Введение. Предприятия лесопромышленного комплекса неизбежно сталкиваются с проблемой утилизации большого количества отходов, к которым относятся: порубочные остатки при заготовке круглых лесоматериалов; кора и некондиционная измельченная древесина в производстве щепы на целлюлозно-бумажных комбинатах; опилки и стружка в лесопилении и деревообработке [Общероссийский классификатор продукции  (ОКП), код 539000]. Количество отходов зависит от технологий заготовки и переработки древесины, от характеристик оборудования и свойств сырья. Доля коры у разных деревьев неодинакова и может составлять от 6 до 25 % от объема ствола [2]. Большие объемы отходов в виде коры образуются на стадии древесно-подготовительного цикла целлюлозно-бумажных комбинатов (ЦБК). Например, три ЦБК в Республике Карелия рассчитаны на переработку круглых лесоматериалов (включая очистку от коры) в объеме примерно трех миллионов куб. м в год [10]. Соответственно, объемы отходов в виде коры составляют, по меньшей мере,180000 куб. м.

По некоторым данным, на предприятиях лесопромышленного комплекса России ежегодно образуется примерно 6 млн. куб. м отходов в виде коры хвойных и лиственных пород[5]. Более половины этого объема вывозится на свалки, засоряя окружающую среду. Остальная часть коры, согласно [2], используется по следующим направлениям: компостирование и переработка на удобрение; сжигание как биотоплива (после обезвоживания); производство древесно-стружечных плит; производство биологически активных, дубильных, красящих и других веществ. Каждое из этих направлений может составлять предмет отдельного рассмотрения. Далее рассматривается только  компостирование коры и переработка на удобрение.

Некоторые технологии компостирования коры. Компостирование – это процесс контролируемого микробиологического разложения коры с целью получения, так называемого корокомпоста как источника образования гумуса. В корокомпосте гумусообразующих веществ больше, чем в торфокомпостах. Кроме того, кора свободна от семян сорняков, содержит кальций, благодаря чему корокомпост является улучшителем для кислых почв [24].

По одной из технологий приготовления компоста кору измельчают, добавляют органические или минеральные удобрения, перемешивают и укладывают в бурты шириной у основания от 2 до10 ми высотой от 1,5 до3 метров, длина произвольная. Для улучшения аэрации бурты перелопачивают не менее двух раз за период созревания. Оптимальная влажность компоста составляет 60-75 %, кислотность – 6,5-9,0. В зависимости от свойств коры, степени измельчения и условий компостирования процесс созревания компоста длится от 1,5 до 18 месяцев. По другой технологии кору зимней и летней окорки компостируют отдельно, продолжительность компостирования коры зимней окорки 2 года, летней – 3 года. Кору буртуют и в первый год вносят2 кгазотного удобрения на1 куб. м, на второй год –3 кгкалийной соли, перелопачивают 3-5 раз и увлажняют по мере надобности [http://www.gazeta-respublika.ru/article.php/39807]. В результате биохимических реакций образуется компост, который может конкурировать с другими удобрениями [24].

Однако затронутые выше технологии включают в себя трудоемкие технологические операции по перелопачиванию буртов для улучшения аэрации. Эта технологическая операция выполняется с использованием специальной техники. Альтернативный способ аэрации может быть реализован, например, путем оптимизации размеров бурта с использованием дренирующего основания, выполненного в виде слоя щебня, который (слой) снабжен системой перфорированных гофрированных труб. Такие трубы обычно используют в дренажных системах. Однако в нашем случае система этих труб совмещает в себе две функции: дренажа (в меньшей степени) и (в большей степени) усиления аэрации. Поэтому для использования возможностей естественной вентиляции данная система включает в себя вертикальные участки труб, а также горизонтальные и наклонные участки. Такой способ аэрации при определенных условиях является более эффективным по затратам энергии и в большей степени соответствует принципам экологической (или биофизической) экономики. Эти принципы, опирающиеся на законы термодинамики, рассмотрены в работе Н.Е. Сердитовой  [17].

Вермитехнологии получения биогумуса. Реализовать более совершенный процесс утилизации коры, обеспечив при этом наибольшую степень соответствия принципам экологической экономики, позволяет использование вермитехнологий [13, 14, 19, 20]. С точки зрения экологической (или биофизической) экономики [17, 18] эффект от использования вермитехнологий может проявляться в уменьшении производства энтропии и в сближении скорости производства энтропии с естественной «фоновой» скоростью. Если принять во внимание, что в рассматриваемом случае биогумус производится с помощью живых организмов (дождевых или навозных червей), то вермитехнологии можно отнести к биотехнологиям. Продукт жизнедеятельности червей (копролиты) представляет собой комплекс органических веществ, содержащий биологически активные компоненты, в том числе полезную микрофлору. По своим свойствам копролиты подобны почвенному гумусу. Совокупность копролитов получила название «биогумус», его внесение в почву позволяет поддержать естественное плодородие.

