Зоокомпост личинок мухи черная львинка как биостимулятор роста растений

Введение. В современной науке существует широкий спектр биостимуляторов различного происхождения. Многие из них основаны на химических соединениях и гормонах, которые могут оказывать негативное воздействие на окружающую среду [1]. Вследствие этого поиск инновационных экологически безопасных стимуляторов роста весьма актуален.

Стимулирующее влияние гумусовых соединении на рост и развитие растений известно давно. В литературе [2, 3] отмечается положительное влияние гумусовых соединений на развитие семян и растений, увеличение роста, формирование корней, более быстрое укоренение черенков и повышение качества получаемой продукции в целом. Доказано [4, 5], что во многих случаях применение гумусовых соединений снижает отрицательное воздействие неблагоприятных факторов окружающей среды.

Гумусовые соединения играют ключевую роль в поддержании плодородия почвы и аккумуляции питательных веществ для растений [6]. Они выполняют несколько важных функций:

• 1)    стабильность: гумусовые вещества являются наиболее стабильным продуктом трансформации органического вещества, что позволяет им сохранять питательные элементы;

• 2)    биохимическая активность: они аккумулируют углеводы и аминокислоты, регулируют буферные свойства почвы и окислительновосстановительные реакции;

• 3)    доступность микроэлементов: гумусовые соединения формируют органоминеральные комплексы с металлами, что делает их доступными для усвоения растениями;

• 4)    нейтрализация токсинов: благодаря сорбции, гумусовые вещества способны нейтрализовать токсичные вещества.

Кроме того, гуминовые вещества модифицируют проницаемость клеточных мембран, усиливают ферментативную активность и активизируют фотосинтез, что важно для экологичности сельхозпродукции. В условиях экстремальных факторов, таких как засуха и загрязнение, их роль становится еще более значимой.

Современное земледелие требует сочетания различных факторов, включая высокопродуктивные сорта и биостимуляцию, для достижения стабильной урожайности [7]. Это создает спрос на концентрированные гуминовые препараты, которые становятся важным товаром на рынке.

Гуминовые и фульвокислоты выступают в роли внутрикомплексных или циклически комплексных соединений для сельскохозяйственных культур. Они связывают минералы, превращая их в органические соединения, которые растения легче усваивают. Эти кислоты также способствуют удержанию большего объема воды в почве и улучшают ее проницаемость. Более того, гуминовые и фульвокислоты снижают уровень токсинов в почве, что уменьшает количество вредных веществ, достигающих корней растений [8].

Основным сырьем для производства гуминовых препаратов являются торф и некоторые сорта бурых углей, сапропель, вермикомпост, органические отходы [9, 10]. Преимуществом этого сырья является его доступность в различных регионах мира .

Зоокомпост является удобрением, полученным в результате разложения различных органических веществ под действием микроорганизмов. Он бывает в жидком и сухом виде. В состав данного вида удобрения могут входить такие полезные для растений вещества, как: фосфор, азот, калий, кальций, аминокислоты, природные антибиотики, витамины, фитогормоны и др. Благодаря такому богатому составу зоокомпост значительно ускоряет рост растений, повышает их плодородность и устойчивость к различным видам внешних воздействий. Он структурирует почву, повышает ее плодородие, насыщает растения полезными элементами в доступной им форме, стимулирует развитие почвенной микрофлоры. Сфера его применения очень широка – выращивание рассады, посадка и пересадка саженцев, подкормка всех культур, выращиваемых на открытом и защищенном грунтах [11, 12].

Использование органических отходов в сельскохозяйственном производстве позволяет не только снизить антропогенную нагрузку на окружающую среду, но и извлекать из них необходимые для растений питательные вещества. На сегодняшний день утилизация продуктов питания, имеющих ограниченный срок годности, является острой проблемой городов с большой плотностью населения. Личинки мухи Черная львинка (Hermetia illucens) способны трансформировать просроченные продукты. После трансформации личинками мухи Черная львинка (Hermetia illucens) переработанная субстанция отходом уже не является, так как представляет собой высокоценное и экологически чистое органическое удобрение для растений – зоокомпост [13] . Следует отметить, что одна особь в сутки утилизирует 25 мг органических отходов.

