Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Пермский край относится к группе многолесных регионов. Общий запас древесины в крае превышает 1,6 млрд. м³. По количественным и качественным характеристикам лесных ресурсов Пермский край занимает лидирующее положение среди субъектов Приволжского федерального округа. По итогам 2012 г. фактическая заготовка древесины составила 7,8 млн. м³, или 53,7 % установленного объема. При ежегодной заготовке древесины в России на уровне 500 млн. м³ общий выход ее отходов составляет 300 млн. м³ (Лотош В.Е., 2002).

В обычной практике лесозаготовок используется только стволовая часть дерева. Предприятия лесопильно-деревообрабатывающего и химико-лесного комплексов получают древесину в основном в неокоренном виде. В зависимости от породы, возраста, участка ствола и других факторов на долю коры приходится от 8 до 15% объема древесины. Ежегодно на этих предприятиях образуется около 30 млн. м³ коры в виде отходов окорки, в основном хвойных пород. При длительном хранении коры происходит ее частичное разложение с образованием соединений фенольного ряда, которые смываются осадками и талыми водами в окружающую среду, поэтому утилизация этих отходов, вовлечение их в промышленную переработку является весьма актуальной народнохозяйственной и экологической задачей.

Увеличение использования вторичных древесных ресурсов является важнейшим элементом политики ресурсосбережения, способствующим комплексному использованию древесного сырья и, в конечном счете, сохраняющим от вырубки значительные лесные массивы.

Получающиеся в процессе переработки древесные отходы могут быть продуктивно использованы в условиях сельского хозяйства, в энергетических целях, в качестве сырья для получения различных строительных плит и других материалов для нужд народного хозяйства.

Выбор экономически выгодного направления использования коры в каждом конкретном случае определяется в зависимости от качества коры, объёма производства и экономического профиля района потребления. Экономика любого из возможных способов утилизации коры в первую очередь зависит от реальной стоимости коры как сырья с учётом расходов на сбор, транспорт, хранение и предварительную подготовку её к переработке (Мерзлая Г.Е., 1996). отходы деревоперерабатывающий фитотоксичность

Цель работы - определить возможность использования короотходов ООО «Камабумпром» в сельском хозяйстве.

В соответствии с целью поставлены следующие задачи:

1. Рассмотреть проведенные ранее исследования по использованию короотходов при выращивании сельскохозяйственных культур.

2. Определить основные химические и агрохимические свойства короотходов.

3. Выявить фитотоксичность различных доз и степени измельчения коры.

4. Определить влияние короотходов на ферментативную активность грунта.



1. Использование короотходов в народном хозяйстве

1.1Отходы деревоперерабатывающей промышленности, их классификация и источники

Наружная поверхность ствола, сучьев и корней покрыта слоем коры, выполняющим в процессе жизнедеятельности дерева ряд функций, наиболее важная из которых - защита от вредных воздействий солнечного излучения, микроорганизмов, перепадов температуры и влажности атмосферного воздуха.

Процесс переработки круглых лесоматериалов чаще всего начинается с окорки - обязательной операции в производстве балансов, рудстойки, столбов линии связи и электропередачи, щепы для целлюлозно-бумажной промышленности (Никишов В.Д., 1985).

При окорке 1 пл. м³ круглых лесоматериалов хвойных пород ориентировочно получают 30 кг абсолютно сухой коры. Отходы окорки составляют 10 - 15 % объема стволовой древесины, а общие реальные ресурсы древесной коры достигают в стране 15 - 18 млн. м³ (Веретенник Д.Г., 1876).

Основными источниками образования древесных отходов являются различные лесопромышленные комплексы, деревоперерабатывающие комбинаты и целлюлозно-бумажные предприятия. Эти отходы могут найти применение в производстве щепы и стружки, которая, в свою очередь, является ценным сырьем для производства различных материалов и изделий.

Древесные отходы также образуются при рубке низкокачественной древесины, вершин, крупномерных сучьев, окаймлевке хвойных и лиственных пород (зелени) и т. п. работах, именуемых санитарной рубкой, в процессе ухода за зелеными насаждениями на улицах, в парках, скверах, бульварах и лесопарках.

Также достаточно большое количество древесных отходов содержится в составе бытовых отходов, образующихся в городах.

В зависимости от производства, при котором образуются древесные отходы, их можно подразделить на два вида: отходы лесозаготовок и отходы деревообработки.

Отходы лесозаготовок -- это отделяемые части дерева в процессе лесозаготовительного производства. К ним относятся хвоя, листья, неодревесневшие побеги, ветви, сучья, вершинки, откомлевки, козырьки, фаутные вырезки ствола, кора, отходы производства колотых балансов и т. п.

В своем естественном виде отходы лесозаготовок малотранспортабельны, при энергетическом использовании они предварительно измельчаются в щепу.

Отходы деревообработки -- это отходы, образующиеся в деревообрабатывающем производстве. К ним относятся: горбыль, рейки, срезки, короткомер, стружка, опилки, отходы производства технологической щепы, древесная пыль, кора.

Даже незначительное количество древесных отходов, образующихся в технологическом процессе, использование которых не предусмотрено технологией производства, приводит с течением времени к образованию больших куч (отвалов) этих отходов на территории самих предприятий или вне их. Находясь в больших кучах, древесные отходы подвергаются действию атмосферного воздуха, влаги, бактерий, грибков и насекомых. При этом биомасса отходов разрушается с выделением большего количества различных веществ распада древесины и коры, многие из которых токсичны и канцерогенны. Растворяясь во влаге атмосферных осадков и поверхностных водах, эти вещества проникают под почву и загрязняют грунтовые воды, а также вымываются в соседние водоемы, ручейки, речки, оказывая вредное воздействие на их биологическую и микробиологическую среду.

Помимо ежегодно сбрасываемых в отходы древесной коры, опила и мелкой щепы на предприятиях целлюлозно-бумажного производства и лесопиления имеются ранее образованные отвалы неиспользованных отходов. Содержание этих отвалов состоит из смеси коры и древесины с большим количеством примеси грунта и по внешнему виду представляет собой сильно диспергированную сыпучую массу темно-коричневого цвета с частицами слаборазложившейся коры и отщепов древесины. Такие отвалы коры на предприятиях по высоте достигают несколько метров и занимают большие площади заводских территорий, засоряют водоемы и подходы к местам выгрузки из сплава сырья. Длительное хранение необработанной коры в отвалах приводит к загрязнению естественных водоёмов, нарушает биологическое равновесие между отдельными звеньями биоценозов и тем самым санитарное состояние территорий в местах расположения отвалов.

