science-review.ru
Почва является основным объектом земледелия и основным средством производства в сельском хозяйстве. Большое значение в минерализации почвы азотистыми соединениями имеют живущие в почве кольчатые черви [1]. В сельском хозяйстве реакцию «убегания» дождевых червей на химические вещества использовали для определения степени загрязнения почвы гербицидами, инсектицидами и другими химическими веществами [2]. Местные виды, встречающиеся в Узбекистане: Eisenia fetida, Eisenia veneta и Aporrectodea caliginosa, встречаются в больших количествах в перегное под листовой подстилкой [3]. На основании изучения их адаптации к различным питательным субстратам органических отходов выбрана оптимальная среда для их биодеградационной активности. Разработана эффективная технология использования биоудобрения – биогумуса, полученного в результате биодеградации. В результате наших исследований можно повысить эффективность сельскохозяйственного производства за счет ограничения ввоза калифорнийских червей, закупаемых за иностранную валюту, на основе использования местных кольчатых червей, а также за счет локализации низкозатратной технологии производства биогумуса в нашей республике [4, 5]. Использование в сельском хозяйстве дождевых червей для переработки органических отходов, получения ценных и чистых органических удобрений с целью повышения урожайности сельскохозяйственных растений вызвало большой интерес у людей. Это новшество стало одним из первых шагов, предпринятых для благополучия человечества в обществе [3]. Биологические процессы зачастую не только безотходны, но и позволяют решать проблемы переработки органических промышленных, бытовых и сельскохозяйственных отходов, придавая им ценные потребительские свойства [6]. Вермикомпост – экологически чистое органическое удобрение, оказывающее многогранное воздействие на почву и растения. Он не содержит семена сорняков, болезнетворные микроорганизмы и более безопасен по сравнению с обычным компостом [7].
Актуальность исследования заключается в том, что в современных условиях в сельскохозяйственном производстве в большинстве стран, в том числе и в Узбекистане, повышается урожайность сельскохозяйственных культур – благодаря применению минеральных удобрений. Регулярное внесение в почву больших количеств минеральных удобрений изменяет физико-химические свойства почвы (поглотительную способность, содержание поглощенных оснований и степень насыщения ими почвы, кислотность и рН почвенного раствора) и может привести к высокому накоплению вредных веществ в почве. Именно поэтому использование органических удобрений в сельском хозяйстве является актуальным вопросом.
Материалы и методы исследования
В ходе наших исследований мы отобрали местных дождевых червей для реализации технологии биодеградации органических отходов с использованием местных видов кольчатых червей в лабораторных условиях, теплице и открытом грунте. Для сбора и фиксации дождевых червей был выбран участок площадью 1 м2. Сначала в выбранном месте выкапывается вертикальная траншея глубиной 50 см. Затем из каждого 10 см слоя с каждой стороны траншеи берут пробы почвы и там собирают дождевых червей. Собранных червей фиксируют для определения их вида. Перед фиксацией дождевых червей сначала очищают от частиц почвы и всевозможной грязи, а затем промывают чистой водой в специальной емкости (ванне). Очищенных дождевых червей помещают в чашку Петри и убивают в 2 % растворе формалина. Черви становятся круглыми под действием формалина. Поэтому червей нужно собрать в ванночку и накрыть марлей, смоченной формалином. Формалиновая марля не позволяет червям нагреваться или портиться в жаркую погоду. После того, как черви немного затвердеют (2–3 часа), их для длительного сохранения закупоривают и этикетируют в стеклянные бутылки емкостью 0,5 л, содержащие 5 % формалина. В лаборатории собранные дождевые черви будут подготовлены для определения вида, биомассы и других характеристик. При выращивании вермикультуры и приготовлении вермикомпоста применялись общепринятые методы вермикомпостирования. Согласно им приготовление вермикомпоста включает 4 этапа. 1. Подготовка субстрата. 2. Инкубация дождевых червей. 3. Культивирование дождевых червей в новой питательной среде. 4. Отделение дождевых червей от вермикомпоста [8]. В соответствии с этими методами можно использовать различные богатые азотом органические отходы. Необходимо обеспечить оптимальную температуру среды обитания дождевых червей 15–22 °C, влажность субстрата 60–70 %, рН 7,3–7,6 [9]. Для определения химического состава полученных продуктов использовали следующие методы: количество гумуса в продукте определяли по методу И.В. Тюрина, количество NPK в биогумусе рассчитывали по методу Йодля – Бауэра.
