Применение комплексных удобрений на основе древесного угля и продуктов вермикультивирования в проектах АПК для повышения рентабельности урожая, наращивания продуктивности почвы с оценкой потенциала позитивного влияния на местную и глобальную экологию
Введение
Климатический кризис вскрыл необходимость вновь детально рассмотреть глобальные циклы углерода, азота, воды и потери биоразнообразия в мировом масштабе. Местные нарушенные экосистемы создают глобальные проблемы, которые возвращаются к аграриям в виде непредсказуемой погоды. И это способно уничтожить целые отрасли и регионы.
Настоящая статья раскроет как комплексные удобрения на основе древесного угля (CarboClean производства «Уралхимсорб», далее - биоуголь) и продуктов вермикультивирования АО «Грин-ПИКъ» (вермикомпост, жидкие формы биогумуса «Гумистар») способны создать основу устойчивого земледелия и развития. Эти комплексные удобряющие смеси не только создают богатый урожай и повышают плодородие почв, но и обеспечивают активное поглощение парниковых газов (CO₂, CH₄, N₂O) и даже паров воды, вносящих основной вклад в перегрев Планеты.
При массовом внедрении органических удобрений в практику аграриев, мы выведем из глобальных циклов и «законсервируем» в почве (по крайней мере в острый кризисный период) существенные объёмы химических элементов и соединений, определяющих глобальные климатические изменения. При этом трансформация углерода и других элементов в устойчивые формы повышает их биодоступность для растений и микробиоты почвы.
Интеграция предлагаемых решений и технологий в климатические проекты позволит сельхозпроизводителям или их объединениям, например, под эгидой общественного объединения ПродЗемСоюз, участвовать и дополнительно зарабатывать на углеродных рынках, продавать сертифицированные единицы на соответствующих мировых платформах (после верификации по условиям Earthood, VERRA).
- Научные основы применения комплексных удобрений системы удобрений «биоуголь-биогумус»
Органические удобрения традиционно считаются дорогими и экономически нецелесообразными для интенсивного земледелия. Однако удобряющий потенциал бросовой органики на Планете в сотни раз выше всех ныне добываемых минеральных и химически синтезируемых удобрений, средств химической защиты растений вместе взятых. Мировой оборот агрохимии порядка 220-250 млн т. Вместе с тем, из доступной людям органики (23 млрд тонн) можно изготовить 13,8 млрд тонн органических удобрений в твёрдом агрегатном состоянии. Или 138 млрд т жидкого биогумуса. При норме расхода 15л/га этого количества достаточно для внесения на аграрных площадях в шесть (!) раз больших ныне обрабатываемых на Планете.
Конверсия бросовой органики в высокоактивные органические удобряющие вещества хорошо изучена и отработана на практике. Вермикультивирование позволяет последовательно превратить 60т побочных продуктов животноводства (навоз, традиционно вносимый в фермерских хозяйствах под картофель на одном гектаре), в 36 тонн биологически безопасного биогумуса, вносимого уже на 6 гектаров при сопоставимой урожайности. На следующей стадии 36 тонн биогумуса преобразуются в жидкий биогумус. Его высокие удобряющие свойства позволяют обеспечить сопоставимую урожайность уже на 24 000га. При этом урожай становится «чистый», высокого качества, а плодородие почвы наращивается. Внесение жидких биогумусных препаратов абсолютно безопасно для пчёл, животных и главное, основного потребителя аграрной продукции – человека.
Комплексное удобрение «биоуголь-биогумус»
Исследователи различных стран установили синергетический эффект позитивного влияния смесей так называемого «биоугля» из растительных остатков с биогумусом (вермикомпостом) в твердом агрегатном состоянии.
Новые обширные перспективы открываются пред такими составами при комплексном использовании с жидким биогумусом, способным быстро корректировать недостатки любых систем удобрений или средств защиты растений. Кроме того. Жидкой биогумус легко инокулирует «заражает» полезной микробиотой древесные угли, что открывает перед составом новые свойства.
Совместное внесение древесного угля, вермикомпоста и жидких гуматов позволяет достичь синергетического эффекта. Биоуголь улучшает структуру почвы и удерживает питательные вещества, вермикомпост обогащает почву микробиотой и гуминовыми веществами, а жидкий биогумус стимулирует рост растений и повышает усвоение питательных веществ. При комплексном внесении можно добиться увеличения урожайности на 50-70% по сравнению с раздельным применением.
