Produkcja kompostów w szkółkarstwie leśnym
Maria Hauke, Wojciech Wesoły, Stefan Tarasiuk*
Akademia Rolnicza im. A. Cieszkowskiego w Poznaniu, Katedra Hodowli Lasu,
*Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego Warszawa, Katedra Hodowli Lasu,
Kompostowanie jest naturalnym procesem stale przebiegającym w środowisku, znanym szkółkarzom od wieków. Istota kompostowania wywodzi się od naturalnej zasady zamkniętego obiegu materii w środowisku naturalnym. Jest to proces ciągły, polegający na rozkładzie substancji z resztek roślinnych i zwierzęcych poddanych procesom biochemicznym oraz działaniu organizmów glebowych. Otrzymany kompost jest najtańszym, najłatwiej dostępnym oraz odpowiednim dla wszystkich uprawianych roślin nawozem organicznym stosowanym w szkółkach leśnych i dlatego nie możemy sobie pozwolić na ograniczenia w jego stosowaniu. Dotychczas w podstawowym materiałem do produkcji kompostu był torf i kora. Obecnie ze względu na coraz większe trudności pozyskania tych komponentów i z roku na rok wyższe ich koszty, musimy poszukiwać innych, dotychczas niechętnie stosowanych substratów do produkcji kompostów. Powoduje to utrudnienia w wzajemnej relacji składników w pryzmie. Zastosowanie komponentów o dużej zawartości węgla i małej zawartości azotu, co obecnie ma często miejsce, bardzo przedłuża proces kompostowania i nie daje gwarancji właściwego przebiegu tego procesu. Ponadto, przypadkowe mieszanie poszczególnych składników pryzmy kompostowej powoduje, że szkółkarz nie może wyciągnąć właściwych wniosków dotyczących poprawy warunków procesu kompostowania.
Czynniki umożliwiające proces kompostowania
Proces kompostowania jest zależny od właściwych warunków środowiskowych dla życia mikroorganizmów. Kompost jest produkowany przez miliardy mikroorganizmów. Jeśli pryzma jest wystarczająco ciepła, pierścienice pomagają mikroorganizmom. Fauna w kompoście potrzebuje powietrza, wody i żywności:
- powietrze, mikroorganizmy występujące w pryzmach są tlenowymi - nie mogą właściwie pracować, jeśli nie mają odpowiedniej ilości tlenu. Jeśli brakuje tlenu, kompost opanowują beztlenowce. Powodują one powolny rozkład z tendencją do wydzielania odoru, w postaci amoniaku. Z tego powodu istotnym jest, by zapewnić dostęp powietrza do wnętrza pryzmy. Niektóre ze składników kompostów, tak jak skoszona trawa lub mokre liście mają tendencję od tworzenia zbitych warstw, przez które nie może się przedostać powietrze. Inne, takie jak słoma pozwalają na przenikanie powietrza do wnętrza pryzmy. By mieć pewność, że napowietrzenie pryzmy jest właściwe tzn. zawartość tlenu w pryzmie przekracza 5%, należy dokładnie wymieszać składniki i co jakiś czas ją przerabiać. Najlepiej decydować o konieczności przerabiania pryzmy na podstawie pomiaru tlenu specjalnym dla kompostów, dostępnym na rynku miernikiem. Wystarczający jest także bardzo prosty sposób pomiaru, przekazywany na szkoleniach dla szkółkarzy za pomocą rury o znanej objętości. Kilkakrotne przełożenie (przerobienie) pryzmy powoduje samoczynne napowietrzenie masy kompostowej oraz tworzy warunki do wymiany powietrza między rozluźnioną strukturą pryzmy a atmosferą. Mechaniczne przerzucanie dodatkowo powoduje przeniesienie szczepów bakterii i grzybów, które gromadzą się w większych ilościach w wierzchnich warstwach pryzmy.
