Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 7
1.1 Экология дождевого червя Eiseniafoetida 7
1.2 Технология получения и фракционирования вермикомпостов 13
1.3 Влияние вермикомпостов на рост, развитие, урожайность и качество культурных растений, 22
1.4 Характеристика Байкал ЭМ-1 препарата и его влияние на рост, развитие урожайность и качество культурных растений 27
Глава 2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 33
2.1 Материалы исследований 33
2.2 Методика опытов и методы исследований. 40
2.3 Агрофизические и агрохимические свойства почв опытного участка. 46
Глава 3 ВОСПРОИЗВОДСТВО И ПОЛУЧЕНИЕ БИОМАССЫ ДОЖДЕВОГО ЧЕРВЯ EISENIA FOET1DA, ВЕРМИКОМПОСТА И ИЗУЧЕНИЕ ЕГО ФИЗИЧЕСКИХ И ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ. 52
3.1 Влияние трофического фактора на культивирование дождевого червя 52
3.2 Влияние температурного режима на выход неполовозрелых особей дождевого червя 57
3.3 Межвидовые взаимоотношения при культивировании дождевого червя. 59
3.4 Методика ускоренного отделения червей от вермикомпоста 60
3.5 Физические и химические свойства вермикомпостов 67
Глава 4 ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ВЕРМИКОМПОСТА И БАЙКАЛ ЭМ ПРЕПАРАТА КАК БИОСТИМУЛЯТОРОВ ПРОРОСТКОВ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ 75
4.1 Определение токсичности Байкал ЭМ-1 препарата и сравнительный анализ его и вермикомпоста при предварительном замачивании семян 75
4.2 Изучение влияния водной вытяжки из вермикомпоста и Байкал ЭМ-1 препарата на рост и развитие, урожайность и качество проростков культурных растений 80
Глава 5 ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФРАКЦИЙ ВЕРМИКОМПОСТА НА РОСТ, РАЗВИТИЕ, УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО ПРОРОСТКОВ. 105
5.1 Влияние различных фракций вермикомпоста на рост и развитие проростков культурных растений 105
5.2 Влияние различных фракций вермикомпоста на урожайность и качественные показатели проростков культурных растений. 107
ВЫВОДЫ 112
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 113
ЛИТЕРАТУРА 114
ПРИЛОЖЕНИЯ 130
- Экология дождевого червя Eiseniafoetida
- Материалы исследований
- Влияние трофического фактора на культивирование дождевого червя
Введение к работе
Актуальность темы. Почвенные беспозвоночные животные играют важную роль в трансформации органического вещества и соединений питательных элементов наземных экосистем. Большое значение в этих процессах принадлежит дождевым червям. Они осуществляют первичную деструкцию растительного опада, трансформируя его в специфические продукты жизнедеятельности - вермикомпост (Raw, 1962; Гиляров, 1967).
В связи с обострением важной экологической проблемы накопления огромной массы органических отходов промышленного и сельскохозяйственного производства (опилки, шлам лигнин, навоз КРС, птичий помет и др.) дождевые черви (вермикультура) используются для переработки этих отходов и получения вермикомпостов, представляющих ценное, экологически безопасное органическое удобрение - биогумус. Отмечаются трудности при выращивании дождевых червей в искусственных условиях ввиду особенностей их поведения: при отклонении условий выращивания от оптимальных они имеют тенденцию к расползанию, повышается заболеваемость, снижается плодовитость. Для разведения в искусственных условиях наиболее пригодными считаются дождевые черви, которые относятся к семейству Lum-bricidae, роду Eisenia, виду foetida. Он характеризуется высокой скоростью роста, плодовитостью, высокой продолжительностью жизни (до 16 лет). Важной особенностью этого вида является потеря инстинкта покидать местообитание при неблагоприятных условиях среды (Городний, 1999; Мельник, 1990).
В последние годы отмечается устойчивое возрастание спроса на продукцию зеленых проростков пшеницы и зеленных культур, которые устраняют дефицит макро- и микроэлементов, аминокислот, ферментов, нормализуют обмен веществ, обладают выраженным антиканцерогенным действием и широко применяются в лечебных учреждениях и оздоровительных центрах. Для получения продукции прорроукоч с высокими качественными показате-
лями по экологической безопасности наиболее перспективно использовать вермикомпост как стимулятор роста растений. Учитывая широкое внедрение в России как стимулятора рекламируемого Байкал ЭМ-1 препарата (аналог японского биопрепарата Кгосей-ЭМ (эффективные микроорганизмы)), значительный интерес представляет сравнение его эффективности с вермикомпо-стом.