Результаты исследования и их обсуждение
Особое значение в процессе вермикультуры дождевых червей имеет температура субстрата. Поскольку мы проводили наши исследования в лабораторных условиях, у нас была возможность контролировать температуру субстрата. Результаты показали, что прироста биомассы в вермикультуре при +5 °C и ниже не происходит. Мы наблюдали, что количество биомассы увеличивалось параллельно с повышением температуры выше +5 °C. Наиболее оптимальная температура составляет +25 °C. Нами установлено, что местные дождевые черви, при температуре +25 °C, не производили биомассу высокими темпами, при температуре 35–40 °C они уходили в диапаузу (когда наблюдаем вермикультуру на примере четырех взрослых особей) (рис. 1). Видно, что количество коконов больше формируется у взрослых особей при 15–20 °C (когда наблюдаем вермикультуру на примере четырех взрослых особей) (рис. 1).
В результате экспериментов некоторые химические показатели продуктов, полученных в лабораторных условиях, сравнивали с составом предыдущего испытанного субстрата. При анализе содержания общих питательных веществ в образцах стандартного кормового навоза крупного рогатого скота, отобранного для вермикультуры дождевых червей, содержание гумуса составило 7,47 %. Также анализировали общее количество азота, фосфора и калия в образце. По ней установлено, что количество общего азота (N) составляет 0,42 %, количество фосфора (P) – 0,21 %, количество общего калия (K2O) – 0,58 %, рН среды составлял 7,71. В образце биогумуса контрольного варианта (продукт, полученный от Eisenia anderium) количество гумуса составило 19,59 %. Также анализировали общее количество азота, фосфора и калия в образце. По ней установлено, что общий азот (N) составляет 2,03 %, фосфор (P) – 1,59 %, общий калий (K2O) – 1,34 %.
Было установлено, что рН среды составляет 7,48. Количество гумуса в образце биогумуса, полученного из Eisenia fetida, составило 31,44 %. Установлено, что удобрение имеет удовлетворительный показатель содержания гумуса. Самыми необходимыми элементами питания для растения считались азот, фосфор и калий. По нему было замечено, что содержание общего азота (N) составляет 2,24 %. Этот показатель в составе удобрений соответствует группе с обеспечением выше среднего. Обнаружено, что количество фосфора (P) в этом удобрении составляет 1,94 %. Установлено, что по степени содержания количество общего фосфора более высоким. Установлено, что общее количество калия (К2О) составило 1,53 %.
Рис. 1. Влияние температуры на размножение дождевых червей
Рис. 2. Влияние температуры на развитие (производство биомассы) дождевых червей
Результаты анализа показали, что показатель рН-среды составил 6,9. Согласно данным показателям, можно сказать, что даже при выборе одинакового опытного субстрата в результате биодеградации получены два образца биогумуса, в составе одного, полученного на основе использования местных видов, содержание органики в биогумусе было выше. Более отчетливо это видно на сравнительной гистограмме (рис. 2).
Образцы почвы полностью очищены от различных семян сорных растений. Отсутствуют инородные частицы растений, камней. Процесс полностью завершен. Степень разложения составляет 100 %. Неразложившихся или частично разложившихся растительных и животных остатков нет. Цвет образца состоит из темноокрашенных веществ, диспергируемость отличная, что не влияет на качественный показатель удобрения. Количество влаги составило 21,7 %. Определено, что этот показатель соответствует количеству влаги, поступающей в удобрение.
