Проблема отходов является острейшей экологической проблемой современности, так как, образуясь в огромных количествах, отходы при их размещении в окружающей среде являются источником ее загрязнения, ухудшают санитарно-эпидемиологические и эстетические качества природы. Применение традиционных форм органических удобрений экономически выгодно, однако такие факторы, как сокращение объема применения торфа в качестве компонента органических удобрений, обуславливают необходимость поиска дополнительных источников органического вещества [1, 2].
Такими источниками, по мнению академика И. И. Лиштвана могут стать отходы, получаемые при работе биогазовых установок. В результате реализации в Республике Беларусь Программы строительства энергоисточников, работающих на биогазе, будет введено в эксплуатацию 38 биогазовых установок [1].
Следует отметить, что к настоящему времени еще не сложилось однозначного мнения о биологической ценности получаемых при анаэробном (биогазовом) сбраживании органических отходов, поскольку имеется мало данных по их влиянию на физические, агрохимические, биологические и токсикологические свойства почвы в почвенно-климатических условиях Республики Беларусь. Производители биогаза часто не осведомлены о многочисленных полезных свойств отходов биогазовых установок, а так же о возможных рисках, связанных с их накоплением и применением в своих хозяйствах. Высокую эффективность отходов биогазовых установок авторы объясняют большей доступностью в них элементов питания, наличием физиологически активных соединений, стимулирующих рост и развитие растений, повышающих их устойчивость к неблагоприятным условиям произрастания. Экологические последствия применения в качестве органических удобрений ферментированных отходов биогазовых установок еще только начинают привлекать внимание исследователей. Еще далеко не полностью выяснены механизмы процессов превращения химических элементов (в том числе и тяжелых металлов), содержащихся в ферментированных отходах, способствующие закреплению их в почве или усилению поглощения растениями. Не достаточно изученными остаются вопросы засорения посевов жизнеспособными семенами сорных растений при применении отходов биогазовых установок, что напрямую влияет на эффективность их использования [2].
Работа выполнена в научно-исследовательской лаборатории «Биохимии» ГНУ «Полесском аграрно-экологическом институте НАН Беларуси» при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (проект № Б13М–075). Целью исследований является выявление закономерностей потери жизнеспособности семенами сорных растений (мари белой, череды трехраздельной, галинсоги мелкоцветной, щирицы запрокинутой, проса куриного) в зависимости от температуры и длительности анаэробного сбраживания отходов в биогазовой установке.
Для установления влияния длительности и температуры анаэробного сбраживания отходов на изменение жизнеспособности семян сорных растений проведено сбраживание затареных в тканевые мешочки семян сорных растений с органическими отходами в лабораторной биогазовой установке (рисунок 1).
Рис. 1. Лабораторная биогазовая установка
Сбраживание семян проводили в течение 6, 12, 18, 24 суток при температуре 30–350С и 50–550С. Температуру выдерживали путем помещения биогазовой установки в термостат. Для определения жизнеспособности на фильтровальную бумагу в растильни заполненные на 2/3 водой высевались семена сорных растений не обработанные в биогазовой установке и семена прошедшие сбраживание в биогазовой установке. После посева определялось количество проросших семян, а также рассчитывалась их жизнеспособность.
При обработке семян мари белой в лабораторной биогазовой установке при температуре 30–350С в течение шести суток увеличивалось количество проросших семян и их жизнеспособность на 4 % по сравнению с необработанными семенами. Более длительная экспозиция семян мари белой в лабораторной биогазовой установке в течение двадцати четырех суток привела к снижению количества проросших семян и жизнеспособности до 20 %. Увеличение температуры анаэробного сбраживания отходов в лабораторной биогазовой установке до 50–550С привело к снижению жизнеспособности семян мари белой: до 48 % на 6 сутки, до 32 % на 12 сутки, до 18 % на 18 сутки, до 6 % на 24 сутки (таблица 1).