В дальнейшем, при обсуждении в работе результатов, исследований вермикомпостов, водной вытяжки из вермикомпостов и Байкал ЭМ-1 препарата, мы будем применять обобщающий термин «биопрепараты».
Цель: выявить экологические особенности культивирования дождевого червя Eisenia foetida при получении и применении вермикомпоста.
Задачи исследования:
оценить влияние трофических, абиотических и биотических факторов на культивирование дождевого червя Eisenia foetida;
изучить влияние различных субстратов на выход вермикомпоста и его физические и химические свойства;
разработать методику ускоренного отделения дождевого червя Eisenia foetida от вермикомпоста.
- провести сравнительный анализ влияния вермикомпоста и Байкал
ЭМ-1 препарата на рост и развитие культурных растений,
Научная новизна
Оценено влияние трофического фактора на условия культивирования дождевого червя.
Изучены межвидовые взаимоотношения популяции дождевого червя Eisenia foetida в вермикультуре.
Разработана методика ускоренного отделения дождевого червя от вермикомпоста на основе использования температурного режима.
Определена эффективность влияния вермикомпостов и Байкал ЭМ-1 препарата как стимуляторов роста, урожайности и качества проростков культурных растений.
Защищаемые положения
Диапазон температурного оптимума для активного роста и развития популяции Eisenia foetida изменяется в зависимости от состава субстрата.
Культивирование популяции Eisenia foetida на субстрате из пищевых отходов сопровождается развитием паразитов дождевого червя, что приводит к снижению численности популяции и выхода верм и компоста.
Ускоренная выгонка дождевых червей из вермикомпоста зависит от температуры в слое субстрата и его плотности.
Вермикомпост оказывает стимулирующее влияние на урожайность и качество проростков культурных растений. Тогда как Байкал ЭМ-1 препарат снижает их качественные показатели.
Практическое значение
Изучены экологические особенности функционирования дождевого червя в вермикультуре, перспективность использования технологии верми-культивирования в бытовых и производственных условиях.
Разработана методика ускоренного отделения взрослых червей и молоди Eisenia foetida от вермикомпоста.
Разработаны рекомендации по применению вермикомпоста как стимулятора проростков культурных растений.
Публикации
По материалам диссертационной работы опубликовано 12 научных работ. Апробация работы
Результаты исследований, представленные в диссертации, докладывались:
- на 1-й международной конференции «Дождевые черви и плодородие
почв» г. Владимир, 2002 г.;
на всероссийской научно-практической конференции «Экологическая безопасность сохранения окружающей среды и устойчивое развитие регионов Сибири и Забайкалья», г.Улан-Удэ, 2002 г.;
на международной научной школе-конференции студентов и моло-
дых ученых «Экология Южной Сибири и сопредельных территорий», г. Абакан, 2002 г.;
на научно-практической конференции «Высшее сельскохозяйственное образование, аграрная наука и техника - развитию АПК Байкальского региона», посвященной 70-летию академии, г. Улан-Удэ, 2002 г., 2 работы
на международной научно-практической конференции «Устойчивое землепользование в экстремальных условиях», г. Улан-Удэ, 2004 г.;
на всероссийской конференции молодых ученых «Современные тенденции развития АПК», г. Красноярск, 2005 г., 2 работы;
на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Новые экологобезопасные технологии для устойчивого развития регионов Сибири», г.Улан-Удэ, 2005 г.
на III Всероссийской конференции с международным участием «Актуальные вопросы защиты окружающей среды и безопасность территорий регионов России», г.Улан-Удэ, 2006 г.
Практическая стажировка по технологии вермикомпостирования в производственных условиях проходила на предприятии ОАО «Улан-Удэнская птицефабрика», в 2001 году в цехе вермикомпостирования.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы. Общий объем составляет 130 страниц. Содержит 39 таблиц, 11 рисунков, приложения Список литературы включает 168 наименований, в том числе на иностранных языках - 20.
Экспериментальная часть работы выполнена автором.
Автор выражает глубокую признательность и благодарит за всестороннюю поддержку и консультации научного руководителя профессора Т.М. Корсунову.
Экология дождевого червя Eiseniafoetida
Началом развития вермикультивирования принято считать 1959 год, когда в университете штата Калифорния в США был выведен новый вид червей - красный калифорнийский гибрид (Атлавените, 1981). Калифорнийский гибрид оказался на редкость плодовитым, прожорливым, съедая в сутки корма больше собственного веса, быстро размножался и при наличии обилия корма, каковым являлись различные органические отходы, не менял место обитания (Игонин, 1989).
