В природе отмершие растения и умершие животные разлагаются медленно в результате действия различных естественных биологических и химических процессов, известных как деградация. Компостирование – это способ ускорения естественной деградации в контролируемых условиях. Компостирование – результат понимания действия этих природных биологических и химических систем.

Из истории компостирования

История компостирования уходит в глубь веков. Первые письменные упоминания об использовании компоста в сельском хозяйстве появились 4500 лет назад в Месопотамии, в междуречье Тигра и Евфрата (нынешний Ирак). Искусством компостирования владели все цивилизации. Римляне, египтяне, греки активно практиковали компостирование, что нашло свое отражение в Талмуде, Библии и Коране. Археологические раскопки подтверждают, что цивилизация Майя 2000 лет назад также занималась компостированием.

По окончании Второй мировой войны в сельском хозяйстве стали использовать результаты научных разработок. Сельскохозяйственная наука поставила во главу повышения урожайности химические удобрения и пестициды. Химические удобрения пришли на смену компосту.

В 1962 году вышла в свет книга Rachel Carson «Silent Spring» («Безмолвная весна»), посвященная результатам повсеместного злоупотребления химическими пестицидами и другими загрязнителями. Это послужило сигналом к общественному протесту и запрещению производства и использования опасных продуктов. Многие начали заново открывать для себя преимущества ведения так называемого органического сельского хозяйства.

Одной из первых публикаций в этом аспекте была книга сэра Альберта Говарда (Albert Howard) «An Agricultural Testament» («Завет хлебопашца»), вышедшая в свет в 1943 году. Книга вызвала огромный интерес к органическим методам в сельском хозяйстве и садоводстве. Сегодня каждый фермер, полагающийся на дорогостоящие удобрения, признает значение компоста в стимулировании роста растений и в восстановлении истощенной и безжизненной почвы.

«Компост» – волшебное слово для огородника и ключ к длительному плодородию почвы. Самым экономичным и доступным из удобрений является компост, приготовленный из хозяйственных и пищевых отходов. При компостировании органические остатки уже через несколько месяцев превращаются в ценный гумус.

Стандарт качества компостов

В мире не существует единого стандарта качества компостов (не путать с вермикомпостами, то есть с биогумусом!). Поскольку условия роста и потребности растений варьируют, потребители компоста заинтересованы в информации относительно качества используемой ими продукции. Специфические характеристики компостов определяют, как и при каких способах применения можно получить наилучший эффект.

В Канаде много организаций вовлечено в разработку стандартов. Критерии качества компостов разработаны AAFC (Agriculture and Agri-Food Canada), CCME (Council of Ministers of the Environment) и Standards Council of Canada (SCC, впоследствии BNQ).

Национальный стандарт Канады – CAN/BNQ 0413–200 «Support Document for Compost Quality Criteria». Имеется три национальных документа: национальный стандарт для индустрии компостирования (BNQ), руководство по использованию компоста (CCME), принятие новых мандатных критериев для компоста (AAFC).

Существует пять категорий оценки компостов: зрелость компоста, посторонние включения, микроэлементы, патогенные организмы, органические загрязнители.

В стандарте BNQ Р 0413–200/1995 записано, что компост – это зрелый продукт твердой консистенции, получаемый в результате компостирования, который является управляемым биоокислительным процессом, протекающим в твердом гетерогенном органическом субстрате и включающим термофильную фазу. В приложении к стандарту можно найти еще 18 дефиниций этого понятия.

BNQ выделяет три типа компостов: АА, А и В. Эта классификация основана на определении общего органического вещества, посторонних включений и микроэлементов. По остальным критериям различия между этими типами компостов не обнаруживаются. Компост, классифицированный как типы АА и А, – это высококачественный продукт, тогда как в компосте типа В все требуемые показатели находятся в минимуме необходимых значений. Типы компоста АА и А имеют идентичные количества микроэлементов. Показатели влажности, зрелости и патогенных организмов одинаковы для всех трех типов компоста.

