Глава JX ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВВ ЗЕМЛЕДЕЛИИ

В природе биомасса растительного происхождения потребляется животными, отмирает и минерализуется на месте своего образования — на почве или внутри почвы. Лишь небольшая часть (1—2%) уносится водными потоками в низменности и моря.

Поэтому углерод и другие биофильные элементы накапливаются в почвах.
Биомасса микробов и низших организмов, практически полностью фиксированная внутри почвы, отмирает и минерализуется в почве. Биомасса животных меньше привязана к почве. Биомасса птиц, летающих насекомых перемещается на многие километры. Биомасса почвенных животных (а она абсолютно преобладает на суше) также формируется внутри почвы и может мигрировать в пределах немногих метров. Поэтому метаболиты животных и продукты их разложения в конечном счете остаются на почве и внутри почвы. Исключение составляют птичьи базары, лежбища морских животных (тюленей, котиков, моржей), которые имеют свои ’’зоны жизни и смерти”, где и образуются биогеохимические осадки экскретов типа

Равномерное распределение первичной биомассы, метаболитов, посмертных остатков, продуктов минерализации на поверхности суши и в почвах обеспечивало формирование гумусовой оболочки суши, т.е. известное постоянство и равномерность распределения и содержания органических соединений, органо-минеральных веществ и минеральных солей биогенного происхождения. Конечно, на планете были и сохранились природные географические различия в распределении, формах, функционировании живого вещества и гумусообразования.
Именно эта природная картина распределения биомассы и биогенных веществ разного типа была сильно нарушена, а в ряде мест полностью разрушена антропогенными воздействиями. Эти нарушения определяются в наше время особенностями роста и распределения населения, географией городов, земледелия и животноводства, индустрии и лесного хозяйства, обменом сырьем и продуктами, накоплением и распределением органических и минеральных отходов, ходом мировой торговли.
Деятельность человека, особенно в минувшее столетие, глубоко изменила биогеохимию и биогеографию живого вещества, биогеохимические потоки энергии, связанной в органическом веществе, и круговорот элементов, постоянно участвующих в обмене организмов и среды: углерода, кислорода, азота, фосфора, кальция, серы и др.
Скопление больших масс органического вещества и его замедленная минерализация способствуют дополнительному появлению в суспензиях, в коллоидных и истинных растворах низких концентраций разнообразных групп углеводов, аминокислот, липидов, пигментов, фенолов, хинонов. Появляются повышенные количества грибной и бактериальной микрофлоры, низших беспозвоночных. Отмечается новообразование витаминов и токсинов, гормонов и антибиотиков, гуминовых кислот и фульвокис- лот и т.д. (Кретович, 1972).
Мегагорода, порты, промышленные районы, крупные центры животноводства, густозаселенные территории явились зонами аккумуляции громадных масс органического сырья и продовольствия растительного и животного происхождения, бытовых, физиологических, промышленных органических отходов. К этому нужно добавить различные ископаемые горючие, продукты их переработки и использования, а также древесину, текстиль, шерсть и др.
Возникли новая география и геохимия органического вещества и новые, необычные для биосферы и почв прошлого агротехногенные и техногенные циклы органических соединений углерода, фосфора, азота. Нормальные фоновые циклы создания, движения и разложения органической массы оказались нарушенными.