Красный червь обычно живет в умеренном климате. Взрослая особь достигает 8-9 см в длину, 3-5 мм в диаметре и 0,5-1 г массы (Атлавените, 1990).
По характеру питания различают два морфологических типа червей -потребители листовой подстилки и травянистого опада на поверхности почвы и потребители детрита (Пономарева 1958; Парель, 1979)..
Внесение на пахотных почвах конского навоза, смеси навоза и сидера-тов, смеси злаковой соломы с пожнивными остатками клевера вызывало отчетливое повышение плотности населения и увеличение биомассы дождевых червей.
Дождевые черви, смачивая пищу выделениями специальных глоточных желез, втягивают размягченные, частично разложившиеся растительные остатки, отрывают кусочки ткани, скелетируя их в виде перегнойных веществ. Численность дождевых червей зависит от водного, температурного режимов почвы, гранулометрического состава, солевого состава и концентрации почвенного раствора, кислотности, приспособленности червей к расселению, состава растительности и особенностей органических остатков, являющихся пищей червей (Городний, Сердюк, Быкин, 1995). В результате обобщения данных о пищевой активности дождевых червей определены следующие функции этих животных: механическое разрушение листовой подстилки и гниющей древесины (первичное разрушение); мацерация растительных тканей, механическое и химическое разрушение клеточной структуры; минерализация и гумификация органического материала; нейтрализация кислых продуктов распада растительных остатков соединениями кальция, выделяющимися пищеварительным трактом червей; избирательная стимуляция некоторых групп бактерий и грибов, участвующих в разложении растительных тканей и трансформации азотных удобрений; минерализация органических веществ с высвобождением зольных элементов в подвижной форме (Атлаве-ните, Станиславичюте, Шюляускене, 1981)
Дождевые черви - главные потребители мертвых растительных остатков, ибо биомасса червей составляет 50...72% зоомассы тучных черноземов, некоторых дерново-подзолистых и луговых незаселенных почв. Поглощая вместе с почвой огромное количество растительного детрита (распадающихся мертвых растительных тканей), микробов, грибов, водорослей, простейших нематод и т.д., они переваривают их, выделяя с копролитами (копрос -испражнение, литое - камень) большое количество собственной кишечной микрофлоры, ферментов, витаминов, биологически активных веществ, которые обладают антибиотическими свойствами и препятствуют развитию патогенной болезнетворной микрофлоры, гнилостных процессов, выделению зловонных газов, обеззараживают почву и придают ей приятный запах земли (Гиляров, 1967, Королева, 1992).
В процессе переваривания растительных остатков в пищеварительном канале червей формируются гумусные вещества. Они отличаются по химическому составу от гумуса, образующегося в почве при участии только микрофлоры. В пищеварительной трубке червей развиваются процессы полимеризации низкомолекулярных продуктов распада органических веществ и формируются молекулы гуминовых кислот, которые образуют комплексные соединения с минеральными компонентами почвы (гуматы лития, калия, на трия - растворимый гумус; гуматы кальция, магния, других металлов - нерастворимый гумус) и долго сохраняются в почве в виде стабильных агрегатов (водоемких, водостойких, гидрофильных и механически прочных). Поэтому деятельность червей замедляет вымывание из почвы подвижных питательных веществ и препятствует развитию водной и ветровой эрозии. В ко-пролитах червей естественных популяций содержится 11...15% гумуса и сухое вещество (Edvards, 1998; Орлов, 1996; Покровская, 1991). Межвидовые взаимоотношения.
За счет вертикальной дифференциации насекомых и дождевых червей в вермикультуре создается тип взаимоотношений - алломикробиотопия.
На культивирование Eisenia foetida и выход вермикомпоста немаловажное влияние оказывают алломикробиотопические взаимоотношения с комнатной мухой (Musca domestica), мясной синей мухой (Calliphora vicina), мясной зеленой мухой (Lucilia sericatd), прусаком (Blatella Qermanicd), мокрицей (Porcello. Sp.).
Blatella Germanica по пищевой специализации могут питаться продуктами как растительного, так и животного происхождения, они всеядны, ведут ночной образ жизни, могут быть переносчиками инфекционных болезней. В нашей стране отмечено 55 видов. Musca domestica питается преимущественно пищевыми отходами.
Calliphora vicina и Lucilia sericata развиваются в трупах, навозе или паразитируют на животных.
