Исследовательская работа "Исследование способов компостирования растительных остатков на основе пихтового эфирно-масличного производства"
проект по биологии (7 класс)

РАЙОННАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ

«НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ КУРАГИНСКОГО РАЙОНА»

Исследовательская работа

Тема: Исследование способов компостирования растительных остатков

на основе пихтового эфирно-масличного производства

Секция: Проблемы биосферы

Курагино, 2022

Тезисы к научно-исследовательской работе

Идея темы моей исследовательской работы возникла из желания оформить пришкольную территорию многолетними цветами.

При анализе механического состава почвы выбранного участка выяснилось, что полностью отсутствует плодородный слой, утраченный в результате строительства здания школы.  Осталась 100% песчано-гравийная подложка, не пригодная для роста растений.

Возникла необходимость в рекультивации земли.

Я предлагаю использовать отходы местного пихтового эфирно-масличного производства для решения этой проблемы путем приготовления компоста и с его помощью восстановления плодородия почвы, а также частичного решения проблемы экологического загрязнения окружающей среды отходами местного производства, путем их утилизации методом компостирования с дальнейшим применением по месту требования.

Цель работы — определение наиболее быстрого способа качественного разложения растительных остатков на основе отходов пихтового эфирно-масличного производства.

Список литературы:

1. Курдюмов Н. Экодача – безопасный урожай. Курс органического земледелия для начинающих.  Электронная книга. [Электронный ресурс] https://www.litmir.me/br/?b=641593&p=1  (дата обращения 02.02.2022)
2. Гельцер Ф. Ю. Симбиоз с микроорганизмами — основа жизни растении.—М.: Изд-во МСХА, 1990, с. 134.
3. Д. В. Иванцов Агротехника природного земледелия». Электронная книга.[Электронный ресурс] https://ekozemledelie.ru/ivantcov-agrotehnika-prirodnogo-zemledeliya/ ( дата обращения 02.02.2022).
4. Л. И. Возна «Компосты, почвы, удобрения». Электронная книга.[Электронный ресурс]

https://ekozemledelie.ru/vozna-komposty-pochvy-udobrenia/( дата обращения 02.02.2022).

5. Т. В. Герасько Новейшие технологии природного земледелия .Электронная книга. [Электронный ресурс]   https://ekozemledelie.ru/gerasko-novejshie-tekhnologii-prirodnogo-zemledeliya/ ( дата обращения 02.02.2022).
6. А. М. Игонин Как повысить плодородие почвы с помощью дождевых червей. Электронная книга. [Электронный ресурс]

https://ekozemledelie.ru/igonin-kak-povysit-plodorodie-pochvy-s-pomoshju-dojdevyh-chervei/ (дата обращения 02.02.2022).

ВВЕДЕНИЕ

        Актуальность проблемы и ее острота заключается в том, что наблюдается утрата плодородного слоя земли в результате строительных работ на территории Петропавловской СОШ №39. Я, как участник школьного объединения «ЭКОПОИСК», ищу пути решения этой экологической проблемы и вижу выход в рекультивировании  земель путем внесения компоста, изготовленного  из   отходов местного пихтового эфирно-масличного производства , при этом снижая экологическую нагрузку на окружающую среду, уменьшая отвалы отходов  этого предприятия.

        Практическая целесообразность проекта обусловлена потребностью в восстановлении плодородия обширных участков территории , экологической заботой о чистоте места проживания  и сохранения окружающей природы в первозданном виде для себя и потомков  .

Проблема:   утрата плодородного слоя почвы ведет к ее эрозии и выпадении из оборота, это начало экологической катастрофы.

Цель работы — определение наиболее быстрого способа качественного разложения растительных остатков на основе отходов пихтового эфирно-масличного производства.

Задачи:

 - изучить литературу по интересующей теме из различных источников;

- выяснить схемы компостирования растительных остатков;

- выбрать методы компостирования;

- установить условия компостирования;

- выяснить оптические свойства полимерных пленок;

- определить кислотность исходного субстрата;

- определить кислотность полученного результата ( компоста);

- подобрать   критерии качества планируемого результата; 

-составить план проведения экспериментов;

- провести серию экспериментов по компостированию растительных остатков на основе отходов местного пихтового эфирно-масличного производства;

- сопоставить экспериментальные данные;

-оценить полученный результат;

- предложить рекомендации к использованию полученного результата.

