Микробная технология переработки древесно-опилочной массы позволяет оптимизировать почвенное плодородие при искусственном лесовыращивании.
Миллионы тонн отходов лесоперерабатывающей промышленности в виде опилок, щепы, коры и прочей биомасса создают множество проблем, в первую очередь несут пожарную опасность как на месте рубок, так и на участках переработки древесины.
В то же время для повышения производительного потенциала почвы практикуется внесение в нее тех самых мелких древесных отходов. Однако известно, что их включение в экосистему вызывает азотное голодание растений, хотя наличие в массе опилок целлюлозы и лигнина в общем-то способствует обогащению почвы гумусом и улучшению ее структуры.
– Да, это так. Но для активного роста растений и функциональной активности микроорганизмов в древесных отходах не хватает азота и, как правило, возникает избыток углерода, – поясняет Ирина Гродницкая, доктор биологических наук, заведующая лабораторией микробиологии и экологической биотехнологии Института леса им. В. Н. Сукачева СО РАН. – Поскольку разложение древесных отходов происходит медленно, то для выращивания сельскохозяйственных культур опилки насыщают довольно высокими дозами минеральных удобрений и проводят длительное компостирование опилочной массы. Однако использование минеральных удобрений при искусственном лесовыращивании весьма дорогое удовольствие. Поэтому в последнее время стараются использовать возможности нативной (естественной) почвенной микробиоты в улучшении качества (биоремедиации) состояния окружающей среды. Биологическая активность микроорганизмов и почвенных беспозвоночных с успехом используется для разложения органических соединений, тех самых щепы, опилок и других отходов древесины. То есть для переработки свежей опилочной массы достаточно применение ферментативно-микробиологического комплекса, вроде «затравки», содержащего в себе целлюлозоразлагающие микроорганизмы, микродозы азотных удобрений, гашеной извести и небольшого объема лесной почвы.
Как считает ученый-биолог, совместное применение вышеперечисленных компонентов комплекса с добавлением специализированных микроорганизмов (целлюлозоразрушителей) дает возможность инициировать активность почвенной микробиоты и добиваться более быстрого разложения опилок, с высвобождением необходимых для роста растений углерода и азота. В этой связи становится актуальной задача формирования микробно-ферментного комплекса на основе опилочно-почвенных субстратов для использования в искусственных лесопосадках хвойных.
Однако любую гипотезу необходимо подтверждать практикой. Именно с этой целью в питомнике стационара «Погорельский бор» института сотрудниками лаборатории микробиологии и экологической биотехнологии несколько лет назад был заложен модельный эксперимент по биокомпостированию опилочно-почвенной массы с последующим получением удобрительных композиций, способных активировать аборигенную микробиоту, повышать почвенное плодородие в искусственных насаждениях. В процессе эксперимента проводилось насыщение опилок микродозами различных азотных удобрений (диаммофоска, аммиачная селитра, аммофос, сульфат аммония, мочевина и др.), с добавлением гашеной извести.
Удобрения добавляли в специально подготовленные короба-биореакторы с опилочно-почвенной смесью (50:50) и компостировали в течение месяца. В середине вегетационного периода сформировавшиеся опилочно-почвенные субстраты были перевезены на лесной питомник и заделаны непосредственно в почву.
– В сентябре 2014 г. на участках с вариантами удобрительных композиций были высажены двухлетние саженцы ели, сосны и кедра в трех повторностях, – продолжает Ирина Дмитриевна. – В качестве контроля использовали почву с опилками (опилки+почва+известь) и без опилок. В течение 2015–2017 гг. оценивали состояние саженцев и биологические характеристики почвы на глубину до 10 см на всех вариантах эксперимента. Как оказалось, влияние опилочно-почвенных субстратов с добавлением микродоз азотных удобрений весьма положительно повлияло на рост саженцев сосны обыкновенной, они оказались в 1,7-2 раза выше, чем на контрольных участках и в 1,2–1,4 раза для саженцев ели.
К тому же применение опилочно-почвенного субстрата на основе диаммофоски, аммонийной селитры, сульфата аммония и мочевины не только повысило биохимическую активность почвы под саженцами хвойных, оптимизировало процессы трансформации органики, но и значительно сказалось на увеличении общего и белкового азота в хвое саженцев. Анализ хвои на содержание в ней азотистых веществ показал, что общего и белкового азота в хвое сосны было в 1,9–2,1 раза, а в хвое ели – в 2,5–3,2 раза больше, чем в контроле.
