Leaf litter-based vermicompost as promising calcium fertilizer.pdf Введение Вермикультивирование - выращивание дождевых червей на органических субстратах - широко распространено в различных странах как прогрессивная технология переработки органических остатков, получения высокоэффективного удобрения и кормового белка животного происхождения [1, 2]. Вермикомпост, полученный из различных бытовых и сельскохозяйственных отходов, служит хорошим удобрением и стимулятором роста www.journal.tsu/biology различных культур [3, 4]. В ряде случаев из копролитов дождевых червей выделяют специфические штаммы микроорганизмов, которые используют для высокоэффективной защитной бактеризации зерновых культур [5]. В настоящее время в России и за рубежом в качестве основного субстрата для вермикультуры чаще всего используется навоз разных видов сельскохозяйственных животных и птицы [6-8]. Компост на основе навоза, как правило, содержит достаточно большие количества неорганического азота и калия [9]. Использование вермикомпоста с высоким содержанием ионов NO3- и K+ в качестве удобрения способствует усиленному вегетативному росту растений и повышению урожайности. Однако в практическом земледелии повышенный азотный фон пролонгирует фазу вегетативного роста и препятствует формированию и созреванию плодов, клубней, корнеплодов [10], что в условиях короткого вегетационного периода может привести к существенному снижению урожая. Переизбыток калия, увеличивая обводненность тканей [11], способствует более быстрому распространению возбудителей различных болезней. С другой стороны, хорошо известна важная роль кальция как элемента минерального питания, повышающего устойчивость растений к стрессам и болезням [12, 13]. В вермикомпостах, полученных на основе богатых азотсодержащей органикой субстратов, соотношение ионов кальция и калия, как правило, характеризуется преобладанием последнего [9], в то время как в большинстве естественных пищевых субстратов дождевых червей, в том числе в листовом опаде, наблюдается обратная картина [14-18]. В последние годы все большее внимание уделяется изучению процессов разложения листового опада как одного из важнейших звеньев биогеохимических циклов [19, 20]. Но эти же процессы можно реализовать и в искусственных условиях как одну из технологических задач вермикомпостирования, которая имеет, как минимум, два важных аспекта. Во-первых, часто практикующееся в настоящее время сжигание опавших листьев является нерациональным, вредным для окружающей среды мероприятием. В то же время листовой опад представляет собой почти бесплатный, легкодоступный субстрат для переработки. Во-вторых, вермикомпостирование листового опада позволяет получить образцы вермикомпоста, обогащенного кальциевыми соединениями. По нашему мнению, использование данного биотехнологического продукта в качестве органоминерального удобрения (в определенные периоды онтогенеза) будет оказывать положительное влияние на корнеобразование и формирование неспецифической устойчивости растительного организма. Цель работы - исследование некоторых агрохимических свойств верми-компоста, при производстве которого в качестве основного пищевого субстрата использовался листовой опад определенных видов древесных растений. Материалы и методики исследования В экспериментах использовался компостный червь Eisenia fetida Savigny (Lumbricidae), наиболее технологичный и приспособленный для вермиком-постирования вид. Вермикультура Eisenia fetida поддерживается на кафедре защиты растений профессором А.С. Бабенко. Исходная популяция червей получена от Ю.Б. Морева (Институт биологии АН Киргизской ССР) в 1991 г. Для вермикультивирования использовали пластиковые контейнеры объемом 250 мл, которые наполняли субстратом. Кроме субстрата, в каждый контейнер помещали по несколько неполовозрелых особей дождевых червей общим весом 1,5±0,1 г. В качестве субстрата вермикультивирования использовали смесь верхового торфа как поглотительного материала, конского навоза или одного из трех видов высушенного листового опада: березового (Betula pendula L.), тополиного (Populus nigra L.) и ивового (Salix alba L.). Выбор данных видов древесных растений обусловлен их массовым совместным произрастанием на открытой территории Сибирского Ботанического сада и на ООПТ «Университетская роща» (г. Томск). Все вышеуказанные виды произрастают в одинаковых почвенно-климатических условиях. Следовательно, все возможные различия в физико-химических свойствах листового опада для этих трёх видов можно рассматривать как генетически детерминированные [21]. Исходные субстраты взяты в соотношении 1:8 по воздушно-сухому весу: 4 г сухого пищевого компонента (навоз или один из трех видов опада) и 32 г торфа. Дистиллированная вода добавлялась в сухую смесь в количестве 120 мл. Таким образом, начальная рабочая влажность субстратов вермиком-постирования составила 77%. В дальнейшем влажность субстратов поддерживалась на уровне 70±10% путем регулярного добавления дистиллированной воды. Закрытые перфорированными крышками контейнеры