- woda, optymalna jej zawartość w masie kompostowej, powinna wynosić od 50 do 60 %. Ten poziom wilgotności, to cienka warstwa wody pokrywająca każdą cząsteczkę, pozwalająca mikroorganizmom na łatwiejsze rozpraszanie się w pryzmie. Jeśli jest zbyt sucha, to nie ma odpowiedniego środowiska dla mikroorganizmów i cały proces biochemicznego rozkładu i humifikacji masy organicznej jest znacząco spowolniony, z powodu zmniejszenia aktywności życiowej przez mikroorganizmów. Natomiast, gdy jest zbyt mokra, to rozmoczone składniki są bardzo ciężkie i mają tendencję do zbijania się, co z kolei wyklucza prawidłowe napowietrzenie wewnątrz pryzmy, spowalnia proces i wpływa na pojawienie się mikroorganizmów beztlenowych. Wilgotność jest czynnikiem limitującym intensywność przemian biochemicznych, czego wynikiem jest utrzymująca się na odpowiednim poziomie temperatura. Nadmierna zawartość wody utrudnia wzrost temperatury do wartości optymalnej. W warunkach naszych szkółek istnieje raczej konieczność uzupełniania wody.
- substancje pokarmowe, mikroorganizmy potrzebują węgla (C) i azotu (N). Aby proces rozkładu przebiegał prawidłowo, w zgromadzonej masie organicznej powinien być odpowiedni ilościowy stosunek węgla do azotu. Za idealny uważa się stosunek C:N 25-30:1. Komposty o stosunku wyższym niż C:N=40:1 wymagają dłuższego okresu wytwarzania, aby zawarty w nich nadmiar węgla został optymalnie zużyty. Ponadto, o czym najczęściej nie pamiętamy, rośnie ilość powietrza wymagana do prawidłowego przebiegu kompostowania. Obniżamy w takich przypadkach zawartość tlenu poniżej wartości progowej 5% już na początku procesu kompostowania.
Dostępność C i N możemy podzielić na dwie grupy. Suchy i martwy materiał roślinny, taki jak słoma, jesienne liście, zrębki, trociny, kora. Ten rodzaj materiału dostarcza głównie węgiel w postaci długich łańcuchów cukrów (lignina), które są źródłem energii dla mikroorganizmów kompostujących. Z punktu widzenia stosunku węgla do azotu najmniej korzystnymi komponentami do sporządzania kompostu są świeże i stare trociny, ponieważ stosunek C:N wynosi odpowiednio 500:1, 200:1. Należy pamiętać, że nadmiar węgla spowalnia proces rozkładu materii organicznej. Do drugiej grupy zaliczamy materiał, taki jak pomiot, obornik, gnojówka, będący źródłem azotu. Azot jest niezbędny dla miliardów namnażających się bakterii, ponieważ jest zasadniczym składnikiem białek. Dodatek azotowych nawozów mineralnych (mocznika) jest mniej korzystny, ponieważ jest w krótkim czasie wykorzystywany w pryzmie oraz jako związek rozpuszczalny w wodzie, w dużej części szybko wymywany w głąb gleby. Z drugiej strony nadmiar azotu prowadzi do strat składników pokarmowych, z powodu emisji amoniaku do atmosfery.
Stosunek C:N może być uregulowany przez odpowiedni dobór składników masy kompostowej lub przez dodatek substancji bogatych w związki azotowe. Przygotowanie mieszanki kompostowej o określonym stosunku C:N nie jest łatwe, ponieważ w praktyce rzadko dysponujemy możliwością wykonania analiz pozwalających na dokładne oznaczenie zawartości azotu w poszczególnych komponentach. Stosunek C:N zależy nie tylko od gatunku i odmiany rośliny, lecz także od żyzności gleby oraz intensywności nawożenia azotowego. Możliwości doboru składników masy kompostowej, zapewniający stosunek C:N na poziomie 25:1 przedstawia tabela 1.
Sposób wykorzystania danych zawartych w tabeli przedstawiamy na przykładzie poniżej:
W szkółce leśnej przykładowa pryzma kompostowa składa się z następujących substratów: kora 60 m3, obornik z fermy drobiu 15 m3, torf wysoki 20 m3, trociny świeże 10 m3. Po wymieszaniu tych składników stosunek C:N wynosi 68,29. Jest on zdecydowanie zbyt wysoki, dlatego należy dodać komponentów zawierających azot. Jak wynika z tabeli 1, do 1 m3 kory możemy dodać: 2,66 m3 gnojówki lub 4 m3 próchnicy lub 7,5 m3 zielonej masy, itd. Do masy kompostowej zostało przeznaczone 60 m3 kory, dlatego ilość wybranego komponentu należy zwiększyć 60 razy. Jeżeli wybrano dwa komponenty czyli nasz współczynnik należy podzielić przez dwa , czyli 60:2 = 30 dla każdego komponentu, dlatego wartość odczytaną z tabeli należy pomnożyć przez 30. Jeżeli zostanie wybrany więcej niż jeden komponent to suma wszystkich współczynników dla kory musi wynosić 60, dla torfu wysokiego 20 i trocin świeżych 10. Dla kolejnych substratów należy wybrać komponenty z tabeli, uwzględniając 15 m3 obornika z fermy drobiu, który wstępuje w danych wyjściowych.