Первый ингредиент комплексного органического удобрения - зрелый биогумус. В твёрдом агрегатном состоянии – водоупорное и весьма стойкое вещество, подобен природным чернозёмам по физическим и биологическим свойствам, но превосходит их в десятки раз по агрономическим свойствам. Биогумус - носитель до 30% атомарного углерода от собственного веса, может находиться в почве «на хранении» практически не изменяясь. В смесях с не менее стабильными древесными и растительными углями биогумус может стать эффективным удобрением и средством для декарбонизации не только сельского хозяйства, но и глобальных процессов. Перепроизводства биогумуса не предвидится, его временные избыточные объёмы могут направляться, например, по программам декарбонизации FAO (UN) для «захоронения» в деградированные почвы бедных стран, малопродуктивные пустыни, обезлесенные и засолённые земли. Там этот почвоулучшитель будет продолжать поглощать углерод и азот атмосферы, лечить деградированные почвы естественным образом 24/7. А при нормализации необходимых условий эти территории смогут самостоятельно или при внесении семян-саженцев покрыться новыми лесами. Утерянные для человека земли снова вернутся в аграрный оборот (исторически человечество утеряло около 2 млрд га агротерриторий, ныне обрабатывает около 1,5 млрд.га).
Второй ингредиент – биоуголь. Производится из органических отходов (древесина, биомасса) методом пиролиза. Обладает высокой пористостью (увеличение общей пористости почвы до 15-20%), сорбирует токсины (пестициды, тяжелые металлы), регулирует кислотность и улучшает структуру почвы. Экологический эффект заключается в снижении выбросов CO₂ и других парниковых газов за счет стабилизации органического углерода в почве (до 50% снижения эмиссии CO₂). Удерживает влагу, уменьшая потребность в поливе (на 20-30%), и служит домом для развития полезной микрофлоры.
Третий ингредиент – жидкий биогумус российского производства, аналоги которого активно изучаются в научных лабораториях мира.
Практическое применение компанией «Грин-ПИКъ» «Гумистара» - водной вытяжки из биогумуса показало уникальные эффекты, способные обеспечить высокую рентабельность урожая, быстро снимать выявленный агрономом недостаток любых макро- и микроэлементов, нивелировать проблемы химических удобрений, снимать стрессы от средств химической защиты растений и нежелательных погодных явлений. Ученые установили более ста позитивных эффектов жидких биогумусных препаратов повышающих на десятки процентов рентабельность урожая любых растений.
Свойства отдельных компонентов и комплексного удобрения биоуголь-биогумус
а) Биоуголь CarboClean.
Состав и механизм действия: Продукт изготавливается из древесины березы методом парогазовой активации (SorbTech, 900°C), обладает пористостью до 1500 м²/г. Поглощает парниковые газы, связывая их в устойчивые органо-минеральные комплексы. Норма внесения — 1 кг/10 м².
Экологический эффект и снижение эмиссии: снижает эмиссию CO₂ на 2–3 т/га/год за счет стабилизации углерода. Увеличивает влагоудержание на 20%, стимулируя активность азотфиксирующих бактерий (Rhizobium, Azotobacter).
б) Вермикомпост и жидкий биогумус
Вермикомпост: Продукт переработки органических отходов дождевыми червями (Eisenia fetida). Повышает и создаёт естественное плодородие практически на любых почвах. Обеспечивает высокие прибавки урожайности. Содержит гуминовые кислоты (до 12%), фульвокислоты и многочисленные органические вещества, продуцированные природными компостерами почвы. Все живые, органические и химические вещества зрелых вермикомпостов находятся в экологическом и эволюционном балансе и активно связывают парниковые газы в форме гуминово-угольных комплексов и живого компонента микробиоты нормофлоры почвы. Сезонная норма внесения биогумуса — 3–5, макс. 7 т/га. Вермикомпост стимулирует рост ризосферных микроорганизмов, которые фиксируют атмосферный азот, уменьшая потребность в азотных удобрениях и снижая выбросы N₂O (снижение выбросов N₂O на 20-30%).