Получающиеся в процессе переработки древесные отходы могут быть продуктивно использованы в условиях сельского хозяйства, в энергетических целях, в качестве сырья для получения различных строительных плит и других материалов для нужд народного хозяйства.

1.2 Проблема утилизации короотходов

Утилизация коры - одна из важных проблем в свете решения задачи комплексного использования древесного сырья.

Кора используется в ограниченных масштабах. На лесопильно- деревообрабатывающих предприятиях она в основном вывозится на свалки, что приводит к крайне нежелательным последствиям (пожароопасности, загрязнению окружающей среды). Кроме того неизбежны затраты на вывозку коры.

Утилизация коры - наиболее слабое звено в системе комплексного использования сырья лесозаготовительными предприятиями. Причиной невысокого промышленного использования коры является своеобразное анатомическое строение, повышенная зольность и высокая влажность.

Вместе с тем кора, и особенно ее лубяной слой содержит большое количество ценных компонентов (Сажин В.С., 1997).

Проблемы повышения эффективности использования древесины в лесопилении может быть обеспечено за счёт ресурсосберегающих технологий и режимов, предусматривающих рациональные способы её раскроя на основные виды продукции и комплексное использование получающихся отходов. В современных условиях эта проблема приобретает особую актуальность из-за истощения сырьевых запасов ценной хвойной древесины и снижения технологических характеристик распиливаемого сырья (Цывин М.М., 1973).

Актуальность этой проблемы возрастает и приобретает особый смысл для предприятий, на которых в процессе переработки древесины сбрасываются в качестве отходов: кора, опилки и щепа, которые не находят сбыта и вывозятся в отвалы.

Только на предприятиях ЦБП образуется в год около 5 млн. т отходов окорки в расчете на 60%-ную влажность. Большая часть отходов окорки в настоящее время вывозится в отвал (Медведев Н.А., 1979). Так, только на Камском ЦБК образуется в год около 100 тыс. т отходов окорки, около половины которой вывозится в отвал. В результате их накопилось в отвале около 5 млн.т.

Даже незначительное количество древесных отходов, образующихся в технологическом процессе, использование которых не предусмотрено технологией производства, приводит с течением времени к образованию больших отвалов этих отходов на территории самих предприятий или вне их. Находясь в больших кучах, древесные отходы подвергаются действию атмосферного воздуха, влаги, бактерий, грибков и насекомых. При этом биомасса отходов разрушается с выделением большего количества различных веществ распада древесины и коры, многие из которых токсичны и канцерогенны.

Растворяясь во влаге атмосферных осадков и поверхностных водах, эти вещества проникают под почву и загрязняют грунтовые воды, а также вымываются в соседние водоемы, ручейки, речки, оказывая вредное воздействие на их биологическую и микробиологическую среду. Вместо чистых водоемов и прудов образуются хранилища дурно пахнущих стоков, а ручьи и речки превращаются в сточные канавы с отравленной биологической средой.

Помимо ежегодно сбрасываемых в отходы древесной коры, опила и мелкой щепы на предприятиях целлюлозно-бумажного производства и лесопиления имеются ранее образованные отвалы неиспользованных отходов. Содержание этих отвалов состоит из смеси коры и древесины с большим количеством примеси грунта и по внешнему виду представляет собой сильно диспергированную сыпучую массу темно-коричневого цвета с частицами слаборазложившейся коры и отщепов древесины. Такие отвалы коры на предприятиях по высоте достигают несколько метров и занимают большие площади заводских территорий, засоряют водоемы и подходы к местам выгрузки из сплава сырья. Длительное хранение необработанной коры в отвалах приводит к загрязнению естественных водоёмов, нарушает биологическое равновесие между отдельными звеньями биоценозов и тем самым санитарное состояние территорий в местах расположения отвалов.

Получающиеся в процессе переработки древесные отходы могут быть продуктивно использованы в условиях сельского хозяйства, в энергетических целях, в качестве сырья для получения различных строительных плит и других материалов для нужд народного хозяйства.



1.3 Использование древесных отходов

В качестве основных направлений использования отходов деревопереработки и короотходов можно рассматривать их сжигание, использование в качестве субстрата для получения удобрений, для мульчирования почв, изготовления сухой подстилки для скота, приготовления кормовых продуктов, получения дубильных экстрактов, использование в производстве строительных материалов и древесных плит, для получения сорбентов (Житков А.В., 1985).

Древесные отходы в качестве сорбентов токсичных веществ

Большой вклад в загрязнение водных объектов высокотоксичными компонентами, в том числе тяжелыми металлами, вносят предприятия машиностроения. Одними из наиболее перспективных методов очистки загрязненных вод от соединений тяжелых металлов являются сорбционные методы. Наиболее перспективным направлением получения эффективных сорбентов является использование вторичного сырья, например, отходов деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности (Жукова И.Л., Орехова С.Е., 2009). Это позволяет решить две задачи: очистить воду и одновременно утилизировать отходы.

Для повышения эффективности сорбента на основе опилок, отходы подвергались обработке ортофосфорной и соляной кислот, а также гидроксида натрия. В качестве активного компонента использовались бентонитовые глины Таганского и Хакасского месторождений, а также сосновые, осиновые и березовые опилки. Объектами исследования служили модельные растворы с содержание ионов никеля и меди 0,1 - 1000 мг/л. Для проведения эксперимента было предложено несколько вариантов модификаторов и различных пород деревьев.

По результатам эксперимента выявлено, что в качестве основы для сорбента лучше использовать сосновые опилки, а модификатора - 0,5 н раствор соляной кислоты.

На основе проведенных исследований была разработана схема очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов с использованием полученных сорбционных материалов (Сомин В.А., 2014).

