04. Шалавина Е. В., Уваров Р. А., Васильев Э. В. Методика расчета распределения общего азота и общего фосфора между фракциями свиного навоза

Печать

УДК 631.862.2

DOI: 10.15507/2658-4123.032.202201.054-070

Методика расчета распределения общего азота и общего фосфора между фракциями свиного навоза

Шалавина Екатерина Викторовна
старший научный сотрудник отдела инженерной экологии сельскохозяйственного производства Института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства – филиала Федерального научного агроинженерного центра ВИМ (196625, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, Фильтровское ш., д. 3), кандидат технических наук, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7345-1510, Researcher ID: C-1980-2018, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Уваров Роман Алексеевич
научный сотрудник отдела инженерной экологии сельскохозяйственного производства Института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства – филиала Федерального научного агроинженерного центра ВИМ (196625, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, Фильтровское ш., д. 3), кандидат технических наук, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2792-0136, Researcher ID: L-3047-2016, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Васильев Эдуард Вадимович
ведущий научный сотрудник отдела инженерной экологии сельскохозяйственного производства Института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства – филиала Федерального научного агроинженерного центра ВИМ (196625, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, Фильтровское ш., д. 3), кандидат технических наук, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5910-5793, Researcher ID: C-1304-2018, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Аннотация
Введение. Цель исследования – разработка комплексной методики расчета и ее апробация на материале пилотных свинокомплексов для подтверждения достоверности расчетов. Методика необходима для объективного учета движения питательных веществ на уровне хозяйства и корректировки доз внесения полученного твердого и жидкого органического удобрения на основе применяемых севооборотов, агрохимического анализа почв и конкретных культур для получения запланированного урожая.
Материалы и методы. Расчеты содержания общего азота и общего фосфора в свином навозе до сепарации и в полученных твердой и жидкой фракциях осуществляли по разработанной методике. При этом использовали коэффициенты из соответствующих нормативных документов и результатов предыдущих исследований. Отбор исходного материала проводили в трех повторах на двух свинокомплексах замкнутого цикла, расположенных в Ленинградской области. Экспериментальные данные были статистически обработаны в программе StatGraphics Centurion v.16.
Результаты исследования. Рассчитанные значения содержания питательных элементов в навозе до сепарации и в его твердой и жидкой фракциях сравнили с результатами лабораторных исследований физико-химического состава навоза и его фракций, полученных на выбранных свиноводческих комплексах. Разница между расчетными и средними фактическими значениями по всем рассмотренным показателям не превышала 10 %, причем различия по азоту оказались намного больше (до 10 %), чем различия по фосфору (до 5,7 %) в твердой и жидкой фракциях свиного навоза.
Обсуждение и заключение. Выявленные различия можно объяснить допустимой погрешностью приборов и неоднородностью исходного сырья – смеси экскрементов с технологической водой. Результаты исследования подтвердили, что разработанный метод достоверен и его можно использовать для учета питательных веществ в получаемых твердых и жидких органических удобрениях при расчете и корректировке доз их внесения под определенные культуры для получения заданного урожая и снижения негативного воздействия на окружающую среду.

Ключевые слова: свиноводческий комплекс, навоз, сепарация, общий азот, общий фосфор, твердая фракция, жидкая фракция

Благодарности: авторы выражают благодарность редакции и рецензентам за внимательное отношение к статье и указанные замечания, которые позволили повысить ее качество.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Для цитирования: Шалавина Е. В., Уваров Р. А., Васильев Э. В. Методика расчета распределения общего азота и общего фосфора между фракциями свиного навоза // Инженерные технологии и системы. 2022. Т. 32, № 1. С. 54–70. doi: https://doi.org/10.15507/2658-4123.032.202201.054-070

Заявленный вклад соавторов:
Е. В. Шалавина – разработка методики, проведение расчетов, отбор проб, сравнение результатов, проведение лабораторных анализов.
Р. А. Уваров – формирование структуры статьи, литературный обзор.
Э. В. Васильев – постановка задачи, разработка методики.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила 20.10.2021; одобрена после рецензирования 19.11.2021;
принята к публикации 15.12.2021

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Трифанов А. В., Калюга В. В., Базыкин В. И. Состояние и тенденции развития производства свинины в Российской Федерации // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2016. Вып. 90. С. 5–14. URL: https://clck.ru/bNGaV (дата обращения: 21.01.2021).