Важнейшие изменения, внесенные человеком в биогеохимию органического вещества, следующие:
а)              общепланетарный процесс перераспределения и гиперконцентрирования органики на сравнительно ограниченных территориях за счет ее отчуждения и вывоза с других, значительно больших по площади производящих территорий;
б)              замедление нормальных процессов деструкции и минерализации аккумулированных масс органического вещества (результат ослабленного участия природных фитофагов);
в)              увеличение масс грубодисперсного и малоразложившегося органического вещества, поступающего в водоемы на суше и в моря;
г)              появление в растворах наземных и подземных вод токсических полициклических ароматических соединений.
Отмеченные коренные изменения вызвали и во многих случаях усилили загрязнение среды, эвтрофикацию водоемов и почв, развитие восстановительных реакций в местах супераккумуляции органических веществ (с образованием метана, аммиака, сероводорода).
Интересы будущего человечества заставляют искать решения проблемы управления массами органического вещества, вовлеченными в жизнь планеты. Точная количественная картина современного распрделения органического вещества на суше еще не составлена, но можно считать, что органическое вещество поступает в очень больших количествах на сравнительно ограниченные площади суши и водоемов, где и создается локальное загрязнение.
Борьба с нарушениями природных потоков органических веществ и их вредными накоплениями должна вестись параллельно с борьбой с различными минеральными загрязнителями индустриального происхождения.
Насколько велика концентрация органических веществ в городах и промышленных регионах мира, можно судить по тому, что масса продовольствия и фуража исчисляется по зернопродуктам в 1,5 млрд, т в год, а по общей биомассе до 6 млрд, т (в сухом веществе).
Вес животных продуктов, потребляемых людьми ежегодно, превышает 550 млн. т, в числе которых около 41 млн.т белков. Сама биомасса населения человека и животных составляет 600—800 млн. т. Об элементарном химическом составе этих форм биомассы можно судить по данным табл. 26.              1
Безотходная и малоотходная ’’почти замкнутая” технология в индустрии, транспорте и городском хозяйстве по мере осуществления будет давать нарастающий положительный эффект, уменьшая загрязнение биосферы. Однако исключить отходы полностью никогда не удастся. И газоообраз- ные, и жидкие, и твердые отходы, и побочные продукты всегда будут появляться и внедряться в окружающую среду. Дело заключается в учете и оценке отходов и в сознательно организованном использовании их в других областях Хозяйства.
Земледелие, лесоводство, мелиорации ландшафтов - те области, где могут быть с успехом использованы многие отходы (теплая вода, углекислота, кислые и щелочные отходы, шлаки, пыль, зола, остатки строительных материалов и др.). Очень важно при этом сочетать использование загрязнителей индустриального происхождения с использованием отходов органических веществ и органических отбросов, обычно ’’пропитанных” живыми микро- и мезоорганизмами — разрушителями и минерализаторами мертвой органики.
Критический анализ проблемы привел экспертов ФАО к заключению, что главный загрязнитель вод — это смыв поверхностными водами мочи, навоза и гумуса, а также городские нечистоты, отходы и дорожная пыль (FAO, 1972).
Общее количество различных органических отходов и веществ, вовлеченных человеком в биосферу и локальные экосистемы, очень велико и изме-
Таблица 26. Состав главных продуктов питания человека (данные экспертов FAO, 1982), %

