Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Приемы использования отходов производства в агроэкосистемах Центрального Черноземья. Монография
.pdf
Также несущественно изменялось содержание обменного
калия.
Непосредственным источником питания растений служит
обменный калий, в первую очередь водорастворимый. В тех случаях, когда количество этих форм велико, они способны полностью удовлетворить потребность растений, но в то же время запас
их пополняется за счет необменных форм и даже за счет кристаллической решетки минералов. Процесс этот приостанавливается,
как только прекращается вынос элемента растениями. В связи с
таким постоянно поддерживающимся равновесием запас обменного калия в почве может сохраняться почти на постоянном
уровне (Аристархов, 2000).
Содержание обменного калия быстрее возобновляется в
глинистых и суглинистых почвах, медленнее – в супесчаных.
Таким образом, почвенный калий по степени доступности
представлен в следующих формах: водорастворимый; обменный
(первую и вторую группу, как неразрывно связанные, часто объединяют в одну); трудно обменный или резервный, а также фиксированный; необменный, в том числе фиксированный; нерастворимый калий алюмосиликатов; калий органической части.
Немаловажную роль в использовании элемента играют погодные условия, биологические особенности культур, водный и
температурный режимы почвы, содержание в ней гумуса, состав
поглощающего комплекса и другие факторы. Поэтому диагностика калийного питания растений нередко бывает затруднительна изза различной возможности трансформации калия из неусвояемых
форм в усвояемые в тех или иных условиях. Часто калийные
удобрения положительно влияют на продуктивность растений
при высоких запасах обменного калия в почве и оказываются неэффективными при средней и даже низкой обеспеченности почв
этим элементом (Минеев, 1990; Листопадов, Шапошникова,
1984).
В течение вегетации сельскохозяйственных культур содержание обменного калия в почве изменяется менее значительно, чем
подвижных фосфатов и нитратов. Но закономерность динамики
сохраняется: весной его бывает больше, чем в период максимального потребления элемента растениями, к концу вегетации количество К2О, как правило, увеличивается.
141
ХАРАКТЕРИСТИКА СВЕКЛОВИЧНОГО ЖОМА
И ОБЛАСТИ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
Основным видом отходов сахарного производства является
свекловичный жом. Такое название происходит от того, что на
заре свеклосахарного производства сок из свекловичной кашки
отжимали.
Емкость рынка этого вида отходов составляет 9 млн т в год.
Свекловичный жом представляет собой стружку толщиной не
более 2 мм с влажностью не более 82%, из которой диффузионным способом извлекается основное количество сахара.
До настоящего времени это сырье использовалось только в
качестве весьма ценного корма. По питательности жом занимает
среднее положение между такими естественными кормами, как
овес и луговое сено, уступая им лишь немного по содержанию
азотистых веществ. Он содержит безазотистых, легко усвояемых
веществ значительно больше, чем сено и почти столько же,
сколько овес.
Кроме того, в сыром жоме содержатся: витамин С, белок,
незаменимые аминокислоты (лизин, лейцин, треонин, валин). Неотжатый жом, вышедший из диффузионного аппарата (независимо от содержания в нем СВ) и хранившийся не более трех суток,
называется свежим, более трех суток – кислым (рН 5,0).
Жом с содержанием 10-13% СВ называется отжатым, с содержанием СВ больше 13% – прессованным.
Основное использование свекловичного жома – кормовое.
Жом обладает пробиотическим действием за счет большого содержания пектиновых веществ. Пектины нормализуют работу
пищеварительного тракта у животных, вследствие чего они потребляют меньше корма. До 30-40% образующегося в отрасли
жома скармливается животным в свежем виде, однако большее
количество используют в кислом виде, при этом теряется до 50%
питательных веществ и значительно ухудшается качество корма.
С целью сохранения питательных веществ жом необходимо обезвоживать и сушить.
Сушеный жом по сравнению со свежим и кислым имеет ряд
преимуществ: он более транспортабелен, сохраняет биохимический состав и кормовые свойства (в 100 кг сухого жома содер-
142
жится 85 корм. ед. и его можно сравнить с пшеничными отрубями), при хранении практически не несет потерь СВ. Недостатком
сушеного жома является низкое содержание в нем протеина
(6,8%), которое может быть увеличено путем его обогащения.
