Использование биочара для интенсификации процесса компостирования куриного помета

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Обоснование. Всестороннее изучение факторов, влияющих на оптимизацию процесса компостирования, является крайне важным. Результаты этого исследования будут способствовать более эффективному и устойчивому управлению отходами куриного помета. Оптимизируя процесс компостирования с помощью добавки в виде биочара, можно снизить экологические и санитарные риски, связанные с непереработанным навозом. Полученный компост будет представлять собой ценное органическое удобрение. В целом, это исследование может способствовать развитию методов управления органическими отходами животноводства.

Цель. Оценка влияния разных доз биочара на основе куриного помета на физико-химические (температура, влажность, содержание биогенных элементов C, N, P, K) и микробиологические (респираторная активность, метаболическая активность микроорганизмов) параметры компостирования куриного помета, а также на фитотоксичность готового компоста в отношении тест-объекта растений овса Avena sativa L.

Материалы и методы. В качестве объекта исследования использовался подстилочный куриный помет с содержанием опилок менее 25%. Для приготовления компостных смесей в исходный куриный помет вносили биочар в дозе 0, 1, 5, 10, 15% (w:w), а также опилки в количестве 33% (w:w). Компостирование осуществляли в течение 150 суток при температуре 20°С. Содержание общего углерода и общего азота оценивали с использованием элементного анализатора по методу Дюма-Прегля. Размер и характер пор биочара определяли методом сканирующей электронной микроскопии. Удельную площадь поверхности биочара оценивали в соответствии с методикой определения удельной площади из изотерм в модели Брунауэра – Эммета – Теллера (БЭТ) и методом лазерной дифракции согласно ГОСТ Р 8.777-2011. Влажность определяли воздушно-тепловым методом в соответствии с ГОСТ 28268-89. Оценку респираторной активности проводили согласно ISO 14240-1. Общую метаболическую активность микробных сообществ компостных смесей определяли с помощью показателя AWCD (средняя окрашенность ячеек) и коммерческих плашек Biolog Ecoplates (Biolog Inc., США). Фитотоксичность компостных смесей оценивали с помощью индекса прорастания (GI) растений овса (Avena sativa) в соответствии с ISO 11269.1:2012.

Результаты. Показано, что внесение биочара не оказало значимого влияния на температурный режим компостирования – все исследуемые компостные смеси характеризовались традиционной динамикой температуры. Для поддержания рекомендованного уровня влажности наиболее оптимальными дозами являлись дозы биочара 10 и 15%. Обнаружено положительное влияние на содержание биогенных элементов C, N, P и K в конечных компостных смесях при использовании 10 и 15% биочара. Отмечено отсутствие влияния биочара на микробиологические параметры компостирования (респираторная активность, метаболическая активность) при сохранении положительной динамики процесса компостировании. Оценка влияния биочара на фитотоксичность компостов показала, что при использовании наибольшей дозы биочара (15%) было обнаружено максимальное значение индекса прорастания GI (118%) для растений овса (Avena sativa L.).

Заключение. Таким образом, это исследование подчеркивает потенциал использования биочара, полученного из куриного помета, для улучшения процесса компостирования и повышения качества конечного продукта. Полученные результаты показывают, что включение биочара в процесс компостирования куриного помета не только способствует лучшему сохранению питательных веществ, но и способствует более здоровому росту растений, тем самым предлагая устойчивое решение для управления отходами птицеводства.

Об авторах

Наталья Викторовна Данилова

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Казанский (Приволжский) федеральный университет»

Автор, ответственный за переписку.
Email: natasha-danilova91@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8750-0929
SPIN-код: 5696-2506
Scopus Author ID: 57200701116
ResearcherId: AAI-8891-2020

к-т биол. наук, старший преподаватель кафедры биотехнологии

 

Россия, ул. Кремлевская, 18, г. Казань, 420008, Российская Федерация

Лилия Рамилевна Бикташева

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Казанский (Приволжский) федеральный университет»

Email: biktasheval@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1133-444X
SPIN-код: 2867-4922
Scopus Author ID: 56358635400
ResearcherId: N-3675-2016