Позиция CCME относительно микроэлементов основана на выделении двух категорий компоста: А и В. Компост типа А может быть использован во всех случаях применения. Критерии компоста категории А совпадают или отличаются большей строгостью, нежели таковые для загрязненной почвы. Компост категории В имеет ограниченную сферу применения. Этот компост может подвергаться дополнительному контролю в случае необходимости.

AAFC признает существование только одного класса компоста, в основу выделения которого положены требование безопасности по патогенным организмам, наличие микроэлементов, степень зрелости и наличие острых предметов. Эти критерии являются отражением требований минимальной безопасности для компоста как удобрения или добавки.

Зрелость компоста. При оценке качества продукта компостирования созревание является важным критерием. Незрелые компосты оказывают негативное воздействие на растения. Зрелость компоста – это его неотъемлемый признак: если продукт компостирования не достиг зрелости, то термин «компост» не должен употребляться. Это объясняет, почему критерий зрелости включен в определение понятия «компост».

Существуют различные методы определения зрелости компоста, но многие из них страдают несовершенством. Одной из проблем при выборе метода оценки зрелости компоста является комплексность интерпретации результатов. Исходя из уровня современных знаний по данной проблеме, не существует единого метода, который позволил бы давать адекватную оценку этого критерия.

BNQ-стандарт рекомендует три теста для оценки зрелости компоста: соотношение C: N, поглощение кислорода, прорастание и скорость роста растений. Компост считается зрелым, если выполняются два следующих требования:

– соотношение C: N <25,

– доля поглощенного кислорода <150 мг О2/кг/час;

– прорастание семян кресс-салата и редиса в компосте должно быть больше 90 % по сравнению с контролем, а скорость роста растений в смеси компоста и почвы не должна отличаться от таковой в контроле более чем на 50 %.

Изначально предполагалось, что компост с соотношением углерода и азота, равным 25, должен демонстрировать отсутствие негативных эффектов на прорастание семян и рост растений. Поскольку информация такого рода трудна в интерпретации, было предложено исключить из трех предлагаемых соотношение C: N.

CCME-стандарт имеет несколько вариантов определения зрелости компоста. Первый вариант аналогичен стандарту BNQ, но тест прорастания и роста кресс-салата и редиса оценивается по отсутствию фитотоксического эффекта компоста. Второй вариант предполагает, что процесс компостирования должен проходить при температуре, не превышающей температуру окружающей среды на 20 °C, а сам компост должен выдерживаться как минимум 21 день после окончания термофильной стадии. Третий вариант предполагает, что в процессе компостирования сокращение веса органического вещества должно составить 60 % от исходного, а сам компост должен выдерживаться как минимум 21 день после окончания термофильной стадии. Четвертый вариант заключается в том, что компост должен выдерживаться в течение шести месяцев. Условия в куче должны способствовать протеканию аэробного биологического процесса. Стадия выдержки начинается, когда завершается процесс снижения количества патогенов и компост больше не нагревается до термофильных температур.

AAFC-стандарт соответствует таковому BNQ.

Посторонние материалы. Присутствие посторонних материалов может негативно повлиять на покупательский спрос. В понятие «посторонние материалы» не входят почва, песок, камешки и гравий. Это понятие подразумевает под собой любой материал размером более 2 мм, внесенный человеком и имеющий органическую или неорганическую составные части, такие как металл, стекло и синтетические полимеры (то есть пластик и резина), за исключением минеральных солей, древесных материалов и камней.

Компост типа АА не должен содержать видимых посторонних материалов. Такой тип компоста, как правило, пользуется спросом на рынке и продается в упакованном виде. Все три типа компостов не должны содержать острых (размером более 3 мм) посторонних материалов во избежание нанесения повреждений человеку и животным.

Микроэлементы. Под микроэлементами подразумеваются химические элементы, присутствующие в компосте в очень низких концентрациях. Как правило, к ним относят медь, молибден, цинк и тяжелые металлы, которые в зависимости от их концентрации могут оказывать опасное воздействие на человека и окружающую природную среду. Оценка риска здоровью человека и безопасности природной среды для каждого микроэлемента носит комплексный характер. Под давлением этих ограничений стандарт BNQ предполагает максимальное лимитирование содержания микроэлементов в компостах.

