Применение микробиоагентов для биоконверсии органических отходов в удобрения

Как ускорить компостирование: мировой опыт применения биоагентов

минеральных удобрений">Применение минеральных удобрений нередко ведет к снижению естественного плодородия почв. Эффективной альтернативой становится переработка органических отходов методом компостирования. Ускорить разложение растительного сырья и улучшить свойства готового удобрения помогают микробиологические агенты грибной и бактериальной природы.

В мировой практике накоплен успешный опыт биоконверсии различных органических субстратов:

• В Индии коровий навоз смешивают с сухими листьями. В процессе разложения поддерживают влажность смеси на уровне 50–60 % для сохранения аэробной среды.
• В Японии при утилизации рисовой соломы добавляют рапсовый жмых и птичий помет, получая компост с повышенными качественными показателями.
• В Малайзии отходы производства масличной пальмы (пустые фруктовые гроздья и сточные воды) обрабатывают грибом Trichoderma virens. Это сокращает срок переработки до 21–45 дней вместо стандартных 4–6 месяцев.
• В России для переработки органики используют дождевых червей Eisenia fetida совместно со штаммом Trichoderma asperellum МГ-97 (ВКПМ F-765) или препаратом Триходермин-М. Этот метод очищает удобрение от фитопатогенных грибов и придает ему ростостимулирующие свойства.

• Оптимальная влажность сырья — 50–60 %
• Период компостирования с T. virens — 21–45 дней
• Доза Триходермин-М — 10⁵–10⁶ КОЕ/кг
• Норма внесения удобрения — 2 т/га

В Казахстане для переработки смеси птичьего помета, минеральных удобрений, рисовой соломы и шелухи риса (последняя — в количестве 2 % от общей массы) используют водную суспензию бактерий Cellucomonas effuse ВКПМ В-4465 и Bacillus cutaseus ВКПМ В-4441.

Полученное по этой технологии органическое удобрение вносят в норме 2 т/га.

В Бангладеш для переработки картофельных отходов и жома сахарного тростника применяют бактериальный консорциум из пяти штаммов: Cellulomonas sp., Klebsiella sp., Proteus sp., Enterobacter sp. и Salmonella sp. Такое сочетание микроорганизмами существенно меняет химический состав субстрата:

• снижает содержание углерода до 26,75 %;
• повышает концентрацию азота до 2,34 %;
• увеличивает содержание фосфора до 1,15 %;
• увеличивает содержание калия до 1,37 %;
• расширяет видовое разнообразие бактерий, грибов и актиномицетов в готовом продукте.

Подбор штаммов Trichoderma для разложения целлюлозосодержащего сырья

Микроорганизмы, применяемые для переработки растительных остатков, должны обладать высокой целлюлозолитической активностью и быть конкурентоспособными. Для оценки этих качеств в лабораторных условиях провели эксперимент по подбору эффективных композиций штаммов рода Trichoderma.

В испытаниях оценивали следующие биоагенты:

• штаммы Trichoderma sp. L-3 и Trichoderma sp. L-6 (основа микробиологического инокулянта Ресойлер, Ж);
• штамм Trichoderma asperellum D-11 (основа биопрепарата Фунгилекс, Ж).

В качестве опытного субстрата использовали смесь листового опада и травы. Растительную массу помещали в стеклянные емкости объемом 3 л и обрабатывали культуральной жидкостью исследуемых грибов в виде монокультур и смесей. В контрольном варианте остатки обрабатывали водопроводной водой.

В течение опыта субстрат регулярно увлажняли и перемешивали 1–2 раза в неделю. Динамику разложения контролировали по убыли массы растительных остатков. Для этого через 40 и 90 суток после начала опыта образцы извлекали, высушивали и взвешивали, вычисляя потерю веса в граммах и процентах.

Сравнение монокультур и консорциумов штаммов Trichoderma

При компостировании растительных отходов скорость деструкции целлюлозы напрямую зависит от активности микроорганизмов-деструкторов. В опытах оценивали эффективность штаммов грибов рода Trichoderma на листовом опаде. Наибольшую активность показал штамм Trichoderma asperellum D-11, обеспечивший убыль массы опада на 72,35 %. Штаммы Trichoderma sp. L-3 и Trichoderma sp. L-6 также показали высокую эффективность, разложив субстрат на 61,83 % и 54,89 % соответственно.

