Микробиологическая оценка процесса ускоренной твердофазной ферментации органического сырья

Отходы животноводства и птицеводства при рациональном подходе становятся сырьем для производства органических удобрений. Во Всероссийском научно-исследовательском институте мелиорированных земель - филиале ФИЦ «Почвенный институт им. В.В. Докучаева», предложена схема ускоренной твердофазной ферментации навоза крупного рогатого скота с торфом: 48 ч при 37 °С, затем 48 ч при 60 °С, далее 24 ч при 37 °С, завершающаяся естественным остыванием ферментируемой массы. Отличительная черта ускоренной ферментации - искусственное поддержание заданных температур. Цель работы - провести микробиологическую оценку процесса ускоренной твердофазной ферментации. Эксперимент проводили в лабораторном ферментере объемом 1,75 дм³. В процессе ферментации изучали численность микроорганизмов, использующих органические и минеральные формы азота (методом предельных разведений), а также видовую принадлежность микробоценоза (методом масс-спектрометрии). Результаты исследований показали, что температурный режим основных этапов процесса ферментации обеспечивал максимальную численность мезофильных и термофильных азоттрансформирующих микроорганизмов. Их активное развитие способствовало интенсивной трансформации ферментируемой смеси, о чем свидетельствовали мезофильный и термофильный коэффициенты минерализации. По линейным коэффициентам минерализации в конце процесса судили о завершении процессов трансформации и стабилизации продукта ферментации. Продукт ферментации характеризовался высокой численностью азоттрансформирующих микроорганизмов - в среднем 3,5±0,3•10⁸ КОЕ/г абсолютно сухого вещества. Определение родовой принадлежности микробоценоза ферментируемой массы и конечного продукта подтвердило, что температурный режим проведения процесса обеспечивал уничтожение санитарно-показательных микроорганизмов, изначально присутствующих в исходной смеси (Е. coli, Citrobacter, Proteus), и начиная с пастеризационного периода способствовал активному развитию непатогенных и неболезнетворных бактерий рода Bacillus (B. megaterium, B. subtilis, B. licheniformic, B. pumilus и B. altitudinis). Микробиологическая оценка полученного продукта ферментации позволяет рекомендовать его к использованию в качестве экологически безопасного органического удобрения.

1. Shuhang W.U., Zhenfang J., Qingying Y.U. Progress in technologies of the composting animal manure // Acta Agriculturae Shanghai. 2003. Vol. 19. Issue 1. P. 50-52.

2. Фомичева Н.В., Рабинович Г.Ю., Молчанов В.П., Сульман Э.М. Современные технологии биопереработки возобновляемых сырьевых ресурсов // Вестник Тверского государственного университета. Серия: Биология и экология. 2018. N 2. С. 263-273.

3. Иванов А.И., Лапа В.В., Ковалев Н.Г., Иванов И.А., Рабинович Г.Ю., Иванов Д.А. [и др.]. Производство, изучение и применение удобрений на основе птичьего помета / под общ. ред. А.И. Иванова. СПб.: ФГБНУ АФИ, 2018. 317 с.

4. Petric I., Selimbasic V. Composting of poultry manure and wheat straw in a closed reactor: optimum mixture ratio and evolution of parameters // Biodegradation. 2008. Vol. 19. Issue 1. P. 53-63. https://doi.org/10.1007/s10532-007-9114-x

5. Пат. № 2112764, Российская Федерация. Способ приготовления компоста многоцелевого назначения / Н.Г. Ковалев, Б.М. Малинин, И.П. Туманов; патентообладатель Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственного использования мелиорированных земель; заявл. 22.01.1997; опубл. 10.06.1998.

6. Vuorinen A.H., Saharinen M.H. Effects of process conditions on composting efficiency and nitrogen immobilization during composting of manure in a drum composting system // Acta Horticulturae. 1998. Vol. 469. P. 89-96. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.1998.469.8

7. Uvarov R., Briukhanov A., Shalavina E. Study results of mass and nutrient loss in technologies of different composting rate: case of bedding poultry manure. In: Engineering for Rural Development: 15th international scientific conference. 25-27 Maj 2016, Jelgava. Jelgava, Latvia University of Agriculture. P. 851-857.