Таблица 1
Жизнеспособность семян сорных растений, %
|
Температура, 0C |
0 |
на 6 сутки |
на 12 сутки |
на 18 сутки |
на 24 сутки |
|
Марь белая (Chenopodiumalbum) |
|||||
|
30–350C |
46 |
50 |
40 |
28 |
20 |
|
50–550C |
46 |
48 |
32 |
18 |
6 |
|
Череда трехраздельная (Bidenstripartitus) |
|||||
|
30–350C |
72 |
30 |
10 |
2 |
0 |
|
50–550C |
72 |
6 |
2 |
0 |
0 |
|
Галинсога мелкоцветная (Galinsogaparviflora) |
|||||
|
30–350C |
68 |
72 |
30 |
6 |
0 |
|
50–550C |
68 |
8 |
0 |
0 |
0 |
|
Щирица запрокинутая (Amaranthus retroflexus) |
|||||
|
30–350C |
64 |
68 |
50 |
26 |
4 |
|
50–550C |
64 |
30 |
10 |
2 |
0 |
|
Просо куриное (Echinochloa crus galli) |
|||||
|
30–350C |
88 |
44 |
32 |
26 |
10 |
|
50–550C |
88 |
14 |
2 |
0 |
0 |
При обработке семян череды трехраздельной в лабораторной биогазовой установке при температуре 30–350С в течение шести суток уменьшилось количество проросших семян и их жизнеспособность на 42 % по сравнению с необработанными семенами. Более длительная экспозиция семян череды трехраздельной в лабораторной биогазовой установке в течение восемнадцати суток привела к снижению количества проросших семян и жизнеспособности до 2 %. В результате сбраживания в течение двадцати четырех суток семена череды трехраздельной полностью потеряли свою жизнеспособность. Увеличение температуры анаэробного сбраживания отходов в лабораторной биогазовой установке до 50–550С привело к резкому снижению жизнеспособности семян череды трехраздельной: до 6 % на 6 сутки, до 2 % на 12 сутки и полной потери своей жизнеспособности на 18 сутки экспозиции.
При обработке семян галинсоги мелкоцветной в лабораторной биогазовой установке при температуре 30–350С в течение шести суток увеличилось количество проросших семян и их жизнеспособность на 4 % по сравнению с необработанными семенами. Более длительная экспозиция семян галинсоги мелкоцветной в лабораторной биогазовой установке в течение восемнадцати суток привела к снижению количества проросших семян и жизнеспособности до 6 %. В результате сбраживания в течение двадцати четырех суток семена галинсоги мелкоцветной полностью потеряли свою жизнеспособность. Увеличение температуры анаэробного сбраживания отходов в лабораторной биогазовой установке до 50–550С привело к резкому снижению жизнеспособности семян галинсоги мелкоцветной до 8 %, а на 12 сутки экспозиции к полной потери их жизнеспособности.
При обработке семян щирицы запрокинутой в лабораторной биогазовой установке при температуре 30–350С в течение шести суток увеличилось количество проросших семян и их жизнеспособность на 4 % по сравнению с необработанными семенами. Более длительная экспозиция семян щирицы запрокинутой в лабораторной биогазовой установке в течение двадцати четырех суток привела к снижению количества проросших семян и жизнеспособности до 4 %. Увеличение температуры анаэробного сбраживания отходов в лабораторной биогазовой установке до 50–550С привело к резкому снижению жизнеспособности семян щирицы запрокинутой: до 30 % на 6 сутки, до 10 % на 12 сутки, до 2 % на 18 сутки и полной потери своей жизнеспособности семенами на 24 сутки экспозиции.
При обработке семян проса куриного в лабораторной биогазовой установке при температуре 30–350С в течение шести суток уменьшилось количество проросших семян и их жизнеспособность на 44 % по сравнению с необработанными семенами. Более длительная экспозиция семян проса куриного в лабораторной биогазовой установке в течение двадцати четырех суток привела к снижению количества проросших семян и жизнеспособности до 10 %. Увеличение температуры анаэробного сбраживания отходов в лабораторной биогазовой установке до 50–550С привело к резкому снижению жизнеспособности семян проса куриного: до 14 % на 6 сутки, до 2 % на 12 сутки, а на 18 сутки экспозиции к полной потери их жизнеспособности.
Интерпретировав полученные экспериментальные данные как временные ряды, что обусловлено последовательностью измерений в определенные моменты анаэробного сбраживания семян, мы смогли установить трендовую зависимость жизнеспособности семян сорных растений от продолжительности их пребывания в биогазовой установке для t=30–350C и t=50–550C, где х — время сбраживания (рисунок 1).