Продукт	С	N	C/N	Продукт	С	N	С/ N
Мясо и птица	43-44	3,7	12	II " ' Пшеница	31	1,5	20
Рыба	55	3,8	14,5	Рис	32	0,6	51

Таблица 27. Приблизительный состав органических отходов, % на сухой вес (FAO, 1971, по данным университета Калифорнии)

Отходы	Качество	ь * N	р,о,	к3о
Крупного	Низкое	0,53	0,24	1,08
рогатого	Высокое	3,55	1,75	5,01
скота	Среднее из 35 образцов	2,03	1,06	3,06
Птицефермы	Низкое	1,70	0,75	0,90
	Высокое	5,14	5,56	3,76
	Среднее из 40 образцов	3,48	2,85	2,18

ряется, по-видимому, величиной порядка 10 • 109 т ежегодно (в сухой массе) . Примерно столько же минеральных отходов.
Водная эрозия почв волекает ежегодно до 20 млрд, т почвенного мелкозема и гумуса, которые также загрязняют водоемы, озера, устья рек и для разложения и окисления требуют значительных количеств кислорода. Даже в условиях полуоблесенного ландшафта Северо-Запада СССР за время весеннего снеготаяния смывается с полей и уносится в реки с гумусом и мелкоземом: азота (N) — от 5 до 30 кг/га, фосфора (Р205) — от 70—95 до 150—170 кг/га, калия (К20) — от 60 до 120 кг/га. Это, конечно, вызывает локальную эвтрофикацию, накопление органики, анаэробиозис с появлением сероводорода, метана, сульфидов, окислов азота. Еще большее отрицательное влияние оказывают отходы крупных центров животноводства, сбросы городских нечистот в депрессии и в местную гидрографическую сеть.
Растущая численность и плотность населения в современных больших городах приводят к огромной концентрации разлагающихся органических отходов. В среднем один человек производит около 1250 г фекальных экскретов ежедневно, или около 0,5 т в год. При населении планеты в 4,5 млрд, получается ежегодно более 2 млрд, т фекальных отходов, содержащих около 30—50% углерода, 3—5% азота и 0,2% фосфора. Одна корова дает в 15 раз больше экскретов, чем человек (Russell, 1972). В год каждая корова производит в среднем 10—15 т органических отходов, содержащих 5—6 т углерода, 30—45 кг азота и 15—20 кг фосфора. Отходы птицеводческих фабрик в 2—3 раза богаче азотом и фосфором, и количество этих отходов исчисляется также многими миллионами тонн.
Общая сумма таких органических отходов на планете, вероятно, достигает 35—40 млрд, т ежегодно.

