Сравнительный анализ эффективности утилизации отходов животноводства с использованием красного Калифорнийского гибрида (E. F. аndrei)

Сравнительный анализ эффективности утилизации отходов животноводства с использованием красного калифорнийского гибрида

ЕЖ Романова, д.б.н., профессор, М.Э. Мухитова, аспирантка, Е.В. Титова, к.б.н., доцент, Ульяновская ГСХА

Одной из острых проблем современной цивилизации является проблема утилизации возрастающих объемов разнообразных отходов, включая отходы животноводства. Широкие перспективы в решении этой проблемы открывает экологически чистая технология их переработки с использованием червей — люмбрицид. Люмбрициды включают ряд видов дождевых червей, способных осуществлять биоконверсию и придавать отходам свойства экологически чистого удобрения — вер-микомпоста или биогумуса.

Пик развития биотехнологий переработки органических отходов с помощью люмбрицид, в том числе и отходов животноводства, пришелся на конец XX и начало XI вв. [1; 2; 3]. К настоящему времени в мире накоплен опыт переработки отходов разных отраслей животноводства с помощью червей. Специфика биодеградации отходов люмбрицидами сильно отличается от процесса традиционного компостирования. Органические отходы, проходя через пищеварительный тракт червей, разлагаются под действием энзимов и микрофлоры кишечника до простых соединений, минеральные частицы почвы обогащаются гуминовыми кислотами, кальцием, магнием, фосфорной кислотой и становятся доступными для растений. Остатки выделяются в виде копро-литов, в составе которых и желудочный сок, и продукты обмена червей [3,4]. Черви, измельчая отходы, увеличивают площадь их суммарной поверхности. Это активизирует микробиологическую деятельность, способствует ускорению и углублению процесса разложения отходов. Верми-компостирование обеспечивает глубокое обеззараживание компоста. В присутствии червей создаются благоприятные условия для деятельности микроорганизмов, подавляющих развитие патогенных бактерий [3].

Заселенные червями отходы быстро перестают выделять неприятные запахи, ускоряется процесс разложения и минерализации органических компонентов отходов в 2—5 раз за счет аэрации. Традиционно выход компоста составляет 30—40% от исходного сырья, при вермикомпостировании достигает 60% [3].

Повышение плодородия почв является важной проблемой. Многолетними исследованиями содержания гумуса и основных питательных веществ отмечается устойчивая тенденция сниже-

ния плодородия почв [5]. Для решения проблемы с успехом можно использовать вермикомпост, выработанный люмбрицидами. Он содержит все необходимые для питания растений вещества в хорошо сбалансированной и легко усваиваемой форме [4, 6].

Цель исследований—сравнительный анализ ценности вермикомпостов из разных исходных органических субстратов, переработанных Е. £ апёге1 В задачи исследований входило:

— исследование химического состава исходных субстратов вермикультивирования различного происхождения;

— сравнительная характеристика химического состава вермикомпостов из разных органических субстратов, выработанных Е. £ апётей Материалы и методы исследования. В качестве

вермикультуры использовался красный калифорнийский гибрид — Е. £ ап<1ге1 семейства ЬитЬпЫёае. Исходными органическими субстратами для вермикультивирования послужили четыре разновидности навоза: крупного рогатого скота, свиной, овечий и кроличий. В качестве наполнителей использовали солому и почву.

Субстрат измельчали, подвергали ферментации, определяли кислотность и влажность, проводили пробу на токсичность и заселяли червями и коконами из расчета 50 экземпляров на 1 кг субстрата.

В подготовленном субстрате и в вермикомпо-сте по общепринятым методикам определяли содержание основных элементов питания. Использовали широкий спектр традиционных методов: титрометрию, спектрометрию, фотометрию, спек-трофотометрию, рефракгрометрию. Были определены основные физико-химические характеристики субстратов: гумус общий,%; pH водный и солевой; основные характеристики почвенно-поглощающего комплекса: обменный кальций, мг/экв., обменный магний, мг/экв.; основные элементы питания растений: азот общий, %, нитратный и аммиачный, мг/кг, фосфор общий, % и фосфор подвижный, мг/100 г, калий общий, %; тяжелые металлы: свинец валовой, мг/кг, кадмий валовой, мг/кг, ртуть валовая, мг/кг. Аналогичные показатели определяли и в биогумусе. Все полученные данные обработаны статистически. Результаты исследований На первом этапе исследований определялось содержание основных питательных веществ и тяжелых металлов в исходных субстратах, результаты представлены в таблице.

При сравнении всех исследуемых субстратов наиболее высокое содержание общего гумуса было зафиксировано в навозе крупного рогатого скота — 16,8+0,2%. В субстрате из кроличьего навоза содержание общего гумуса составило 13,23±0,04%. В субстрате из овечьего навоза содержание общего гумуса было ниже и составило

— 12,93+0,15%. Самое низкое содержание общего гумуса было зафиксировано в субстрате из свиного навоза — 12,4±0,3%.

