Згідно з цією методикою у вирощуванні рослин усувають застосування пестицидів і мінеральних речовин, використання генномодифікованого насіння, застосовують біопрепарати. Також для органічного землеробства характерною рисою є поверхневий обробіток ґрунту. У вирощуванні сільськогосподарської продукції органічним способом застосовують спеціальні препарати й добрива, створені на основі натуральних речовин. Завдяки цьому навколишнє середовище не забруднюється хімікатами, вдається зберегти родючі ґрунти з живими мікроорганізмами та мікроводоростями. До того ж унаслідок поверхневого обробітку не порушується структура горизонтів, що теж позитивно впливає на екосистему.
Як свідчать багаторічні спостереження, кліматичні зони зміщуються на північ і захід, спека і посухи стають все більш катастрофічними, багато екстремальних явищ погоди, які раніше були рідкісними, часто повторюються в невластиві сезони та на невластивих для них територіях. Це пов’язано зі зміною клімату, яка позначається на виробництві сільськогосподарських культур, стані лісів і водних об’єктів, тваринництві та рибному господарстві тощо.
Коливання рівня врожайності пшениці на Півдні країни є одним із найвищих у світі: фактичний урожай може бути до 30% нижчим за планований. Це є наслідком дедалі посушливіших умов, меншої кількості опадів, зменшення вологості ґрунту, зниження рівня ґрунтових вод.
Однак і сільське господарство, своєю чергою, також чинить значний вплив на зміну клімату. Так, 2018 року частка викидів парникових газів від агропромисловості в Україні сягнула 12% і нині демонструє найбільшу тенденцію до зростання серед усіх секторів. Уже до 2030 року викиди від сектору можуть збільшитися на 64%.
За оцінками International Energy Agency (IEA), до 2030 року ринок екологічно чистих енергетичних технологій становитиме приблизно 650 млрд доларів на рік, що більш ніж утричі перевищує сьогоднішній рівень. Крім того, зміна клімату вже пов’язана з величезними витратами, і ми не маємо втрачати час для переходу до чистої економіки. ЄС готує масштабний перехід на чисті технології, щоб досягти кліматичної нейтральності до 2050 року. Нині чисті технології є інвестиційним сектором Європи, який найшвидше зростає: у 2020–2021 роках він збільшився удвічі. У нас є нагальна потреба здійснити цей енергетичний перехід без створення нових залежностей. Ми маємо Green Deal Industrial Plan — план зробити Європу осередком чистих технологій і промислових інновацій на шляху до кліматичної нейтральності.
До таких заходів можна віднести використання в сільському господарстві мікроводоростей.
Вирощування мікроводорості для різних цілей
Мікроводорості можна вирощувати в промислових масштабах у фітобіореакторах, що є закритими, керованими, автоматизованими системами безперервного циклу, що дозволяє найменш витратним чином підтримувати чистоту культури.
Серед основних елементів технології вирощування мікроводоростей є необхідність забезпечення СО2. Для виробництва 100 т біомаси водоростей потрібно пов’язати близько 180 т СО2, який має надходити безперервно протягом світлового дня. Для активного зростання мікроводоростей необхідно збагачення маткового розчину сумішшю повітря та СО2 та видалення О2. Вуглекислий газ може бути отриманий із балона з СО2.
___________________________
Мікроводорості можна вирощувати в промислових масштабах у фітобіореакторах, які є закритими, керованими, автоматизованими системами безперервного циклу, що дозволяє з найменшими витратами підтримувати чистоту культури
___________________________
У вирощуванні хлорели можливе використання не лише хімічних поживних сумішей і мінеральних вод, а й відходів сільськогосподарського виробництва.
Японські дослідники (Nakamura 1964; та ін.) широко застосовують органічні відходи, такі як випорожнення риб у розвідних ставках, гній тощо, для культивування різних мікроводоростей, зокрема й хлорели.
Можливість вирощування водоростей на органічному середовищі з фекальних відходів кроликів, качок та курей зазначають і наші дослідники (Баранов та ін., 1964; Музафаров, Таубаєв, 1974). Т. В. Васігов у дослідах з культивування мікроводоростей використовував овечий гній, що перепрів. На думку автора, витяжка з овечого гною — хороше середовище для вирощування хлорели та сценедесмусу — іншої зеленої мікроводорості.
Низка авторів (Ляхнович та ін. 1967) рекомендують додавати органічні речовини в стандартні живильні середовища для мікроводоростей, а А. М. Музафаров та Т. Т. Таубаєв (1974) використовували витяжки з курячого посліду в масовій культурі протококових водоростей (зокрема й хлорели) у концентрації 6–20 г/л й отримали позитивні результати. Додавання 5–10% курячого посліду в хімічне живильне середовище марки «04» збільшує врожайність хлорели та інших мікроводоростей на 50–70%, порівнюючи з контролем.