Объект исследования – растительные остатки .

Предмет исследования – отходы пихтового эфирно - масличного производства .

Гипотеза:  сроки компостирования растительных остатков сократятся, если использовать как укрывной материал светопроницаемую полиэтиленовую пленку вместо обычной черной.

Методы исследования: 

 - анализ литературы по теме исследования;

-  эксперимент;

-измерение;

- наблюдение;

- сравнение;

- термостатно-весовой для измерения влажности субстрата;

Пути исследования:

• Поиск информации
• Работа с информацией
• Систематизация материала
• Исследование объекта проблемы
• Эксперимент с предметом исследования
• Статистическая обработка полученных результатов
• Выводы
• Рекомендации

Выводы и рекомендации:

 Мною выполнены следующие задачи:

- изучена литература по интересующей теме из различных источников;

- выяснены схемы компостирования растительных остатков;

- выбраны методы компостирования;

- установлены условия компостирования;

- определена кислотность исходного субстрата;

-подобраны   критерии качества планируемого результата; 

-составлен план проведения экспериментов;

Планируется проведение следующих экспериментальных мероприятий в июне-сентябре 2022 года:

- провести серию экспериментов по компостированию растительных остатков на основе отходов местного пихтового эфирно-масличного производства;

- сопоставить экспериментальные данные;

-оценить полученный результат;

- предложить рекомендации к использованию полученного результата;

- завершить экспериментальную часть настоящей исследовательской работы и представить ее к защите.

Практическое назначение работы: практическая целесообразность проекта обусловлена экологической заботой о   восстановлении  плодородного слоя почв и сохранения их   для себя и потомков.

        Данная работа показывает, как можно   использовать биологические  отходы местных производств для решения вопросов по восстановлению и повышению плодородия почв. Как ведётся экологическое воспитание жителей деревни. Как помогает помощь со стороны школьного движения «Экопоиск».

1. Теоретическая часть

Гумус- важная часть почвы. Он образуется в результате биохимического превращения растительных и животных остатков. Гумус играет большую роль в создании и сохранении плодородия почвы. В нем содержится почти 100% всех запасов азота, значительная часть фосфора, серы, микроэлементов. Но питательные вещества в гумусе находятся в недоступной для растений форме  и только после воздействия на него микроорганизмами почва обогащается доступными для растений элементами питания. Обогащая почвы органическими соединениями, мы тем самым предохраняем ее от потери гумуса.[4]

Доступным носителем органики является компост. Поэтому для повышения плодородия культурные поля обрабатывают и вносят органические удобрения. Это способствует повышению активности полезных микробов. В почвах с более энергичными мобилизационными процессами преобладают бациллы, использующие не только органический, но и минеральный азот.[9]
       Кислотность почвы — свойство почвы, обусловленное наличием ионов водорода в почвенном раствор. По реакции среды (рН) почвы делятся на:

• очень сильнокислые — <4,0 (рНсол),
• сильнокислые — 4,1-4,5,
• среднекислые — 4,6-5,0,
• слабокислые — 5,1-6,0,
• нейтральные — 6,1-7,4,
• слабощелочные— 7,5-8,5 (рНвод),
• сильнощелочные — 8,6-10,0,
• резкощелочные — >10,0. 

 Интервал pH 5,5-7 соответствует наиболее агрономически благоприятной структуре почвы, высокому качеству гумуса и оптимальному водному режиму.[9]

      Почва — сложный субстрат. Входящие в нее  деструкторы — бактерии, которые проживают в грунте и минерализуют базисные соединения, находящиеся в верхнем слое земли. Их роль — преобразование остатков живых веществ и растений в эклектические элементы, имеют мощный фунгицидный эффект. Главная цель применения этого деструкторов – восстановление баланса микрофлоры, биологические методы очистки почв и возврат их плодородия.

