2.2. Характеристика субстрата после выращивания грибов вешенка

Отработанный субстрат после выращивания вешенки может использоваться в частных, подсобных и фермерских хозяйствах и других сельскохозяйственных предприятиях как хорошее органическое удобрение, повышающее плодородие почвы, в том числе содержание гумуса в почве.

Имеющаяся в литературных и других источниках информация не содержит научно обоснованных рекомендаций по виду, нормам и способам внесения субстрата в почву в качестве органического удобрения.

Учеными ФГБОУ ВО Пензенского ГАУ ведутся опыты по изучению влияния отработанного субстрата из подсолнечной лузги после выращивания вешенки на плодородие почвы и урожайность сельскохозяйственных культур. Установлено, что отработанные блоки должны выдерживаться в буртах для прохождения ферментации в течение 2-3 месяцев. В процессе ферментации блоки теряют до 30% своего объема. Влажность отработанного субстрата внутри полиэтиленового мешка при этом составляет 70-85%. Ферментация необходима для того, чтобы в блоках не оставалось легкодоступных органических соединений, которые могут активизировать развитие микроорганизмов, способных вызвать иммобилизацию азота и фосфора и делать их недоступными для растений [13].

Такой способ переработки отработанного субстрата вешенки, то есть хранение его в течение 2-3 месяцев для прохождения ферментации, приводит к необходимости иметь большие площади для хранения этих отработанных блоков, что снижает рентабельность.

В настоящее утилизация отходов жёстко регулируется экологическим законодательством и, соответственно, влечёт административные наказания для хозяйствующих субъектов со стороны надзорных органов.

Ужесточение экологического законодательства заставляет грибоводческие предприятия искать пути решения проблемы утилизации отработанного субстрата вешенки, но это сопряжено с полным набором и подбором технических средств всего цикла переработки отработанного субстрата вешенки, так как оборудование для выполнения данной технологии отсутствует.

Известна технология переработки отработанного субстрата вешенки калифорнийскими червями. Такая технология применяется на грибоводческом предприятии в г. Богучар Ростовской области. Объемы производства биогумуса из отработанного субстрата по такой технологии небольшие. Это связано, прежде всего, с необходимыми тепловыми параметрами протекания процесса переработки субстрата червями. В случае понижения температуры ниже отметки в +5⁰С красные калифорнийские черви просто впадают в спячку, прекращают питаться и размножаться. Нередки случаи их гибели. Кроме того, попадание прямых солнечных лучей для червей весьма вредно и даже губительно.

Возможно внесение отработанного субстрата в почву, где субстрат частично разлагается, но его большая часть находится до следующей весны в почве в первоначальном неразложившемся состоянии.

Способ применения отработанного субстрата путем измельчения с последующим внесением в почву для мульчирования поверхности почвы на дачных участках под рассадой малоэффективен. И в настоящее время отсутствуют научно обоснованные рекомендации применения такого способа.

Вместе с тем организация полностью безотходного цикла выращивания грибов вешенки и переработки отработанного субстрата позволит не только улучшить экологическую обстановку, но и расширить спектр продукции в виде органических удобрений и, что важно в современных экономических условиях, увеличить прибыль грибоводческого предприятия.

Технология производства органического удобрения из отработанного субстрата вешенки предлагает следующие операции: приём отработанного субстрата вешенки из транспортного средства; отделение от полиэтиленовой упаковки; измельчение (по требованию); обезвоживание отработанного субстрата; изготовление гранул; затаривание в тару (биг-беги) [6].

Чтобы сократить транспортные расходы на доставку отработанного субстрата вешенки к пункту переработки, эти пункты необходимо устраивать непосредственно рядом с предприятием по производству вешенки. Для отделения полиэтиленовой пленки из массы отработанного субстрата вешенки будет использовано специальное оборудование.

Основной операцией, определяющей производительность линии и качество выполнения технологического процесса изготовления гранул из отработанного субстрата вешенки, является обезвоживание этого субстрата.

Достоинства гранул: состав гранул одинаков, повышается производительность при внесении разбрасывателями органических удобрений, гранулы более транспортабельны, меньше подвергаются влиянию внешней среды и занимают меньший объем при хранении.

Таким образом, на сегодняшний день наиболее перспективной технологией, позволяющей переработать значительные объёмы отработанного субстрата вешенки в органическое удобрение, является гранулирование отработанного субстрата.