 к-т биол. наук, старший преподаватель кафедры биотехнологии

 

Россия, ул. Кремлевская, 18, г. Казань, 420008, Российская Федерация

Полина Александровна Курынцева

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Казанский (Приволжский) федеральный университет»

Email: polinazwerewa@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9274-7077
SPIN-код: 7028-8557
Scopus Author ID: 56069925000
ResearcherId: M-3407-2016

к-т биол. наук, доцент кафедры биотехнологии

Россия, ул. Кремлевская, 18, г. Казань, 420008, Российская Федерация

Полина Юрьевна Галицкая

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Казанский (Приволжский) федеральный университет»

Email: gpolina33@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5070-786X
SPIN-код: 5429-0714
Scopus Author ID: 36165160200
ResearcherId: L-8847-2013

доктор биол. наук, главный научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории OpenLab «Биоконтроль»

 

Россия, ул. Кремлевская, 18, г. Казань, 420008, Российская Федерация

Светлана Юрьевна Селивановская

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Казанский (Приволжский) федеральный университет»

Email: Svetlana.Selivanovskaya@kpfu.ru
ORCID iD: 0000-0001-6379-7166
SPIN-код: 4867-6900
Scopus Author ID: 6603604965
ResearcherId: L-8851-2013

доктор биол. наук, профессор кафедры биотехнологии

 

