Навозные черви, превращенные в вегетарианцев, смогли производить высококачественное биоудобрение без остатков аллелопатических веществ
Группа исследователей из Индии (Центр контроля загрязнения и экологической инженерии, Университет Пондичерри; Инженерная школа, Кластер устойчивого развития, Университет нефтегазовых и энергетических исследований) нашли способ как заработать на самых, казалось бы, «бесполезных» сорняках, которые по причине высокого содержания аллелопатических веществ не годятся ни в обычный компост, ни в мульчу. Свою работу ученые опубликовали в журнале Agriculture 2022 на портале MDPI.
«Партениум (Parthenium hysterophorus) или «морковная трава», ипомея (Ipomoea carnea) и лантана сводчатая (Lantana camara) входят в тройку самых вредных и агрессивных сорняков в мире. Эти сорняки обильно растут на открытых землях, на сельскохозяйственных фермах и вокруг них, на обочинах дорог, водно-болотных угодьях и парках, вторгаются в леса.
Например, лантана покрыла около 87 000 квадратных километров лесов только в Индии, а ее глобальный инвазивный потенциал оценивается в 11 млн квадратных километров. Оценки колонизации партенией показывают, что 350 000 квадратных километров в Индии находятся под властью этого сорняка.
Более того, все три сорняка продолжают агрессивно вторгаться в новые районы и заселять землю. Их выносливость, инвазивность и способность к колонизации превзошли любые попытки контроля и уничтожения, независимо от того, было ли это основано на химических, биологических или механических методах. Успех в лучшем случае оказывался локальным и временным - часто ослабление власти одного инвазивного вида прокладывало путь для другого, столь же инвазивного растения.
Подобная неспособность контролировать сорную инвазию и связанную с ней колонизацию приводит к производству миллиардов тонн фитомассы по всему миру, которая не имеет полезной ценности. Затем, при старении фитомасса сорняков на открытом воздухе разлагается частично аэробно, частично анаэробно. Оба процесса генерируют газы, вызывающие глобальное потепление, но последний процесс более вреден, чем первый, потому что он приводит к превращению около 65% биоразлагаемого органического углерода в метан. Поскольку потенциал глобального потепления каждой молекулы метана оценивается на 25–34 % больше, чем у углекислого газа, вклад последнего в глобальное потепление в несколько раз больше, чем первого.
Одним из возможных способов утилизации фитомассы инвазионных растений является вермикомпостирование. Спрос на вермикомпост как органическое удобрение стабильно растет, поэтому способ трансформации таких сорняков, как лантана, партениум и ипомея, без какой-либо предварительной обработки выглядит коммерчески жизнеспособным вариантом.
Для эксперимента указанные сорные растения собирали рядом с местом проведения научной работы (кампус Университета Пондичерри), промывали водопроводной водой, осторожно вытирали и загружали в многомодульную машину для вермикомпостирования HEVSTOW (высокоэффективная система вермикомпостирования с вертикальным хранением для обработки органических отходов).
Никакой измельчения, обрезки, замачивания или какой-либо другой формы предварительной обработки не проводилось. Лист джутовой ткани толщиной 3 мм, пропитанный водой, располагался на дне каждого модуля и служил подстилкой для дождевых червей. Корм укладывали поверх джутовой ткани. Прототипы HEVSTOW, используемые в данном случае, были изготовлены из алюминиевых листов соответствующей толщины и стальных стержней/труб. Однако при изготовлении блоков HEVSTOW могут использоваться и другие подходящие материалы, такие как стекловолокно.
Схема высокоэффективной вертикально штабелируемой системы вермикомпостирования для обработки органических отходов (HEVSTOW), человеческая фигура помещена, чтобы дать представление о размере.
Вермиреакторы запускаются с заранее установленным количеством субстрата и определенным фиксированным количеством взрослых дождевых червей. После выдерживания дождевыми червями вермикомпостирования в течение установленного количества дней, скажем, 20 или 25, содержимое реактора переносят в другую емкость для определения степени превращения субстрата в вермикаст, а также оценки плодовитости путем подсчета потомства в пересчете на количество молоди и коконов, произведенных дождевыми червями.
Вскоре после удаления содержимого реакторы снова запускаются со свежим кормом из сорняков, но с теми же взрослыми животными, которые были запущены изначально, исключая молодь и коконы. Это дает возможность измерять скорость производства вермиказа в расчете на взрослое животное и в единицу времени.
В настоящей работе использовались серии трехкратных модулей с 20, 50 или 80 дождевыми червями для каждого сорняка, соответственно, в рассматриваемых модулях. В каждый модуль загружали 1 кг сухого эквивалента свежей травы. Здоровые, взрослые, особи E. Fetida были выбраны для этой цели случайным образом из червей, выращиваемых на коровьем навозе.
В первом опыте всем модулям давали поработать в течение 30 дней, после чего их опорожняли, а их содержимое переносили в отдельные контейнеры для оценки вермикастинга и производства молоди и коконов. Сразу после этого реакторы запускали заново, в которых все остальное оставалось таким же, как и в начале эксперимента, за исключением того, что взрослых дождевых червей, удаленных из предыдущего запуска, снова вводили в свежий корм. Последующие запуски были продолжительностью 20 дней.
Черви Eisenia fetida, которые выращивались на коровьем навозе в качестве корма, довольно медленно адаптировались к корму из сорняков, но выжили, а затем начали процветать, что позволило обеспечить устойчивую и эффективную переработку сорняков в течение 480 дней непрерывной работы вермиреакторов.
Темпы вермикомпостирования ускорялись со временем, поскольку второе и третье поколения дождевых червей были уже лучше приспособлены к сорнякам, чем первопроходцы.
Установлено, что вермикомпостирование сопровождается потерей 50 ± 10% органического углерода каждым сорняком. Нитратный азот увеличился примерно в 8 раз, что отражает высокую степень минерализации, происходящую в процессе вермикомпостирования.
Произошло столь же резкое увеличение доступного натрия, калий, кальций и фосфор. Уровни общего содержания меди, общего содержания марганца и общего содержания цинка также немного повысились, в то время как уровни доступной меди, марганца и цинка резко возросли.
Отношение углерод:азот снизилось до менее 15 в вермикомпосте всех трех сорняков, в результате чего продукт достиг уровня коммерческого органического удобрения.
Полученные данные показывают, что устойчивое, прямое и быстрое преобразование даже токсичных и аллелопатических сорняков в удобрения достигается с помощью парадигмы высокопроизводительного вермикомпостирования. Среди трех сорняков адаптируемость среди червей была выше к лантане, затем к партениуму и ипомеи.
Попутно проведены исследования зеленого вермикомпоста на овощных культурах и рисе, поскольку химические вещества, ответственные за токсичность и аллелопатию этих сорняков, разрушались в процессе вермикомпостирования, а доступность полезных веществ повышалась. Сорный вермикомпост показал благоприятные результаты, сопоставимые с известными брендами органических удобрений. Удобрение биогумусом из сорняков привело к повышению урожайности риса со значительно меньшим выбросом парниковых газов, чем удобрение химикатами».
По статье группы авторов (Дхандапани Бануприя, Табассум-Аббаси, Тасним Аббаси, Шахид Аббас Аббаси), опубликованной на портале www.mdpi.com.
Заглавное фото: Дмитрий Лукьянов.
Интересна тема? Подпишитесь на персональные новости в ДЗЕН | Pulse.Mail.ru | VK.Новости.