При вермикультивировании выявлены паразиты Eisenia foetida -личинки ежемухи (Tachina radis) и проведен учет численности личинок и пораженных ими червей в испытуемых субстратах. Tachina radis средней величины, реже более крупные мухи, личинки Tachina radis являются паразитами насекомых,, главным образом гусениц. Но среди Tachina radis известны и паразиты дождевых червей и даже позвоночных (лягушек, мелких птиц). Некоторые их личинки развиваются за счет падали и гниющих веществ (падаль-ные мухи). Определение ТасЬШ radis очень рложно. Личинка ежемухи дож девого червя является паразитом дождевых червей, они широко распространены ранней весной и поздней осенью повсюду. Tachina radis по запаху определяет приблизительное место, где находится жертва, и откладывает яйца именно в этом месте. А появившаяся личинка отыскивает в толще субстрата червя.
Материалы исследований
В качестве материалов исследования были взяты проростки пшеницы сорта "Селенга", кресс-салата и укропа сорта "Кибрай". Проростки имеют ряд преимуществ:
все полезные вещества в проростках находятся в естественных, сбалансированных количествах и сочетаниях, они встроены в органическую систему живой ткани и их усвоение не сказывается на здоровье человека отрицательно, что может наблюдаться при употреблении некоторых фармацевтических средств;
ферменты, образующиеся в прорастающих семенах, расщепляют сложные запасные вещества (белки, жиры, углеводы) на более простые (аминокислоты, жирные кислоты, простые сахара), и при использовании проростков в пищу организм человека тратит гораздо меньше сил на их переваривание и усвоение по сравнению с любыми продуктами, полученными из сухого зерна;
проростки могут быть широко использованы в качестве корма для домашних, одомашненных и сельскохозяйственных животных, а также для подкормки диких животных;
семена для получения проростков можно производить в благоприятное время года на наиболее пригодных почвах и больших площадях, кроме того, они недороги;
в отличие от покоящихся семян и плодов проростки синтезируют физиологически активные вещества, которые влияют на процессы обмена веществ, что, в свою очередь, приводит к изменению набора питательных веществ, следовательно, и качества продуктов питания;
во время прорастания распадаются запасные углеводы и синтезируются новые, в частности крахмал, а общее содержание углеводов снижается;
снижается также содержание жиров, белков и энергетическая ценность запасных питательных веществ и увеличивается содержание свободных аминокислот, витамина С (в 3-35 раз), провитамина А, витаминов группы В (В1, В2, В6), некоторых минеральных и балластных веществ (от 6% свежей массы);
увеличивают питательную ценность и снижение содержания фитиновой кислоты, которая образует труднорастворимый комплекс; с белками и минеральными веществами. Благодаря всем перечисленным выше изменениям переносимость и переваримость проростков гораздо выше, чем семян;
Как известно, пищевая листовая зелень - укроп, кресс-салат, а таюке проростки пшеницы, - содержит большое количество пигмента хлорофилла, обладающего выраженным антиканцерогенным действием. В 1992 г. ученые Университета Дж. Хопкинса (США) также выявили антиоксидантную и антимутагенную активность свежей зелени. Многочисленными экспериментальными исследованиями установлено, что регулярное употребление свежей листовой зелени снижает риск возникновения рака легкого, пищевода, желудка, толстой кишки, ротовой полости, гортани, а также молочной железы и мочевого пузыря.
Одни из самых полезных проростков - проростки пшеницы. Об использовании на Руси проростков пшеницы как целебного питания впервые упоминается в русском народном травнике XVII века "Прохладный ветроград".
В XX веке интерес к проращенной пшенице был практически утрачен, однако сейчас он вновь проявляется. (Кортиков, 1999; Княжев, 1998).
Расчеты американского биохимика Ч. Шнебеса показали, что 6,8 кг травы пшеницы по своей ценности равны 160 кг обычных овощей. Суточная норма одной порции зеленых проростков пшеницы при росте 10-12 см составляет всего 15 г. Проростки пшеницы от исходных семян отличаются составом и свойствами. Положительное влияние и лечебная эффективность проростков пшеницы связаны, во-первых, с устранением дефицита макро- и микроэлементов (магния, кальция, калия, меди, натрия, цинка, селена и железа), витаминов (Е, С, К, группы В и каротиноидов), хлорофилла, аминокислот, ферментов - цитохромоксидазы, трансгидрогеназы и особенно суперок-сиддисмутазы, нейтрализующей свободные радикалы; Во-вторых, с увеличением выведения продуктов обмена, восстановлением биоэнергетики клетки. Зеленые проростки пшеницы легко усваиваются организмом человека, нормализуют обмен веществ, приостанавливают преждевременное старение организма.