Однако отработанный субстрат вешенки является сырьём с содержанием большого количества влаги (70…85 %) и при дальнейшей переработке его в органические удобрения неизбежно придётся снижать влажность субстрата.

Как показали предварительные исследования, вода в отработанном субстрате вешенки находится в свободном и связанном состояниях. Структурно-свободная вода – это обычная вода, являющаяся растворителем минеральных и органических веществ, в которой протекают биохимические процессы. Процентное содержание структурно-свободной воды составляет 6…8 %. С точки зрения выделения влаги это наиболее просто выделяемая влага, так как выделяется методом прессования и центрифугирования [3].

Связанная вода, имеющая адсорбционную форму связи, удерживается в гидратных оболочках. Наибольшей энергией адсорбционной связи обладает мономолекулярный слой. Последующие слои жидкости удерживаются менее прочно, и свойства их постепенно приближаются к свойствам обычной воды.

Связанная вода, будучи трудноотделимой, не принимает участия в реакциях ферментативного или микробиологического характера, она тем самым способствует консервации продукта. Не замерзает при низких температурах, не вытекает при размораживании, оставаясь постоянным агентом тканей, формирует их структуру вместе с другими составными частями. Чем больше связанной воды, тем устойчивее продукт при хранении. Имеются данные, согласно которым связанная вода в растительных тканях составляет 2…6 % массы влажного вещества, или 24 % абсолютного сухого вещества.

Соотношение свободной и связанной воды в отработанном субстрате вешенки неодинаковое. Общее содержание влаги – от 52 до 85 %, из них свободной – до 75,5 % и менее связанной – до 9,5 % и более.

В аналогичных технологиях переработки подобных материалов используются различные физические методы и способы снижения влажности, проведём их анализ и определим наиболее подходящий в соответствии с концепцией нашего исследования.

По способу воздействия на объект различают обезвоживание естественное и искусственное. Естественное подразумевает удаление влаги под воздействием погодных факторов, солнечной радиации.

Преимуществом данного способа является его экономичность, так как затрат энергии для него не требуется. Однако время сушки при любых погодных факторах будет значительным, при этом следует учитывать возможность микробиологического заражения сырья.

Искусственный способ снижения влажности отработанного субстрата вешенки предусматривает целенаправленное воздействие на субстрат различных технических средств, при этом в зависимости от назначения конечного продукта контролируется и управляется влажность продукта и время обработки. Главным преимуществом данного способа является его контролируемость, управляемость, короткое время обработки, что не позволит развиться патологической микрофлоре.

Широкое распространение в технологии переработки отработанного субстрата вешенки могут получить способы обезвоживания с изменением агрегатного состояния воды, содержащейся в обрабатываемом сырье. Данный вид обработки получил название сублимационной сушки. При сублимационной сушке отсутствует контакт обрабатываемого сырья с воздухом, так как для ускорения сушки создаётся вакуум, и основная часть влаги удаляется при температуре ниже точки замерзания влаги. С точки зрения сохранения качества сырья данный способ является наиболее современным из всех способов обезвоживания, но менее экономичен [14].

Производство органического удобрения из отработанного субстрата вешенки является перспективным направлением использования и переработки отработанного субстрата вешенки и внесение в почву в виде органического удобрения разбрасывателями органических удобрений. В связи с этим будет актуальна новая технология в данной области – гранулирование отработанного субстрата вешенки. Одним из условий использования процесса гранулирования в технологии производства органического удобрения при переработке отработанного субстрата вешенки является снижение его влажности до 25…30% и, по возможности, предварительное измельчение.

Рассмотрим преимущества и недостатки двух органических удобрений: навоза и гранул, произведенных из отработанного субстрата вешенки.

Навоз состоит из твердых и жидких выделений животных и подстилки. Состав и удобрительная ценность его зависят oт вида животных, состава кормов, качества и количества подстилки и способа хранения навоза. В 1 тонне навоза содержится 4-5 кг азота, 2-2,5 кг фосфора и 5-7 кг калия. Азот считается наиболее важным элементом. Из 1 тонны свежего навоза получается 0,8 тонны полуперепревшего, 0,5 тонны перепревшего и 0,3 тонны перегноя, а общее содержание азота в этой массе навоза разной степени разложения составит 5 кг в свежем навозе, 4,2 кг в полуперепревшем, 3,3 кг в перепревшем и 2,5 кг в перегное. Таким образом, при доведении навоза до стадии перепревшего и перегноя теряется 40 и 60% исходного количества азота.