Также исследованы сорбционные свойства лигнина древесины на почвах, загрязненных радионуклидами. Проблемы утилизации лигнина как многотоннажного отхода целлюлозно-бумажной промышленности до настоящего времени не решены. При лабораторных испытаниях в контакт с лигнином приводили растворы урана и тория, состав которых моделировал жидкую фазу почвы, загрязненной радионуклидами. Степень очистки водных растворов от урана и тория была практически полной.

Для проведения натурных испытаний навеску сорбента предварительно помещали в мягкую тару в виде мешочков из полипропиленового полотна, пропускающего воду, воздух и свет. Мешочки с лигнином заложили под пахотный слой радиоактивно загрязненной почвы на глубину 15 - 20 см. результаты натурных испытаний подтвердили эффективность сорбента. Доля соединений тория и урана, поглощенных на лигнине древесины достигала 93% сорбированного ими количества радионуклидов. Минимальный уровень прочной сорбции составил около 76%.

Совокупный анализ результатов лабораторного и полевого экспериментов указывает на эффективность и высокую степень сорбции на лигнине древесины урана и тория, что способно препятствовать их миграции вглубь почвы, включению в биологический круговорот, рассеянию радиоактивных загрязнений в окружающей среде (Шуктомова И.И., Рачкова Н.Г., 2012).

Сжигание является одним из основных направлений утилизации короотходов. В настоящее время вместе с основным топливом сжигается около 40% текущих запасов коры. Дальнейшее развитие этого способа утилизации сдерживается высокой влажностью и физическими особенностями коры.

При влажности коры 80 - 84% теплопроводная способность коры близка к нулю. Поэтому перед сжиганием в топках кора проходит подготовку.

Анализ опыта эксплуатации и имеющихся решений топочных устройств для сжигания коры свидетельствует, что решение проблемы сжигания коры идет по пути создания комбинированных топочных устройств, совмещающих процессы сжигания предварительно отжатой механическим путем коры и сушки ее дымовыми газами до влажности 40 - 50%. Такая влажность коры удовлетворяет условиям невысокой стоимости сушки и довольно высокому (70 - 75%) КПД котельной установки.

Возможным, простым и сравнительно дешевым средством переработки коры, скапливающейся у узлов окорки древесины, является использование ее в сельском хозяйстве. Исследованиями, проведенными в ряде стран, установлено, что отходы окорки пригодны для мульчирования, кондиционирование почв, для приготовления грунтов в теплично-парниковых хозяйствах, удобрений, использования в качестве подстилки для скота и птицы. Кора содержит около 85% органических веществ, легко разлагаясь, она выделяет много тепла, стимулирует биологическую активность почвы, является источником минеральных веществ и углерода. Трудноразлагаемая часть коры (в основном лигнин) служит источником образования гумуса (Сажин В.С., 1997).

1.4 Использование короотходов в сельском хозяйстве

Многолетние исследования показали, что после соответствующей подготовки кора может быть использована в качестве мульчи и почвенного кондиционера, а также как субстрат для растений. Мульчирование поверхности почвы позволяет улучшить условия увлажнения верхнего слоя и выровнять температурный режим почвы в зоне развития корневой системы. Благодаря использованию древесных отходов, богатых органическим веществом, может быть компенсирован дефицит его в почве.

Под воздействием комплекса почвенных микроорганизмов из органического вещества отходов образуется гумус (Гладкова Л.И., 1979).

Кора обладает высоким содержанием органических соединений (85%), половина из которых относится к легкоразлагаемым (Ульянова О.А., 2009), различных питательных веществ и значительным количеством гумусообразующего материала. В коре содержатся: фосфор -- 0,35...0,76 %; кальций -- 0,93 %; калий -- 0,37 %; в небольших количествах азот, а также целый ряд микроэлементов. В коре содержится большое количество плесневых грибов и денитрофицирующих бактерий. Корокомпосты обеспечивают накопление гумуса на 15 - 20% больше, чем обычный навоз (Ягодин Б.А., 2003). В тоже время для коры характерно неблагоприятное соотношение углерода и азота (С:N=150:1), что затрудняет микробиологические окислительные процессы.

Рациональным использованием древесных отходов в неограниченном количестве является получение из них органоминеральных удобрений и производство углеводистых кормов для животноводства. Эти направления утилизации коры в 70-80 гг. XX века были хорошо изучены и доведены до промышленного производства.

Органическое вещество коры при разложении в почве стимулирует ее биологическую активность, так как в процессе минерализации выделяется углекислый газ, улучшающий углеродное питание растений. Целью компостирования древесных отходов является устранение недостатка азота и доведения состава минеральных веществ до оптимального уровня, соответствующего типам почв, на которых будут использоваться. Коровые компосты являются естественными, органическими удобрениями, так как кора содержит много лигнина и имеет большой гумусовый потенциал. Компостированная кора представляет собой органический материал, содержащий все питательные вещества, необходимые для роста растений. Высокая ионообменная способность коры обеспечивает медленное высвобождение питательных веществ.

Кора отличается высокой пористостью, воздухо- и водопроницаемостью. Преимущество субстратов из коры состоит в том, что они обладают благоприятными для выращивания растений водно-физическими свойствами: низкой объемной массой - 0,16-0,28 г/см³, высокой общей порозностью- 86-90% и скважностью аэрации - 42-50%. Капиллярная влагоемкость составляет 50-52% объема субстрата, полная - 68-80% (Лиштван И.И., 2012; Братухин М.Н., 1984).

По сравнению с опилками кора содержит больше минеральных веществ (3-5,5% от общей массы), нужных для развития культурных растений. Кроме того, кора имеет способность фильтровать и адсорбировать вредные для посадок компоненты, приносимые почвенной водой. Хранение коры повышает содержание азота (за 5 лет - почти в 2 раза), понижается кислотность, притом, что количество других полезных компонентов не уменьшается. Кора, пролежавшая в старых отвалах 30 - 40 лет, имеет еще более высокий потенциал по содержанию органических веществ.

При использовании коры в земледелии в ней необходимо нарушить механические связи между лигнином, целлюлозой и другими соединениями. С этой целью кора измельчается на кусочки размером 1...10 мм. Древесная кора имеет кислую реакцию и содержит вредные для растений вещества (дубильные, фенолы и др.), поэтому ее нельзя использовать в тепличном овощеводстве и цветоводстве без предварительной подготовки. При внесении азота и фосфора (до 1...1,5 %) в измельченную кору скорость окисления содержимого клеток увеличивается до нескольких месяцев (в естественных условиях кора разлагается несколько десятков лет).