Наиболее высокое содержание азота общего среди всех исходных субстратов было отмечено в навозе крупного рогатого скота — 1,47±0,03%, несколько ниже в свином навозе — 1,13+0,03%, в овечьем и кроличьем — 0,87+0,01% и 0,83+ 0,02% соответственно. Содержание азота нитратного в исходных субстратах распределилось следующим образом: в навозе крупного рогатого скота

— 0,32+0,02 мг/кг, в овечьем — 0,29+0,01 мг/кг, в кроличьем — 0,26+0,01 мг/кг, в свином навозе

— 0,18+0,02 мг/кг. Исходная доля азота аммиачного в анализируемых субстратах различалась незначительно: в навозе крупного рогатого скота

— 0,24+0,02 мг/кг, в свином — 0,23+0,01 мг/кг, в кроличьем — 0,21+0,001 мг/кг, в овечьем — 0,19+ 0,01 мг/кг.

Содержание валового фосфора в свином навозе составило 0,67+0,01%, в навозе крупного рогатого скота — 0,54±0,2%, в овечьем — 0,53+0,01%, в кроличьем — 0,49+0,01%. Наибольшее содержание подвижного фосфора в исходных субстратах выявлено в свином навозе — 0,38+0,03 мг/100 г, в навозе крупного рогатого скота — 0,35+0,1 мг/100 г, в овечьем навозе — 0,28+0,01 мг/100 г, наименьшее — 0,24±0,01 мг/100 г — в кроличьем навозе.

Наиболее высокий уровень калия общего был зафиксирован в субстрате из овечьего навоза — 0,83+0,01%, крупного рогатого скота и кроличьем — 0,7+0,1%, в свином навозе — 0,61+0,01%.

Содержание обменного кальция было наибольшим в субстратах из овечьего навоза — 0,44±0,01 мг/экв., тогда как из кроличьего — 0,36+0,01 мг/экв., крупного рогатого скота — 0,30+0,02 мг/экв., из свиного навоза — 11,00+ 0,01 мг/экв.

Содержание обменного магния в исходных субстратах различалось незначительно. В субстрате из овечьего и кроличьего навоза — 0,13+ 0,01 мг/экв., в субстрате из свиного навоза — 0,12+0,01 мг/экв., в субстрате из навоза крупного рогатого скота — 0,11+0,01 мг/экв.

В исходных субстратах были обнаружены также тяжелые металлы: свинец и кадмий. Наибольшее содержание валового свинца было выявлено в субстратах из овечьего и кроличьего навоза -15,9+0,3 мг/кг и 15,7+0,3 мг/кг соответственно, из свиного — 14,4±0,3 мг/кг, навозе крупного рогатого скота — 7,33+0,08 мг/кг (рис. 1).

Содержание валового кадмия в субстрате из овечьего навоза было 1,53+0,1 мг/кг, из свиного — 1,37+0,1 мг/кг, из кроличьего — 1,2+0,1 мг/кг, крупного рогатого скота — 0,68+0,02 мг/кг (рис. 2).

Анализ четырех исходных субстратов показал, что по своему химическому составу наиболее ценным является субстрат из навоза крупного рогатого скота, далее в порядке убывания следуют: субстраты из свиного, овечьего и кроличьего навоза.

На втором этапе исследований каждый из 4 субстратов заселяли червями вида Е. ґ. апйгеі. После завершения вермикомпосгирования исследовался химический состав конечного продукта

— вермикомпостов, результаты представлены в таблице.

Увеличение содержания общего гумуса под влиянием Е. ґ. апйгеі произошло во всех четырех видах вермикомпостов (по сравнению с исходным субстратом) в среднем в 2 раза (р<0,001). Немногим меньше был прирост общего гумуса в вер-микомпосте из навоза крупного рогатого скота, отмечено увеличение содержания общего гумуса в 1,6 раза по сравнению с исходным субстратом (р<0,001). В процессе вермикомпосгирования наибольшее увеличение содержания общего азота — в 2 раза (р<0,001) — отмечено в вермиком-посте из овечьего навоза. В вермикомпосте из свиного навоза содержания общего азота возросло в 1,3 раза (р<0,001). В вермикомпостах из навоза крупного рогатого скота и из кроличьего навоза содержание общего азота возросло незначительно. Наибольшее увеличение содержания азота нитратного после вермикомпосгирования (в 8 раз) отмечено в биогумусе из кроличьего навоза. В вермикомпосте из свиного и из овечьего навоза по сравнению с исходным субстратом содержание азота нитратного возросло в 6 раз (р<0,01). В вермикомпосте из навоза крупного рогатого скота содержание азота нитратного изменилось незначительно. В вермикомпосте из кроличьего навоза содержание азота аммиачного возросло в 10 раз, из овечьего — в 8 раз, из свиного — в 6 раз, из навоза крупного рогатого скота — в 2 раза (р<0,001).