Если эти отходы не компостируются и не используются для производства удобрений или газа для топлива, то они превращаются в важнейший источник загрязнения среды и особенно почв и вод, вызывая локальный дефицит кислорода и анаэробные явления:
Об удобрительной ценности этого органического вещества можно судить по данным табл. 27. Ценнейшие питательные вещества — соединения азота, фосфора, калия, кальция, микроэлементов, входящие в состав органических отходов городского и сельского хозяйства, должны быть повторно и многократно использованы в земледелии в качестве удобрений. Общество не должно допускать растраты и потери этих ценностей.
Известный английский исследователь Кук (Cooke, 1971) убедительно показал необходимость возможно более полного использования экскретов животных и человека в качестве органических удобрений. Он мотивировал эту необходимость расчетами, показывающими, что большая часть углерода, азота и практически весь фосфор и калий урожая постепенно уходят из почв на питание человека и животных, а в дальнейшем теряются для земледелия в речных стоках и морских водах.
Отходы животноводсва в Англии в настоящее время могут обеспечить всю пахотную площадь страны азотом в размере около 125 кг/га, соответствующим количеством фосфора 70 кг/га и калия — около 125 кг/га К20 (Cooke, 1971). Эти величины приняты в Англии для планирования потребностей в удобрениях на 2000 г., когда намечается в среднем удвоить валовую продукцию земледелия. Использование органических отходов и особенно навоза позволит при этом ограничиться к 2000 г. лишь удвоением производства азотных удобрений и не увеличивать производства фосфорных и калийных минеральных удобрений (Cooke, 1971).
Итак, использование органических отходов в качестве удобрений экологически и экономически целесообразно. Особенно положительный эффект, как показал индийский ученый Дар, достигается при внесении ком- постов органических отходов совместно с костной мукой или томасшла- ком.
Скелеты животных содержат до 16—18% фосфора (на сухую массу). Локально это может приводить к повышенному содержанию фосфора в почвах и водах. В прошлом мука из костных остатков использовалась в качестве удобрений. Необходимо возродить этот промысел как в агрономических, так и в биосферно-санитарных целях.
Шлаки металлургического производства также содержат значительные количества фосфора (томасшлак — до 20%) и в недавнем прошлом использовались в качестве удобрений. Ныне эти источники фосфора используются недостаточно.
В нашу эпоху дефицита фосфора и борьбы с эвтрофикацией фосфорсодержащие шлаки, костную муку, компосты и туки на основе навоза и городских отбросов необходимо широко использовать в земледелии. Исследования Дара в Индии и других странах показали эффективность названных приемов в дополнительной фиксации азота почвами, удобренными фосфорсодержащими шлаками, органическими отходами, и полезность этого мероприятия как средства самоочищения окружающей среды.
Нельзя, конечно, упрощать выполнение этих мероприятий. Органические отходы могут быть загрязнены токсическими соединениями или патогенными организмами. Здесь нужны научный подход, экспертиза и контроль. В частности, необходимо не перегружать ”деструктирующую и ассимилирующую силу” самих почв в отношении вносимых местных органических удобрений и компостов. Отрицательные явления такого характера наблюдались, например, в Англии и были предметом исследований ученых Ротамстедской опытной станции.
В итоге исследований Г. Кука и Р. Вильямса (Cooke, Williaws, 1970) установлено, что рациональное использование органических отходов животноводства и птицеводства должно базироваться на оптимальном соотношении числа животных и площади удобряемых почв. Для удобрения 1 га следует использовать отходы от 2—3 дойных коров, или от 5 телок, или от 25 свиней, или от 250 индеек, или от 2500 кур (бройлеров). Большая концентрация животных приводит к избытку органических веществ, азота, фосфора и сопровождается загрязнением местности и вод.
Особую статью в балансе антропогенного углерода, фосфора, азота и других элементов составляют твердые бытовые отходы, которые по стандартам США составляют в год на одного человека около 1—2 т. В масштабе планеты это может выражаться величиной 6—8 млрд. т. Из них до 50% приходится на долю органических веществ разного рода, которые целесообразно использовать.
Нефтеперерабатывающие заводы, мясомолочные предприятия, сахаро- и пивоварение, спирто-винные и крахмальные производства также дают большие массы органических отходов. Большую часть этих отходов сбрасывают в низины, реки, озера, моря. Очень большие количества органического вещества в виде древесины, обрезков, веток, опилок и пр. дает рубка и трелевка леса, водный сплав бревен, лесопильные предприятия. Считается, что на каждые 300 пог. м досок создается не менее 2,5 т древесных отходов, из которых около половины составляют кора и опилки (FAO, 1971).
Органическое вещество отходов лесного хозяйства, влючающее углерод, азот, фосфор, кальций, калий, кремний, поступает с поверхностным стоком преимущественно в воды рек, озер, морей, а также в аллювий пойм и дельт, в донные отложения водоемов. Значительная часть сжигается, давая С02 и золу. Последняя опять-таки уносится в водоемы. В совокупности все это ведет к увеличенному и ускоренному поступлению органических веществ (вместе со многими неучтенными другими компонентами) в гидросферу, в аллювиальные, дельтовые и донные осадки.