Россия, ул. Кремлевская, 18, г. Казань, 420008, Российская Федерация

Список литературы

  1. Галиева, Г. Ш., Курынцева, П. А., & Галицкая, П. Ю. (2021). Влияние биочара из куриного помёта на микроорганизмы и растения. Учёные записки Казанского университета. Серия: Естественные науки, 163(2), 221–237. https://doi.org/10.26907/2542-064X.2021.2.221-237. EDN: https://elibrary.ru/MDQGQM
  2. Гельман, Е. А., Терентьева, Т. М., & Шанина, Н. Э. (1987). Методы количественного органического элементного микроанализа (292 с.). Москва: Химия.
  3. ГОСТ 2826889. Почвы. Методы определения влажности, максимальной гигроскопической влажности и влажности устойчивого завядания растений (с. 1–8). Москва: Стандартинформ, 2006.
  4. ГОСТ Р 8.7772011. Государственная система обеспечения единства измерений. Дисперсный состав аэрозолей и взвесей. Определение размеров частиц по дифракции лазерного излучения (с. 1–11). Москва: Стандартинформ, 2019.
  5. Количественный химический анализ почв. Методика выполнения измерений содержания металлов в твёрдых объектах методом спектрометрии с индуктивносвязанной плазмой (ПНД Ф 16.1:2.3:3.1198, с. 1–31). Москва, 2005.
  6. Amoakwah, E., Frimpong, K., & Arthur, E. A. (2022). Biochar amendment impacts on microbial community structures and biological and enzyme activities in a weathered tropical sandy loam. Applied Soil Ecology, 172(12), 104364. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2021.104364. EDN: https://elibrary.ru/PHGMGW
  7. Antonangelo, J. A., Sun, X., & Zhang, H. (2021). The roles of cocomposted biochar (COMBI) in improving soil quality, crop productivity, and toxic metal amelioration. Journal of Environmental Management, 277, 1–13. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2020.111443. EDN: https://elibrary.ru/LRXGZL
  8. Arikan, O., Mulbry, W., Ingram, D., & Millner, P. (2009). Minimally managed composting of beef manure at the pilot scale: Effect of manure pile construction on pile temperature profiles and on the fate of oxytetracycline and chlortetracycline. Bioresource Technology, 100(19), 4447–4453. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2008.12.063
  9. Beisel, J. N., & Moreteau, J. C. (1997). A simple formula for calculating the lower limit of Shannon’s diversity index. Ecological Modelling, 99(2), 289–292. https://doi.org/10.1016/S0304-3800(97)01954-6. EDN: https://elibrary.ru/AIRYOV
  10. Bernal, M. P., Alburquerque, J. A., & Moral, R. (2009). Composting of animal manures and chemical criteria for compost maturity assessment. A review. Bioresource Technology, 100(22), 5444–5453. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2008.11.027
  11. Bolan, S., Hou, D., & Wang, L. (2023). The potential of biochar as a microbial carrier for agricultural and environmental applications. Science of the Total Environment, 886(2), 163968. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.163968. EDN: https://elibrary.ru/SLCEUD
  12. Chen, Y. X., Huang, X. D., & Han, Z. Y. (2010). Effects of bamboo charcoal and bamboo vinegar on nitrogen conservation and heavy metals immobility during pig manure composting. Chemosphere, 78(9), 1177–1181. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2009.12.029
  13. Chung, W. J., Chang, S. W., & Chaudhary, D. K. (2021). Effect of biochar amendment on compost quality, gaseous emissions and pathogen reduction during invessel composting of chicken manure. Chemosphere, 283, 131129. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.131129. EDN: https://elibrary.ru/KLKBCN
  14. Czekała, W., Malińska, K., & Cáceres, R. (2016). Cocomposting of poultry manure mixtures amended with biochar — The effect of biochar on temperature and CCO₂ emission. Bioresource Technology, 200, 921–927. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.11.019
  15. Ding, Y., Liu, Y., & Liu, S. (2017). Potential benefits of biochar in agricultural soils: A review. Pedosphere, 27(4), 645–661. https://doi.org/10.1016/S1002-0160(17)60375-8
  16. Domingues, R. R., Trugilho, P. F., & Silva, C. A. (2017). Properties of biochar derived from wood and highnutrient biomasses with the aim of agronomic and environmental benefits. PLoS ONE, 12(5), 1–19. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0176884
  17. Ezzariai, A., Hafidi, M., & Khadra, A. (2018). Human and veterinary antibiotics during composting of sludge or manure: Global perspectives on persistence, degradation, and resistance genes. Journal of Hazardous Materials, 359(4), 465–481. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2018.07.092
  18. Hua, L., Wu, W., & Liu, Y. (2009). Reduction of nitrogen loss and Cu and Zn mobility during sludge composting with bamboo charcoal amendment. Environmental Science and Pollution Research, 16, 1–9. https://doi.org/10.1007/s11356-008-0041-0. EDN: https://elibrary.ru/LYQDYL
  19. ISO 142401:1997. Soil quality — Determination of soil microbial biomass. Part 1: Substrateinduced respiration method (vol. 1, pp. 1–5), 1997.
  20. ISO 112691. (2012). Soil quality — Determination of the effects of pollutants on soil flora — Part 1: Method for the measurement of inhibition of root growth (pp. 1–6).
  21. Jindo, K., Suto, K., & Matsumoto, K. (2012). Chemical and biochemical characterisation of biocharblended composts prepared from poultry manure. Bioresource Technology, 110(3), 396–404. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.01.120