Содержание валового фосфора в вермикомпосте из овечьего навоза возросло в 4,5 раза (р<0,001), в вермикомпостах из свиного и кроличьего навоза — в 3 раза, из навоза крупного рогатого скота — в 2 раза (р<0,001), содержание подвижного фосфора в вермикомпосте из овечьего навоза увеличилось в 6,5 раза, из кроличьего

— в 5, из свиного — в 4, из навоза крупного рогатого скота — в 2 раза (р<0,001).

Содержание общего калия в вермикомпосте из свиного навоза возросло в 4 раза, из овечьего и кроличьего — в 3, из навоза крупного рогатого скота — в 1,3 раза (р<0,001).

Наибольшее увеличение содержания обменного кальция после вермикомпостирования отмечено в биогумусе из свиного навоза — в 6 раз (р<0,001). В вермикомпосте из навоза крупного рогатого скота и из кроличьего навоза содержание кальция возросло в 2 раза (р<0,001), из овечьего — в 1,5 раза (р<0,001).

Содержание магния во всех исследуемых вер-микомпостах возросло по сравнению с исходным субстратом в 3 раза (р<0,001).

В литературе мнение о влиянии дождевых червей на содержание тяжелых металлов в полученном биогумусе неоднозначно. Существует два мнения. Одно из них — черви не уменьшают содержание металлов в массе отходов. Согласно второму — при внесении вермикомпоста происходит включение тяжелых металлов в каркас почвенных педов, и они становятся недоступными для растений или же сами черви аккумулируют тяжелые металлы [3].

Изменение химического состава субстрата в ходе вермикомпостирования E. £ andrei

Показатели Г у рн сол. рн водн. Азот Фосфор Калий общ., % Каль- ций, мг/экв. Маг- ний, мг/экв.

общ. % нитр. мг/кг амм. мг/кг общ. % подв. мг/100 г

Навоз крупного рогатого скота 16,8± 0,2 4,98± 0,06 5,89± 0,01 1,47± 0,03 0,32± 0,02 0,24± 0,02 0,54± 0,18 0,35± 0,11 0,70± 0,09 0,30± 0,02 0,11± 0,01

Вермикомпост 27,1± 0,35 6,66± 0,02 6,85± 0,01 1,86± 0,02 0,32± 0,01 0,57± 0,01 1,21± 0,02 0,73± 0,01 0,93± 0,02 0,56± 0,01 0,30± 0,01

Овечий навоз 12,93± 0,15 7,94± 0,01 8,21± 0,06 0,87± 0,01 0,29± 0,01 0,19± 0,01 0,53± 0,01 0,28± 0,01 0,83± 0,01 0,44± 0,01 0,13± 0,01

Вермикомпост 27,63± 0,43 7,47± 0,11 7,80± 0,07 1,60± 0,06 1,75± 0,6 1,53± 1,08 2,37± 0,06 1,81± 0,04 2,81± 0,06 0,7± 0,02 0,34± 0,01

Кроличий навоз 13,23± 0,04 7,84± 0,001 8,10± 0,07 0,83± 0,02 0,26± 0,01 0,21± 0,001 0,49± 0,01 0,24± 0,01 0,70± 0,01 0,36± 0,01 0,13± 0,01

Вермикомпост 24,0± 0,28 7,7± 0,001 8,00± 0,02 1,3± 0,21 1,98± 0,15 2,15± 0,30 1,6± 0,05 1,2± 0,05 1,9± 0,07 0,6± 0,01 0,3± 0,01

Свиной навоз 12,4± 0,36 7,8± 0,1 8,2± 0,1 1,1± 0,03 0,2± 0,02 0,2± 0,01 0,7± 0,01 0,4± 0,03 0,6± 0,01 0,1± 0,001 0,1± 0,01

Вермикомпост 26,03± 0,5 7,1± 0,04 7,43± 0,04 1,5± 0,03 1,5± 0,21 1,3± 0,21 2,0± 0,1 1,5± 0,04 2,4± 0,1 0,7± 0,02 0,3± 0,01

Рис. 1 - Содержание свинца в исходном субстрате и вермикомпосте

ї Ї

I

ї і

од Ї *

'ПІННІ ним

Рис. 2 - Содержание кадмия в исходном субстрате и вермикомпосте

В нашем эксперименте во всех субстратах после вермикомпостирования наблюдалось снижение содержания тяжелых металлов, в частности — свинца: в вермикомпосте из свиного навоза — в 5 раз (р<0,001), из кроличьего — в 4 (р<0,001), из овечьего — в 3 раза (р<0,001). В вермикомпосте из навоза крупного рогатого скота содержание свинца снизилось в меньшей мере — на 1,4 мг/кг (р<0,001). Следует отметить, что содержание свинца в исходном субстрате было самым низким (рис. 1).