Использование чистых культур (моновнесение) на травяном субстрате активизирует разложение органики на 86,7–89,5 %. Однако объединение штаммов в смеси дает более выраженный результат за счет синергетического эффекта. Максимальную деструкцию травяного субстрата (92,5 %) обеспечивает трехкомпонентная композиция, сочетающая штаммы Trichoderma sp. L-3, Trichoderma sp. L-6 и Trichoderma asperellum D-11.

Подбор оптимальной нормы расхода биопрепарата

Для определения эффективной дозировки трехкомпонентного консорциума провели испытания на смешанном целлюлозосодержащем субстрате (опилки, трава и листва в соотношении 1:1:1). Эта смесь моделирует типичные органические отходы. Обработку проводили рабочим раствором препарата с нормой расхода от 0,5 до 2,0 л/т.

1. Подготовить вентилируемый бурт или емкость и послойно уложить растительные остатки.
2. Равномерно обработать массу раствором биопрепарата в заданной дозировке.
3. Раз в неделю перемешивать субстрат для аэрации и поддержания равномерного процесса компостирования.

Уже на 40-е сутки во всех вариантах с применением микробиологических агентов потеря массы субстрата превысила показатели контроля. Наиболее интенсивный распад органики зафиксирован при нормах расхода от 1,0 до 2,0 л/т — убыль массы составила 43,5–50,2 %. К 90-м суткам эта тенденция сохранилась, и разложение субстрата в эффективных вариантах достигло 66,9–71,3 %.

• Максимальное разложение травы консорциумом — 92,5 %
• Соотношение опилок, травы и листвы в субстрате — 1:1:1
• Рекомендуемая норма расхода биопрепарата — 1,0 л/т
• Убыль массы смешанного субстрата на 90-е сутки — до 71,3 %

3. Dayanand, Sh. Bioconversion of flowers waste: Composting using dry leaves as bulking agent / Sh. Dayanand, D. Yadav Kunwar // Department of Civil Engineering, S.V. National Institute of Technology, Surat, Gujarat, India. – 2017. – Vol. 22, № 3. – Р. 237–244.

Способ получения компоста: пат. 21700, Казахстан, МПК: С05F 11/08 / Х. Джамантиков, Е. Х. Джамантиков, И. Э. Смирнова, А. Б. Абжалелов, М. Х. Джамантикова. – Опубл. 25.06.2009.

6. Sarker, T. C. Physico-chemical profile and microbial diversity during bioconversion of sugarcane press mud using bacterial suspension / T. C. Sarker [et al.] // Not. Sci. Biol. – 2013. – Vol. 5, № 3. – P. 346–353.

7. Bioconversion of empty fruit bunches (EFB) and palm oil mill effluent (POME) into compost using Trichoderma virens / R. Dayana Amira [et al.] // African J. of Biotechnology. –

2011. – Vol. 10, № 81. – P. 18775–18780.

Способ переработки органических отходов: пат. 2 467 989 C2, МПК: С05А 11/08 / А. В. Кураков, В. С. Садыкова. – Опубл. 27.11.2012.

M. V. Fedarovich 1, D. V. Voitka 1, I. I. Poloz 2 RUE «Institute of Plant Protection», Priluki, Minsk region SSI «Institute of housing and communal services of the National Academy of Sciences of Belarus», Minsk

DEVELOPMENT OF A COMPOSITION OF

MICROBIAL AGENTS FOR THE BIOCONVERSION

OF MUNICIPAL SOLID WASTE AND CELLULOSE-

CONTAINING MATERIALS IN THE PRODUCTION OF

Summary. The selection of a combination of Trichoderma genus fungi strains in terms of cellulolytic activity using organic substrates was carried out. The mixture of Trichoderma sp. L-3 + Trichoderma sp. L-6 + Trichoderma asperellum D-11 strains had the greatest cellulolytic activity – the decomposition of the substrate reached 92,5 %. The most effective dosage of this fungal mixture was a consumption rate of 1.0–2.0 l / t – on the 40th day, weight loss was 43,5–50,2 % of the substrate weight, on the 90s – 66,9–71,3 %.

Key words: bioconversion, composting, cellulose-containing substrates, Trichoderma, strains, cellulolytic activity.