. 109–125. 4. Фениксова Р.В., Рыбакова В.Г., Тиунова Н.А. Ферментативное осахаривание лигнифицированных материалов // Целлюлазы микроорганизмов, М.: Наука, 1981. – С. 172-183. 5. Биоконверсия органических отходов в биодинамическом хозяйстве / Городний Н.М., Мельник И.А., Повхан М.Ф. и др. - К.: Урожай, 1990. - 256 с. 6. Hartenstein R. Assimilation by the earthworm E.foetida // Earthworm ecology. - L.; N-Y. - 1983. - P. 297-308. 7. Клёсов А.А., Рабинович М.П. Ферментативный гидролиз целлюлозы // Инженерная энзимология и биоорганический катализ. М.: ВИНИТИ, 1978. (Итоги науки и техники. Биологическая химия, Т. 12) - С. 49-91. 8. Fan L.N., Lee Y.-R., Beardmoze D.H. Mechanism of the enzymatic hydrolysis of cellulose: Effect of majior structural features of cellulose or enzymatic hydrolysis // Biotechnol. and Bioeng. - 1980. - V. 22. - P. 188-189. 9. Синицын А.П. Влияние физико-химических и структурных факторов целлюлозы на эффективность её ферментативного гидролиза /Микробиология и биохимия разложения растительных материалов. - М.: Наука, 1988. - С. 3-29. 10. Кулик А.П., Гармаш С.Н. Технология переработки отходов сельскохозяйственного производства // Новости Украинского общества инженеров и механиков. Бюллетень. - 2000. - Т. 2. - № 1, 2. - С. 55-56. 11. Ryu D.Y., Mandels M. Cellulases: Biosynthesis and applications // Enzym Microb. Technol. - 1980. - V. 2. - P. 91-102. 12. Лёр Р. Переработка и использование сельскохозяйственных отходов. М.: Колос, 1986. - 296с. 13. Patent 2126574 А GB , С 05 F 3/00 11/00. Animal or vegetable waste transformed by earthworms /Clive Artnur Edwards. - № 8219213; Заявл. 02.07.82; Опубл. 04.07.83 - 9 с. 14. Патент № 56619 України (деклараційний), МКП 6 А 23 К 1/16. Спосіб отримання кормової добавки /Кулик О.П., Гармаш С.М., Портненко С.В., Карлов А.В. – № 2002086404; заявл. 1.08.2002; опубл. 15.05.2003. Бюл. № 4. 15. Патент № 44169 України (деклараційний), МКП 7 А 23 К 1/16. Спосіб одержання кормової добавки для сільськогосподарських тварин / Кулик О.П., Гармаш С.М., Портненко С.В., Карлов А.В. – № 2001064079; заявл. 14.06.2001; опубл. 15.01.2002. Бюл. №1. 16. Рекомендації «Ефективне застосування біопрепаратів при вирощуванні овочевих і баштанних культур» / Патика В.П., Шерстобаєва О.В., Чайковська В.В., Харитонов М.М., Лазарєва О.М., Томасон Я.Р., Кулик О.П., Гармаш С.М., Мельничук Т.М. та ін.– К., 2005. – 12 с. 17. http://vermi-gold.ru/home/blog/26-vermicultura-i-chervi.html