в) Жидкий биогумус «Гумистар»: результат бережной экстракции живой микробиоты и содержимого водоупорных частиц зрелого вермикомпоста (более 6 месяцев ферментации). Полезные микроорганизмы находятся в концентрации 108 – 109 КОЕ/г, что обеспечивает хорошие целлюлозодеструкционные и иные биологические свойства и процессы. Концентрированный раствор с нейтральным pH 6.5–7.2 или слабощелочным pH, который в целом снижает кислотность почвы на 0,5-1,0 единицы, однако подкисливает ризосферу корней растения естественным, природным образом, делая её более активной. Это свойство мобилизует фосфор и калий (мг/кг). Корневой полив (регулярный): P +25-30%, K +20-25%. Внекорневая обработка (разовая): P+10-15%, К+8-12%.
«Гумистар» насыщен метаболитами микро компостеров, живой биоты пищеварительного тракта дождевых червей и их кожных выделений (энзимы, фитогормоны, хитиназы). При обработке 0,05%-м раствором повышает водопоглотительную способность почвы на 40% за счет увеличения доли агрегатов размером 0,25–2 мм.
«Гумистар» и его вещества весьма активны
-Стимуляция роста растений: повышают урожайность за счет улучшения питания корневой системы и устойчивости к стрессам (засуха, засоление). Гуминовые кислоты в составе жидкого биогумуса увеличивают проницаемость клеточных мембран, улучшая транспорт питательных веществ в растениях (увеличение урожайности на 20-40%, увеличение накопления полезных веществ в плодах на десятки процентов).
-Это открыло перспективу применения жидкого биогумуса в качестве самостоятельно и эффективно работающего стимулятора, удобрения, средства профилактики и защиты растений.
-Природный и сбалансированный состав нивелирует ошибки и отклонения от инструкции применения, не требует особой квалификации работников или условий обращения.
- Норма разового внесения распыления 3-5 л/га, с сезонным расходом до 15л/га при 2-3 технологических операциях замачивание-протравливание, распыление (и/или полив).
- Детоксикация и стимуляция: вещества жидкого биогумуса связывают тяжелые металлы (Cd, Cu) и нефтепродукты, снижая их подвижность на 60–80%. Снижение дозы NPK на 40-50%, до 60-70 кг/га, что ставится сопоставимым с эффектом биологического приращения азота из атмосферы этими комплексами. Повышение усвоения минеральных удобрений на 20-30% в год за счет гуминовых кислот и микроорганизмов. Обработка 0,02%-м раствором семян, повышает, например, урожайность пшеницы на 25–35% за счет активации синтеза хлорофилла, АТФ (сахаров-белков) и активного корнеобразования. Внесение до 5л/га обеспечило прирост сахаристости сахарной свёклы почти +40%. Соя - высокая отзывчивость на замачивание семян и почвенный полив +15%. Томаты +30%. Сокращение потерь урожая благодаря устойчивости растений к болезням и климатическим стрессам (на 15-20%).
- Местные экологические эффекты, климатические перспективы и углеродные единицы
Биоугли: экологический эффект и снижение эмиссии CO₂ на 2–3 т/га/год за счет стабилизации углерода. Увеличивает влагоудержание на 20%, стимулируя активность азотфиксирующих бактерий (Rhizobium, Azotobacter).
Биогумусные удобрения:
- Азотфиксация: биогумус стимулирует активность бактерий Rhizobium, повышая естественную фиксацию азота до 80 кг/га/год (экономия на минеральных удобрениях — €120/га).
- Сокращение выбросов CO₂: восстановление 1 га деградированных почв сокращает эмиссию на 4–6 т CO₂-экв./год.
а) Механизмы секвестрации почвоулучшителей:
- Биоуголь и биогумус формируют устойчивые углеродные пулы. Уголь становится питательной средой и средством защиты микробиоты нормофлоры почвы от неблагоприятных факторов, ядовитых веществ, попавших на почву и подлежащих биоремедиации. Возникает симбиотический эффект по наращиванию объективного плодородия и естественной микробиоты.
- Содержание органики >3% способствует формированию агрегатов, увеличивая аэрацию, водоудержание и резкое наращивание микробиоты.
