СПОСІБ ЗАСТОСУВАННЯ ДИГЕСТАТУ В ПРОЦЕСІ НАКОПИЧЕННЯ ОРГАНІЧНОГО ВУГЛЕЦЮ У ҐРУНТІ

Спосіб застосування дигестату в процесі накопичення органічного вуглецю у ґрунті, який включає внесення дигестату у передпосівну культивацію, який відрізняється тим, що дигестат, отриманий на основі анаеробного зброджування свинячого гною у біогазовій станції, який має фізіологічно лужну реакцію pH 8,2-8,5 і містить у своєму складі макро- та мікроелементи і корисну мікрофлору, додатково вносять в основне удобрення та підживлення у нормі 60 т/га.

Корисна модель належить до сільського господарства, зокрема рослинництва, ґрунтознавства, агрохімії, екології, землеробства, ґрунтової мікробіології, та може бути застосована для ефективного підвищення врожайності зернової та силосної кукурудзи, поліпшення якості отримуваної продукції з розширенням спектру напрямків її використання, збереження і а накопичення органічного вуглецю у ґрунті для відновлення його родючості; покращення агрономічно-цінних властивостей. Вирощування продукції рослинництва істотно залежить від показників родючості ґрунтів, особливо від вмісту органічної частини, більшою мірою представлена вуглецевмісними сполуками. Можливість зв'язування вуглецю у вигляді вуглекислого газу в ґрунті дозволяє вирішувати питання глобального потепління, оскільки оксид вуглецю є одним із найбільш поширених парникових газів. Крім того, збільшення кількості вуглецю у ґрунті (особливе в ґумусі) сприяє покращенню його агрономічно-цінних властивостей та забезпечує зростання рівня продуктивності сільськогосподарських культур У ґрунті вуглець може бути представлений у вигляді різних сполук та форм. Найбільш поширеними серед яких є вуглець загальний, неорганічний. органічний вуглець, суспендований органічний вуглець, стійкий, ґумусовий та інші. Сполуки вуглецю за фракційним складом відрізняються за складом. розмірами, періодом обігу в ґрунті, розчинністю і т. д. Однією із найбільш важливих ознак стабільності та функціонування едафічної системи є вміст органічної речовини (ґумусу). Дуже часто зустрічається ототожнення двох термінів "ґумус" та "органічна речовина ґрунту". Відповідно до національного стандарту ДСТУ ISO 11074:2009 Якість ґрунту. Словник термінів (ISO 11074:2005, IDT), ґумусом вважають вміст усіх рослинних та тваринних решток та продуктів їх перетворення і органічні компоненти внесені людиною, це можна і сказати про органічну речовину [1, 2]. Ґумус є основним чинником реалізації генетичного потенціалу продуктивності сільськогосподарських культур, що визначає родючість ґрунту. Показник вмісту ґумусу досить актуальний в умовах зростання дефіциту продуктів харчування і концентрації СО2 в атмосфері для оцінки ефективності систем обробітку та удобрення ґрунтів [3]. До складу ґумусу належить 58 % вуглецю та існує коефіцієнт перерахунку вмісту ґумусу у вміст органічного вуглецю 1,724. Але варто відмітити, що ґумус складається не лише з гумінових, але з фульвокислот, що містять менше 50 % вуглецю. Через це виник диференційований метод перерахунку органічного вуглецю на ґумус, який враховує різні типи ґрунтових відмін та знаходиться в межах 1,724-2,5 [2, 4]. Так, коефіцієнт перерахунку вмісту органічного вуглецю на вміст органічної речовини для дерново-підзолистих ґрунтів становить 2,09; сірих лісових ґрунтів - 2,05; каштанових - 1,97; чорноземних - 1,88; бурих лісових ґрунтів - 2,06 [5]. В світі краще сприймається термін "вміст органічного вуглецю" порівняно з показником "вміст ґумусу" [2]. Інтенсивне