Там, где не загрязненные ртутью, свинцом или биоцидами органические вещества попадают в аллювиальные и дельтовые почвы, повышается их продуктивность. Там, где органические отходы используются как местные удобрения (например, в Японии, Китае, Египте, Индонезии), почвы обогащаются углеродом, азотом, фосфором и другими биофилами и продуктивность земледелия не уменьшается. Но в большинстве стран, особенно в индустриально развитых, органические отходы сбрасываются в овражно-речную сеть и в водную среду. Происходит эвтрофикация водоемов: острый дефицит растворенного кислорода вследствие расхода на окисление органических веществ, избыточное минеральное и азотное питание водорослей и микроорганизмов, денитрификация, десульфирование с образованием сероводорода, метана, этилена, зловоние, гибель рыбы и других животных, населяющих водоемы, заболевание людей и животных, потребляющих эту воду.
Необходимо преодоление последствий стихийно сложившегося антропогенного геохимического ’’потока” органических веществ в зоны городов, плотного населения и водоемы. Этот антропо-геохимический поток отходов органического углерода и азота должен быть направлен от городов и индустриальных зон с высокой плотностью населения на фабрики компостов и удобрительных туков, а затем распределяться на поля, пастбища, сады, леса для возврата углерода и других биофилов в биологические круговороты суши и полей. Эта операция потребует научных обоснований, капиталовложений, специальной санитарно-биосферной, агросанитарной службы. Но все эти трудности преодолимы и экономически оправданны.
Весьма существенной является проблема подготовки органических отходов и их разложение. Некоторые компоненты, такие, как дерево, опилки, картон, бумага, могут сохраняться годами, особенно в сухой почве. Наиболее стойки в этом отношении остатки пластмасс. Растительная органика разлагается в почвах в течение недель и месяцев, но избыток углерода может вызвать дефицит азота для урожая. Присутствие гельминтов и патогенных микроорганизмов заставляет быть особенно осторожными при рециклировании отходов. Поэтому лучшим вариантом было бы предварительное обязательное компостирование отходов. При этом важно использовать работу грибов и насекомых как разрушителей стойких органических материалов и для уничтожения вредных и опасных организмов. Компостирование необходимо также для разложения возможных фитотоксинов, антибиотиков, терпенов, фенолов, резин, а также семян сорняков.
Документы ФАО (FAO, 1971) убедительно показывают, что регулярное внесение навоза или органических остатков в количествах 30—40 т/га увеличивает содержание углерода, гумуса и запасы азота и фосфора в почвах. Предпочтительнее вносить органические удобрения дозами, не меньшими 2,5—3,0 т/га, несколько раз в год, что дает наибольший эффект на почвах и на урожаях.
Вопрос использования органических отходов в земледелии осложняется высокой стоимостью их сбора, сортировки, подготовки и заделки в почву. Эксперты ФАО (FAO, 1971) считали, что в капиталистических странах цена подготовки и внесения компостов порядка 20—70 долларов за тонну экономически не оправдывается урожаем. Именно по этим причинам фермеры иногда даже даром не берут птичий помет или навоз с крупных индустриальных предприятий. Минеральные азотные и фосфорные удобрения в общем с коммерческой точки зрения влияют на урожаи трав или зерна не хуже, а иногда лучше и быстрее. Техника их использования проще, а стоимость до недавнего времени была меньше. Однако в настоящее время цены на минеральные удобрения выросли в 5—6 раз и применение органических удобрений стало рентабельным. Больше того, фермеры США, Канады, Англии ныне делают ставку на organic farming, т.е. на минимальное применение в земледелии минеральных удобрений, химических препаратов и на максимальное использование органических удобрений и введение бобовых в севообороты. Последние годы убедили всех, что охрана почв и расширенное воспроизводство их плодородия требуют постоянного обогащения их органическим веществом.
Вопрос применения в земледелии и лесоводстве органических отходов следует рассматривать как с точки зрения санитарно-биосферной, так и долговременных интересов сохранения и использования почвенных и водных ресурсов, а также здоровья населения. Расходы по регистрации и использованию органических и минеральных отходов должны включаться в стоимость производства продукции и содержания санитарной службы страны.
Реутилизация органических отходов в сельском и лесном хозяйстве выправит нарушения в биогеохимическом круговороте углерода, азота, фосфора и других биофилов, улучшит санитарное состояние окружающей среды, ослабит явления эвтрофикации гидросферы и локальный дефицит кислорода в водах. Внесение органического углерода и почвы улучшит азотный режим почв, так как каждый грамм углерода удобрений способствует фиксации от 15—20 до 20—40 мг атмосферного азота (Dhar, 1968). Значительно увеличится и содержание фосфора, сырьевые запасы которого в мире ограничены.

<< | >>

↑

Источник: В.А.КОВДА. БИОГЕОХИМИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА. 1985

Еще по теме Глава JX ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВВ ЗЕМЛЕДЕЛИИ:

- Болотоведение - Метеорология и климатология - Научно-популярная история - Океанология (океанография) - Почвоведение -

- Биология - Ветеринария - Взаимоотношения животных - Все животные - Геология - Зоопсихология - Коровы - Кошки - Лечение животных - Лошади - Насекомые - Науки о Земле - Опасные растения и животные - Растительный мир - Редкие животные - Сельское хозяйство - Собаки - Экология -