находились в темной комнате при температуре +21±3°C. Вермикомпостирование проводилось до завершения фазы прироста биомассы червей и проявления выраженной тенденции к снижению данного параметра. В наших экспериментах (с ограниченным объемом контейнеров и пищевых ресурсов) это происходило в среднем к 21-м суткам культивирования червей. По завершении экспериментов отсеянный от червей вермикомпост высушивался в сушильном шкафу при температуре 105°C . Все эксперименты по культивированию червей Eisenia fetida на навозе и листовом опаде от разных видов древесных растений проводили в 5 повторностях. Для приготовления экстрактов из полученных вермикомпостов брали пробы с воздушно-сухим весом 5 г и заливали 95 мл дистиллированной воды (разведение 1:20). Пробы с водой количественно переносили в сосуды из темного стекла объемом 100 мл, закрывали крышкой, перемешивали в течение 3 мин на магнитной мешалке и оставляли на сутки в помещении при комнатной температуре для окончательной экстракции. Экстракт фильтровали и производили измерения требуемых физико-химических параметров. Концентрацию ионов калия и нитрат-ионов в экстрактах из верми-компостов определяли посредством ионометрии. Измерения проводили на иономере ИПЛ-103 серии «Мультитест» (Россия). Электродная ячейка включала в себя ионоселективный электрод «ЭЛИС»-121К или «ЭЛИС»-121NO3 и электрод сравнения ЭВЛ-1 М3.1. Содержание ионов Ca2+ в исследуемых экстрактах определяли комплексонометрическим методом. Физиологическое воздействие полученных образцов вермикомпоста изучалось на изолированных ростках картофеля (Solanum tuberozum L.) распространенного в России сорта Невский (Всеволожская селекционная станция). В чашки Петри на дно укладывали фильтровальную бумагу. В каждую чашку помещали по 3 ростка весом 0,5-1 г. Фильтровальная бумага на дне чашек смачивалась питательными растворами, в качестве которых служили водные вытяжки (1:20) из высушенных образцов вермикомпоста на основе навоза и тополиного опада. Экстракцию проводили способом, описанным выше. Чашки Петри с культивируемыми ростками картофеля помещались в малогабаритную фитокамеру со светопериодом день / ночь, равным 16:8. Продолжительность культивирования ростков определялась временем формирования развитой корневой системы и в среднем составляла 3-5 сут. Всего проведено 5 повторностей данного эксперимента. Отношение сырого веса образовавшихся за фиксированное время корней к общему сырому весу ростка, выраженное в процентах, служило главным исследуемым показателем воздействия питательных сред на изолированные ростки. В дальнейшем этот показатель мы называем «относительный вес корней». Методы статистической обработки результатов выбирали исходя из малого объема выборок и невозможности, в силу данного обстоятельства, надежной оценки распределений. В качестве средних показателей использовали медианы, для оценки вариации вычисляли 25-75%-ные перцентили (1-й и 3-й квартили). Статистическую значимость отличий медиан исследуемых совокупностей рассчитывали, используя непараметрический критерий Вилкокcона-Манна-Уитни [22]. Вычисления производили в свободно распространяемом табличном процессоре Gnumeric, версия 1.10.16. Результаты исследования и обсуждение Процессы онтогенетического изменения статуса минерального питания у высших растений - гликофитов - в настоящее время хорошо изучены [23, 24]. Одна из генеральных тенденций заключается в том, что листья (как древесных, так и травянистых растений) в ходе онтогенеза постепенно теряют калий (в результате оттока к более молодым органам и последующей реутилизации), но все больше и больше накапливают кальций. В стареющих и отмирающих листьях этот макроэлемент фиксируется в виде оксалатов и других слаборастворимых соединений, однако определенное количество кальция в тканях опада также присутствует и в форме иона наряду с ионами калия и нитрат-ионами. На рис. 1 представлены данные о суммарном содержании катионов кальция и калия и содержании нитрат-иона в пробах вермикомпоста, полученного из различных исходных субстратов. 1105,771 *# lliL щщ *# -И- 87,18 22,21 18,02 |13,99 2 3 4 Исходный субстрат для вермикомпостирования Рис. 1. Распределение суммы ионов кальция и калия, а также нитрат-ионов по образцам вермикомпоста, полученного из разных исходных субстратов. Здесь и на рис. 2, 3: 1 - вермикомпост на основе конского навоза; 2, 3, 4 -на основе тополиного, березового и ивового опада соответственно; * - статистически значимые отличия от выборки № 1 (p < 0,005); # - статистически значимые отличия от предыдущей (слева направо) выборки (p < 0,005); маркеры средних точек обозначают медиану, планки погрешностей - первый и третий квартили. [Fig. 1. Distribution of the amount of calcium and potassium ions, and nitrate ions according to vermicompost samples obtained from different initial substrates. Note: 1 - horse manure-based vermicompost, 2-4 - poplar, birch or willow litter-based, respectively; * - statistically significant differences from sample 1 (p

Скачать электронную версию публикации