Проведя оценку литературных источников [14, 15, 16], можно сделать вывод, что поиск экологически чистых приемов ведения органического земледелия рекомендует применение всевозможных гумусовых биостимуляторов для растений. Использование гумусовых биостимуляторов будет способствовать увеличению производства продукции и экономии ресурсов благодаря более полному их использованию. Для переработки органических отходов можно применять личинки мухи Черная львинка (Hermetia illucens) , которая способна использовать в качестве питания практически все субстраты органического происхождения, превращая их в зоокомопост.

Цель исследования – изучить зоокомпост личинок мухи Черная львинка ( Hermetia illucens ) как биостимулятор роста растений.

Научная новизна представленной работы состоит в оценке биостимульрующих свойств начальных характеристик прорастания семян, жидкого экологически безопасного для окружающей среды и человека биостимулирующего препарат из зоокомпоста личинок мухи Черная львинка ( Hermetia illucens ). Полученные результаты позволят оценить перспективность его использования в сельскохозяйственной практике.

Условия, материалы и методы. В качестве объекта исследования использовался жидкий биостимулирующий препарат из зоокомпоста личинок мухи Черная львинка ( Hermetia illucens ) фирмы ООО «Зероникс» (биостимулирующий препарат), которые подвергали щелочной экстракции при температуре 30-50 °C с последующим отделением жидкого экстракта.

Элементный состав зоокомпоста личинки мухи Черная львинка ( Hermetia illucens ) получен с помощью прибора ARL 9900 IntelliPower Workstation методом рентгенофлуоресцентной спектрометрии. Основные характеристики образца зоокомпоста определялись: воздушно-тепловыми, титриметрическими, спектрофотометрическими, потенциометрическими и кондуктометрическими методами.

Биостимулирующий препарат изготавливали путем смешивания 100 г зоокомпоста с 1 дм3 1% раствора гидроксида калия с последующим нагреванием до 30-50 °C в течение 3-4 часов при постоянном перемешивании смеси. Далее отделяли раствор от зоокомпоста путем фильтрования. Полученную вытяжку разбавляли водой до разных разбавлений.

Оценку биостимулирующего действия проводили методом разведения щелочной экстракции зоокомопоста личинок мухи Черная львинка водой с последующим исследованием на семенах водных вытяжек материала.

В рамках эксперимента проводилось исследование влияния биостимулирующего препарата на семена трех культур: овса посевного сорт Скакун, пшеницы озимой сорт Корочанская и салата листового, сорт Московский парниковый. В каждую из чашек Петри было помещено по 50 семян каждой культуры, после чего вносились пробы препарата в различных концентрациях, с соблюдением трехкратной повторности.

Обработанные растворами семена выдерживались в термостате-инкубаторе BINDER в течении 5 суток при постоянной температуре 25 ^°C. Затем определяли энергию прорастания фитотоксичность, длину корней и зеленой части растений. Обработку полученных данных выполняли с помощью программы NIRSMAIN. Excel .

Результаты исследования и их обсуждения. Известно, что в промышленности гуминовые вещества получают преимущественно из торфа или угля. При обработке этих материалов одновалентными катионами натрия, калия или аммония образуются разбавленные растворы солей гуминовых кислот. Для получения готового продукта их концентрируют (выпаривают), но такие технологии определяют высокую стоимость полученного препарата. Главное достоинство разработанной технологии – ее экологическая безопасность для окружающей среды и человека, повышенное качество и увеличение выхода целевого продукта, снижение материальных затрат и энергоресурсов на его получение.

По данным ООО «Зероникс» личинок мухи Черная львинка кормят продуктами с истекшим сроком годности, хлебом и отрубями. Химический состав зоокомпоста личинок мухи Черная львинка (Hermetia illucens) представлен в таблице 1.

Таблица 1 – Химический состав зоокомпоста

Содержание компонентов, %

общий

P 2 O 5

K 2 O

Н 2 О

Органический углерод

Зола

CaO

MgO

Fe 2 O 3

Микроэлементы

3-6 ±0,05

1-3 ±0,05

1-3 ±0,05

20-50 ±0,05

15-45 ±0,05

5-6 ±0,05

0,7-2 ±0,05

0,3-0,5 ±0,05

0,6-1 ±0,05

1-5 ±0,05

Химический состав экст

рагированного зоокомпоста

Азот

P 2 O 5

K 2 O

гумусо вые вещес тва

CaO

магний

нат рий

цинк

марганец

желе зо

медь

сера

3-4

1-3

1-3

2,5-4,5

0,7-2

0,30,5

0,40,8

0,120,15

0,12-0,20

0,6-1

0,150,20

0,5-3

Согласно данным таблицы 1 зоокомпост личинок мухи Черная львинка ( Hermetia illucens ) приравнивается к органическим удобрениям ГОСТ Р 530422008.