використання ґрунтів людиною спричиняє підвищення біогенності порівняно з природними умовами, що призводить до втрати ґумусу, виснаження запасів поживних речовин, порушення структури верхнього шару. змін водного режиму та прискорення мінералізації органічних речовин через активну аерацію і обробіток, це негативно виливає на родючість ґрунтів, погіршуючи їхню здатність забезпечувати продуктивність і екологічну стійкість [6, 7]. Нагромадження ґумусу у верхньому шарі ґрунту залежить від характеру надходження та розкладання органічних добрив і рослинних решток, які є основним джерелом органічної речовини, а також від ступеня розпушування ґрунту, що впливає на процеси аерації і мікробіологічної активності [3]. Використання дигестату як високоякісного добрива з високим вмістом азоту, отриманого шляхом метанового бродіння, запатентоване ще в 2016 році (Патент України № 105080, опубл. 10.03.2016, бюл. № 5). Під час отримання дигестату в реакторі відбувається розклад органічної речовини, а амонійний азот, який є продуктом розкладу та інгібітором процесу, поглинається нелетким сорбентом, який розміщений безпосередньо у реакторі, однак не контактує з субстратом [8]. Дигестат буває із різними властивостями залежно від субстрату, з якого він отриманий, та режиму зброджування. Досить поширеним є запатентований" спосіб отримання дигестату з свинячого гною [9, 10]. Найближчим аналогом до корисної моделі є спосіб застосування дигестату в технологіях вирощування кукурудзи (Патент України № 158328, опубл. 22.01.2025, бюл. № 4) [11], який передбачає внесення дигестату в передпосівну культивацію у нормі 55 т/га, отриманого на основі анаеробного зброджування свинячого гною у біогазовій станції, яке має фізіологічно лужну реакцію - pH 8,2-8,5, та містить у своєму складі корисні мікроорганізми, а також макроелементи - азот, фосфор, калій, сірку, кальцієм, магній і мікроелементи - мідь, цинк, марганець, залізо та молібден. Недоліком запропонованої моделі є відсутність вивчення можливості застосування дигестату в різні строки внесення та відсутність опису впливу дигестату на рівень родючості ґрунтів і показники накопичення у ньому органічного вуглецю. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб застосування дигестату в процесі накопичення органічного вуглецю у ґрунті.Поставлена задача вирішується тим, що за способом застосування дигестату в процесі накопичення органічного вуглецю у ґрунті дигестат, отриманий на основі анаеробного зброджування свинячого гною у біогазовій станції, який має фізіологічно лужну реакцію pH 8,2-8,5 і містить у своєму складі макро- та мікроелементи і корисну мікрофлору, додатково вносять в основне удобрення та підживлення у нормі 60 т/га. Внесення дигестату здійснюють в різні строки з обов'язковою заробкою у ґрунт. Дигестат, який використовувався у дослідженнях, отримували шляхом анаеробного зброджування свинячого гною впродовж 14 днів, яке має відповідну сертифікацію (ТУ У 20.1-38731462-001:2018) та патентування в Україні [9, 10]. За агрохімічним складом дигестат із свинячого гною характеризується лужною реакцією сольового розчину pHсольове 8,2-8,5; масовою часткою вологи - 97,5-98,4 %; вмістом золи в абсолютно сухій речовині - 34,5-37,3 %; органічної речовини в натуральній масі - 0,60 %, макроелементи: нітратного азоту - 18,2 мг/кг, амонійного азоту - 2,3-3,0 кг/т, загального азоту - 2,9-4,1 кг/т, легкорухомого фосфору (Р2О5) - 0,9-1,3 кг/т, калію (K2О) - 1,8-3,2 кг/т, сірки у формі SO3 - 0,54 кг/т, магнію (MgO) - 0,42-0,52 кг/т, кальцію (СаО) - 1,1-3,5 кг/т; мікроелементи: міді - 4,6-19,0 мг/кг, цинку - 32,0-43,0 мг/кг, марганцю - 14,9-20,0 мг/кг, заліза - 45,1-120,0 мг/кг та молібдену 0,23 мг/кг [12]. Дня визначення вмісту ґумусу та органічного вуглецю в ґрунті використовують сканування в ближньому інфрачервоному спектрі за допомогою приладу Soil Scanner, який характеризується високою точністю. Визначення базується на детектуванні вмісту С, припускаючи, що в органічній частці ґрунту вміст вуглецю (С) складає 58 %. Дигестат за своїми властивостями можна характеризують, як найбільш повне біоорганічне добриво, що містить макро-, мікроелементи та корисні мікроорганізми, що позитивно впливають на показники нагромадження вуглецю у ґрунті та формування генетично закладеного рівня продуктивності сільськогосподарських культур. Масова частка вуглецю на варіанті до внесення дигестату становить 1,03 %, а після тривалого внесення зростає до 1,50 %, що свідчить про позитивну тенденцію фіксації органічного вуглецю у ґрунті. Вміст азоту в різних формах за внесення дигестату істотно збільшується, що має тенденцію до зростання в декілька разів, наприклад, для амонійного азоту (NH4) із 14,13 мг/кг на контролі до 41,20 мг/кг на варіанті з дворічним внесенням дигестату, для нітратного азоту NО3 із 1,37 до 47,50 мг/кг, амонійно-нітратного (NH4+NO3) із 15,50 до 88,70 мг/кг, відповідно. Відмічається зростання рухомих форм і інших елементів живлення, наприклад, фосфору (Р2О5) - із 75,77 до 100,70 мг/кг, калію (K2О) - із 103,33 до 230,40 мг/кг та сірки (S) - із 2,4 до 9,0 мг/кг. Важливим для росту і розвитку сільськогосподарських культур є не лише задовільний загальний вміст мікроелементів, але і їх доступність, яка визначається кислотністю ґрунту та вмістом інших елементів мінерального живлення. Вплив дигестату на вміст органічної речовини та органічного вуглецю, глини та вологості ґрунту приводиться в таблиці 1. Таблиця 1Агрономічно-цінні властивості сірого лісового ґрунту залежно від застосування дигестату, за 2024 р.ПоказникиВаріанти удобрення дигестатом*123456pH (водне)7,37,27,27,27,17Органічні речовини, %2,92,72,52,42,32,3Органічний вуглець, %1,541,401,311,261,231,21Ємність катіонного обміну, ммоль+/кг176174153151147138Глина, %191817161613Примітка: * - Варіант 1. Основне удобрення дигестатом (60 т/га) + передпосівне внесення дигестату (60 т/га) + підживлення дигестатом (60 т/га); Варіант 2. Підживлення дигестатом (60 т/га); Варіант 3. Передпосівне удобрення дигестатом (60 т/га); Варіанті 4. Основне удобрення дигестатом (60 т/га); Варіант 5. Контроль (без добрив); Варіант 6. Внесення мінеральних добрив (N90P90K90). Визначення проводили агрономічно цінних властивостей проводили сканером ґрунту Soil Scanner. Із даних таблиці 1, видно що удобрення дигестатом впливає на значення органічної речовини в ґрунті. Зокрема, на контрольному варіанті (без внесення дигестату) вміст органічної речовини становить 2,3 %, на варіанті з внесенням дигестату в основне удобрення (60 т/га) + передпосівне (60 т/га) та підживлення (60 т/га) він складає 2,9 %; на варіанті з підживленням дигестатом (60 т/га) - 2,7 %; передпосівним удобренням дигестатом (60 т/га) - 2,5 %; основним удобренням дигестатом (60 т/га) - 2,4 %; за внесення мінеральних добрив (N90P90K90) - 2,3 %. Аналогічна тенденція стосується також і вмісту органічного вуглецю - 1,23 %; 1,54 %; 1,40 %; 1,31 %; 1,26 % та 1,21 %. В цілому по досліду внесення дигестату забезпечує зростання вмісту органічного