2. Uvarov R., Briukhanov A., Shalavina E. Logistic Transport Model of Region-Scale Distribution of Organic Fertilizers // Proceedings of International Scientific Conference “Engineering for Rural Development” (23–25 May 2018). Jelgava, 2018. P. 270–277. doi: https://doi.org/10.22616/ERDev2018.17.N301

3. Velthof G. L., Rietra R. P. J. J. Nitrogen Use Efficiency and Gaseous Nitrogen Losses from the Concentrated Liquid Fraction of Pig Slurries [Электронный ресурс] // International Journal of Agronomy. 2019. doi: https://doi.org/10.1155/2019/9283106

4. Трифанов А. В., Базыкин В. И. Обоснование оптимальной относительной влажности свиного навоза при применении самотечной системы удаления навоза периодического действия // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2018. Вып. 96. С. 250–257. doi: https://doi.org/10.24411/0131-5226-2018-10080

5. Kariyama I. D., Zhai X., Wu B. Physical and Rheological Properties of Animal Manure: A Review // Transactions of the ASABE. 2018. Vol. 61, Issue 3. P. 1113–1120. doi: https://doi.org/10.13031/trans.12768

6. Effect of Acidification on Solid–Liquid Separation of Pig Slurry / G. Cocolo [et al.] // Biosystems Engineering. 2016. Vol. 143. P. 20–27. doi: https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2015.11.004

7. Environmental Impacts of Combining Pig Slurry Acidification and Separation under Different Regulatory Regimes – A Life Cycle Assessment / M. ten Hoeve [et al.] // Journal of Environmental Management. 2016. Vol. 181. P. 710–720. doi: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2016.08.028

8. Уваров Р. А. Анализ технологий переработки твердого навоза и помета, адаптированных к условиям Северо-Западного Федерального округа // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2017. Вып. 93. С. 133–146. URL: https://clck.ru/bNGqh (дата обращения: 13.02.2021).

9. Zhang R. H., Westerman P. W. Solid-Liquid Separation of Annual Manure for Odor Control and Nutrient Management // Applied Engineering in Agriculture. 1997. Vol. 13. Issue 3. P. 385–393. doi: https://doi.org/10.13031/2013.21614

10. Effect of the Pig Slurry Separation Techniques on the Characteristics and Potential Availability of N to Plants in the Resulting Liquid and Solid Fractions / D. Fangueiro [et al.] // Biosystems Engineering. 2012. Vol. 113, Issue 2. P. 187–194. doi: https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2012.07.006

11. Bachmann S., Uptmoor R., Eichler-Löbermann B. Phosphorus Distribution and Availability in Untreated and Mechanically Separated Biogas Digestates // Scientia Agricola. 2016. Vol. 73, Issue 1. P. 9–17. doi: https://doi.org/10.1590/0103-9016-2015-0069

12. Gomez-Munoz B., Case S. D. C., Jensen L. S. Pig Slurry Acidification and Separation Techniques Affect Soil N and C Turnover and N2O Emissions from Solid, Liquid and Biochar Fractions // Journal of Environmental Management. 2016. Vol. 168. P. 236–244. doi: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2015.12.018

13. Revision of the Simplified Balance Method to Evaluate Phosphorus Excretion by Growing-Finishing Pigs / M. P. L. Montminy [et al.] // Journal of Animal Science. 2017. Vol. 95, Issue 2. P. 130–131. doi: https://doi.org/10.2527/asasmw.2017.271

14. Nutrient Variations from Swine Manure to Agricultural Land / S. Won [et al.] // Asian-Australasian Journal of Animal Sciences. 2018. Vol. 31, Issue 5. P. 763–772. doi: https://doi.org/10.5713/ajas.17.0634

15. Characterization of Compost Produced from Separated Pig Manure and a Variety of Bulking Agents at Low Initial C/N Ratios / T. Nolan [et al.] // Bioresource Technology. 2011. Vol. 102, Issue 14. P. 7131–7138. doi: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2011.04.066

16. Effect of Sawdust Addition on Composting of Separated Raw and Anaerobically Digested Pig Manure / S. M. Troy [et al.] // Journal of Environmental Management. 2012. Vol. 111. P. 70–77. doi: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2012.06.035

17. Comparative Study of Different Organic Manures and NPK Fertilizer for Improvement of Soil Chemical Properties and Dry Matter Yield of Maize in Two Different Soils / O. N. Adeniyan [et al.] // Journal of Soil Science and Environmental Management. 2011. Vol. 2, Issue 1. P. 9–13. URL: https://academicjournals.org/journal/JSSEM/article-full-text-pdf/0573C6210248.pdf (дата обращения: 10.03.2021).