     Существует деление агропочвенных микроорганизмов по их функциям:

• Азотфиксирующие микроорганизмы (которые подразделяются на ассоциативные, симбиотические, свободно живущие) — симбионты растений. Их значимость заключается в том, что только этот тип бактерий способен объединять неорганичные кислородные элементы и обеспечивать ими растения. Именно благодаря этому почва и растения получают важные минеральные вещества.
• Хемоавтотрофы — микроорганизмы, которые сосредотачивают существующие неорганические вещества в базисные молекулы. Их значимость состоит в том, что они могут подвергать обработке накапливающиеся в основе эклектические элементы, а затем передавать их растениям.

             На динамику численности микроорганизмов в почве оказывают влияние не только влажность и температура, но и   поступление в почву органического распада, накопление микробных метаболитов и многое другое. [ 9]

 Качественный деструктор – это препарат на основе микроорганизмов, среди которых главную роль играют различные целлюлозолитические виды непатогенных грибов Trichoderma. Для эффективной работы деструкторов прежде всего нужны: температура не ниже +3…+5 °С, оптимальные рН почвы и количество влаги, внесение компенсационной дозы азотных удобрений, равномерное измельчение растительных остатков и их заделка в почву на глубину не более 20 см., т.к.   микроорганизмы очень боятся ультрафиолета, излучаемого Солнцем. Проводить обработку благоприятно  при отсутствии прямых солнечных лучей.

Выводы:

а) изучена литература по данному вопросу;

б) выявлено влияние биодеструкторов на растительные остатки;

в) установлены благоприятные условия ( температура, влажность, освещенность) для развития почвенных микроорганизмов;

2. Исследовательская часть

Ускорение созревания

Ускорить перегнивание можно не только при помощи правильной закладки компостного наполнения. Куча может быть обработана специальными препаратами, к ней добавляют живые микроорганизмы (бактерии) или червей.

Стадии разложения биомассы:

• Первая неделя или 10 дней. Старт ферментации и разложения. Температура внутри должна быть от 45℃ до +68℃.
• Следующие 2 недели. Температура понижается, начинается газообразование, размножение грибков.
• На 3-тью неделю температура достигает +20℃ и в работу активно вступают дождевые черви.

Черви завершают процесс компостного созревания. После их работы и предыдущих этапов брожения получается настоящий перегной.

Биодеструкторы

Биодеструкторы – средства, являющиеся инновационными продуктами микробиологии, насыщенные микроорганизмами, способные быстрее разлагать органику. Компост, образованный благодаря таким бактериям, проще усваивается большим количеством видов культур. При процессе распада не выделяется неприятный запах. Все вредоносные патогены уничтожаются агрессивными бактериями.

Ускорить процесс распада материала компостной кучи можно при помощи правильной ее организации и специальных добавок. К наполнению добавляют червей, агрессивных бактерий и разные ускорители. Препараты разводят в отстоянной воде и дехлорированной воде. В этом случае бактерии будут размножаться. Температура воды от +25℃ до +32℃. При анаэробном способе подготовленным препаратом поливают каждый 15-20 сантиметровый слой. Весь компостер присыпают землей или притрушивают травой. Все накрывают воздухонепроницаемым агроволокном.

Народные методы

Черви, слизни и мокрицы – естественные полезные помощники для созревания компоста. Но для их нормального проживания в куче необходимо проверять достаточную влажность, тепло, парниковый эффект. Дачники часто пользуются дрожжами. Пропорция разведения в воде – на 10 л 5 ст. л сухих дрожжей. К этому добавляется 1 кг сахара. Смесь стоит сутки. Затем все выливают в углубления, проделанные в куче.

Правильная закладка кучи

Закладывают слоями. Но допускается закладка и в беспорядочном порядке. Самое главное, чтобы была обеспечена вентиляция во избежание загнивания продуктов брожения. Для этого сбоку и сверху делают небольшие отверстия, подпирают их корягами. Как только высота достигнет 1,5 м, кучу засыпают 5-сантиметровым слоем грунта. Все нужно укрыть плотной пленкой. Это поможет сохранить нужную температуру и влажность внутри кучи, а также, защитить ее от скопления мух, ос и прочих летающих насекомых – переносчиков микробов

Важно помнить о нескольких нюансах в приготовлении компоста:

Температура воды для пролива субстрата не менее 25°C.