вуглецю на 0,148 % порівняно з контрольним варіантом (без внесення дигестату). Ємність катіонного обміну виявилася найвищою на варіанті з внесенням дигестату в основне удобрення (60 т/га) + передпосівне (60 т/га) та підживлення (60 т/га) - 176 ммоль+/кг ґрунту, тоді як на контрольному варіанті - вона складає 147 ммоль+/кг ґрунту. Варто також відмітити і позитивний вплив внесення дигестату на відсоток вмісту фізичної глини та вологості ґрунту. Зокрема, на варіанті з внесенням дигестату в основне удобрення (60 τ/га) + передпосівне (60 т/га) та підживлення (60 т/га) вміст глинистої фракції складає 19 %, а на контрольному варіанті - 16 %. Вплив внесення дигестату на запаси органічного вуглецю у ґрунті приводиться в таблиці 2. Таблиця 2Накопичення органічного вуглецю в ґрунтах залежно від застосування дигестату (за 2019-2024 р.)Варіант удобренняВміст органічних речовин, %Вміст органічного вуглецю, %Запаси органічного вуглецю у орному шарі ґрунту, т/гаКонтроль (без внесення дигестату)2,31,23138,38Внесення N90P90K902,31,21136,13Основне удобрення дигестатом (60 т/га) + передпосівне внесення дигестату (60 т/га) + підживлення дигестатом (60 т/га)2,91,54173,25Підживлення дигестатом (60 т/га)2,71,40157,50Передпосівне удобрення дигестатом (60 т/га)2,51,31147,38Основне удобрення дигестатом (60 т/га)2,41,26141,75 Оцінка запасів органічного вуглецю у орному шарі ґрунту (табл. 2) показує, що найвищий вміст даного показника відмічають на варіанті з внесенням дигестату в основне (60 т/га), передпосівне (60 т/га) удобрення та підживлення (60 т/га) - 173,25 т/га, тоді як на контрольному; варіанті запаси органічного вуглецю у орному шарі ґрунту складають 138,38 т/га, відповідно зростання становить 34,88 т/га. Варто відмітити зростання запасів вуглецю в середньому по досліду на варіантах із внесенням дигестату у різні строки на 16,59 т/га порівняно з контрольним варіантом (без внесення дигестату). Внесення у ґрунт дигестату, який отримують шляхом 14-денного збродження в біогазовій станції свинячого гною, що має лужну реакцію розчину, значну кількість макро- і мікроелементів та корисні мікроорганізми сприяє нагромадженню вуглецю у ґрунті з 1,03 до 1,50 %, зниженню кислотності pHобмінна із 4,68 до 5,7, збільшенню у ґрунті макроелементів: амонійного азоту (NH4) із 14,13 мг/кг на контролі до 41,20 мг/кт на варіанті з дворічним внесенням дигестату, для нітратного азоту ΝΟ3 із 1,37 до 47,50 мг/кг, амонійно-нітратного (NH4+NO3) із 15,50 до 88,70 мг/кг, фосфору (Р2О5) - із 75,77 до 100,70 мг/кг, калію (K2О) - із 103,33 до 230,40 мг/кг та сірки (S) - із 2,4 до 9,0 мг/кг і мікроелементів (мідь (Сu) - 0,13 мг/кг, цинк (Ζn) 1,32 мг/кг та марганець (Μn) - 7,16 мг/кг). В цілому пo досліду внесення дигестату сприяє зростанню вмісту органічного вуглецю на 0,148 % порівняно з контрольним варіантом (без внесення дигестату). Ємність катіонного обміну виявилася найвищою на варіанті з внесенням дигестату в основне удобрення (60 т/га) + передпосівне (60 т/га) та підживлення (60 т/га) - 176 ммоль+/кг ґрунту, тоді як на контрольному варіанті - склала 147 ммоль+/кг ґрунту. Внесення дигестату позитивно впливає також на вміст у ґрунті фізичної глини, зокрема на варіанті з внесенням дигестату в основне удобрення (60 т/га) + передпосівне (60 т/га) та підживлення (60 т/га) вміст глинистої фракції склав 19 %, а на контрольному варіанті - 16 %. Найвищий вміст органічного вуглецю у орному шарі ґрунту відмічають на варіанті з внесенням дигестату в основне (60 т/га), передпосівне (60 т/га) удобрення та підживлення (60 т/га) - 173,25 т/га, тоді як на контрольному варіанті запаси органічного вуглецю у орному шарі ґрунту складають 138,38 т/га, відповідно зростання становить 34,88 т/га. Джерела інформації: 1. ДСТУ ISO 11074:2009 Якість ґрунту. Словник термінів (ISO 11074:2005, IDT). К: Держспоживстандарт України, 2015. 