Wyliczenie przykładowego dodatku komponentów dla danych substratów.
kora 60 m3 - 30 ∗ 2,66 m3 gnojówki + 30 ∗ 6 m3 słomy roślin strączkowych
torf wysoki 20 m3 - 15 ∗ 1 m3 obornika z fermy drobiu + 5 ∗ 0,625 m3 zielonej masy
trociny świeże10 m3 - 0,25 ∗ 43,18 m3 przegniłego obornika + 9,75 ∗ 1 m3 obornika z fermy drobiu
obornik z fermy drobiu 15 m3 - został uwzględniony przy wyliczeniu komponentów dla torfu wysokiego
Przykładowa pryzma kompostowa charakteryzująca się C:N=25, składa się z następujących materiałów:
kora 60 m3,
gnojówka 79,8 m3,
słoma roślin strączkowych 180 m3,
torf wysoki 20 m3,
zielona masa 3,125 m3,
trociny świeże10 m3,
przegniły obornik 10,79 m3,
obornik z fermy drobiu 24,75 m3 (15 m3 - dla zbilansowania torfu wysokiego, 9,75 m3 - zbilansowanie trocin świeżych) .
Utrzymanie odpowiedniego odczynu w masie kompostowej na poziomie 6,5-7,5 zapewnia właściwe warunki do rozwoju fauny i chroni przed znacznymi stratami azotu oraz suchej masy.
Surowce do przygotowania kompostu
Komposty można przygotowywać ze wszystkich materiałów organicznych. Ważne, aby były one rozdrobnione do wielkości wióra (optymalna wielkość cząstek 20-40 mm). Poszczególne składniki masy kompostowej powinny być rozdrobnione i dokładnie wymieszane podczas przygotowania pryzmy. Rozdrobnienie surowców, w szczególności zdrewniałych części roślin, jest konieczne ze względu na:
- zwiększenie podatności na mikrobiologiczny rozkład,
- wymieszanie (zintegrowanie) składników masy kompostowej o odmiennych właściwościach,
- zwiększenia i uśrednienia dostępności powietrza atmosferycznego do wszystkich miejsc kompostowanej masy.
Trociny, zrębki drzewne, kora są najcenniejszymi surowcami kompostowymi. Zawierają bardzo małą ilość azotu, składają się głównie z węgla w formie ligniny. Lignina jest bardzo oporna na działanie mikroorganizmów. Jej biodegradacja jest wymaga znacznie dłuższego czasu niż celuloza i hemicelulozy, które przeważają w miękkim i soczystym materiale roślinnym. Lignina jest głównym surowcem próchnicotwórczym, ponieważ zawiera części składowe kwasów humusowych. Jest rozkładana przez promieniowce, grzyby i bakterie. W połączeniu z azotem, przez przemiany biochemiczne powstaje próchnica. Dodatek ligniny jest korzystny, jeśli dodamy do niego komponenty charakteryzujące się dużą zawartością azotu. Zrębki drzewne dostarczają masy, a przy ich odpowiedniej wielkości (rozdrobnieniu) wewnątrz pryzmy tworzą wolne przestrzenie, co ułatwia wymianę gazową podczas procesu. Surowiec pochodzący z drzew liściastych jest szybciej rozkładany niż z drzew iglastych. Najlepsze zrębki np. z odpadów pozrębowych możemy przygotować rębakami bębnowymi. Niestety w kraju dysponujemy najczęściej rębakami tarczowymi, które nie rozdrabniają na włókniste części, najlepiej nadające się do kompostowania.
Słoma, sucha jest dobrym materiałem pomagającym utrzymać odpowiednią ilość powietrza w masie kompostowej, ponieważ prowadzi do tworzenia dużej ilości korytarzy dla powietrza w pryzmie kompostowej. Mokra słoma rozkłada się wolniej. Słoma zawiera dużo suchej masy i węgla, a zbyt mało azotu, dlatego zdecydowanie wymaga jego dodatku, by przyspieszyć proces. Przeprowadzane przez nas doświadczenia z najtańszą i łatwą do zdobycia w dużej ilości słomą rzepakową, wskazują na jej przydatność dla kompostów.