8. Шалавина Е.В., Брюханов А.Ю., Васильев Э.В., Уваров Р.А., Валге А.М. Биоферментация органических отходов свиноводческого комплекса в установке барабанного типа // Аграрная наука. 2020. N 6. C. 51-56. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2020-339-6-51-56

9. Лопес де Гереню В.О., Курганова И.Н. Физико-химические и микробиологические аспекты процесса аэробного компостирования // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 1995. N 4. С. 51-54.

10. Ковалев Н.Г., Рабинович Г.Ю. Микробиологические особенности аэробной ферментации // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 1999. N 3. С. 23-25.

11. Рабинович Г.Ю., Ковалев Н.Г., Фомичева Н.В. Новый вид биологически активных средств: получение, состав, перспективы использования // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2007. N 3. С. 71-73.

12. Sasakova N., Venglovsky J., Papajova I., Juris P., Ondrasovicova O., Ondrasovic M., et al. Vplyv teploty na prezivanie vybranych skupin mikroorganizmov pocas kompostovania hydinoveho trusu // Slovensky Veterinarsky Casopis. 2010. Vol. 35. Issue 1. P. 43-47.

13. Lung A.J., Lin C.M., Kim J.M., Marshall M.R., Nordstedt R., Thompson N.P., et al. Destruction of Escherichia coli O157:H7 and Salmonella Enteritidis in cow manurecomposting // Journal of Food Protection. 2001. Vol. 64. Issue 9. P. 13091314. https://doi.org/10.4315/0362-028x-64.9.1309

14. Saludes R.B., Iwabuchi K., Kayanuma A., Shiga T. Composting of dairy cattle manure using a thermophilic-mesophilic sequence // Biosystems Engineering. 2007. Vol. 98. Issue 2. P. 198-205. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2007.07.003

15. Van Vliet P.C.J., Reijs J.W., Bloem J., Dijkstra J., de Goede R.G.M., Effects of cow diet on the microbial community and organic matter and nitrogen content of feces // Journal of Dairy Science. 2007. Vol. 90. Issue 11. P. 5146-5158. https://doi.org/10.3168/jds.2007-0065

16. Архипченко И.А., Бакина Л.Г., Брюханов А.Ю., Орлова О.В., Тарасов С.И. Трансформации микробного сообщества и органического субстрата при аэробной ферментации помета // Экология и промышленность России. 2020. Т. 24. N 8. С. 22-27. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2020-8-22-27

17. Varma V.S., Das S., Sastri C.V., Kalamdhd A.S. Microbial degradation of lignocellulosic fractions during drum composting of mixed organic waste // Sustainable Enviroment Research. 2017. Vol. 27. Issue 6. P. 265-272. https://doi.org/10.1016/j.serj.2017.05.004

18. Sasaki H., Nonaka J., Otawa K., Kitazu-me O., Asano R., Sasaki T., et al. Analysis of the structure of the bacterial community in the livestock manure-based composting process // Asian-Australasian Journal of Animal Sciences. 2009. Vol. 22. Issue 1. P. 113-118. https://doi.org/10.5713/ajas.2009.70658

19. Tang J.-C., Kanamori T., Inoue Y., Yasuta T., Yoshida S., Katayama A. Changes in the microbial community structure during thermophilic composting of manure as detected by the quinone profile method // Process Biochemistry. 2004. Vol. 39. Issue 12. P. 1999-2006. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2003.09.029

20. Gutierrez-Manero F.J., Ramos-Solano B., Probanza A., Mehouachi J., Tadeo F.R., Talon M. The plant-growth-promoting rhizobacteria Bacillus pumilus and Bacillus licheniformis produce high mounts of physiologically active gibberellins // Physiologia Plantarum. 2ОО1. Vol. 111. Issue 2. P. 206-211. https://doi.org/10.1034/j.1399-3054.2001.1110211.x

21. Михайлова Н.А., Гринько О.М. Бактерии рода Bacillus - продуценты биологически активных веществ антимикробного действия // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2010. N 3. С. 85-89.