Подготовку древесной коры к компостированию начинают с дробления до преобладания частиц размером 0,5--1 см. Кору измельчают до состояния так называемого фрезерного торфа, затем смешивают с удобрениями: азотным и фосфорным (на кубометр коры -- 4--4,5 кг мочевины и 2,5 кг простого суперфосфата). С помощью бульдозера массу хорошо перемешивают и закладывают в бурты для созревания.

По размеру бурт должен быть таким, чтобы компост в нем не пересыхал и аккумулировал выделяющееся в массе тепло, но без затруднения газообмена. В наших северных и северо-западных областях, как показала практика, наиболее целесообразны такие размеры бурта: ширина у основания 2--3 м, вверху -- около 0,8 м и высота 1,5 м; длина может быть произвольной.

Гумификация длится два-три месяца. За это время массу два-три раза перелопачивают бульдозером или с помощью экскаватора, что сокращает сроки созревания компоста и улучшает его качество. Полученная таким способом масса наполовину состоит из гумуса и содержит все основные элементы питания для растений в доступной им форме (http://pihtahvoya.ru/chvoynie-derevya-i-kustarniki-dalnego-vostoka/udobrenie-iz-kori-derevev).

Кора хвойных пород более стойка к микробиологическому разложению, чем кора лиственной древесины, и поэтому нуждается в более тонком измельчении и тщательном подборе доз азотосодержащих добавок. На течение процесса компостирования заметное влияние оказывает степень измельчения коры. Слишком крупные частицы коры компостируются медленнее, очень мелкие слипаются в комки и снижают аэрацию бурта, мелко размолотая кора требует больше азота для разложения. В Лесогорске кору измельчали до размеров частиц 3-10 мм при 70%-ной влажности с помощью мельниц. Компостирование проводили в буртах шириной 3 метра и высотой до 1,5 метров. Лучшими источниками азота являются аммонийные формы удобрений, которые создают нейтральную реакцию среды. Оптимальной дозой азота для коры хвойных пород древесины считается 0,8-1% по массе, для лиственных 1,5-2%.

В условиях районов Сибири, приравненных к северу, вносили на один кубометр коры 4,3 кг мочевины (соответствует 1% азота) и 3 кг простого или 1,5 кг двойного суперфосфата и 0,7 калийных удобрений. Кору с влажностью до 75% компостировали в буртах в течение четырёх месяцев.

Для повышения качества компоста и ускорения его созревания еженедельно перемешивали кору, измеряли температуру на глубине 50 см и поддерживали влажность не менее 60%. Начавшийся в бурте микробиологический окислительный процесс разложения коры сопровождается энергичным выделением тепла и идёт успешно при любой температуре наружного воздуха. Однако формировать новые бурты из свежей неразогревшейся коры можно только при температуре не ниже 15°С. Такой компост имеет кислотность равную 5,5 - 6 pH, пористость 80 - 90%, обладает способностью удерживать до 300 г воды на каждые 100 г сухого вещества. Компост считается готовым, когда содержание азота в 1м³ компоста достигает 300 г. О микробиологических процессах можно судить по изменениям, происходящим в коре при её хранении по соотношению углерод - азот (С : N). Готовую компостируемую массу просеивали с целью удаления неразложившихся остатков. В результате чего получали высококачественный компост, содержащий азот, фосфор, калий, кальций и гумус.

Корокомпост, как и торф, является хорошим гумусообразователем. Причем в корокомпосте гумусообразующих веществ на 20% больше, чем в торфе, а наличие в нем большого количества СаО способствует улучшению заплывающих кислых почв. Содержащийся в компосте азот находится в медленно действующей форме, разлагающейся в течение 2-3 лет. Таким образом, приготовленные на его основе удобрения обладают длительным действием. Приготовленный корокомпост использовали в тепличных хозяйствах города для выращивания огурцов (http://pihtahvoya.ru/chvoynie-derevya-i-kustarniki-dalnego-vostoka/udobrenie-iz-kori-derevev).

По другим рекомендациям, на 1 т коры добавляют 5 кг аммиачной селитры, 10 кг фосфатной муки и 2 кг хлористого кальция, вызревание в течение 1,5 - 4 месяцев. На 1 м³ сухой коры вносят 2 кг извести, 2,5--4 -- мочевины, 1,5 кг двойного суперфосфата.

Смесь хорошо увлажняют и закладывают в бурты произвольной длины, шириной 2--2,5, высотой до 1,5 м и оставляют для компостирования на 3--6 месяцев.

Такой компост разлагается в почве медленно, в течение 5-7 лет, это свидетельствует о большом экономическом эффекте.

Для оптимизации протекания микробиологических превращений целлюлозосодержащих материалов целесообразно внесение полного минерального комплекса, в том числе азота, в виде аммиачной воды и карбамида. Подобный эффект достигается и при использовании отходов животноводства, чему способствует близкое территориальное расположение лесохимических цехов с животноводческими хозяйствами (Бузмаков В.В., 2008). Описан способ получения органического удобрения из древесной коры, состоящий в том, что древесную кору измельчают до 3-10 мм, смешивают с азотсодержащими жидкими органическими отходами целлюлозно-бумажного производства, увеличивают влажность смеси до 70% и выдерживают смесь до завершения биологических процессов. При этом в качестве азотсодержащих жидких органических отходов используют лигносульфонат в количестве 10-20% от массы коры (http://ru-patent.info/20/65-69/2066678.html).

Существует способ компостирования коры с применением принудительного вентилирования со сброженным и отфильтрованным осадком сточных вод, при этом не мешает городской мусор и другие отходы. При этом из 50 т компостируемой массы получают 20 т компоста, содержащего 1,6 % азота, 1 % фосфора и до 0,16 % калия. Установка производительностью 50 т/день фильтрованного осадка, содержащего в среднем 25 % твердых веществ, может утилизировать бытовые стоки города с населением 200-400 тыс. человек (http://proizvodim.com/ispolzovanie-kory-v-selskom-xozyajstve.html).