При добавлении эффективных микроорганизмов над кучей может возникнуть запах аммиака – это говорит о нарушении баланса углерода и азота. Исправляют ситуацию с помощью толченого бурого угля, древесных опилок или соломы.

При закладке температура на улице должна быть выше 15°С.

Применение любого варианта создания компоста увеличивает скорость его созревания.  

Компоненты, какие добавлять нельзя

Нельзя скидывать на кучу все подряд. Не каждая бумага подходит для безопасного перегнивания. Нельзя класть типографскую, газетную или иную с красителями бумагу. Это касается также предметов и материалов, не поддающихся разложению. Не все листья годятся для наполнения компостной ямы. Так же, как и сорняки. Листва грецкого ореха слишком плотная и ядовитая для некоторых культур. Ее также нельзя сжигать открытым способом из-за едкого дыма.

Существуют растения, ядовитые для живых компостных бактерий. Такие виды способны остановить процесс прения. Вот ряд растений, которые нельзя добавлять к созревающей куче:

• ландыш,  наперстянка, аконит,тис,ракитник,грецкий орех (побеги, ветви, листья),цитрусовые,очистки корня имбиря.        

Категорически запрещено класть на кучу больные растения, прогнившие фрукты, овощи, особенно те, на которых есть белый налет или плесень. Теплая и влажная среда создаст благоприятные условия для развития болезнетворных бактерий. Единственные болезни, которые убивает процесс перепревания трав и культур – это:

• мучнистая роса;
• монелиоз;
• ржавчина.

Из овощных очистков не рекомендуется привносить картофельные – они выделяют неполезные вещества. Из продуктов питания недопустимо вкладывать в компост мясо, животный жир.

Измерение влажности почвы

Самым точным методом, который используют и лаборатории, считается термостатно-весовой. Он очень прост и использует всего три вида оборудования: весы, термостат и бур, который может заменяться лопаткой. Термостатом может послужить практически любая печь, духовка или котел, и градусник. Минус этого метода очевиден - узнать влажность почвы можно только через 2-3 дня с момента 

Внешние признаки созревшего компоста

Если температура внутри компостной кучи достигла такого же уровня, как и температура воздуха вокруг компостер, значит образовался перегной и компост же готов. Структура массы должна получится относительно однородной, по сравнению с закладкой свежего материала. Цвет перегноя темный, землистый.

По рассыпчатому, рыхлому составу, темному цвету можно понять, что компост  .

Конечный результат компостирования должен отвечать следующим требованиям:-иметь влажность не более 60%.иметь в своём составе не менее 40% гумусных частиц.

 отбора пробы.

Оптические свойства светопрозрачной и черной пленки

Таблица 1. Оптические свойства полимерных пленок [19]

 Из приведенной таблицы  видно, что:

- неокрашенная пленка пропускает свет в видимой и инфракрасной ( «нагревательной») части спектра, но сама не поглощает ,а передает тепло нижележащим слоям;

- пленка с сажевым наполнителем ( черная)- видимый и инфракрасный спектр не пропускает вообще, а поглощает его свей поверхностью, нагреваясь сама. Тепло  нижележащим слоям передается уже механическим путем нагретой площадью  пленки.

Выводы:

а) исследована кислотность растительных остатков;

б) изучены способы и методы компостирования растительных остатков;

в) выяснены оптические свойства полимерных пленок;

г) подобран инструментарий для количественного и качественного измерения планируемого результата;

д) разработаны критерии оценивания планируемого результата.

3. Экспериментальная часть  ( планируемая)

 а) планируется заложить по схемам  и методам эксперимента 2 кучи  компостирования растительных остатков на основе отходов местного пихтового эфирно-масличного производства;

б) контролировать 1 раз в неделю происходящие в кучах процессы путем фиксации в журнале наблюдений температуры и  влажности субстрата;

в) провести три контрольных замера качества субстрата с интервалом в 1 месяц;

г) определить кислотность полученного компоста из исходного субстрата;

д) сделать выводы на основании зафиксированных в журнале испытаний результатов;

е) оформить экспериментальную часть настоящей исследовательской работы и подготовить ее к защите в 2022-2023 учебном году.