При прорастании содержание в зерне основных питательных веществ, витаминов, макро- и микроэлементов меняется. Если в сухом зерне содержится до 20% белка, 2,2% жиров и 64% углеводов, то в проращенном соответственно 26, 10 и 34%, количество клетчатки увеличивается с 10 до 17%. Такие изменения связаны с тем, что при прорастании растение интенсивно усваивает запасные вещества (в данном случае углеводы), а процесс образования новых органов связан с повышением количества белков и жиров. И сухое и проращенное зерно содержат кремний, хром, медь, селен, йод, витамины В5, С, D, Р.
В западных странах объемы потребления зеленых проростков достигают десятков тысяч тонн в год. В настоящее время зелёные проростки пшеницы нашли широкое применение в таких лечебных учреждениях, как Американский институт творческого подхода к здоровью (Юнион Сити, Мичиган, США), Американский консультационный центр по сыроедению (Ашланд, Орегон, США), лечебно-оздоровительный комплекс доктора Клюсса (Ленинградская обл.), самооздоровительный центр «Ростки» (Санкт - Петербург), программа оздоровления Г.С. Шаталовой.
Влияние трофического фактора на культивирование дождевого червя
Несмотря на значительное количество работ по технологии вермиком-постирования, сведений по экологии калифорнийского гибрида дождевого червя сравнительно мало. Важно не только учесть беспозвоночных животных и оценить из значение с точки зрения распределения энергии в биогеоценозе, но также изучить направление и степень воздействия этих животных на другие компоненты биогеоценоза и, в конечном счете, на первичную продуктивность биогеоценоза.
Для установления численности популяции и определения биомассы Eisenia foetida пользовались методом количественного учета. Исследуемый дождевой червь является гибридом, у которого потерян инстинкт покидать местообитание при благоприятных условиях, поэтому они четко приурочены к данному местообитанию, но в силу своих физиологических особенностей они чутко реагируют на особенности гидротермического режима субстрата, ее химизма и т.д.
Нами проведены исследования некоторых экологических особенностей вермикультуры Eisenia foetida: получение биомассы взрослых особей, воспроизводство коконов и неполовозрелых червей при получении верми-компоста из птичьего помета, фекалий, опилок и пищевых отходов при различной температуре, учет паразитов - личинок тахины или ежемухи ТасЫпа radis и пораженных ими червей.
При изучении экологических особенностей дождевого червя выявлено, что на его пищевую и репродуктивную активность, получение биомассы влияют абиотические и биотические факторы, такие как температура, влажность, качественный состав структурообразователя, субстрата и наличие конкурентов и паразитов.
По данным наших исследований (таблица 9), за три месяца переработки субстрата в начале опыта средняя масса одной особи взрослых червей составляла 0,35 г, наибольший прирост средней массы червя на конец опыта обнаружен в варианте с использованием пищевых отходов (0,16) г и птичьего помета - (0,10 г). Средний прирост биомассы дождевого червя в варианте с использованием фекалий составляет 0,06 г. Опилки не содержат достаточного количества питательных веществ, поэтому черви на данном субстрате длительно существовать не могут, За срок 90 суток биомасса одной особи снизилась на 0,06 г.
Для получения большей биомассы можно использовать субстрат из пищевых отходов и птичьего помета. Высокая активность размножения Eis-eniafoetida наблюдалась в вариантах с использованием субстрата из птичьего помета и фекалий, где оплодотворение происходило через 7 суток. В варианте с использованием пищевых отходов и опилок оплодотворение происходило реже, особенно при пониженной температуре (от +10, до +19 С), через 11-15 суток. В исследованиях культивировали молодых и взрослых особей дождевого червя, у которых репродуктивная активность несколько различна. (Под молодыми особями мы имели в виду тех червей, которые стали поло возрелыми от ювенильного возраста через 3 месяца, а под взрослыми - тех, возраст которых больше года). Выход неполовозрелых особей у популяции взрослых червей выше, чем у молодых. При благоприятной температуре (от +20 до +25иС) молодые особи способны выплодитъ от 1-го до 3-х экземпляров из одного кокона, а в холодные 1-го, реже 2- В сравнении с литературными данными, по результатам наших исследований это на 70% меньше, чем в самых благоприятных условиях, где выход неполовозрелых особей из одного кокона составляет от 9 до 20 экземпляров. По лабораторным исследованиям А.Ж. Барне (2002), количество зародышей в коконе составляло 2-3 экземпляра, но из каждого кокона чаще вылуплялась одна особь, что подтверждается нашими исследованиями.