При производстве компостов широко используются интенсификаторы процесса (активаторные добавки, аэраторы - «Байкал - ЭМ», «Тамир» и т. д.), позволяющие сократить цикл готовности компоста с 3 - 4 месяцев до 3 - 4 недель и избежать гниения (Витковская С.Е., 2002).

В этом случае компостирование древесных отходов (опилки, кора) может производиться при помощи эффективных микроорганизмов (ЭМ), известных в мире как «ЕМ» (effective microorganisms) (Пальчунов П.П., 1990). Опытом использования коры для приготовления удобрений располагают в объединении «Кировмебель», Красноярском ЛПК, на Костромском фанкомбинате (http://proizvodim.com/ispolzovanie-kory-v-selskom-xozyajstve.html). В Кировской области кору хвойных пород используют как удобрение, предварительно выдерживая в буртах не менее 6--10 месяцев, с добавлением аммиачной селитры, хлористого калия и фосфоритной муки в соотношении 2,5: 1: 5 в количестве 17 кг на 1 т измельченной коры. На мебельной фирме «Кировмебель» создана промышленная установка по производству удобрений из коры с суточной производительностью до 70 т. Бурты для компостирования делают объемом 2--3 тыс. м3. В Кировской области в 1974 г. вывезено на поля более 10 тыс. т удобрений из коры (http://ehmore.ru/resursy-lesa/primenenie-kory-xvojnyx-porod.html).

Полуразложившуюся древесную кору из отвалов предприятий можно использовать без компостирования, предварительно измельчив, повысив ее кислотность и внеся минеральные удобрения.

Ценность коровых субстратов заметно возрастает с продолжительностью хранения древесных отходов или после гидротермообработки. Благодаря протеканию микробиологических и биохимических процессов органическая масса превращается в гумусовый ил. По биогенности этот продукт практически одинаков с плодороднейшими почвами и содержит сообщества микроорганизмов, способных к глубокой трансформации трудногидролизуемых компонентов.

Положительным свойством образующихся в обоих случаях продуктов является снижение их кислотности. Оно происходит в связи с вымыванием и деструкцией кислотных соединений растительного материала (Добровольский Г.В., 2000).

Процессы, происходящие в коре, хранящейся в отвалах, аналогичны процессам в свежей коре при компостировании в буртах с добавлением азота, только эти процессы в отвалах идут значительно медленнее. Соотношение

С : N в зрелом компосте - 68, в свежей коре - 140, взятой с отвалов - около - 70. По данным соотношений С : N, кору с отвалов можно считать недозрелым коровым компостом и, после соответствующей подготовки можно использовать в качестве грунта. Чем дольше кора пролежала в отвалах, тем меньше требуется азота для достижения рекомендуемого соотношения С : N (Нифантьева Г.Г., 1993).

В патенте (www.findpatent.ru/patent/205/2053986.html) описано получение коробиогумуса естественной формации. Его образование авторы объясняют следующим образом. Части коры - луб и корка с разной скоростью разлагаются вначале микроорганизмами (грибами и бактериями), а затем червями. В первую очередь разлагается луб, а корка от гниения защищена суберином. На свалках при длительном хранении коры (более 3-х лет) луб разлагается полностью и перерабатывается дождевыми червями в копролиты размером до 3 мм. Под действием атмосферных осадков (дождей и талой воды) происходит их вымывание в нижние слои. При хранении коры нижние слои уплотняются, процесс гниения становится анаэробным, что приводит к образованию метана. Жизнедеятельность микроорганизмов замедляется, а черви уходят. В результате вторая часть коры - корка остается негумифицированной и разлагается на свалках десятки лет. Поэтому кору длительного срока хранения (более 5 лет) подвергают аэрации и просеиванию на ситах с отверстиями, линейный размер которых не более 3 мм. Это освобождает продукты жизнедеятельности микроорганизмов и червей от вредных газов и неразложившихся частиц коры.

Оставшуюся мелкую фракцию - коробиогумус естественной формации используют как готовое органическое удобрение.

Из процесса компостирования сразу же исключается около 50% объемов коры длительного хранения в виде готового удобрения, причем более высокого качества, так как копролиты червей наиболее богаты гумусом и биологически активны. Количество коробиогумуса, содержащегося в отвалах коры двух предприятий г. Архангельска, оценено по массе фракций с размером частиц менее 3 мм и составляет 47,25 и 49,74%, соответственно (http://kvts-vozobnovlyaemye-resursy.uaprom.net/p11235096-organicheskoe-udobrenie-kory.html).

По данным ООО «КВЦ «Возобновляемые ресурсы», гумус из коры деревьев хвойных пород содержит: - 0,56% общего азота, - 0,54% общего фосфора, -0,36% общего калия, рН = 5,35. Он продается ими по цене 555 гривен за тонну.

Рекомендованы для производства субстраты из компостированной коры хвойных пород (ель, сосна) для выращивания овощей, ягод, цветов в защищенном грунте. Такие субстраты увеличивают урожай и снижают затраты труда. В Германии дробленую кору в объеме 50% вносят в смесь для выращивания рассады, состоящую из коры и равного объема низинного торфа. К субстрату из коры добавляют 4,2-4,4 кг/м² мочевины, а также фосфорные и калийные удобрения, доводя содержание в нем нитратного азота до 150-250 мг, фосфора (Р₂О₅) -- до 200-300 и калия (К₂О) до 250-500 мг/л субстрата. Плотность смеси 300 кг/м³. Такой субстрат рекомендуют использовать для выращивания овощных культур Основное достоинство компостированной коры -- хорошие тепловые свойства, хотя они и несколько хуже, чем у навоза. Температура субстрата из коры независимо от погоды в течение всей вегетации бывает близка к оптимальной (без резких колебаний). Растения, выращиваемые на древесной коре, меньше поражаются корневыми гнилями (http://fermerland.com/usadba/teplichnoe-khozyajstvo.html).

В США кору, измельченную на куски размером 2,5 - 10 см, употребляют для мульчирования пешеходных дорожек, троп и т.п. Для мульчирования грядок и цветочных клумб используют кору, раздробленную более мелко (0,6 - 1,8 см). Отмечается, что мульчирование корой препятствует развитию сорняков.