Биостимулирующую вытяжку получали путем экстрагирования зоокомпоста (рис.1). Полученными растворами производили, полив исследуемых растительных образцов с целью выяснения диапазона оптимального разбавления биостимулирующего препарата.

Рисунок 1 – Биостимулирующий препарат после щелочной экстракции

Биостимулирующее действия препарата изучали в диапазоне разбавлений 1:10-1:100. Для этого в чашки Петри помещали семена овса посевного ( Avéna satíva), пшеницы озимой ( Triticum aestivum ) и салата листового, сорт Московский парниковый ( Lactúca satíva). В качестве контроля использовали дистиллированную воду. Обработанные растворами семена выдерживались в термостате-инкубаторе.

Известно, что важным показателем для растений является энергия прорастания, т.е. способность семян быстро и одновременно прорастать. Результаты по данному показателю представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Среднее значение энергии прорастания семян, %

Разбавление	Овес посевной ( Avéna satíva)	Отклонение от контроля	Пшеница озимая ( Triticum aestivum )	Отклонение от контроля	Салат листовой, сорт Московский парниковый ( Lactúca satíva)	Отклонение от контроля
1:10	90	+10	93	+11	35	-46
1:20	90	+10	87	+5	35	-46
1:30	93	+13	90	+8	83	+2
1:40	100	+20	89	+7	90	+9
1:50	97	+17	91	+9	90	+9
1:60	95	+15	75	-7	88	+7
1:70	93	+13	80	-2	90	+9
1:80	90	+10	72	-10	95	+14
1:90	85	+5	75	-7	95	+14
1: 100	86	+6	83	+1	86	+5
Контроль	80		82		81
	НСР 95 9		НСР 95 8		НСР 95 7

Как видно из таблицы 2, малые разбавления биостимулирующего препарата (1:10-1:50) влияют на энергию прорастания озимой пшеницы, с увеличением разбавления энергия прорастания падает. Для овса посевного стимулирующее действие было обнаружено на всех разбавлениях, но наибольшее значение было при разбавлении 1:40 (+20 % от контроля) и 1:50 (+17 % от контроля), чего не скажешь о салате листовом, сорт Московский парниковый. Для салата листового, сорт Московский парниковый высокие дозы 1:10 и 1:20 были токсичны, а оптимальными можно считать разбавление 1:801:90 (+14 % от контроля).

С целью оценки стимуляции процесса роста и развития корневой системы, улучшение ее усвояющей способности нами были проведены исследования по влиянию различных разбавлений биостимулирующего препарата на длину корней исследуемых культур (таблица 3).

Таблица 3 - Среднее значение длины корневой системы растений, см

Разбавление	Овес посевной ( Avena sativa)	Отклонение от контроля	Пшеница озимая ( Triticum aestivum )	Отклонение от контроля	Салат листовой, сорт Московский парниковый ( Lactuca sat^va)	Отклонение от контроля
1:10	5,6	+0,8	6,0	+2,6	0,4	-0,7
1:20	7,0	+2,2	4,5	+1,1	0,5	-0,6
1:30	7,2	+2,4	4,7	+1,3	0,8	-0,3
1:40	7,9	+3,1	5,1	+1,7	1,0	-0,1
1:50	8,4	+3,6	6,8	+3,4	0,9	-0,2
1:60	6,9	+2,1	3,8	+0,4	1,1	0
1:70	5,8	+ 1,0	4,1	+0,7	1,5	+0,4
1:80	6,1	+ 1,3	4,2	+0,8	1,7	+0,6
1:90	5,9	+ 1,1	3,8	+0,4	1,4	+0,3
1: 100	5,0	+0,2	4,0	+0,6	1,2	+0,1
Контроль	4,8		3,4		1,1
	НСР 95 0,8		НСР 95 1,1		НСР 95 0,3

Как видно из таблицы 3, биостимулирующий препарат увеличивает рост и развития корней озимой пшеницы и овса посевного. Стимулирующее действие было обнаружено на всех разбавлениях, но наибольшее значение было при разбавлении 1:50: +3,4 см и +3,6 см соответственно по сравнению с контролем. У салата листового, сорта Московский парниковый высокие дозы ингибировали рост корней и достоверно доказанное считается разбавление с 1:70 и выше.