Pomiot, zwłaszcza kurzy, obornik, gnojówka, zawierają dużą ilość azotu. Świeży materiał dodany do masy kompostowej powoduje szybkie jej nagrzanie, co przyspiesza rozkład trocin czy zrębów drzewnych. Najlepiej stosować stosunkowo łatwy do zdobycia „kurzeniec”, pozyskiwany z ferm drobiarskich. Wykorzystanie gnojówki jest utrudnione ze względu na wielokrotne jej stosowanie w trakcie procesu kompostowania. Podstawową jednak trudnością jest przygotowanie miejsca kompostowania z drenażem zbierającym odcieki do studzienek. W naszych doświadczeniach stosujemy we wgłębieniu folię zabezpieczającą przed dostępem gnojówki do gleby i zalewamy nią słomę rzepakową z trocinami jako formę wstępną przed właściwym kompostowaniem. Przed wykorzystaniem tak przygotowanego komponentu kompostu konieczna jest analiza stosunku C : N w laboratorium gleboznawczym.
Masa roślinna, charakteryzuje się zawartością węglowodanów w postaci sacharydów i polisacharydów (celuloza, hemiceluloza, skrobia, i in.), poliuronidy. Proste węglowodany rozkładane są w początkowej fazie procesu i są czynnikiem energetycznym inicjującym powstanie warunków termofilnych.
Proces rozkładu materii organicznej
Rozkład materii organicznej, może przebiegać w dwojaki sposób, beztlenowo w sposób gnilny, albo z udziałem tlenu, poprzez kompostowanie. Proces ten polega na mikrobiologicznym rozkładzie substancji organicznych poprzez przekształcenie ich w kompost. Rozkład powodują mikroorganizmy, w tym głównie bakterie termofilne, promieniowce i grzyby. Podczas kompostowania zachodzą dwa równoległe procesy biochemiczne:
- humifikacji, czyli synteza składników rozkładu w wielkocząsteczkowe substancje próchnicze.
- mineralizacji, czyli utlenienia substancji organicznej do dwutlenku węgla, wody, azotanów, siarczanów, fosforanów i innych składników, którym towarzyszą reakcje egzotermiczne, stąd proces samo zagrzewania się pryzm. Mineralizacja substancji organicznej występuje w całym okresie kompostowania, sukcesywnie zmniejsza się udział części organicznych, a zwiększa się ilość związków mineralnych. Zależnie od podatności masy organicznej na mineralizację ubytek suchej masy wynosi 20-50%.
Proces rozkładu kompostu z właściwie dobranymi składnikami trwa około 8-10 tygodni. Na początku tego procesu następuje zagrzewanie się pryzmy. Trwa to kilka dni. Następnie temperatura szybko się podnosi osiągając początkowo wartość około 40 °C, aby po 3-4 tygodniach osiągnąć maksimum około 70 °C. W tym czasie następuje powolny rozkład materii organicznej. W przypadku stosowania zrębków proces ten przebiega dłużej.
Wprowadzenie do gleby niedostatecznie rozłożonego kompostu powoduje warunki, w których drobnoustroje rozkładające materię organiczną zaczynają czerpać azot z gleby, zmniejszając jego ilość dostępną dla roślin. W kompoście mało dojrzałym dominują składniki próchnicotwórcze, które dopiero po wprowadzeniu do gleby są przekształcane w próchnicę. Skład chemiczny dojrzałego kompostu jest bliski substancji organicznej w glebach uprawnych. Dojrzały kompost charakteryzuje się dużą zawartością zmumifikowanej materii organicznej oraz korzystnym stosunkiem C:N
Wskaźniki dojrzałości kompostów:
zapach świeżej ziemi ogrodowej, barwa brunatna lub czarna i struktura gruzełkowa
spadek temperatury w pryzmie do poziomu otoczenia
obniżenie stosunku C:N poniżej 19
brak zawartości amoniaku
ph, w pierwszej fazie kompostowania odczyn spada, a następnie podczas zachodzących procesów rośnie, a fazie dojrzałości stabilizuje się na poziomie 6,5-8,0 pH. Kwaśny odczyn pH wskazuje na krótki czas kompostowania lub zachodzenie procesów beztlenowych. Na podstawie tych obserwacji stworzono test dojrzałości kompostu, przez badanie zmian pH w próbce kompostu przechowywanej w warunkach beztlenowych. Jeśli kompost po 24 godzinach przechowywania w temperaturze 55°C ma nadal odczyn zasadowy, to jest on dojrzały (Jann i in., 1959). Drugą metodą na określenie dojrzałości kompostu jest test siarczkowy. Pełną łyżkę materiału doświadczalnego rozpuścić w naczyniu z 10-20% kwasem solnym, a na pokrywce umieszcza się pasek papieru nasączony octanem ołowiu. Jeśli papierek zabarwi się na ciemno, oznacza to obecność siarczku, próbka nie rozłożyła się w obecności tlenu (Seitz, 1994).