В Польше, в Институте помологии, сосновую и березовую кору успешно применяли как почвенный кондиционер на супесчаной почве при культуре гладиолусов. В опытах использовали свежую измельченную кору, старую, пролежавшую на свалке более 5 лет, и компостированную в течение 5 - 6 месяцев с мочевиной (3 кг/м³) и активным илом с целлюлозной фабрики (10 - 15% по объему). Все три сорта коры в дозе 20 и 40 л/м³ вносили в 15 - 20-сантиметровый слой почвы. Применение коры улучшало почвенное плодородие. Применение коры в любом виде повышало содержание общего азота, однако внесение свежей коры снижало уровень нитратного азота. Улучшилась структура и порозность почвы. Все три сорта коры стимулировали рост гладиолусов, которые были на 8 - 12 см выше, чем в контроле, увеличивали длину цветоножки и число деток.

Проведенные в ФГР исследования показали, что кору можно использовать на виноградниках для борьбы с эрозией почвы и увеличения содержания в ней гумуса. Она повышает поглощение микроэлементов, в частности железа, и тем самым препятствует развитию хлороза у винограда. Кроме того нормализует содержание азота при внесении больших доз минеральных удобрений: 1 м³ свежей еловой коры связывает около 0,9 кг N, а 1 м³ сосновой - 0,6 кг N. На виноградниках для мульчирования почвы можно применять свежую измельченную кору (100 - 300 м³/га) с одновременным внесением N и Р, чистый коровой компост, а также компост из городского мусора или активного ила с корой. Добавка коры к компосту ускоряет его созревание и улучшает качество, так как снижает щелочную реакцию и связывает тяжелые металлы (Гладкова Л.И., 1979).

В Пермском крае опыты по использованию некомпостированной коры и корокомпостов проводили в 80-е годы Коровкин А.С. (Пермский педагогический институт) и Михайлова Л.А, Чунарев М.Л. (Пермский сельскохозяйственный институт).

На дерново-мелкоподзолистой почве опытного поля опытной станции изучали эффекты от внесения свежей коры и полуразложившихся короотходов, взятых на лесопилке. В первом опыте отходы вносили под посев с неглубокой заделкой дисковыми боронами, наблюдали снижение урожая ячменя и других сельскохозяйственных культур. Во втором опыте полуразложившиеся отходы вносили в дозе 60-120 т/га в перепашку пара под рожь. Без внесения удобрений токсическое действие наблюдалось при внесении дозы 120 т/га. Доза азота 60 кг/га в сочетании с фосфором 120 кг/га и калия 120 кг/га (в расчете на действующее вещество) полностью снимала токсическое действие короотходов. Эпизодически наблюдаемые повышения урожаев экономически не оправдывают применения всех изученных доз короотходов на фоне высоких доз азотных удобрений (Коровкин А.С., 1989).

В совхозе «Пермский» Краснокамского района изучали использование компостов из коры, отобранной на комбинате «Красный октябрь», и свиного навоза. Внесение компостов в дозе 100 т/га оказало слабое влияние на плодородие дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы, но улучшило ее водно-физические свойства (Михайлова Л.А., 1989).

В измельченном виде кора хвойных пород годится для мульчирования почвы. Она богата различными питательными веществами и микроэлементами, разлагается быстрее опилок, способствует развитию микроорганизмов и образованию гумуса, хорошо удерживает влагу. Показано, что такая мульча может отгонять колорадского жука. Перед использованием кору для мульчирования предварительно необходимо обработать от насекомых - вредителей. Иногда кору сушат и обрабатывают паром, для декоративных целей - красят и сортируют по размеру. Еловую кору для декоративных целей обычно не используют.

При выращивании огурцов в теплицах древесную кору укладывают на подстилающий грунт слоем 20-25 см. При использовании некомпостированной коры толщину корнеобитаемого слоя с учетом его усадки доводят до 35-40 см. На второй год использования к такому субстрату добавляют 12-15 см некомпостированной или 7-10 см компостированной коры. Существенная особенность коры -- невысокая влагоемкость, что вызывает необходимость строгого контроля за водным режимом при выращивании культур на этом субстрате, а также необходимы подкормки азотом и фосфором в дозах, устанавливаемых на основании результатов агрохимических анализов (http://fermerland.com/usadba/teplichnoe-khozyajstvo.html).

Институтом экологии растений и животных получен патент (http://ru-patent.info/20/85-89/2088107.html) на способ получения растительно-белкового корма из коры хвойных пород, включающий измельчение сырья, его обработку, разделение на твердую и жидкую фазы и ферментацию, отличающийся тем, что обработку измельченной массы коры осуществляют водой в диспергаторной установке в течение 5-7 мин, а после разделения твердую фазу ферментируют штаммом гриба Pleurotus ostreatus (Fr) Kummer, а затем проводят культивирование в течение 16 дней. Диспергированная кора может быть использована для улучшения плодородия и состава почвы как в теплицах, так и на полях сельскохозяйственных предприятий и в лесных питомниках. В патенте 1997 года планировалось внедрить способ на одном из предприятий Пермской области.



2. Место, объекты и методы исследований

Актуальность проблемы утилизации короотходов возрастает и приобретает особый смысл для предприятий, на которых в процессе переработки древесины сбрасываются в качестве отходов: кора, опилки и щепа, которые не находят сбыта и вывозятся в отвалы. Только на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности образуется в год около 5 млн. т отходов окорки в расчете на 60%-ную влажность. Большая часть отходов окорки в настоящее время вывозится в отвал (Медведев Н.А., 1979). Так, только на Камском ЦБК образуется в год около 100 тыс. т отходов окорки, около половины которой вывозится в отвал. В результате их накопилось в отвале около 5 млн.т.

Объектом исследования являются короотходы отвала ООО «Камабумпром» в г. Краснокамске Пермского края. Кора складируется на рельеф местности в пределах отведенной территории. Отходы коры складируются на свободные места, куда можно подвезти отходы автомашиной. Строгое разграничение территории на карты и складирование отходов одного времени образования на конкретное место не производится. В настоящее время свежая кора лиственных пород складируется поверх отходов длительного времени хранения. Ранее на комбинате перерабатывали в основном древесину хвойных пород.

Короотходы отобраны в трех произвольных точках короотвала на территории предприятия.