Кормовую ценность жома можно повысить путем применения
различных добавок, получая при этом мелассированный, амидный, амидоминеральный, бардяной жом. Сушеный жом является
сырьем для получения пектина и пектиновых концентратов, которые благодаря желирующей и комплексообразующей способности широко используются для производства кондитерских изделий, джемов, конфитюров, желе, фруктовых напитков, соков,
майонезов, а также продукции лечебно-профилактического назначения.
Основными направлениями совершенствования технологий
переработки ВСР сахарной отрасли являются: интенсификация
методов отжима свежего жома; разработка эффективных способов сушки жома с использованием тепловой энергии отраслевых
теплоносителей (утфельных паров из выпарных установок, конденсатов, отходящих газов ТЭЦ, отработанных газов высокотемпературных жомосушильных установок и др.); улучшение качественных характеристик свекловичного жома, обогащение микроэлементами; получение из сушеного жома пищевых добавок и
продуктов: пектина, клетчатки и др.; разработка способов получения сухой мелассы с последующим использованием ее в кормопроизводстве; разработка технологических процессов, обеспечивающих дополнительное извлечение сахара из мелассы путем
деминерализации с применением хроматографии и других современных методов; разработка и внедрение рациональных способов
использования фильтрационного осадка, в том числе ресурсосберегающей технологии для обжига мелкофракционного известняка. Для улучшения качественных показателей свекловичного жома, а именно для снижения содержания клетчатки и увеличения
содержания протеина разработан способ микробиологической
обработки сырого жома по технологии твердофазной биоферментации перед последующим высушиванием. Технология производства ферментированных кормов включает в себя: приготовление засевной закваски в ферментере объемом 0,6 м с использованием пшеничных отрубей и закваски Леснова в количестве 5 г на
143
1 т с одновременным увлажнением массы до 60% и нагревом до
550С; измельчение свекловичного жома молотковой дробилкой и
подача его шнековым транспортером в ферментер объемом 7 м с
одновременным интенсивным перемешиванием в течение 1015 мин; ферментацию измельченного свекловичного жома в течение 9 ч и выгрузку готового продукта. Испытания проводились
на Шебекинском биохимическом заводе. Результаты показали
снижение количества клетчатки на 18% и увеличение содержания
протеина на 125%.
В ЗАО «Биокомплекс» (г. Москва) разработана технология
переработки растительных и пищевых отходов в кормовые добавки и комбикорма способом микробиологической биоконверсии. Технология предназначена для переработки сырьевых компонентов, не используемых в традиционном кормопроизводстве.
В качестве исходного сырья могут служить отходы зерноперерабатывающей, консервной и винодельческой, пивоваренной, спиртовой, эфиромасличной, масложировой, кондитерской, молочной,
чайной и сахарной промышленности; растительные компоненты
сельскохозяйственных культур: стебли зерновых и технических
культур, корзинки и стебли подсолнечника, льняная костра,
стержни кукурузных початков, картофельная мезга, трава бобовых культур, отходы сенажа и силоса, отходы виноградной лозы,
чайных плантаций, стебли табака. По технологии сырьевые компоненты (отходы), содержащие сложные полисахариды (пектиновые вещества, целлюлоза, гемицеллюлоза и др.), подвергаются
воздействию комплексных ферментных препаратов, содержащих
пектиназу, гемицеллюлазу и целлюлазу. Ферменты представляют
собой очищенный внеклеточный белок и способны к глубокой
деструкции клеточных стенок и отдельных структурных полисахаридов, т.е. осуществляется расщепление сложных полисахаридов на простые с последующим построением на их основе легкоусвояемого кормового белка. При этом метод микробиологической биоконверсии позволяет уничтожить в некондиционных
компонентах болезнетворную микрофлору, возбудителей тяжелых заболеваний, личинки паразитирующих простейших. Конечным продуктом технологии является кормовая добавка – углеводно-белковый концентрат (УБК). УБК отличается высокой питательностью (протеин 22-26%), легкой усвояемостью, биологи-
144
ческой активностью, а также ферментной, витаминной и минеральной ценностью. Кормовая добавка УБК может использоваться как основной компонент при производстве комбикормов в соотношении 1:1, как добавка к грубым растительным кормам при
производстве простых кормовых смесей с измельченным фуражным зерном, отрубями, зерноотходами и др. Технология экологически безопасна, не имеет сточных вод и выбросов. Ключевым
элементом технологической цепи является биореактор, в котором
осуществляется процесс микробиологической биоконверсии отходов в корма. В результате получают влажную кормовую добавку – углеводно-белковый концентрат, который сушат до влажности 8-10% и измельчают. После измельчения концентрат используют для производства комбикормов с нормой ввода 25-65% в зависимости от рецепта и целевого назначения комбикорма. Испытания показали 15-20%-ное повышение продуктивности кормления животных и птицы комбикормом с УБК по сравнению с традиционными кормами.