- Внесение 4 т/га древесного угля снижает плотность почвы до 1,34 г/см³. Добавление вермикомпоста (5 т/га) увеличивает содержание гумуса на 1,2% за 3 года, наращивает в почве содержание углерода +2,5-4т га/год, содержание азота +40-60кг/га/год.
- Синергетический эффект взаимодействия биоугля и биогумуса: Комбинация древесного угля с жидким биогумусом усиливает поглощение CH₄ на 15–20% за счет активации метанокисляющих бактерий (Methylosinus). Микробная биомасса увеличивается более чем в 2,5 раза с 150-200 мкг С г-1 до 350-500.
- Стимуляция микробиоты: численность азотфиксирующих бактерий возрастает в 2-3 раза.
б) Верификация и монетизация:
- Методология Earthood: Включает анализ динамики SOC (почвенного органического углерода) и эмиссии N₂O. Например, восстановление 1га деградированных земель с применением вермикомпоста генерирует 8–12 углеродных кредитов/год.
- Независимая верификация проектов включает анализ данных по секвестрации углерода, улучшению почвенных показателей и снижению эмиссии парниковых газов.
- Углеродные единицы, полученные через климатические проекты, могут быть сертифицированы по стандартам EU ETS (Emissions Trading System) или добровольным схемам (VERRA). Например, восстановление 1 га деградированных почв с использованием древесного угля и вермикомпоста может генерировать до 5–10 углеродных кредитов в год.
- Рынок ЕС: Сертификация по стандартам EU ETS позволяет продавать углеродные единицы по цене €50–100 за тонну CO₂-эквивалента на европейских биржах. В 2023 г. проекты с биогумусом получили премию в €7/кредит за co-benefits (биоразнообразие, очистка воды).
- Экономическая рентабельность для АПК
а) Высокие урожаи: Биоугли в сочетании с вермикомпостом и его экстрактами являются ключевым элементом для перехода к экологическому земледелию, почвенному плодородию, непревзойдённой высокой урожайности и получению чистых продуктов премиального класса маркировки ORGANIC, ECO, BIO, NATURAL, GREEN, GMO FREE. Применение этих органических веществ в комплексе позволяет получать продукцию, соответствующую самым высоким стандартам качества и безопасности, что повышает ее конкурентоспособность на рынке. Урожайность увеличивается на 40-60% и более по сравнению с традиционными методами земледелия.
б) Снижение затрат:
- Снижение затрат на внесение, возможность использовать стандартные агрегаты, современные и перспективные наземные дроны и БПЛА.
- Экономия на удобрениях — до 50% за счет повышения CEC (емкости катионного обмена) на 30–40%.
- Экономия на пестицидах до 75%. Вермикомпост обладает фунгицидными и бактерицидными свойствами, подавляя развитие патогенных микроорганизмов (снижение заболеваемости растений на 40-50%). Хитиназы обеспечивают уникальный фунгистатический, фунгицидный и инсектицидный эффекты. Сочетается в баковых смесях с промышленными средствами защиты растений.
- Сокращение потерь урожая — на 25% благодаря устойчивости к засухе (повышение водоудержания на 15%, биодоступность связанной воды).
- Резкое, за считанные часы наращивание стойкости растений к прогнозу высоких и низких температур за +35гр.ц и -3-4 гр.ц.
- Доход от углеродных единиц: при цене €70/т CO₂-экв. хозяйство площадью 1000 га может получать до €84 000/год (практика ЕС).
- Инновационные аспекты
- Технологии «Уралхимсорб»: Модификация древесного угля наночастицами Fe³⁺ для усиления сорбции N₂O.
- Цифровизация: IoT-датчики (например, Teralytic) анализируют содержание CO₂ в почве в режиме реального времени, корректируя нормы жидких биогумусных препаратов.