  22. Kacprzak, M., Malińska, K., & Grosser, A. (2022). Cycles of carbon, nitrogen and phosphorus in poultry manure management technologies — environmental aspects. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 10(2), 1–25. https://doi.org/10.1080/10643389.2022.2096983. EDN: https://elibrary.ru/RLDFQT
  23. Khan, N., Clark, I., & SánchezMonedero, M. A. (2014). Maturity indices in cocomposting of chicken manure and sawdust with biochar. Bioresource Technology, 168, 245–251. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.02.123
  24. Kumar, M., Zhang, Z., & Wang, Q. (2017). New insight with the effects of biochar amendment on bacterial diversity as indicators of biomarkers support the thermophilic phase during sewage sludge composting. Bioresource Technology, 238, 589–601. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.04.100
  25. Lehmann, J., Rillig, M. C., & Thies, J. (2011). Biochar effects on soil biota — A review. Soil Biology and Biochemistry, 43(9), 1812–1836. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2011.04.022. EDN: https://elibrary.ru/OLCSUJ
  26. Liu, H., Wang, L., & Lei, M. (2019). Positive impact of biochar amendment on thermal balance during swine manure composting at relatively low ambient temperature. Bioresource Technology, 273(10), 25–33. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.10.033
  27. Liu, N., Zhou, J., & Han, L. (2017). Role and multiscale characterization of bamboo biochar during poultry manure aerobic composting. Bioresource Technology, 241, 190–199. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.03.144
  28. LópezCano, I., Roig, A., & Cayuela, M. L. (2016). Biochar improves N cycling during composting of olive mill wastes and sheep manure. Waste Management, 49, 553–559. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2015.12.031
  29. Milon, A. R., Chang, S. W., & Ravindran, B. (2022). Biochar amended compost maturity evaluation using commercial vegetable crops seedlings through phytotoxicity germination bioassay. Journal of King Saud University — Science, 34(2), 101770. https://doi.org/10.1016/j.jksus.2021.101770. EDN: https://elibrary.ru/JIDZSG
  30. Nidheesh, P. V., Gopinath, A., & Ranjith, N. (2021). Potential role of biochar in advanced oxidation processes: A sustainable approach. Chemical Engineering Journal, 405(5), 1–24. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.126582. EDN: https://elibrary.ru/MEDBXU
  31. Qasim, W., Lee, M. H., & Moon, B. E. (2018). Composting of chicken manure with a mixture of sawdust and wood shavings under forced aeration in a closed reactor system. International Journal of Recycling of Organic Waste in Agriculture, 7(3), 261–267. https://doi.org/10.1007/s40093-018-0212-z. EDN: https://elibrary.ru/SPIOIU
  32. Qian, S., Fu, Y., & Zhou, X. (2023). Biocharcompost as a new option for soil improvement: Application in various problem soils. Science of the Total Environment, 870(9), 162024. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.162024. EDN: https://elibrary.ru/RCBIVG
  33. SanchezMonedero, M. A., Cayuela, M. L., & Roig, A. (2018). Role of biochar as an additive in organic waste composting. Bioresource Technology, 247(9), 1155–1164. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.09.193
  34. Sánchez, A. (2023). A perspective on the use of respiration indices beyond the measurement of the stability of compost. Waste Management Bulletin, 1(2), 1–5. https://doi.org/10.1016/j.wmb.2023.05.003. EDN: https://elibrary.ru/YPBHPA
  35. Sulemana, N., Nartey, E. K., & Abekoe, M. K. (2021). Use of biocharcompost for phosphorus availability to maize in a concretionary ferric lixisol in northern Ghana. Agronomy, 11(2), 1–11. https://doi.org/10.3390/agronomy11020359. EDN: https://elibrary.ru/XIXBNS
  36. Sun, D., Lan, Y., & Xu, E. G. (2016). Biochar as a novel niche for culturing microbial communities in composting. Waste Management, 54(2), 93–100. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2016.05.004
  37. Sun, P., Liu, B., & Ahmed, I. (2022). Composting effect and antibiotic removal under a new temperature control strategy. Waste Management, 153(7), 89–98. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2022.08.025. EDN: https://elibrary.ru/LSVZCX
  38. Wang, M., Lv, H., & Xu, L. (2023). Screening of coldadapted strains and its effects on physicochemical properties and microbiota structure of mushroom residue composting. Fermentation, 9(4), 1–19. https://doi.org/10.3390/fermentation9040354. EDN: https://elibrary.ru/CJDACD
  39. Wang, X., Cui, H., & Shi, J. (2015). Relationship between bacterial diversity and environmental parameters during composting of different raw materials. Bioresource Technology, 198, 395–402. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.09.041
  40. Wang, Y., Akdeniz, N., & Yi, S. (2021). Biocharamended poultry mortality composting to increase compost temperatures, reduce ammonia emissions, and decrease leachate’s chemical oxygen demand. Agriculture, Ecosystems and Environment, 315(3), 1–9. https://doi.org/10.1016/j.agee.2021.107451. EDN: https://elibrary.ru/GIZTJS
  41. Widowati, A. (2014). Biochar effect on potassium fertilizer and leaching potassium dosage for two corn planting seasons. Agrivita, 36(1), 65–71.
  42. Zhou, Z., & Yao, H. (2020). Effects of composting different types of organic fertilizer on the microbial community structure and antibiotic resistance genes. Microorganisms, 8(2), 1–20. https://doi.org/10.3390/microorganisms8020268. EDN: https://elibrary.ru/LMLATS

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».