Схема расположения точек отбора проб (приложение 1):

1 точка - первая куча отходов при заезде на короотвал, справа от дороги по отвалу. Отобраны три пробы:

1.1- «верхняя проба» - проба отобрана выше уровня дороги, примерно 1,5 м от верха кучи, 0,5-0,8 м вглубь от склона кучи; объем пробы около 1 м³;

1.2- «средняя проба»- проба отобрана на уровне дороги на 0,5-0,8 м вглубь от склона кучи; от верха кучи около 3 м;

1.3- «нижняя проба» - проба отобрана ниже уровня дороги примерно на 2 м. Отмечена высокая температура пробы (рука не терпела);

2 точка - первая куча отходов при заезде на короотвал, слева от дороги по отвалу;

3 точка - вторая куча отходов при заезде на короотвал, справа от дороги по отвалу.

Из 1-3 м³ короотходов из ковша экскаватора с помощью лопаты методом точечных проб отобраны объединенные образцы 8-10 кг, которые были доставлены в лабораторию кафедры экологии. Методом квартования для исследования подготовлены пробы массой около 500 г каждая для каждой точки. Пробы высушены при комнатной температуре. Исходная влажность не определялась. Для анализов короотходы подвергались растертиранию сначала руками, затем в ступке и просеяны через сито (диаметр частиц 0,25 мм).

Проведены следующие исследования:

1. Определение реакции среды солевой вытяжки по ГОСТ 27979-88 соотношение кора-экстрагент 1:10. Брали 5 г коры, добавляли 50 мл 1 Н КCl, суспензию интенсивно перемешивали, оставляли на 4-5 часов, периодически перемешивая. Определяли рН с помощью стеклянного и хлоридсеребрянного электрода на приборе Анион 4100 .

2. Определение содержания золы по ГОСТ 26714-85 и органического вещества расчетным методом. Для термогравиметрического определения золы короотходы растирали, высушивали при температуре 105°С и на аналитических весах брали навеску 3 грамма. Навеску помещали в предварительно доведенные до постоянной массы фарфоровые тигли. Тигли с навесками помещали в холодную муфельную печь, постепенно доводили температуру до 800°С и выдерживали при этой температуре сначала два часа. Затем тигли охлаждали сначала в выключенной муфельной печи, затем в эксикаторе и взвешивали. Затем процесс сжигания проводили еще в течение 1 часа.

При необходимости процесс еще повторяли, пока вес тиглей не становился постоянным. Содержание золы определяли по убыли веса пробы. Содержание органического вещества, способного к сжиганию- расчетным методом.

3. Минерализация органического вещества по ГОСТ 26715-85. Мокрое озоление отходов проводили смесью концентрированных серной и азотной кислот в присутствии перекиси водорода до полного обесцвечивания раствора (в течение нескольких дней); после разведения смеси и ее фильтрования для удаления мелких частичек нерастворимых неорганических примесей (песка и др.) объем фильтрата доводили до 250 мл и использовали его для определения общего азота и общего фосфора.

4. Содержание общего азота по ГОСТ 26715-85. Соли аммония в фильтрате подвергались разложению щелочью, образующийся аммиак отгоняли в раствор борной кислоты и оттитровали его 0,05 М Н₂SO₄.

5. Содержание общего фосфора по ГОСТ 26717-85. Определялось содержание общего фосфора фотометрически, при этом использовалось поглощение света комплексом фосфатов с молибдатом аммония после их восстановления аскорбиновой кислотой на приборе КФК-3.

Все химические анализы проводились в трех повторностях, результаты статистически обрабатывались.

4. Определение фитотоксичности водной вытяжки из короотходов проводили методом проростков (Минеев В.Г., 2001) (приложение 2). В качестве тест-объектов выбраны семена редиса сорта Розово-красный с белым кончиком со всхожестью 95%. Для проведения опыта приготовлены водные вытяжки измельченной коры (размер частиц менее 0,25 мм), отобранной с разных точек (соотношение кора : вода водопроводная отстоянная 1:10). Вытяжки выдерживали 1 час при постоянном перемешивании. В чашки Петри помещали ватные диски, раскладывали по 50 откалиброванных семян одного (светлого) оттенка, добавляли 15 мл фильтрата водной вытяжки коры.

В качестве контроля использовали водопроводную отстоянную воду. Через 3 суток учитывали энергию прорастания по числу проросших семян, длину корня и длину побега, а также рассчитывали индекс проростка как отношение длины надземной части проростка к длине корня. Полученные значения сравнивали с результатами контроля и оценивали токсичность короотхода.

5. Определение фитотоксичности короотходов методом проростков (Орлов Д.С, 2002) (приложение 3). Проводено два опыта. По рекомендациям международного стандарта использованы две тест-культуры.

Опыт №1 - тест-объект - ячмень сорта Родник Прикамья - представитель однодольных растений семейства Злаковые (Poaceae).

Варианты опыта №1:

1.Контроль - почва;

2.Почва + N_0,03P_0,03К_0,03;

3.Почва + измельченная кора с точки 1.1 (5 г/кг);

4.Почва + измельченная кора с точки 1.2 (5 г/кг);

5. Почва + измельченная кора с точки 1.3 (5 г/кг);

6.Почва + измельченная кора с точки 2 (5 г/кг);

7.Почва + измельченная кора с точки 3 (5 г/кг);

8.Почва + кора без измельчения с точки 2 (140 г/кг) + N_0,03P_0,03К_0,03.

Для закладки опыта использовалась дерново-подзолистая среднесуглинистая почва. Почва среднекислая (рН_KCl 4,6). Содержание гумуса низкое - 3,9%, содержание подвижных фосфатов очень высокое (395 мг/кг почвы). Опыт проводился при 70% влажности от полной влагоемкости почвы. Масса грунта около 300 г. Опыт проводился в пластиковых емкостях объемом 0,5 л. Площадь поверхности грунта 7Ч5 см² . В каждую емкость высевалось 15 зерен. Наблюдения за растениями вели 14 дней.

Опыт №2 - тест-объект - горох сорта Ямальский, представитель двудольных растений семейства Бобовые (Fabaceae).