- Расширенные экологические и агротехнические эффекты
а) Биоремедиация загрязненных почв
- Нефтепродукты: Обработка 0,1%-м раствором жидкого биогумуса («Гумистар») снижает содержание нефтепродуктов в почве на 75–90% за 3 месяца за счет активации углеводородокисляющих бактерий (род _Pseudomonas_). Синергетический эффект с биоуглём ожидаем, но еще не исследован. Для тяжелых загрязнений (свыше 5 г/кг) комбинация древесного угля (2 т/га) и вермикомпоста (5 т/га) уменьшает концентрацию до 0,2 г/кг за 6 месяцев. Активные угли широкой номенклатуры производства «Уралхимсорб» в сочетании с «Гумистаром» при таких загрязнениях ожидаемо должны обеспечить больший эффект. Исследователи приглашаются в НТК.
- Тяжелые металлы: Биогумусные удобрения связывают кадмий (Cd) и свинец (Pb) в почве, снижая их подвижность на 60–80%, что подтверждено исследованиями на дерново-подзолистых почвах (Томская область, 2022 г.).
- Антибиоткики от ППЖ интенсивного животноводства, птицеводства: биогумусные препараты, их микробиота блокируют и утилизируют эти опасные вещества. Перенос в урожай не наблюдается.
б) Очистка водных ресурсов
- Связывание нитратов: Вермикомпост, внесенный в дозе 4 т/га, снижает вымывание NO₃⁻ в грунтовые воды на 40–50% за счет повышения сорбционной емкости почвы (CEC увеличивается до 25–30 смоль/кг). «Гумистар» в минимальных дозах распыления является прекрасным средством ликвидации агрессивных запахов навоза.
- Вермикультура используется в некоторых странах как самостоятельная система водоочистки муниципальных канализационных вод.
- В ряде работ НИР приводятся данные о позитивном влиянии вермикомпостов и биогумусных препаратов, их микробиоты, на захват и фиксацию агрохимических веществ и антибиотиков интенсивного животноводства и птицеводства.
- Фиксация фосфатов: Жидкий биогумус (0,05%-й раствор) уменьшает потери фосфора на 30% в условиях песчаных почв, предотвращая эвтрофикацию водоемов.
в) Противодействие водной эрозии
- Агрегация почвы: внесение 3 т/га биогумуса увеличивает долю водопрочных агрегатов (2–5 мм) на 35%, снижая риск смыва плодородного слоя на 50–70%. На склонах крутизной 8° эрозия уменьшается с 12 т/га/год до 3 т/га/год. Образование гелеподобных и плёнкостягивающих структур органических веществ биогумуса еще более разрыхляющих почву предстоит дополнительно изучить.
- Водопроницаемость: применение древесного угля (1 кг/м²) повышает инфильтрацию воды на 25–40%, что критично для засушливых регионов (Калмыкия, 2021 г.). Активные угли, обладающие на порядки большей водопоглощающей способностью, открывают более широкие перспективы в этом направлении.
г) Восстановление деградированных земель, рост капитализации земель и хозяйств
- Солончаки: внесение 10 т/га вермикомпоста снижает электропроводность почвы (EC) с 8–10 dS/m до 2–3 dS/m за 2 года, возвращая до 70% продуктивности (опыт в Астраханской области).
- Эродированные почвы: Комбинация древесного угля (3 т/га) и биогумуса (5 т/га) увеличивает содержание гумуса с 0,8% до 2,5% за 4 года, восстанавливая 1га пашни стоимостью €1500 против €5000 при традиционной рекультивации.
д) Энергоэффективность и экономия ГСМ, возможный переход на электрические аграрные тракторы
- Снижение энергозатрат: Почвы, обработанные биогумусом, требуют на 20–30% меньше усилий при вспашке (плотность снижается с 1,5 до 1,2 г/см³). Это открывает новые возможности для сх машин роботов, наземных дронов.
е) Устойчивость растений к погодным стрессам и климатическим изменениям
- Терморезистентность: обработка биогумусом повышает содержание АТФ в растениях на 200–300% за 48 часов, что снижает потери урожая пшеницы при +40°C с 50% до 15%.
- Заморозки: применение жидкого биогумуса (0,1%-й раствор) увеличивает выживаемость саженцев плодовых культур при -5°C на 80%. Накопленный за счет упредительного распыления при прогнозе заморозков АТФ расходуется системами жизнеобеспечения растений на их обогрев и повышает устойчивость к заморозкам.