Таблица 2
Зависимость жизнеспособности семян сорных растений от продолжительности их пребывания в биогазовой установке
|
|
|
|
Марь белая t=30–350C |
Марь белаяt=50–550C |
|
|
|
|
Череда трехраздельная t=30–350C |
Череда трехраздельная t=50–550C |
|
|
|
|
Галинсога мелкоцветная t=30–350C |
Галинсога мелкоцветная t=50–550C |
|
|
|
|
Щирица запрокинутая t=30–350C |
Щирица запрокинутая t=50–550C |
|
|
|
|
Просокуриное t=30–350C |
Просокуриное t=50–550C |
Также мы произвели расчет коэффициентов достоверности аппроксимации (R2), которые показывают степень соответствия трендовой модели исходным данным. Их значение может лежать в диапазоне от 0 до 1, чем ближе R2 к 1, тем точнее модель описывает имеющиеся данные. Полученные коэффициенты подтверждают то, что увеличение времени сбраживания достоверно влияет на снижение жизнеспособности семян изучаемых сорняков.
Таблица 3
Расчётная жизнеспособность семян сорных растений при их анаэробном сбраживании в биогазовой установке
|
Экспозиция, сутки |
Температура анаэробного сбраживания отходов в биогазовой установке |
|||||||||
|
30–350С |
50–550С |
|||||||||
|
Марь белая |
Череда трехраздельная |
Галинсога мелкоцветная |
Щирица запрокинутая |
Просо куриное |
Марь белая |
Череда трехраздельная |
Галинсога мелкоцветная |
Щирица запрокинутая |
Просо куриное |
|
|
y=-1,2333x+51,6 |
y=0,1825x2–7,2476x+70,343 |
y=-3,3667x+75,6 |
y=-2,7x+74,8 |
y=-2,9x+74,8 |
y = -1,8333x + 52 |
y=0,2659x2–8,881x+65,143 |
y=-2,4x+44 |
y=-2,6x+52,4 |
y=-3,1667x+58,8 |
|
|
Жизнеспособность семян, % |
||||||||||
|
1 |
50,4 |
63,3 |
72,2 |
72,1 |
71,9 |
50,2 |
56,5 |
41,6 |
49,8 |
55,6 |
|
2 |
49,1 |
56,6 |
68,9 |
69,4 |
69,0 |
48,3 |
48,4 |
39,2 |
47,2 |
52,5 |
|
3 |
47,9 |
50,2 |
65,5 |
66,7 |
66,1 |
46,5 |
40,9 |
36,8 |
44,6 |
49,3 |
|
4 |
46,7 |
44,3 |
62,1 |
64,0 |
63,2 |
44,7 |
33,9 |
34,4 |
42,0 |
46,1 |
|
5 |
45,4 |
38,7 |
58,8 |
61,3 |
60,3 |
42,8 |
27,4 |
32,0 |
39,4 |
43,0 |
|
6 |
44,2 |
33,4 |
55,4 |
58,6 |
57,4 |
41,0 |
21,4 |
29,6 |
36,8 |
39,8 |
|
7 |
43,0 |
28,6 |
52,0 |
55,9 |
54,5 |
39,2 |
16,0 |
27,2 |
34,2 |
36,6 |
|
8 |
41,7 |
24,0 |
48,7 |
53,2 |
51,6 |
37,3 |
11,1 |
24,8 |
31,6 |
33,5 |
|
9 |
40,5 |
19,9 |
45,3 |
50,5 |
48,7 |
35,5 |
6,8 |
22,4 |
29,0 |
30,3 |
|
10 |
39,3 |
16,1 |
41,9 |
47,8 |
45,8 |
33,7 |
2,9 |
20,0 |
26,4 |
27,1 |
|
11 |
38,0 |
12,7 |
38,6 |
45,1 |
42,9 |
31,8 |
0 |
17,6 |
23,8 |
24,0 |
|
12 |
36,8 |
9,7 |
35,2 |
42,4 |
40,0 |
30,0 |
0 |
15,2 |
21,2 |
20,8 |
|
13 |
35,6 |
7,0 |
31,8 |
39,7 |
37,1 |
28,2 |
0 |
12,8 |
18,6 |
17,6 |
|
14 |
34,3 |
4,6 |
28,5 |
37,0 |
34,2 |
26,3 |
0 |
10,4 |
16,0 |
14,5 |
|
15 |
33,1 |
2,7 |
25,1 |
34,3 |
31,3 |
24,5 |
0 |
8,0 |
13,4 |
11,3 |
|
16 |
31,9 |
1,1 |
21,7 |
31,6 |
28,4 |
22,7 |
0 |
5,6 |
10,8 |
8,1 |
|
17 |
30,6 |
0 |
18,4 |
28,9 |
25,5 |
20,8 |
0 |
3,2 |
8,2 |
5,0 |
|
18 |
29,4 |
0 |
15,0 |
26,2 |
22,6 |
19,0 |
0 |
0,8 |
5,6 |
1,8 |
|
19 |
28,2 |
0 |
11,6 |
23,5 |
19,7 |
17,2 |
0 |
0 |
3,0 |
0 |
|
20 |
26,9 |
0 |
8,3 |
20,8 |
16,8 |
15,3 |
0 |
0 |
0,4 |
0 |
|
21 |
25,7 |
0 |
4,9 |
18,1 |
13,9 |
13,5 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
22 |
24,5 |
0 |
1,5 |
15,4 |
11,0 |
11,7 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
23 |
23,2 |
0 |
0 |
12,7 |
8,1 |
9,8 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
24 |
22,0 |
0 |
0 |
10,0 |
5,2 |
8,0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
25 |
20,8 |
0 |
0 |
7,3 |
2,3 |
6,2 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