77 с. 2. Скрильник Є.В., Гетманенко В.А. Оцінка підходів до перерахунку органічного вуглецю на ґумус у ґрунтових зразках. Збірник наукових праць "Охорона ґрунтів". Спеціальний випуск. Матеріали всеукраїнської науково-практичної конференції "Моніторинг ґрунтів - основа створення бази даних їх якісного стану" м. Вінниця 10-11 серпня 2017р. Київ - 2017. С. 44-45. 3. Ткачук В.П., Трофименко П.І. Вміст ґумусу за різного використання дерново-підзолистого супіщаного ґрунту та обсяги емісійних втрат СО2. Наукові доповіді НУБіП України. 2020. № 2 (84). [Електронне наукове фахове видання]. Режим доступу: URL: https://journals.nubip.edu.ua/index.php/Dopovidi/uk/issue/view/559.DOI: https://doi.org/10.31548/dopovidi2020.02.007 (дата звернення 13.07.2025 p.). 4. Венглінський М.О., Грищенко О.М., Годинчук Н.В., Романова С.Α., Гаврилюк В.Б. Оцінка методик визначення вмісту органічної речовини (ґумусу) в ґрунті. Ґрунтознавство. Серія: Біологічні системи. 2015. Т. 7. Вип. 1. С. 97-101. 5. ДСТУ 4289:2004 Якість ґрунту. Методи визначання органічної речовини. К.: Держспоживстандарт України, 2005. 14 с. 6. Балаєв Α., Піковська О., Тонха О. Вміст ґумусу та лабільних органічних речовин за різного використання чорнозему типового. Plant and soil science. 2018. №. 286. С. 173-179. URL: https://agriculturalscicnce.com.ua/uk/journals/286-2018/vmist-gumusu-ta-labilnikh-organісhnіkh-ryechovin-za-riznogo-vikoristannya-chornozyemu-tipovogo (дата звернення 13.07.2025 p.). 7. Паламарчук В.Д., Колісник О.Μ. Сучасна технологія вирощування кукурудзи для енергоефективного та екологобезпечного розвитку сільських територій: монографія. Вінниця: TOB Друк, 2022. 372 с. URL: http://socrates.vsau.org/repository/card.php?lang=uk&id=31508 (дата звернення 13.07.2025 p.). 8. Спосіб отримання біогазу та добрива з відходів з високим вмістом азоту: пат. 105080 Україна: C05F 3/00. № u201505811, заявл.: 12.06.2015; Бюл. № 5 від 10.03.2016. 2 с. URL: https://sis.nipo.gov.ua/uk/search/detail/846108/ (дата звернення 13.07.2025 p.). 9. Спосіб отримання біоорганічного добрива "Ефлюент": патент 143495 U України, МПК 2006 C05F 3/00, C05F 11/08 (2006.01), C05F 17/60 (2020.01); № u202002033; заявл. 25.03.2020; Бюл. № 14. 2 с. URL: https://sis.nipo,gov.ua/uk/search/detail/1445491/ (дата звернення 13.07.2025 p.). 10. Біоорганічне добриво "Ефлюент": патент 144732 U України, МПК 2006 C05F 3/00, C05F 11/08 (2006.01), C05F 17/60 (2020.01); № u202002032: заявл. 25.03.2020; опубл. 26.10.2020 р. Бюл. 20/2020. 2 с. URL: https://sis.nipo.gov.ua/uk/search/detail/1460725/ (дата звернення 13.07.2025 p.). 11. Спосіб застосування дигестату в технологіях вирощування кукурудзи: патент 158328 U України, МПК (2025.01), А01С 21/00, C05F 3/00; № u202402109; заявл. 22.01.2025; Бюл. № 4. 2 с URL: https://sis.nipo.gov.ua/uk/search/detail/1837846/ (дата звернення 13.07.2025 р.). 12. Калетнік Г.М., Паламарчук В.Д., Гончарук І.В., Ємчик Т.В., Телекало Н.В. Перспективи використання кукурудзи для енергоефективного та екологобезпечного розвитку сільських територій: монографія. Вінниця: ФОП Кушнір Ю.В., 2021. 260 с. http://socrates.vsau.org/repository/card.php?lang=uk&id=31069.