В научной литературе недостаточно сведений о видах и жизнедеятельности дождевых червей. Такая информация собирается в основном на основе исследований, проведенных в конце XIX – начале XX в. [10]. Но проведение экспериментов с использованием формалина может нанести вред человеку. Рекомендуется использовать горчицу, поскольку она оказывает минимальное влияние на здоровье человека [11]. Метод, который мы использовали в нашем эксперименте, заключался в основном в механическом сборе видов без нанесения им повреждений. В наблюдениях многих ученых можно увидеть сегментарную кривую роста в постэмбриональный период дождевых червей. При этом масса тела увеличивается до полового созревания, а прирост массы тела снижается после полового акта [12]. Дождевые черви – беспозвоночные с тонкой кожей, которая не защищает их от различных воздействий. Поэтому изменение температуры среды, в которой они обитают, оказывает прямое влияние на их физиологические процессы [13, 14]. Дождевые черви погибают при температуре ниже +5 °С. Процессы развития наблюдались при температурах выше +10 °С [15–17]. Однако было отмечено, что коконы некоторых видов дождевых червей выживают при -20 °С [18]. В наших экспериментах установлено, что местные виды дождевых червей живут в состоянии, адаптированном к этой среде. Используя надземные виды дождевых червей, можно приготовить высокоэффективный компост из органических отходов. Этот гумус можно использовать как богатый источник питательных веществ для растений с большим коммерческим потенциалом. Исследования по вермикомпостированию и коммерческие проекты вермикомпостирования доступны во многих странах, включая Англию, Францию, Голландию, Германию, Италию, Испанию, Польшу, США, Кубу, Мексику, Японию и Филиппины, Индию, Южную Корею и другие страны Юго-Восточной Азии, Австралии, Новой Зеландии, Кубы, Багамских островов и многих стран Южной Америки. Исследования, проводимые в Нью-Йоркском университете, были направлены на использование дождевых червей в первоначальном разложении органических отходов, для производства вермикомпостов из сточных вод и твердых веществ [19]. Ценный биоуголь был получен путем добавления различных видов пластиковых отходов в навоз крупного рогатого скота в качестве корма для дождевых червей [20]. Другое исследование показало хорошие результаты при использовании фруктовых и овощных отходов в качестве корма для дождевых червей [21]. При приготовлении биогумуса патогенные микроорганизмы теряются при прохождении органических отходов через кишечник дождевых червей [22].
Полученные на основе проведенных нами экспериментов органические удобрения, а также влияние органических удобрений на растения будут изучены на следующих этапах наших исследований.
Заключение
При наблюдении за ответной реакцией организма местных видов дождевых червей Eisenia fetida, Eisenia veneta, Aporrectodea caliginosa на изменения температуры окружающей среды и на некоторые биофизиологические процессы установлено, что они при температуре +25 °С не продуцировали высокой биомассы. Половозрелые особи при температуре 15–20 °C образовывали небольшое количество коконов.
При отборе до опыта субстратов с одинаковым составом (общий азот 0,42 %, общий фосфор 0,21 %, общий калий 0,58 %) нами установлено, что в образце, полученном в результате биодеградации, с использованием дождевого червя вида Eisenia anderium (общий азот 2,03 %, фосфор общий 1,59 %, калий общий 1,34 %) по сравнению с содержанием биогумуса, полученного на основе использования местного вида Eisenia fetida (азот общий 2,24 %, фосфор общий 1,94 %, калий общий 1,53 %), показатели органического содержимого более высокие.
Рис. 3. Некоторые химические параметры полученных образцов
На основании полученных результатов возможно использование рекомендуемых местных видов дождевых червей при переработке органических отходов на территории животноводческих ферм нашей республики, а также их использование в качестве одной из отраслей животноводческого кластера.