– Далее мы попробовали «улучшить» опилочно-почвенный субстрат, так сказать повысить его эффективность добавлением в него микопродукта. – Хотелось бы несколько слов сказать об этом продукте биоконверсии (разложения) древесных отходов дереворазрушающими грибами, – продолжает Ирина Гродницкая. – Именно биоконверсия, включающая помимо деструкции, еще и обогащение микробным белком, лежит в основе многих биотехнологий производства полезных продуктов. Так вот в наших опытах показана деструкция опилок хвойных до конечного продукта – микопродукта под воздействием одного из видов дереворазрушающего гриба. В процессе его получения происходило частичное разложение лигно-целлюлозного комплекса с повышением содержания экстрагируемых веществ (в 2 раза), снижением лигнина (на 3,5%) и целлюлозы (на 6,3%), по сравнению с исходными опилками. Ранее мы испытывали влияние микопродукта на почвенный микробоценоз лесного питомника. Как оказалось, внесение микопродукта привело к увеличению всхожести семян и сохранности сеянцев в 3–5 раз по сравнению с контролем, улучшались и морфологические характеристики сеянцев. При этом разложение микопродукта почвенными микроорганизмами приводило к снижению кислотности почвы. Короче говоря, микопродукт зарекомендовал себя положительно как в улучшении биогенности (качества) почвы, так и в увеличении сохранности сеянцев хвойных.
Поэтому, с целью повышения эффективности опилочно-почвенного субстрата при выращивании саженцев хвойных и улучшения состояния почвенного микробоценоза, в августе 2017 г. на территории того же опытного питомника в Погорельском бору были заложены еще пять вариантов опыта, на этот раз к опилочно-почвенным субстратам с микродозами удобрений добавили еще микопродукт. Сравнивали биологическое состояние почвы под посевами и подрост сеянцев хвойных за период вегетации в вариантах эксперимента «опилочно-почвенный субстрат плюс микродозы азотных удобрений» и «опилочно-почвенный субстрат плюс микродозы азотных удобрений плюс микопродукт».
– Через год мы сравнили скорости разложения опилочной массы под саженцами на участках с опилочно-почвенными субстратами на основе микродоз удобрений без микопродукта и на его основе, – комментирует результаты эксперимента Ирина Дмитриевна. – Оказалось, что опилочно-почвенные субстраты на основе микопродукта лучше оптимизировали процессы трансформации опилочной массы под саженцами. Так, на участках с сосной скорость разложения целлюлозы была выше в 2–3 раза, чем на участках с микродозами минеральных удобрений. Применение микопродукта вместе с опилочно-почвенной смесью привело к увеличению прироста верхушечной почки главного побега у саженцев сосны и ели. Увеличение приростов от 30 до 58% наблюдалось практически во всех вариантах удобрительных смесей с микопродуктом.
Таким образом, применение опилочно-почвенного субстрата с микродозами азотных удобрений, усиленного добавлением микопродукта, позволило улучшить приживаемость и увеличить качество саженцев хвойных при их пересадке; увеличить биогенность и продуктивность почвы питомника.
На основании вышеописанных разработок была подана заявка на патент, в настоящее время получено «Уведомление о приеме и регистрации заявки».
– Дальнейшие исследования направлены на создание наиболее эффективного композита, состоящего из опилочно-почвенной удобрительной смеси и микопродукта, который мы сможем рекомендовать для широкого использования и не только в лесном хозяйстве, – резюмирует Ирина Гродницкая. – В качестве рекомендаций лесоводам хочется сказать следующее: опилки (щепа, кора и другие порубочные остатки) являются ценным питательным субстратом для почвенных микроорганизмов, которые, в свою очередь, способны разлагать этот субстрат до доступных растениям форм неорганических соединений (СО2, NH3+ и др.), необходимых для их роста и развития, и инактивировать вредные фенольные соединения. Вместо приобретения больших доз дорогостоящих минеральных удобрений достаточно приготовить опилочно-почвенный субстрат с целлюлозоразрушаюшими микроорганизмами и внести микродозы азотных удобрений. Этот способ позволяет с одной стороны избавиться от продуктов лесопереработки, с другой стороны – приобрести экологически чистое удобрение, полезное для растений.