З проведених у цьому напрямі робіт можна зазначити дослідження Рахімова та Якубова (1971), які встановили, що вміст вуглеводів у хлорелі за її культивування на середовищі з витяжкою з курячого посліду набагато вищий, ніж серед марки «04». Так, моносахаридів у першому випадку (середовище з витяжкою курячого посліду) було 3,04%, у другому — 0,11%; вуглеводів типу сахарози — 0,05% та 0,00%; типу мальтози — 4,00% та 0,41%; типу декстринів — 8,60% та 0,83%; типу крохмалів — 42, 00% та 5,00%; типу геміцелюлоз — 7,10% та 1,30%; клітковини — 0,26% та 1,14%. Загальна сума вуглеводів у першому випадку становила 65,45%, а у другому — 8,89% загальної біомаси водоростей.
За результатами наших досліджень виявлено, що зростання водоростей на поживному середовищі із суміші тільки курячого посліду та води значно перевищує таке на стандартному мінеральному поживному середовищі Кноппа для вирощування мікроводоростей. Так, в аналогічних умовах вирощування чисельність хлорели в першому випадку (курячий послід і вода) становила в середньому 65 млн кл/м, а в другому — 15 млн кл/мл. Подібні дані для хлорели були отримані й за використання поживного середовища суміші посліду перепілок і води.
У 2022 році проведено завершальний етап натурних експериментів з використанням методики вирощування хлорели в природних умовах у звичайних пластикових суліях різної місткості. З 30 липня по 25 серпня бутлі з посівом хлорели (Chlorella vulgaris, штам 111) перебували безпосередньо в природних погодних умовах без жодного догляду та нагляду. Приблизно за два тижні суспензія досягала щільності близько 25 млн кл/мл. Як поживні розчини використовували суміш Кноппа, розчини з послідом курей, корів і коней. Найвищі показники відзначені для посліду курей.
Застосування біопрепаратів на основі мікроводоростей
Водорості можна застосовувати для утилізації органічних відходів. Ці проєкти дуже перспективні, оскільки водорості споживають нітрати, фосфати та скорочують кількість бактерій і токсинів у воді.
___________________________
Найперспективнішим уважається застосування водоростей для очищення стічних вод підприємств харчової промисловості, рибних господарств, тваринницьких ферм, птахофабрик
___________________________
Найперспективнішим уважається застосування водоростей для очищення стічних вод підприємств харчової промисловості, рибних господарств, тваринницьких ферм, птахофабрик. Водорості для очищення стічних вод успішно застосовують у США, Японії, Німеччині. Це дозволяє, з одного боку, очистити воду, з іншого — отримати біомасу, яка може бути використана у різних сферах.
Також можливе застосування мікроводоростей для фіторемедіації забруднених нафтопродуктами й іншими токсикантами водойм і ґрунтів.
Переваги застосування сучасних біологічних препаратів на основі мікроводоростей:
• запускається механізм біологічної активності ґрунту і природного стимулювання аборигенної біоти;
• підвищується коефіцієнт ефективності використання добрив завдяки балансу мінеральної та органічної речовини;
• скорочується потреба компенсаційного азоту для розкладання органіки у 5–10 разів;
• підвищується вміст в ґрунті корисних грибів і бактерій;
• відбувається накопичення органічної речовини;
• нейтралізуються патогенні мікроорганізми та шкідники, знижується концентрація фенольних сполук;
• покращується здатність ґрунту до вологонакопичення та вологоутримання.
Сировинне забезпечення біогазового виробництва дозволяє найкраще збирати енергетичний врожай. Сьогодні мікроводорості можуть стати ефективною сировиною для біогазових станцій і бути поєднані в найоптимальніші види агросировини для виробництва біогазу. Від того, яка органічна сировина рослинного та/або тваринного походження завантажується до біогазової станції, суттєво залежить не лише власне вихід біогазу, а й ефективність, окупність виробництва та багато інших чинників. Сировиною, що піддається енергетичному перетворенню, є практично всі відходи органічного походження як рослинного, так і тваринного.
Гноївка ВРХ, свиней, твердий гній, пташиний послід, відходи інкубаторів, падіж тощо — сировина для біогазового виробництва. А от їх зберігання, складування й накопичення на непідготовлених майданчиках уже можна розцінювати як рудимент відсталого господарювання. Це категорично нецивілізований підхід до поводження з відходами.
Відсутність блока утилізації та/або переробки відходів тваринництва — екологічна небезпека, емісії парникових газів в атмосферу, забруднення ґрунтових вод, негативний вплив на стан здоров’я місцевих мешканців.
Зрозуміло, чому цивілізований світ принципово по-новому ставиться до поводження з відходами й пильну увагу приділяють саме відходам тваринництва й птахівництва.
Потенціал тваринної сировини можна використовувати для вирощування мікроводоростей, коли говоримо про переробку відходів тваринництва на біогазових станціях, то маємо на увазі твердий гній і гноївку ВРХ, твердий гній чи гноївку свиней, пташиний послід тощо. Відходи різних видів тварин і власне тип відходів (рідкі/тверді) мають різний потенціал виробництва біогазу та мікроводоростей.
Серед усіх видів сировини тваринного походження найбільш контрольованим і таким, що потребує найменшого попереднього втручання, є гній ВРХ. За ним слідують трохи агресивніші за складом відходи свинарства. Найбільшої уваги потребує зброджування пташиного посліду.