В Воронежской государственной технологической академии
разработана технология получения полуфабрикатов из свекловичного жома для пищевой промышленности. Пищевые волокна
свекловичного жома способствуют улучшению моторной функции желудочно-кишечного тракта, накапливают и выводят из организма радионуклиды, токсичные элементы, пестициды, патогенную микрофлору, являются пробиотиками, увеличивают чувство насыщения, снижают риск ожирения, сердечно-сосудистых
заболеваний, диабета.
Группа компаний «ЭФКО», ЗАО «ЭФКО-НТ» (Белгородская обл.) занимается разработками использования свекловичного жома для производства нанокристаллической целлюлозы
(НКЦ). НКЦ сопоставима по прочности с углеродными нанотрубками и способна к формированию армирующих сеток в полимерах.
Совместной разработкой ЗАО «ЭФКО-НТ» и Всероссийского НИИ сахарной свеклы (ВНИИСС, п.г.т. Рамонь Воронежской
обл.) является использование НКЦ для дражирования семян сельскохозяйственных культур. Полевые испытания показали, что
покрытия для дражирования семян на основе НКЦ обладают требуемым сочетанием механических, барьерных и сорбционных
свойств. Обработанные НКЦ семена не слипаются, выдерживают
145
машинную обработку при посеве и не разрушаются до внесения в
почву. Внесение в процессе дражирования семян защитностимулирующих препаратов с НКЦ обеспечивает ускоренное
прорастание семян в условиях неустойчивого увлажнения, повышает урожайность, способствует снижению общего расхода органо-минеральных удобрений, и, следовательно, снижению экологической нагрузки на почву. Экономические расчеты показали:
для обработки 100 тыс. семян сахарной свеклы потребуется до 2 т
наноцеллюлозы или 12 т сухого жома сахарной свеклы при выходе НКЦ 17%. Содержание НКЦ в покрытых семенах при этом составит 0,75%. Перспективное направление применения НКЦ –
создание биоразлагаемых материалов для производства пищевой
упаковки. В наноструктурированной упаковке один компонент
является синтетическим, другой – природного происхождения.
Упаковка с применением НКЦ обладает быстрой биодеструкцией
и возможностью саморазложения. Основными областями применения такой упаковки могут являться: одноразовая посуда, мешки для мусора и органических отходов, пленки сельскохозяйственного назначения и др. Совместный проект ЗАО «ЭФКО-НТ» и
Воронежской государственной лесотехнической академии предлагает использование наноцеллюлозы для модификации древесины. Основу разработки составляет наполнение гелеобразной нанокристаллической целлюлозой каналов в структуре древесины
под действием давления. Обработка проводится на этапе подготовки древесины к последующему прессованию. В результате насыщения структуры частицами наноцеллюлозы древесина приобретает твердость нелегированной стали, обладает высокой влагостойкостью, стабильностью формы, декоративностью. НКЦ находит применение в процессе производства бумаги. Разработка
принадлежит ЗАО «ЭФКО-НТ» и Центральному НИИ бумаги
(ОАО «ЦНИИБ», п. Правдинский, Московская обл.). Бумага с
НКЦ по сравнению с обычной имеет более высокие показатели
прочности и устойчивости к механическим воздействиям, обладает хорошей впитывающей способностью. Перспективно применение нанокомпозитной целлюлозы в клеевых изделиях из модифицированной древесины в узлах мостовых башенных кранов,
кран-балок, лебедок; узлах трения конвейеров, транспортеров,
шнеков, рольгангов; узлах трения насосов и компрессоров; в куз-
146
нечно-прессовом оборудовании; литейном и металлопрокатном
оборудовании; узлах трения машин, работающих в агрессивных
средах; в дорожно-строительной технике; сельскохозяйственной
технике; машинах и механизмах морского и речного флота. В настоящее время «ЭФКО-НТ» первым в мире планирует осуществить запуск пилотного проекта по производству нанокристаллической целлюлозы из свекловичного жома.