Podsumowanie
Wytworzony w procesie kompostowania humus charakteryzuje się znaczącą zawartością azotu, potasu, fosforu i wapnia. Jest on doskonałym nawozem organicznym dla roślin, a jego zawartość w glebie najlepiej świadczy o żyzności gleby. Dojrzały kompost można stosować bez żadnych obaw i ograniczeń ilościowych do nawożenia gleby.
Podkreślając wartości kompostu jako nawozu organicznego, należy wymienić jego korzystne działanie rozluźniające na strukturę gleb ciężkich, wiązanie gleb lekkich i piaszczystych, a także powiększanie pojemności wodnej i cieplnej gleb. Gleba wzbogacana kompostami jest mniej podatna na erozję, a rośliny rosnące na takich glebach, wykazują mniejsze potrzeby nawozowe.
LITERATURA:
- Jann G. J., Howard D. H., Salle A. J., 1959: Method for the determniation of completion of composting. Appl.Microbiol. 7:271-275
- Seitz P., 1994: Kompost, ściółka, nawozy zielone. Oficyna Wydawnicza MULTICO, Warszawa
Tabela 1.
Możliwości doboru składników masy kompostowej, zapewniający stosunek C:N na poziomie 25:1.
Komponent w m3
na 1 m3 substratu
|
Gnojówka 2,5:1 |
Próchnica, torf niski 10:1 |
Ścięta trawa (z trawnika) 12:1 |
Przegniły obornik 14:1 |
Słoma roślin strączkowych 15:1 |
Zielona masa 17:1 |
Obornik z fermy drobiu 20:1 |
Kora 85:1 |
2,66 |
4,0 |
4,61 |
5,45 |
6,0 |
7,5 |
12 |
Liście buraczane (w fazie dojrzałości technicznej) 27:1 |
0,08 |
0,13 |
0,15 |
0,18 |
0,2 |
0,25 |
0,4 |
Słoma kukurydzy (dojrzałej) 35-45:1 |
0,22 |
0,33 |
0,38 |
0,45 |
0,5 |
0,625 |
1,0 |
Słoma pszeniczna 128:1 |
4,57 |
6,86 |
7,92 |
9,16 |
10,3 |
12,87 |
20,6 |
Słoma rzepakowa 90:1 |
2,88 |
4,3 |
5,0 |
5,9 |
6,5 |
8,12 |
13 |
Słoma żytnia 65:1 |
1,77 |
2,66 |
3,07 |
3,63 |
4,0 |
5,0 |
8,0 |
Ściółka iglasta 30:1 |
0,22 |
0,13 |
0,18 |
0,45 |
0,5 |
0,625 |
1,0 |
Ściółka liściasta 50:1 |
1,11 |
1,66 |
1,92 |
2,27 |
2,5 |
3,125 |
5,0 |
Torf wysoki 30:1 |
0,22 |
0,13 |
0,18 |
0,45 |
0,5 |
0,625 |
1,0 |
Trawy z łąk 25-30:1 |
0,22 |
0,13 |
0,18 |
0,45 |
0,5 |
0,625 |
1,0 |
Trociny stare (ciemnobrązowe) 150:1 |
5,55 |
8,33 |
9,61 |
11,36 |
12,5 |
15,62 |
25,0 |
Trociny świeże 500:1 |
21,11 |
31,66 |
36,53 |
43,18 |
47,5 |
59,37 |
95,0 |
Zrębki 95:1 |
3,11 |
4,6 |
5,38 |
6,36 |
7,0 |
8,75 |
14,0 |
5