                                                                                                                      Таблица 2. Журнал наблюдений

Список литературы:

1. Курдюмов Н. Экодача – безопасный урожай. Курс органического земледелия для начинающих.  Электронная книга. [Электронный ресурс] https://www.litmir.me/br/?b=641593&p=1  (дата обращения 02.02.2022)
2. Гельцер Ф. Ю. Симбиоз с микроорганизмами — основа жизни растении.—М.: Изд-во МСХА, 1990, с. 134.
3. Д. В. Иванцов Агротехника природного земледелия». Электронная книга.[Электронный ресурс] https://ekozemledelie.ru/ivantcov-agrotehnika-prirodnogo-zemledeliya/ ( дата обращения 02.02.2022).
4. Л. И. Возна «Компосты, почвы, удобрения». Электронная книга.[Электронный ресурс]
5. https://ekozemledelie.ru/vozna-komposty-pochvy-udobrenia/( дата обращения 02.02.2022).
6. Т. В. Герасько Новейшие технологии природного земледелия .Электронная книга. [Электронный ресурс]   https://ekozemledelie.ru/gerasko-novejshie-tekhnologii-prirodnogo-zemledeliya/ ( дата обращения 02.02.2022).
7. А. М. Игонин Как повысить плодородие почвы с помощью дождевых червей. Электронная книга. [Электронный ресурс]
8. [Электронный ресурс]  https://ekozemledelie.ru/igonin-kak-povysit-plodorodie-pochvy-s-pomoshju-dojdevyh-chervei/ (дата обращения 02.02.2022).
9. Биопрепараты в органическом земледелии, электронная газета «Экоземледелие» [Электронный ресурс].https://ekozemledelie.ru/biopreparaty-v-organicheskom-zemledelii/#:~:text=В%20органическом%20земледелии%20широкое%20распространение,которые%20применяются%20для%20многих%20целей  ( дата обращения 02.02.2022)
10. teplica-exp.ru
11. Соляников, А. В. Микроорганизмы в почве / А. В. Соляников. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2018. — № 50 (236). — С. 75-77. — URL: https://moluch.ru/archive/236/54777/ (дата обращения: 03.02.2022). 
12. [Электронный ресурс]  Сельское хозяйство |[Электронный ресурс] UniversityAgro.ru(дата обращения: 03.02.2022). 
13. [Электронный ресурс]   https://m-strana.ru/articles/kompostnaya-kucha-kak-uskorit-sozrevanie/?utm_source=copy&utm_medium=direct&utm_campaign=copy_from_site(дата обращения: 03.02.2022).
14. [Электронный ресурс]  sun9-74.userapi.com (дата обращения: 03.02.2022).
15. [Электронный ресурс]  https://domopravitelnitsa.com/sad-i-ogorod/5-prostyh-sposobov-uskorit-sozrevanie-komposta.html (дата обращения: 03.02.2022).
16.  [Электронный ресурс]   https://7dach.ru/technoexport/kak-uskorit-sozrevanie-komposta_2-240711.html(дата обращения: 03.02.2022). 
17. [Электронный ресурс]   http://fb.ru/article/236391/bakterii-pochvennyie-sreda-obitaniya-pochvennyih-bakteriy(дата обращения: 03.02.2022).
18. [Электронный ресурс]   Иваницкий А.Е., Минич А.С., Буценко Е.С., Гизбрехт С.В., Ивлев Г.А. ОСОБЕННОСТИ ФОТОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТЕРМИЧЕСКИХ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ПЛЕНОК // Успехи современного естествознания. – 2018. – № 5. – С. 7-13;
    URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36747 (дата обращения: 08.02.2022).

19. [Электронный ресурс]   http://www.stroimt.ru/ferro-concreteitems/sajeguard/2.html (дата обращения: 08.02.2022).