26 |
19,5 |
0 |
0 |
4,6 |
0 |
4,3 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
27 |
18,3 |
0 |
0 |
1,9 |
0 |
2,5 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
28 |
17,1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,7 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
29 |
15,8 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
30 |
14,6 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
31 |
13,4 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
32 |
12,1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
33 |
10,9 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
34 |
9,7 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
35 |
8,4 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
36 |
7,2 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
37 |
6,0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
38 |
4,7 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
39 |
3,5 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
40 |
2,3 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
41 |
1,0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
42 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
На основании проведенных лабораторных исследований определено достоверное влияние времени анаэробного сбраживания отходов в биогазовой установке на уменьшение жизнеспособности семян сорных растений.
Установлено, что полная гибель семян мари белой наступает на 42 сутки анаэробного сбраживания отходов в биогазовой установке при температуре 30–350С или на 29 сутки при температуре 50–550С.
Установлено, что полная гибель семян череды трехраздельной наступает на 17 сутки анаэробного сбраживания отходов в биогазовой установке при температуре 30–350С или на 11 сутки при температуре 50–550С.
Установлено, что полная гибель семян галинсоги мелкоцветной наступает на 23 сутки анаэробного сбраживания отходов в биогазовой установке при температуре 30–350С или на 19 сутки при температуре 50–550С.
Установлено, что полная гибель семян щирицы запрокинутой наступает на 28 сутки анаэробного сбраживания отходов в биогазовой установке при температуре 30–350С или на 21 сутки при температуре 50–550С.
Установлено, что полная гибель семян проса куриного наступает на 26 сутки анаэробного сбраживания отходов в биогазовой установке при температуре 30–350С или на 19 сутки при температуре 50–550С.
Таким образом, при выборе режима работы биогазовой установки необходимо определять видовой состав семян сорных растений содержащихся в сбраживаемых органических отходах и руководствоваться полученными нами данными по изменению их жизнеспособности, это позволит снизить засорение полей утилизации отхода сорными растениями.
Литература:
1. Сатишур, В. А. Опыт использования биогазовых установок в Республике Беларусь на примере биогазового энергетического комплекса РУСП СГЦ «Западный» / В. А. Сатишур, В. Н. Яромский, А. Н. Гапонюк, С. А. Сутько // «Природная среда Полесья: особенности и перспективы развития»: сборник научных работ Выпуск 3 / редкол.: Н. В. Михальчук [и др.]. — Брест: Альтернатива, 2010. Том 2. — С. 67–71.
2. Сатишур, В. А. Видовой состав семян сорных растений и пути их поступления в биогазовую установку ОАО «СГЦ «Западный» / В. А. Сатишур, Л. Н. Иовик, М. М. Дашкевич, Ю. В. Матиюк, С. Н. Михальчук, В. Н. Дрозд, Е. В. Ношко, С. А. Сутько // Прыроднае асяроддзе Палесся: асаблівасці і перспектывы развіцця: зб. навук. прац. — Брэст: Альтэрнатыва, 2014. — Выпуск 7. — С. 158–160.