Существует три подхода к требованиям максимально приемлемого ограничения содержания микроэлементов в компостах трех типов. Первый подход основан на том, что компост не влияет на фоновый уровень токсичных компонентов в окружающей среде. Второй подход – это подход с позиций риска, но он не нашел своего применения в связи с комплексностью и дороговизной. Третий подход – наиболее приемлемый – основан на том, что в основе получения компоста лежит наиболее передовая технология.

AAFC– лимиты по концентрации микроэлементов в компосте заимствованы из Trade Memorandum T-93, который существует более 20 лет без особых пересмотров.

Патогенные организмы. Субстраты, на основе которых делают компосты, зачастую содержат патогенные организмы. В результате компосты также могут содержать патогены, что несет в себе потенциальный риск здоровью. В основе стандартов лежат стандарты US EPA 1979 года.

По BNQ-стандарту в компосте не должны обнаруживаться сальмонеллы; количество фекальных колиформ должно быть меньше 1000 м.к./г сухого веса.

CCME-стандарт рассматривает две возможные ситуации:

1) когда компост не содержит сырье с заведомо патогенными организмами;

2) когда компост содержит сырье с заведомо патогенными организмами.

В зависимости от этого требования к качеству компоста следующие.

Для первой ситуации:

• при компостировании в контейнерах сырье должно выдерживаться при температуре і55 °C в течение трех дней;

• при компостировании в буртах температура должна подняться до і55 °C и продержаться как минимум 15 дней периода компостирования;

• при компостировании в статической аэрируемой куче температура і55 °C должна поддерживаться в течение трех дней.

Считается, что соблюдение этих режимов компостирования обеспечит снижение количества патогенных организмов до требуемого минимума, что автоматически предполагает исключение необходимости проведения исследований на наличие патогенных организмов. Существует более объективный подход к оценке безопасности компоста по критерию наличия патогенных организмов. Количество фекальных колиформ должно быть меньше 1000 м.к./г сухого веса компоста, а количество Salmonella sp. – <3 м.к./4 г сухого веса.

Для второй ситуации методы компостирования и требования безопасности компоста сохраняются те же, что и в первой ситуации.

AAFC-стандарт соответствует BNQ-стандарту. Следует отметить, что в последнее время во все три стандарта введены дополнительные критерии безопасности: вирусологическая и гельминтологическая стерильность.

Органические загрязнители. В состав сырья, подвергаемого компостированию, входит большое количество различных органических компонентов. И с каждым годом количество таких веществ возрастает. Некоторые из этих компонентов разрушаются или подвергаются трансформации в ходе компостирования, тогда как другие сохраняют стабильность. Наличие органических загрязнителей в компостах, вносимых в почву, может представлять потенциальный риск для окружающей среды и качества урожая, предназначенного для питания людей и на корм скоту.

На данный период нет резона включать этот критерий в стандарт качества компоста. В свете данных AAFC и CCME по текущей мировой ситуации касательно органических загрязнителей (в частности, полихлорированных бифенилов) комитет по стандартизации не может адаптировать критерий для этих контаминантов и других веществ (диоксины, фураны, хлорированные бензены, пестициды, хлорорганические соединения, нитрозамины, фенолы, крезолы и др.).

Решение этого вопроса – дело будущего.

Другие характеристики. Содержание органического вещества в компостах типа АА, А и В должно составлять 50, 40 и 30 % соответственно.

Максимально допустимой считается влажность 60 % (от общей сырой массы) для компостов всех типов.

Компост – это восстановитель почвы. Использование одного компоста в качестве среды роста не рекомендуется. рН компоста не принято считать стандартным критерием.