ж) Устойчивость городов, управление органическими отходами
- Переработка ТКО: вермикомпостирование 1 т пищевых отходов генерирует 0,4-0,6т биогумуса, сокращая выбросы CH₄ (на 100-200кубм) на 1,2-3,6т CO₂-экв. Внесение этого объема в городские почвы повышает биомассу газонных трав на 300%.
- Внесение компоста и вермикомпоста в городские почвы способствует секвестрации углерода и улучшению микроклимата, а также снижает потребность в химических удобрениях и пестицидах в условиях плотного населения. Выбросы парниковых газов снижаются на 30-40%.
- Угнетённые или слабые растения декоративных посадок городов можно стимулировать распылением безопасного жидкого биогумуса.
- безопасные почвоулучшители и системы утилизации углекислотных выбросов жилых и офисных комплексов найдут достойное применение в городских плантагонах, солнечных биовегетариях, вертикальном сельском хозяйстве, городском фермерстве, декоративном вертикальном озеленении.
з) Животноводство и снижение метана
- Молокогонный эффект: Травы и корма, выращенные на жидком биогумусе имеют высокую питательную, энергетическую ценность и увеличивают надои до 15% (данные польских исследователей). Добавка 5% БАД на основе биогумуса в рацион коров увеличивает надои на 12–15% и снижает эмиссию CH₄ на 20–25% (данные ВНИИ животноводства, 2023 г.).
и) Замещение химических СЗР
- Интеграция с биопрепаратами: совместное внесение биогумуса (3 т/га) и энтомопатогенных грибов Beauveria bassiana снижает численность вредителей на 70%, заменяя 50% химических инсектицидов.
к) Лесовосстановление
- саженцы сосны в субстрате с 20% биогумуса демонстрируют приживаемость 90% в пустынных зонах (Каракумы, 2022 г.) против 40% при традиционных методах.
- Применение массированного высева семян, обработанных биоуглем и вермикомпостом, или высаживание саженцев в массивных питательных субстратах на основе древесного угля и вермикомпоста повышает приживаемость растений в экстремальных условиях. Биоуголь удерживает влагу и защищает корни от перегрева, а вермикомпост обеспечивает необходимые питательные вещества. Приживаемость саженцев увеличивается на 60-80%.
- Такая высокая приживаемость открывает возможность массовой автоматизированной высадки новых лесов авиационными средствами.
л) Зеленая маркировка продукции
- Органическое земледелие: агрохозяйства, применяющие биогумус, получают урожайность пшеницы 5–6 т/га с маркировкой BIO, что на 20–30% выше стандартных органических методов. Рентабельность увеличивается на €200–300/га за счет премиальных цен и поставки продукции на высокомаржинальные рынки чистого продовольствия. Дополнительные выгоды открывает комплексное использование биогумусных веществ с биоуглями.
Расчёт глобального вывода парниковых элементов при переходе 30% обрабатываемых земель мира на устойчивое земледелие на основе биоуглей и вермикультуры:
1 по углероду
2 по метану
3 по азоту
4 по парам воды
Заключение
Комбинированное применение древесных углей с вермикомпостом и жидким биогумусом создаёт условия устойчивого сельского хозяйства, обеспечивает тройной взаимно усиливающий эффект: агрономический - повышение урожайности, экономический – высокая рентабельность урожая, рост капитализации земель и хозяйств, доходы хозяйств могут быть дополнены выручкой от продажи углеродных единиц; хозяйства и фермеры могут получить кредиты по линии поддержки устойчивых форм сельского хозяйства, экологический - снижение эмиссии парниковых газов. Дальнейшие исследования должны фокусироваться на оптимизации доз внесения и составов; оценку воздействия на разные культурные растения базового продовольствия различных стран, особенно испытывающих проблемы с продовольствием; долгосрочной стабильности почвоулучшителей; адаптации технологии к разным почвенно-климатическим условиям; адаптации технологии почвоулучшителей как самостоятельных питательных субстратов для интенсивных систем закрытого грунта (тепличных хозяйств) с оперативной коррекцией недостатка какого-либо макро- или микроэлемента посредством внекорневой подкормки универсальным «Гумистаром» или его хелатными формами; автоматического мониторинга состояния почв и растений средствами и датчиками IoT.
Авторы
Козлов Алексей Алексеевич
Омелин Константин Анатольевич