Схематически (рис. 1) утилизация коры выглядит как замкнутый цикл. Однако, опираясь на результаты работы [17], можно показать, что затраты энергии на измельчение коры, транспортировку и на другие технологические операции имеют своим неизбежным следствием рост энтропии. С этой точки зрения замкнутый цикл не имеет места в данном случае, проблема заключается в уменьшении скорости производства энтропии.

Рисунок 1 – Схема производства и использования биогумуса

О некоторых особенностях вермитехнологий. Ключевая роль функционирования дождевых червей в процессе сохранения и повышения качества земельных ресурсов для растениеводства не является открытием наших дней. Соответствующие данные были известны уже в 10-м веке нашей эры, что указано в обзорной части статьи [20]. В той же статье отмечено, что положительное влияние дождевых червей на почвообразовательные процессы не осталось без внимания Ч. Дарвина. Актуальность проблемы использования вермитехнологий возросла к середине XX века, когда «дождевые черви стали привлекать внимание ученых и практиков в связи с уменьшением содержания гумуса в почвах и возможностью их использования в мелиорации почв и уничтожении ряда отходов, загрязняющих окружающую среду. Этим вопросам была посвящена I Международная научно-практическая конференция “Дождевые черви и плодородие почв”» (г. Владимир, 2002) [16]. В материалах второй конференции [15], которая состоялась в2004 г. [http://www.green-pik.ru/goods/13.html] Трувеллер К.А., Мамеева В.Е., Михайлова И.В. опубликовали методику тестирования пород, порядка регистрации и генетической паспортизации новых объектов культивирования – дождевых компостных червей [http://www.green-pik.ru/sections/90.html&article=5]. Тем самым были обоснованы новые возможности в повышении эффективности использования вермитехнолгогий с учетом региональных особенностей. О реализации некоторых из этих возможностей сообщается в статьях [13, 14]. «Компостных червей, ранее относимых к одному виду – Eisenia fetida, теперь, по многим биохимическим, молекулярно-генетическим и экологическим характеристикам, относят к двум видам: E. fetida (полосатые) и E. andrei (бесполосые), к которым принадлежит и ставший широко известным «красный калифорнийский червь» или «красный калифорнийский гибрид». Объектами культивирования в вермитехнологии обычно служат дождевые компостные черви вида E. fetida. Они широко распространены, практически всеядны и при оптимальных условиях способны увеличивать свою биомассу в несколько десятков раз за год» [13].

Обсуждение и заключение. Эффективность применения вермитехнологий подтверждается результатами многих исследований. В ряде исследований установлено, что биогумус на 50-100 % более эффективен по сравнению с обычными видами компоста и на 30-40 % по сравнению с химическими удобрениями. Применение биогумуса стимулирует рост растений и способствует подавлению деятельности вредителей [20]. В настоящее время производство биогумуса технически возможно и экономически целесообразно на небольших фермерских хозяйствах. Повышение цен на другие виды удобрений и средств ухода за растениями повысит конкурентоспособность биогумуса. Чрезвычайно важно подчеркнуть, что вермитехнолгии, производство биогумуса и его применение соответствуют современным и перспективным регламентам экологической безопасности [23].

Опыт целлюлозно-бумажных предприятий [21, 22] подтверждает перспективность применения технологий вермикомпостирования для переработки древесной коры. Преимущество данных технологий заключается в том, что они позволяют в едином технологическом процессе, при сравнительно малых затратах, утилизировать древесную кору и получать в качестве конечных продуктов не только органическое удобрение (биогумус), но также биомассу червей для приготовления кормовых добавок [4, 9] и продукцию других видов [13, 19, http://www.green-pik.ru/sections/90.html&article=5].

Существующий опыт показывает, что проблема развития ресурсосберегающих технологий экологически безопасной и экономически эффективной утилизации коры включает в себя ряд междисциплинарных аспектов [1, 3, 4, 6–9, 11], которые требуют продолжения исследований с учетом региональных особенностей.

Работа выполнена в рамках Программы стратегического развития ПетрГУ на 2012-2016 гг.