Электропроводимость считается важным показателем содержания водорастворимых солей. Катионы калия, магния, кальция, анионы хлорида и сульфата играют большую роль в жизни растений. Некоторые из них (калий, кальций, магний) жизненно необходимы, в то время как другие (натрий) – нежелательны. Даже если электропроводимость компостов будет иметь тенденцию к увеличению в качестве основы для роста удобрительных свойств компоста, этот параметр не может быть достаточно информативным, чтобы стать стандартным критерием.

Концентрация главных питательных элементов (натрия, калия и фосфора) является важным агрономическим показателем компостов. Однако крайне сложно и весьма спорно установить стандартные значения для этих элементов в различных компостах. Роль компостов как удобрений незначительна и является вторичным показателем. Этот показатель не является стандартным критерием.

Водоудерживающая способность компоста является важным элементом его качества. Возможно, со временем этот показатель станет стандартным критерием при характеристике компостов.

Хотя в настоящее время не существует единого стандарта качества компостов, но имеется определенный набор параметров, по которым проводится их оценка.

Нормативные значения для каждого из параметров варьируют в соответствии со спецификациями конечного пользователя, то есть зависит от сферы применения и предназначения. Эстетические параметры – цвет и структура – также имеют большое значение, поскольку потребители чаще всего выбирают продукты компостирования по внешним признакам. Как правило, предпочтение отдается темному компосту, а не слабоокрашенному.

Несмотря на эти достоинства, большинство компостов не считается качественными удобрениями, поскольку им недостает азота. Критериями качества компоста являются рН, содержание растворимых солей, питательная ценность (NPK), влажность, органическое вещество, зрелость (фитотоксичность), стабильность, размер частиц.

Положительное воздействие компоста на корни растений носит долгосрочный характер и проявляется не только в момент его внесения в почву, но и спустя месяцы после этого.

В качественном компосте никогда не должны обнаруживаться сульфиды, обладающие токсическим воздействием на растения и ингибирующие микробную пролиферацию.

Цикл азота. Цель – получение азота в нитратной форме.

Благоприятным считается соотношение аэробов и анаэробов, равное 10:1 (грибы, актиномицеты, псевдомонады, азотфиксирующие бактерии).

Применение компоста

Выход процесса компостирования. Биодеградация органического материала при компостировании приводит к потере примерно 30–40 % органического вещества в виде диоксида углерода и воды. Масса образующегося компоста существенно меньше массы исходного сырого материала. Кроме того, могут быть дополнительные потери из-за процесса разделения, поэтому предсказать выход процесса затруднительно. Биодеградации подвергается только часть органического субстрата, не подвергшаяся деградации фракция попадает в конечный продукт. Также сложно предсказать содержание воды в конечном продукте, так как она выделяется микроорганизмами и одновременно теряется за счет испарения.

Установки по переработке твердых городских отходов в Европе, как правило, дают 40 тонн целевого продукта на 100 тонн загруженных отходов (по влажной массе), но при этом некоторые органические субстраты добавляются в виде сырого активного ила на стадии биодеградации. ТБО при их компостировании в полупустынном и тропическом климате дают более высокий выход – 50 % по влажной массе. При обычном компостировании садовых и домашних отходов выход составляет 40–50 %.

Таким образом, после компостирования органических отходов масса составляет не более половины исходной, уменьшение объема еще значительнее. Все это существенно снижает стоимость транспортирования.

Состав компоста. Состав компоста варьирует в широких пределах и отражает состав используемого органического сырья.

Компост, сырьем для которого послужили городские отходы, содержит меньше органических веществ и основных питательных элементов для растений, чем компост, полученный из сельскохозяйственных отходов. Компост из городских отходов содержит также большое количество микроэлементов, в том числе и тяжелых металлов, уровень которых в компосте необходимо контролировать.

Преимущества компостирования. Все в большей степени осознается значение повторного использования органических отходов. Внесение сырых органических отходов в любую экосистему может создать серьезные проблемы либо из-за их высокой потребности в кислороде, либо из-за выделения аммиака. Компостирование позволяет получать с помощью биологического окисления стабильные продукты. Гумифицированные продукты при внесении их в экосистему не вызывают больших нарушений экологического равновесия. Смешение низкоактивных отходов типа соломы с отходами жизнедеятельности животных и человека позволяет решать проблему гигиенического удаления последних. При компостировании достигаются температуры, при которых погибают патогенные микроорганизмы, сорняки и их семена.