18. Kowalski Z., Makara A., Fijorek K. Changes in the Properties of Pig Manure Slurry // Acta Biochimica Polonica. 2013. Vol. 60, Issue 4. P. 845–850. doi: https://doi.org/10.18388/abp.2013_2070

19. On-Farm Evaluation of Liquid Swine Manure as a Nitrogen Source for Corn Production / K. P. Woli [et al.] // Agronomy Journal. 2013. Vol. 105, Issue 1. P. 248–262. doi: https://doi.org/10.2134/agronj2012.0292

20. Pig Slurry and Mineral Fertilization Strategies’ Effects on Soil Quality: Macroaggregate Stability and Organic Matter Fractions / M. R. Yagüe [et al.] // Science of the Total Environment. 2012. Vol. 438. P. 218–224. doi: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2012.08.063

21. Solid-Liquid Separation of Animal Slurry in Theory and Practice. A Review / M. Hjorth [et al.] // Agronomy for Sustainable Development. 2010. Vol. 30, Issue 1. P. 153–180. doi: https://doi.org/10.1051/agro/2009010

22. Makara A., Kowalski Z. Selection of Pig Manure Management Strategies: Case Study of Polish Farms // Journal of Cleaner Production. 2018. Vol. 172. P. 187–195. doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.10.095

23. Environmental and Economic Impacts of Using Co-Products in the Diets of Finishing Pigs in Brazil / B. M. Ali [et al.] // Journal of Cleaner Production. 2017. Vol. 162. P. 247–259. doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.06.041

24. Stakeholder Perceptions of Manure Treatment Technologies in Denmark, Italy, the Netherlands and Spain / Y. Hou [et al.] // Journal of Cleaner Production. 2018. Vol. 172. P. 1620–1630. doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.10.162

25. Evaluating Environmental Impacts of Pig Slurry Treatment Technologies with a Life-Cycle Perspective / Z. Yuan [et al.] // Journal of Cleaner Production. 2018. Vol. 188. P. 840–850. doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.04.021

26. Comparative Analyses of Pig Farming Management Systems Using the Life Cycle Assessment Method [Электронный ресурс] / A. Makara [et al.] // Journal of Cleaner Production. 2019. Vol. 241. doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.118305

27. Михайлова О. А. Тенденции развития мирового свиноводства // Вестник аграрной науки. 2018. № 1. С. 36–45. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/tendentsii-razvitiya-mirovogo-svinovodstva (дата обращения: 26.03.2021).

28. Чистяков Г. В., Жиляков Д. И. Анализ отрасли свиноводства в рамках реализации государственных программ развития // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2017. № 5. С. 73–77. URL: https://clck.ru/bNHTM (дата обращения: 27.03.2021).

29. Методы решения экологических проблем в животноводстве и птицеводстве / А. Ю. Брюханов [и др.] // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2019. Т. 13, № 4. С. 32–37. doi: https://doi.org/10.22314/2073-7599-2019-13-4-32-37

30. Койнова А. Н. Инновационные решения для свинокомплексов // Эффективное животноводство. 2019. № 8. C. 68–77. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/innovatsionnye-resheniya-dlyasvinokompleksov (дата обращения: 28.03.2021).

31. Ковалев Н. Г., Гриднев П. И., Гриднева Т. Т. Научное обеспечение развития экологически безопасных систем утилизации навоза // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2016. № 1. С. 62–69. URL: https://clck.ru/bNHUt (дата обращения: 31.03.2021).

32. Базыкин В. И., Трифанов А. В. Алгоритм управления системой удаления навоза на свиноводческих предприятиях // Известия Великолукской государственной сельскохозяйственной академии. 2017. № 4. С. 34–40. URL: https://clck.ru/bNHVR (дата обращения: 01.04.2021).

33. Forming of Environmentally Friendly Technologies of Pig Manure Utilization / E. Shalavina [et al.] // Proceedings of International Scientific Conference “Engineering for Rural Development” (24–26 May 2017). Jelgava, 2017. P. 333–341. doi: https://doi.org/10.22616/ERDev2017.16.N065

34. Гриднев П. И., Гриднева Т. Т. Потери азота при различных технологиях хранения и подготовки навоза к использованию // Вестник ВНИИМЖ. 2018. № 4. С. 111–120. URL: https://clck.ru/bNHZ8 (дата обращения: 03.04.2021).

35. Показатели негативного воздействия на окружающую среду при производстве сельскохозяйственной продукции / А. Ю. Брюханов [и др.] // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2019. № 2. С. 250–260. URL: https://clck.ru/bNHZm (дата обращения: 05.04.2021).

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.