С целью оценки влияния биостимулирующего препарата на рост зеленой массы была проведена оценка их длины по отношению к контролю (табл. 4).

Таблица 4 - Среднее значение длины зеленой части растений, см

Разбавление	Овес посевной ( Avena sat^va)	Отклонение от контроля	Пшеница озимая ( Triticum aestivum )	Отклонение от контроля	Салат листовой, сорт Московский парниковый	Отклонение от контроля
1:10	4,2	+0,6	3,6	+2,8	1,2	-0,9
1:20	4,6	+ 1,0	3,2	+0,7	1,3	-0,8
1:30	5,2	+ 1,6	3,0	+0,5	2,2	+0,1
1:40	6,9	+3,3	3,3	+0,8	2,5	+0,4
1:50	7,4	+3,8	4,4	+1,9	2,9	+0,8
1:60	5,8	+2,2	3,7	+1,2	2,4	+0,3
1:70	5,0	+ 1,4	3,1	+0,6	2,6	+0,5
1:80	4,2	+0,6	2,9	+0,4	2,9	+0,8
1:90	4,0	+0,4	3,2	+0,7	3,0	+0,9
1: 100	3,9	+0,3	3,0	+0,5	2,2	+0,1
Контроль	3,6		2,5		2,1
	НСР 95 0,6		НСР 95 0,7		НСР 95 0,2

Как видно из таблицы 4 биостимулирующий препарат увеличивает рост и развития зеленой части озимой пшеницы и овса посевного. Стимулирующее действие было обнаружено при всех разбавлениях, но наибольшее значение было при разбавлении 1:50 (+1,9 см от контроля) и 1:60 (+1,2 см от контроля) для озимой пшеницы и 1:40 (+3,3 см от контроля) и 1:50 (+3,8 см от контроля) для овса посевного. По сравнению с контролем у салата листового, сорт Московский парниковый высокие дозы ингибировали рост зеленой части растений, а разбавление 1:80 и 1:90 увеличило длину зеленой части на 0,8 и 0,9 см соответственно.

Известно [17], что фитотоксичность проявляется как неблагоприятное воздействие на рост и развитие растений. Полученные результаты при прямом контакте биостимулирующего препарата с семенами озимой пшеницы и овса посевного показали отсутствие фитотоксичности. Для салата листового, сорт Московский парниковый разбавление 1:10 оказало сильное токсикологическое действие, 1:20 – среднюю фитотоксичность, 1:30 – слабую фитотоксичность. Последующее разбавление 1:40 и выше токсикологического эффекта не показало. Фитотоксичность гумусовых соединений может быть обоснована следующим фактором: для роста семян салата, оптимален нейтральный или слабощелочной уровень pH от 6 до 7,2, а предложенный биостимулятор имел pH 7,8–8,3.

Заключение. Биостимулирующий препарат, который подвергли щелочной экстракции стимулирует процесс роста и развития корневой системы и зеленой части растений, влияет на энергию прорастания семян, достоверно повышает длину проростков и стимулирует рост корней. Доказано, что биостимулирующий препарат не фитотоксичен по отношению к овсу посевному и пшеницы озимой. При этом было отмечено токсикологическое действие на салате листовом, сорт Московский парниковый при разбавлении до 1:40. Из полученных данных рекомендованный оптимальный диапазон разбавления биостимулирующего препарата для овса посевного (Avеna satíva) и пшеницы озимой (Triticum aestivum) –1:40–1:50, для салата листового, сорт Московский парниковый   (Lactиca   satíva)  –   1:70–1:80.   Полученные результаты экспериментальных данных свидетельствуют о перспективности использования данного биостимулирующего препарата.

Работа выполнена в рамках реализации Программы развития опорного университета на базе БГТУ им. В.Г. Шухова с использованием оборудования Центра Высоких Технологий БГТУ им. В.Г. Шухова.