Комплексная оценка физико‑химических и структурных изменений при компостировании и вермикомпостировании навоза крупного рогатого скота и овец с добавками

Преображение навоза в ресурс для почвы

По всему миру фермы накапливают горы навоза от крупного рогатого скота и овец. Если его оставлять кучами или разбрасывать небрежно, отходы будут вымывать питательные вещества, издавать неприятный запах и выделять парниковые газы. В этом исследовании показано, как превратить проблему в решение — отточив процессы компостирования и вермикомпостирования, то есть используя микроорганизмы и дождевых червей, чтобы получить более чистое и стабильное удобрение для почвы. Исследователи испытывают простые минеральные и углеродные добавки, которые могли бы помочь фермерам безопаснее утилизировать навоз и одновременно выращивать более здоровые культуры.

От сырого навоза к контролируемым кучам

Команда собрала навоз крупного рогатого скота и овец и вела его переработку в течение 120 дней двумя способами: классическое компостирование, управляемое в основном термофильными микробами, и вермикомпостирование с участием дождевых червей. В смеси применяли три вида добавок в разных дозах: пористый углеродный материал, похожий на уголь — биочар, тонкоизмельченную огнеупорную глину и реактивный минерал диоксид марганца. Отслеживая температуру, потерю массы и основные химические свойства со временем, исследователи могли увидеть, как каждая рецептура меняла скорость и качество разложения навоза у обоих видов животных.

Тепло, потеря массы и что это на самом деле означает

Все кучи прошли знакомую дугу компостирования: прогрев, горячую фазу и последующее медленное остывание. Смеси с более высокой дозой огнеупорной глины достигали самых высоких температур — более 65 °C для навоза крупного рогатого скота и свыше 70 °C для овечьего навоза — что отражало особенно интенсивную микробную активность и хорошую вентиляцию. Биочар также повышал и продлевал горячую фазу, особенно при более высокой дозе, тогда как диоксид марганца оказывал более мягкое воздействие. При добавлении дождевых червей кучи в целом теряли больше массы — до примерно 70% в некоторых смесях с овечьим навозом с биочаром или низкой дозой глины — поскольку черви механически измельчали материал и усиливали микробную активность. Однако глинистые смеси теряли меньше массы, но образовывали более стабильный, хорошо «пропеченный» компост, напоминая, что более быстрое исчезновение материала не всегда лучше, если целью является долговременное почвенное улучшение.

Создание лучшей «губки для питательных веществ»

Для оценки качества компоста исследователи сосредоточились на его способности удерживать такие элементы, как кальций, магний и калий. Эта характеристика, называемая катионообменной емкостью, показывает, насколько готовый материал действует как «губка» для питательных веществ в почве. Вермикомпост из овечьего навоза с высоким содержанием огнеупорной глины показал наибольшие улучшения — очень высокие измеренные показатели и смоделированные значения, указывающие на долговременную стабильность. Биочар также усиливал эту свойство в зависимости от дозы благодаря большой внутренней поверхности. В отличие от этого, диоксид марганца давал лишь умеренные приросты, поскольку он скорее служит химическим катализатором реакций, чем настоящим накопителем питательных веществ. В целом системы с дождевыми червями постоянно превосходили системы только с компостированием, поскольку их деятельность способствовала накоплению кислотных и фенольных групп в органическом веществе, которые задерживают и затем отдают питательные вещества растениям.

Разложение стойких растительных волокон

Команда также изучала жесткие растительные компоненты навоза: гемицеллюлозу, целлюлозу и лигнин. Это «скелет» соломы и других растительных остатков, которые обычно медленно разлагаются. С использованием математических моделей показали, что гемицеллюлоза разлагалась быстрее всего, особенно в обработках с огнеупорной глиной и биочаром, которые поддерживали аэрацию и благоприятные условия для микробов. Целлюлоза разлагалась с умеренной скоростью. Лигнин, наиболее устойчивая фракция, разрушался преимущественно в присутствии диоксида марганца, что указывает на химическое содействие, помогающее микробам разрушать этот плотный «клей». В системах с червями у крупного рогатого скота и овец комбинации диоксида марганца и умеренной дозы глины особенно эффективно разрушали эти упорные волокна, тогда как высокая доза глины или избыток углерода иногда замедляли процесс, блокируя приток воздуха или изменяя микробные сообщества.

Практические уроки для фермеров и садоводов

В целом результаты показывают, что каждая добавка играет разную, но взаимодополняющую роль. Биочар делает кучи более проницаемыми и благоприятными для микробов, ускоряя начальную переработку свежего материала. Огнеупорная глина помогает получить стабильный, гумусный продукт, который удерживает питательные вещества и постепенно отдает их растениям. Диоксид марганца дает дополнительный толчок для разрушения самых стойких растительных фрагментов. При продуманном сочетании и в паре с дождевыми червями эти простые материалы помогают превратить сырой навоз крупного рогатого скота и овец в более безопасный и эффективный компост и вермикомпост. Для неспециалиста ключевая мысль такова: при правильном наборе ингредиентов и биологических помощников даже грязные фермерские отходы можно превратить в надежное, более климатически дружественное удобрение, поддерживающее долгосрочное здоровье почвы.

Цитирование: Karimi, S., Shariatmadari, H. & Nourbakhsh, F. Integrated assessment of physicochemical and structural changes during composting and vermicomposting of cattle and sheep manure with additive treatments. Sci Rep 16, 10128 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40802-1

Ключевые слова: компостирование, вермикомпостирование, биочар, управление навозом, плодородие почвы