Варианты опыта №2:

1.Контроль - почва;

2.Почва + N_0,03P_0,03К_0,03 ;

3.Почва + кора без измельчения 1.1 (140 г/кг);

4. Почва + кора без измельчения 1.2 (140 г/кг);

5. Почва + кора без измельчения 1.3 (140 г/кг);

6. Почва + кора без измельчения 2 (140 г/кг);

7. Почва + кора без измельчения 3 (140 г/кг);

8. Почва + кора без измельчения 1.3 + N_0,03P_0,03К_0,03;

9. Почва + кора без измельчения 1.3 + N_0,03P_0,03К_0,03 + СаСО₃;

10. Почва + кора без измельчения 2 + N_0,03P_0,03К_0,03.

Опыт проведен в четырех повторностях.

6. Определение интенсивности разложения целлюлозы

Для определения влияния короотходов на ферментативную активность грунта проведен опыт определения скорости разложения целлюлозы. Для этого использовались льняные полотна размером 1 см², которые подвергались разложению в течение 28 дней в специально приготовленном грунте, помещенном в чашки Петри.

Варианты опыта:

1. Контроль - почва

2. Почва + кора 1.1

3. Почва + кора 1.2

4. Почва + кора 1.3

5. Почва + кора 2

6. Почва + кора 3

На 250 г почвы внесено 35,7 г неизмельченной коры (размер частиц не более 10 мм). Влажность грунта составляет 80 % полной влагоемкости. Вместимость одной чашки Петри - 71 г грунта.

Для каждого варианта короотхода высчитано необходимое количество воды исходя из влагоемкости грунта. Опыт заложен в четырех повторностях. Полученные результаты математически обработаны.

Все химические анализы и опыты проведены в лаборатории кафедры экологии Пермской государственной сельскохозяйственной академии имени академика Д.Н. Прянишникова. Результаты обработаны методами математической статистики (Доспехов Б.А., 1985).



3. Результаты исследования и их обсуждение

3.1 Определение химических характеристик отходов

Для выявления возможности использования короотходов в качестве удобрения проведен анализ их химического состава и свойств. Проведено определение реакции среды солевой вытяжки, определение содержания холлы и органического вещества, определение общего азота и общего фосфора.

Для определения содержания органического вещества проведено его озоление при 800°С. Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1

Озоление отходов при температуре 800°С

№ пробы	Зольность, %
	2 часа	3 часа	4 часа
1.1	9,57	9,47	9,16
1.2	11,28	11,27	-
1.3	5,41	5,32	5,32
2	17,81	17,81	-
3	14,45	14,45	-

Исследования показали, что озоление проб, отобранных выше и ниже дороги в точке 1, происходит медленнее, чем в остальных точках. Для полного озоления отхода, предварительно высушенного при 105°С, измельченного в ступке и просеянного через сито, в данных случаях потребовалось больше 3 часов нагревания при 800°С. Зольность отходов в разных точках отличается более чем в 3 раза (таблица 2).



Таблица 2

Реакция среды солевой вытяжки и зольность отходов

№ пробы	рН	Зольность, %
1.1	4,94	9,16
1.2	3,64	11,27
1.3	2,88	5,32
2	7,68	17,81
3	6,36	14,45

Пробы, отобранные на уровне дороги, характеризуются большей зольностью, т.к. здесь, по-видимому, лучше условия для минерализации короотхода: больше доступ воздуха, чаще идет сдвиг отходов и его хотя бы частичное перемешивание, возможно, эти отходы дольше хранятся на короотвале. При полной минерализации коры образующийся из органических веществ углекислый газ улетучивается, что приводит к потере органического углерода и увеличению зольности. Об этом свидетельствует и внешний вид отходов, появляется сероватый оттенок. Минимальные потери органического вещества характерны для глубины кучи (проба 1.3). Относительно невысокая зольность короотходов в верхней части первой кучи (проба 1.1) может быть связана как с недлинным временем хранения, так и с недостаточным поступлением сюда кислорода.

Для всех точек, кроме пробы 1.2, прослеживается четкая связь между зольностью и реакцией среды.

Основные компоненты золы - карбонаты калия и кальция - подщелачивают пробу, и чем их больше, тем реакция среды щелочнее. Фенольные вещества и кислоты, являющиеся промежуточными продуктами разложения короотходов, придают отходу кислый характер.

В неразложившейся или не полностью разложившейся коре присутствуют органические кислоты разной природы: пальмитиновая, стеариновая, олеиновая, линолевая, арахиновая, докозановая и тетракозановая в количестве 1,7-1,8% от сухого вещества, а также галловая, эллаговая, уксусная, пропионовая, ванилиновая, сиреневая, феруловая (Иржигитова Д.М., 2011). При метаболизме целлюлозоразрушающих грибов также выделяются органические кислоты. Содержащиеся в коре органические кислоты с течением времени при разрушении верхних слоев корки выходят на поверхность, обусловливая более кислую реакцию среды (Дейнеко И.П., 2007). При длительном хранении коры они могут окисляться или вымываться осадками или струями воды при тушении короотвала в нижние горизонты кучи.

Кислый характер солевой вытяжки является серьезным препятствием для возможности использования короотходов в сельском хозяйстве, т.к. для преобладающих в Предуралье дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почв и так характерна кислая реакция среды, которая является неблагоприятной для большинства сельскохозяйственных растений.

В таблице 3 представлены другие показатели агрохимической характеристики короотходов.

Таблица 3

Агрохимическая характеристика отходов

Проба	Органическое вещество, %	Общий азот, %	Массовая доля Р2О5, %
1.1	91,84	1,2±0,6	0,15±0,04
1.2	88,73	1,3±0,3	0,19±0,16
1.3	94,68	0,9±1,7	0,20±0,14
2	82,19	2,7±1,4	0,60±0,01
3	85,55	1,8±0,7	0,29±0,00

Для проб, которые плохо озолялись при сухом (проба 1.3) и мокром

(проба 2) озолении характерны большие доверительные интервалы при определении общего азота и общего фосфора, что говорит о большой вариабельности проб (анализы проводились после параллельного озоления трех навесок). Содержание азота и фосфора оказалось довольно высоким. Максимальное количество азота обнаружено в пробах, отобранных на уровне дороги. Количество азота в пробах, отобранных на разных горизонтах точки 1, примерно одинаково, такая же картина и по содержанию фосфора. В точке 3 содержание обоих элементов среднее, в точке 2- максимальное, для нее же характерна максимальная зольность.