Компост – это средство для улучшения структуры почвы и, в некоторой степени, удобрение. При добавлении компоста в почву он разрушается, выделяя основные питательные вещества для растений – азот, фосфор, калий и микроэлементы. Клейкие вещества, также мицелий грибов и актиномицетов способствуют агрегированию частиц почвы, органические компоненты компоста увеличивают ее способность удерживать влагу. Эти факторы значительно повышают устойчивость почвы к ветровой и водной эрозии. Одним из основных применений компоста, получаемого из городских ТБО, во Франции и Германии является укрепление крутых склонов для размещения на них виноградников.

Благодаря тому, что внесение компоста удовлетворяет потребность в микроэлементах, улучшает структуру почвы и повышает ее способность удерживать влагу, при его совместном использовании с неорганическими удобрениями усиливается действие последних. При совместном использовании компоста и неорганических удобрений следует помнить, что состав компоста может сильно варьировать в зависимости от исходного материала, из которого он был получен. Питательные вещества выделяются из компоста медленнее, чем из легкорастворимых неорганических удобрений. Следовательно, действие компоста может длиться в течение нескольких лет. Количество основных питательных веществ, которые становятся доступными в год внесения компоста, составляет: по азоту – 25 %, по фосфору – 100 %, по калию – 80 %.

Здравоохранительные аспекты. Патогенные микроорганизмы вызывают инфекционные заболевания животных и человека. Большинство патогенных организмов мезофильны, они предпочитают температуру ниже 40 °C, так как адаптированы к температуре тела человека и животных. Большинство из них погибает, если находится достаточно длительное время при более высоких температурах.

Большинство органических отходов жизнедеятельности человека и животных (нечистоты, сырой или даже сброженный активный ил, отходы боен, навоз и подстилка сельскохозяйственных животных, твердые отходы) содержат патогенные организмы. Возрастает необходимость возвращать органические и другие питательные для растений вещества, содержащиеся в отходах, в почву. Однако с точки зрения охраны здоровья людей важно, чтобы эти отходы вносились в почву с возможно малым числом патогенных организмов. Это снижает риск, возникающий как при использовании отходов, так и при употреблении урожая.

При компостировании выживанию патогенных организмов препятствует несколько факторов: воздействие температуры; конкуренция между организмами за источники питания посредством выделения организмами-антагонистами антибиотиков или других ингибиторов (например, аммиак).

Важно отметить, что для каждого конкретного микроорганизма летальное значение температуры зависит от времени воздействия. Воздействие высокой температуры в течение короткого времени или более низкой температуры в течение более длительного времени может быть одинаково эффективным. Температуры порядка 55–60 °C, действующие от нескольких минут до нескольких дней, в основном эффективны. Хотя большинство возбудителей болезней и паразитов при этом погибает, однако некоторые спорообразующие бактерии могут выжить при температурах свыше 100 °C (возбудители сибирской язвы, столбняка, ботулизма, газовой гангрены). Поэтому невозможно гарантировать, что в процессе компостирования будут образовываться продукты, полностью свободные от патогенных организмов. Однако, если компостирование проводится правильно, то получается достаточно гигиеничный конечный продукт.

Компостируемая масса представляет собой источник микробной активности. Воздух, проходящий через компостируемые отходы, будет поднимать клетки микроорганизмов и их споры и выносить их в пространство. Это справедливо как для патогенных, так и для непатогенных микроорганизмов. При определенных условиях, в основном при высоких концентрациях микробных клеток, некоторые из них могут вызывать аллергическую астму. Наиболее серьезны синдромы, вызываемые спорами термофильных грибов и актиномицетов. Следовательно, целесообразно проводить компостирование так, чтобы переворачивание компостируемого материала не происходило в закрытых помещениях и чтобы в них не попадал воздух, загрязненный спорами.