1. Васенев И.И., Сюняев Н.К., Бадарч Б. Агроэкологическая оценка характерных для калужской области старопахотных легких дерново-подзолистых почв после неоднократного применения свежих и обезвоженных осадков сточных вод // Достижения науки и техники АПК, 2012. – № 10. – С. 12–16.
2. Волынский В. Переработка и использование древесной коры // ЛесПромИнформ, 2012. – № 2 (84). – С. 168–170.
3. Гаврилов Т.А. Информационные технологии в междисциплинарных исследованиях возможностей ресурсосбережения // Информационная среда вуза XXI века: материалы VII Всероссийской научно-практической конференции. – Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2013. – С. 48–50.
4. Гаврилов Т.А., Паталайнен Л.С., Яблонский А.В. Вермикультивирование как возможность повышения эффективности животноводческого производства // Научно-исследовательская работа студентов: материалы 65-й научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. – Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2013. – С. 24.
5. Григорьев И.В., Гулько А.Е. Совершенствование технологии механической окорки лесоматериалов // ЛесПромИнформ, 2011. – № 6 (80). – С. 90–94.
6. Зайцева М.И., Робонен Е.В., Чернобровкина Н.П. использование порубочных остатков для приготовления торфяных субстратов при выращивании сеянцев сосны обыкновенной с закрытой корневой системой // Вестник Московского государственного университета леса – Лесной вестник, 2010. – № 1. – С. 4–8.
7. Колесников Н.Г. Методика оценки социально-экономического эффекта от внедрения импортозамещающих технологий в регионе // Математическое моделирование, 2002. – Т. 14. – № 9. – С. 31.
8. Колесников Н.Г. Оценка социально-экономической эффективности субсидирования производства на периферийных территориях // Актуальные вопросы экономических наук,. 2014. – № 36. – С. 50–56.
9. Кондрашов В.Ф., Гаврилов Т.А., Захаров К.М. Утилизация органических отходов животноводства методом вермикомпостирования // Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования: сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава. – СПб.: СПбГАУ, 2014. – С. 371–374.
10. Кузьминов И.Ф. Республика Карелия: современное состояние и перспективы развития лесопромышленного комплекса // Региональные исследования, 2011. – № 2. – С. 75–84.
11. Кушелев В.П. Охрана природы от загрязнений промышленности выбросами. – М.: Химия, 1979. – 236 с.
12. Материалы 2-й международной научно-практической конференции «Дождевые черви и плодородие почв» (17-19 марта 2004, г. Владимир, Россия) // Владимир [Электронный ресурс], 2004. – Режим доступа: http://www.green-pik.ru/goods/13.html (07.07.2014).
13. Просянников Е.В., Купцова Н.Ю., Трувелер К.А. Эколого-продукционная разнокачественность дождевых компостных червей по отношению к разным субстратам // Агрохимический вестник, 2007. – № 1. – С. 22–24.
14. Ручин А.Б. Вермикультивирование как путь решения некоторых экологических проблем // Астраханский вестник экологического образования, 2013. – № 1 (23). – С. 137–140.
15. Ручин А.Б. Вторая международная конференция «Дождевые черви и плодородие почв» // Почвоведение, 2004. – № 9. – С. 1144–1146.
16. Ручин А.Б., Гоготов И.Н. Первая международная конференция «Дождевые черви и плодородие почв» // Почвоведение, 2003. – № 8. – С. 1014–1016.
17. Сердитова Н.Е. Анализ сложных эколого-экономических систем: термодинамический подход // Ученые записки Российского государственного гидрометеорологического университета, 2008. – № 7. – С. 138–153.
18. Сердитова Н.Е. Экономика природопользования: эколого-экономический аспект // Ученые записки Российского государственного гидрометеорологического университета, 2007. – № 4. – С. 149–164.
19. Сычев В.Г., Мерзлая Г.Е., Петрова Г.В., Филиппова А.В., Попов В.И., Мищенко В.Н. Эколого-агрохимические свойства и эффективность верми- и биокомпостов // Москва, 2007. – 276 с.
20. Getnet M., Raja N. Impact of Vermicompost on Growth and Development of Cabbage, Brassica oleracea Linn. and their Sucking Pest, Brevicoryne brassicae Linn (Homoptera: Aphididae) // Research Journal of Environmental and Earth Sciences, 2013. – № 5(3). – PP. 104–112.
21. Huang K. Changes of bacterial and fungal community compositions during vermicomposting of vegetable wastes by Eisenia foetida // Bioresource Technology [Электронный ресурс], 2013. – Режим доступа: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852410016226.
22. Kumar R. Enhancement of wood waste decomposition by microbial inoculation prior to vermicomposting // Bioresource Technology [Электронный ресурс], 2011. – Режим доступа: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852410016226.
23. Svendsen G.T. Environmental Reviews and Case Studies: From a Brown to a Green Economy: How Should Green Industries Be Promoted // Environmental Practice, 2013. – № 15 (01), pp. 72–78.
24. Vandecasteele B., Willekens K., Zwertvaegher A., Degrande L., Tack F. M. G., Du Laing G. Effect of composting on the Cd, Zn and Mn content and fractionation in feedstock mixtures with wood chips from a short-rotation coppice and bark // Waste Management, 2013. – № 33 (11), pp. 2195–2203.

Все статьи автора «Гаврилов Тиммо Александрович»