Интересным техническим решением является использование жома сахарной свеклы для модификации молочных продуктов. За последние годы созданы продукты, проявляющие радиопротекторное действие. Одним из представителей таких продуктов является кисломолочный напиток «защита жизни», обогащенный нерастворимыми пищевыми волокнами (ПВ), полученными по специальной технологии из жома сахарной свеклы (ТУ
9222-211-0041978500). Медико-биологическая ценность пищевых
волокон обусловлена их физико-химическими свойствами и способностью регулировать функционирование органов пищеварения, кроветворения и других.
Свекловичный жом относится к наиболее перспективному
сырью для получения низкоэтерифицированного пектина, то есть
пектина со степенью этерификации менее 50%. Такой пектин находит широкое применение в медицине, фармакологии, кондитерской промышленности.
Медицинское применение низкоэтерифицированного свекловичного пектина обусловлено еще его значительной бактерицидной активностью, благодаря чему этот вид пектина может использоваться при лечении желудочно-кишечных заболеваний у
детей. Причем бактерицидная активность пектинов усиливается
при снижении степени этерификации. Бактерицидные свойства
пектина позволяют использовать его в составе пектин-желатинового комплекса с добавками физиологически активных веществ в
качестве водорастворимой пленки для лечения открытых ран и
ожогов.
В Воронежском госагроуниверситете разработана технология использования свекловичного жома в качестве мелиоранта и
органического удобрения.
147
Свекловичный жом как органическое удобрение
Проведенный химический анализ позволяет судить о том,
что по показателям первой группы, которые характеризуют свойства отходов для мелиорации или удобрения и содержанием веществ, необходимых в определенных количествах для нормального функционирования агроэкосистем, свекловичный жом по
содержанию органического вещества 30, 26%, общего азота,
фосфора и калия: 2,59; 0,32; 0,82% на сухое вещество не уступает
бесподстилочному навозу КРС. Однако существенным недостатком его является высокая кислотность – 3,46 ед., которая обусловлена содержанием органических кислот, в первую очередь
уксусной кислоты. Отношение углерода к азоту – 11:68 (оптимальное для разложения органического вещества).
По показателям второй группы, которые отражают свойства
отходов по содержанию веществ, оказывающих при определенных условиях отрицательное воздействие на отдельные компоненты агроэкосистем, свекловичный жом характеризуется низким
содержанием тяжелых металлов первого класса опасности: свинца – 0,5 мг/кг (ПДК 32 мг/кг); кадмия – 0,3 мг/кг (ПДК 0,5 мг/кг).
Внесение свекловичного жома оказывает существенное
влияние на ПБК, состав и продуктивность агрозенозов.
Влияние свекловичного жома на влагообеспеченность
агроценоза гречихи
Один из определяющих факторов роста и развития растений, важнейший показатель почвенного плодородия – влага.
Особое значение она имеет в Воронежской области, где в отдельные годы влагообеспеченность посевов определяет не только величину урожая, но и возможность посева и возделывания сельскохозяйственных культур (Круглов, 2002; Иванов, 2006).
Проведенные исследования позволяют судить о том, что на
запасы продуктивной влаги существенное влияние оказывает количество выпавших осадков, используемые мелиоранты и удобрения (табл. 57).
При внесении в агроценозы гречихи свекловичного жома
запасы продуктивной влаги в слое 0-20 см на III этапе развития
148
культуры увеличивались на 15,1% относительно контроля, а при
совместном внесении жома и дефеката – на 12,2%. В слое 2040 см эта разница составила 11,2 и 6,9% соответственно.
Использование дефеката не оказывало существенного влияния на влажность почвы.