Не рекомендуется вносить в почву и соломистый свежий навоз, так как разложение соломы в почве сопровождается развитием большого количества микроорганизмов и потреблением ими растворимых соединений азота из почвы для разложения клетчатки соломы. Внесение соломистого навоза незадолго перед посевом приводит к снижению урожая первой культуры возделывания.

Кроме того, навоз любой формы содержит большое количество семян сорных растений, и если навоз пролежал под открытым небом более года, то содержание семян сорных растений возрастает в десятки и сотни раз. И эти семена в дальнейшем попадают на поля сельскохозяйственных предприятий при внесении разбрасывателями органических удобрений. По данным ВНИИ, в 1 тонне навоза содержание и количество всхожих семян сорняков достигает почти миллиона штук. Засоренность посевов в этом случае становится в десятки и сотни раз больше. В связи с этим возникает необходимость применения мер борьбы с сорной растительностью, с помощью химических препаратов – гербицидов.

Проведем несложные расчеты. Например, необходимо подготовить почву под посев зерновых культур после внесения навоза. Первое, что нужно сделать, это внести при предпосевной обработке почвы препарат Торнадо 500 (например, фирмы «Август») сплошного действия для уничтожения всех видов однолетних и многолетних двудольных и злаковых сорняков. Норма внесения данного препарата 4 литра на 1 га стоимость препарата при перерасчете на 1 га – 725 руб. (по прайсу фирмы «Август» на 01.06.16 г. После посева зерновых культур необходимо провести еще две обработки: применить препарат системного действия Балерина (той же фирмы) для борьбы с однолетними двудольными, в том числе устойчивыми к 2,4-Д и МЦПА, и некоторми многолетними корнеотпрысковых сорняков в посевах зерновых культур с нормой внесения 0,4 литра на 1 га и стоимостью препарата 1357 руб./га; далее применяем препарат системного действия Граминион (той же фирмы) для борьбы со злаковыми сорняками в посевах многих сельскохозяйственных культур с нормой внесения 0,8 литра на 1 га и стоимостью 1534 руб./га. Итого, финансовые затраты только по гербицидам составят 3616 рублей на 1 га! А если учесть еще накладные расходы, то затраты при использовании навоза в качестве органического удобрения возрастают в несколько раз, даже если в хозяйстве есть фермы крупного рогатого скота и за навоз не приходится платить [13].

Отработанный субстрат после выращивания вешенки имеет ряд важных преимуществ перед навозом крупного рогатого скота: не содержит семян сорняков, яиц гельминтов и спор, опасных для здоровья человека бактерий.

Отработанный субстрат (пшеничная солома) вешенки может служить превосходным органическим удобрением, и на его основе в сочетании с минеральными удобрениями, гуматами и другими препаратами возможно создание широкого спектра продуктов, улучшающих плодородие почвы [15,16,17].

Нами были проведены исследования отработанного субстрата на основе пшеничной соломы после первой волны плодоношения грибов вешенки на содержание азота, фосфора и калия. В 1 тонне органического удобрения, произведенного из отработанного субстрата вешенки, содержится 6,3 кг азота, 2,3 кг фосфора и 8,3 кг калия. По содержанию основного элемента питания растений – азота отработанный субстрат на основе пшеничной соломы превосходит навоз.

Предварительная расчетная норма внесения органического удобрения из отработанного субстрата составляет 15 – 18 тонн на 1 гектар. С учетом того, что ,по выше приведенным данным, в стране производится свыше 19 тыс. тонн субстрата можно внести в почву органическое удобрение данного вида на площади более 1,2 млн. гектаров.

Возможно внесение органического удобрения из отработанного субстрата вешенки и вместе с минеральными удобрениями. При этом действие гранул и минеральных удобрений заметно возрастет. Исследования показывают, что совместное внесение наполовину уменьшенных норм органических и минеральных удобрений обеспечивает более высокие прибавки урожая (на 20-60%), чем при раздельном внесении полных норм этих удобрений. Объясняется это тем, что при совместном внесении создаются более благоприятные условия питания растений, чем при раздельном. За счет минеральных удобрений обеспечивается питание растений в первый период вегетации, а гранулы, постепенно разлагаясь в почве, обеспечивают растения питательными веществами ко времени наибольшей потребности в них. Кроме того, при этом вследствие уменьшения вдвое нормы минеральных удобрений исключается отрицательное действие на отдельные растения повышенной концентрации солей, особенно опасной в начальный период роста.