Усі ці нюанси нівелюються підбором відповідного технологічного рішення, і будь-яка сировина вписується в контрольований регульований процес біогазового виробництва.
В аспекті отримання біогазу, вирощування мікроводоростей — нова тема для України. Поки що немає жодної станції, яка б функціонувала на такій сировині. А от у Європі й загалом у світі є багато саме таких виробництв.
Біогазові станції та водоростеві ферми могли б ставити, наприклад, підприємства, які збирають і сортують сміття. Або ж це може стати спільною справою місцевої громади. Навіть невеличка громада може зорганізуватися і створити систему роздільного збирання відходів і переробку відходів тваринницьких комплексів на власній комунальній біогазовій станції. Таке рішення знайшло застосування у низці громад країн Європейського Союзу.
Результатом роботи біогазової станції є виробництво біогазу та органічних біодобрив, які ще називають дигестатом. Тобто біогазова станція — безвідходне виробництво. Біодобрива після біогазової станції давно зарекомендували себе, що цілком зрозуміло, адже їх легко засвоюють рослини, мають корисну мікрофлору тощо.
Дигестати з біогазових установок також є органічним добривом, яке може містити всі перелічені види органічних матеріалів у перетвореному виді.
Рециклінг органічних матеріалів у ґрунт уважається у більшості випадків найкращим екологічним підходом, що дає змогу замикати колообіги природних поживних речовин і вуглецю. Органічні матеріали є цінним джерелом основних поживних речовин (таких як азот — N, фосфор — P2O5, калій — K2O та сірка — SO3), що мають важливе значення для росту рослин, а отже, сталого виробництва продукції рослинництва. Органічні матеріали також є цінним джерелом органічних речовин, що сприяють водонасиченню ґрунтів, полегшують механічну обробку та стійкість ґрунту до ерозії тощо.
Разом із тим повернення органічного матеріалу в землю має бути контрольованим з погляду як агротехнічного ефекту (внесення має бути збалансованим відповідно до типу й стану ґрунту, культури, що вирощується, тощо), так і екологічного ефекту (внесення не має призводити до погіршення санітарно-епідеміологічного стану, забруднення ґрунтів і ґрунтових вод тощо). Відтак застосування технологій попередньої обробки органічних матеріалів є доцільним, а в багатьох випадках і необхідним.
Внесення дигестату знижує потенціал ерозії ґрунту та підвищує його продуктивність, збільшуючи вміст органічної речовини у ґрунті й покращуючи його родючі властивості, зокрема завдяки постачанню поживних речовин. Технологія анаеробного зброджування є важливою ланкою в рециклюванні органічної сировини в сільському господарстві.
Дигестат зазвичай застосовують як добриво для сільськогосподарських культур без додаткової обробки, замінюючи тим самим промислові мінеральні добрива. Однак потреба в ефективному поводженні з поживними речовинами, з огляду на обмежені можливості внесення гною в районах із високою щільністю тварин, а також виснаження світових природних запасів фосфору та калію, робить виділення та рециклювання поживних речовин із гною й інших потоків відходів дедалі важливішим для фермерів, постачальників технологій, інвесторів та осіб, які ухвалюють рішення.
Сировина, що потрапляє до ферментеру, гомогенізується, піддається тривалому впливу відповідного температурного режиму та перемішування, проходить етап енергетичного перетворення. Коли енергетичний потенціал сировиною віддано, на виході отримуємо той самий потік сировини, але вже однорідний за складом, без патогенної мікрофлори, що пояснюється особливостями виробничого процесу. У результаті отримуємо цінні біодобрива, без заражених первинних продуктів життєдіяльності тварин, насіння бур’янів. Таке добриво рекомендовано для ведення органічного виробництва.
У результаті такої технології можна отримати якісні біодобрива — хлорела вирощена на дигестаті.
На жаль, навіть і нині у практиках виробничого культивування водоростей використання органічних добрив усе ще не находить широкого застосування.
Слід також додати, що вміст вітамінів, мікроелементів й інших сполук у хлорелі може сильно відрізнятися залежно як від виду і навіть штаму цих водоростей, так і умов культивування (складу поживних середовищ, освітленості, температури тощо).
Наприклад, за даними Музафарова і Таубаева (1974) залежно від виду та штаму хлорели вміст каротину у водоростях може змінюватися від 668 до 1341 мкг/г. За даними Броуна (1953) вміст токоферолу у водоростях з тих самих причин змінюється від 10 до 350 мкг/г.
На закінчення можна сказати таке: слід і далі вести дослідження в галузі використання та культивування такої дивовижної та перспективної водорості, як хлорела. Апробувати різні її види, виводити нові штами, підбирати ефективніші поживні суміші й умови культивування, конструювати та випробовувати нові дешеві й продуктивні установки з метою ширшого, повного та раціонального використання хлорели у сільському господарстві.
Світлана ПЕТРЕНКО, канд. с.-г. наук, старша наукова співробітниця
Наталія ВАЛЕНТЮК, канд. техн. наук, старша наукова співробітниця
Інститут кліматично орієнтованого сільського господарства НААН України