Содержание кадмия в вермикомпостах из навоза крупного рогатого скота и из свиного навоза снизилось в 4 раза (р<0,001), в вермикомпостах из овечьего и кроличьего навоза — в 2 раза (р<0,001) (рис. 2).

Заключение. Вермикомпосты, полученные с использованием Е. ґ. апсігеі, по сравнению с исходными субстратами содержат многократно больше основных питательных веществ и значительно меньше тяжелых металлов. Во всех субстратах после вермикомпостирования существенно увеличилось содержание общего гумуса. В наименьшей мере деятельность червей Е. £ апсігеі изменила химический состав субстрата из наво-

за крупного рогатого скота. Уровень загрязнения отмеченными тяжелыми металлами наиболее существенно снизился в вермикомпосте из свиного субстрата, немногим меньше — в вермикомпостах из овечьего и кроличьего навоза. Таким образом, с помощью вермикультивирования удается практически полностью утилизировать отходы животноводства, превращая их в плодородную и экологически чистую продукцию.

Литература

1. Косолапов, И. Эффективность переработки органических отходов с помощью червей / И. Косолапов // Экономика сельского хозяйства России. 1994. № 2. С. 22.

2. Попов, JI.A. Компостирование навоза и помета посредством дождевых червей — эффективный метод получения экологически чистого удобрения / JI.A. Попов // Главный агроном. 2006. № 1. С. 15—17.

3. Покровская, С.Ф. Использование дождевых червей для переработки органических отходов и повышения плодородия почв (вермикультура) / С.Ф. Покровская // Обзорная информ. ВНИИТЭИ агропром. М., 1991. 32 с.

4. Черников, В.А. Агроэкология / В.А Черников, P.M. Але-сахин, АВ. Голубев. М.: Колос, 2004. 536 с.

5. Саматов, Б.К. Содержание гумуса в почвах Ульяновской области / Б.К. Саматов, В.М. Жарков // Проблемы экологии и охрана природы. Пути их решения: мат. III Всеросс. науч.-практ. конф. Ульяновск, 2006. С. 144.

6. Albanell, Е., Plaixats, J., Cabrero, Т. Chemical changes during vermicomposting of sheep manure mixed with cotton indastrial wastes // Biology and Fertility of Soils. 1988. V. 6. № 3. P. 266—269.

Принципы сохранения генофонда растений и их зависимость от биоэкологических свойств видов

Э.Р.Муллагулова, с.н.с., Сибайский филиал Академии наук Республики Башкортостан; З.Х. Байрамгулова, ассистент, Зауральский филиал Башкирского ГАУ; AM. Музафаров, ассистент, Н.Н. Редькина, к.фарм.н., доцент, Р.Ю.Муллагулов, к.б.н., профессор, Сибайский институт Башкирского ГУ

Одну из целей охраны природы составляет сохранение популяционной структуры растений [ 1 ], являющейся важным компонентом устойчивости и продуктивности природных экосистем, основой для рационального использования генетических ресурсов в народном хозяйстве. Выделяются два основных подхода к решению этой проблемы — охрана самих видов (методы ex situ: включение в Красную книгу, запрет эксплуатации, интродукция и реинтродукция в естественные сообщества) и их сообществ (in situ: организация охраняемых природных территорий с ведением мониторинга флоры в природных условиях) [2]. Принято считать, что генетическое разнообразие обеспечивает на популяционном уровне потенциал организмов для адаптации к меняющимся условиям среды, а популяционная структура видов складывалась в течение многих поколений

под влиянием естественного отбора и других микроэволюционных факторов. Следовательно, полноценная охрана генофонда популяций и рациональное использование генетических ресурсов растений должны базироваться на этих концептуальных положениях.

В данной работе доказывается необходимость генетического изучения популяций для выбора способов сохранения их генофонда и рационального использования генетических ресурсов на примере видов с разными биоэкологическими свойствами. Для ее выполнения выбраны объекты исследований, представляющие виды с разными биоэкологическими свойствами. Они имеют относительно большие непрерывные (васили-стник простой ТЪаМсШш ятр/ехЪ.) или фрагментированные популяции с относительно небольшой численностью (василистник малый ТЬаІісІпіт тіпш Ь.), обладают смешанным семенным и вегетативным способами размножения (можжевельник казацкий Іипірепш заЬіпа Ь. и солодка Кор-жинского ЄІусугтМга коїьШткуі Grig.).

Для характеристики генетического разнообразия исследуемых видов в качестве генетических маркеров использованы изоферменты, разделен-