Таблица 57. Запасы продуктивной влаги в агроценозах гречихи,
мм, 2005- 2007 гг.
3
Вариант
Контроль
Дефекат
Жом
Жом+дефекат
НСР
0,95
Глубина отбора,
см
0-20 17,2 19,9 16,7
20-40 18,7 20,9 17,8
0-20 18,4 22,9 17,5
20-40 19,8 24,0 18,3
0-20 19,8 24,8 17,2
20-40 20,8 26,9 18,9
0-20 19,3 25,2 18,5
20-40 20,0 26,8 19,7
0-20 0,7…2,1 1,1…2,5 1,1…2,1
20-40 1,5…1,9 0,9…2,3 1,0…1,7
Этапы органогенеза
III IX XII
При этом в 2005 году, весна которого характеризовалась не
только повышенным температурным режимом, но и обильным
выпадением осадков (особенно в мае месяце, когда превышение
нормы составило 100%), при внесении жома и композиции «жом
+дефекат» запасы продуктивной влаги в слое 0-20 см увеличились на 16,3 и 11,3% соответственно, что обеспечило появление
дружных всходов гречихи. Полевая всхожесть семян гречихи колебалась от 75,2 до 92,0%. Максимальной величины этот показатель достигал на варианте с внесением жома – 92,0% и превышал
контроль на 12,7 и вариант с внесением дефеката на 5,5%.
Между запасами продуктивной влаги и всходами гречихи
наблюдалась положительная взаимосвязь. Коэффициент корре-
ляции составлял +0,566±0,042.
Весенний период 2006 года отличался превышением среднемесячной температуры воздуха в сравнении со среднемноголетними данными и дефицитом осадков, который составил 57,9 в
апреле и 51,8% в мае. Условия для появления всходов семян гре-
149
чихи ухудшались из-за недостатка влаги, запасы продуктивной
влаги в почве на III этапе органогенеза гречихи не превышали
18,9 мм в слое 0-20 см; 19,8 мм – в слое 20-40 см и максимальными были при использовании жома – 18,9; 19,8 мм и смеси жома с
дефекатом – 18,9; 19,0 мм (0-20; 20-40 см) соответственно. Превышение по сравнению с контролем составило 18,1; 10,6%.
Полевая всхожесть семян гречихи колебалась в пределах
70,2-81,1% и максимальной была при использовании жома –
81,1% и жома с дефекатом – 80,2%.
Коэффициент корреляции между полевой всхожестью семян и запасами продуктивной влаги в почве в этот период со-
ставил +0,672±0,022.
Еще Богданов (1889) установил, что семена поглощают воду
из почвы лишь в том случае, если ее влажность не меньше чем в
1,5-2,0 раза превышает ее максимальную гигроскопичность. Андреенко (1969) указывает, что между воздушно-сухой почвой и
воздушно-сухими семенами устанавливается равновесие в отношении содержания воды, определяемое действием сил, достигающих 1000 кгс/см2. При увеличении влажности почвы семена
начинают поглощать воду до установления равновесия на другом
уровне величин этих сил. Так, было установлено, что при увеличении влажности воздушно-сухой почвы на 3,5% ее водоудерживающая сила снижается до 375 кгс/см2; при возрастании же влажности на 6,0% она снижается до 130 кгс/см2; если влажность увеличивается на 11,0% , то она равна 22,4 кгс/см2, а если влажность
почвы достигает 13,3% , то ее водоудерживающая сила равна всего 4 кгс/см 2.
Весна 2007 года также характеризовалась повышенным
температурным режимом и дефицитом осадков в апреле-мае месяце. Запасы продуктивной влаги в почвенном слое 0-20; 20-
40 см на варианте с жомом (17,1; 18,5 мм) и жом + дефекат (16,6;
17,8 мм) позволили получить дружные и своевременные всходы.
На остальных вариантах всходы гречихи появились на две недели позже, после выпадения дождей в конце мая – начале июня.
Полевая всхожесть колебалась от 75,3% на контрольном варианте до 87,4% на варианте с внесением свекловичного жома.
Проведенные расчеты позволяют судить о том, что между
запасами продуктивной влаги в почве и полевой всхожестью се-
150
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]