Вермикультура

[Введите текст]

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «КГТУ»)

 

 

Кафедра ихтиологии и экологии

 

Курсовая работа

« Вермикультура»

По экологии организмов

 

 

 

 

 

 

Выполнила: Суслова В.В.

Учебной группы: 12-ЭП

 

Работу проверил: к.б.н., доцент

Уманский С.А.

 

 

 

Калининград

2014

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Более 150 лет назад в Лондонском геологическом обществе великий естествоиспытатель Ч. Дарвин выступил с докладом "Об образовании почвенного слоя деятельностью дождевых червей", в котором утверждалось, что дождевые черви - это искусные земледельцы и в естественных условиях играют роль "архитектора" плодородного слоя почвы. Это было одно из первых научных положений о почве как природном теле, в котором живые и неживые компоненты связаны в единое целое.

В течение нескольких десятилетий считалось, что основным средством повышения эффективности сельскохозяйственного производства является химизация. При этом мало учитывались закономерности развития биологических процессов в почвах. Действительно, на определенном этапе удалось значительно повысить урожайность сельскохозяйственных культур, однако массированное применение минеральных удобрений и средств химической защиты растений привело наряду с положительным эффектом к негативным явлениям в почвах агроценозов.

В последние двадцать лет во всем мире резко возрос интерес к экологическим проблемам земледелия. Возникло альтернативное земледелие. Основная его задача - создание благоприятных условий для разведения и размножения в почве микроорганизмов и дождевых червей, содействующих естественному восстановлению плодородия почв. При этом обеспечивается получение экологически чистой сельскохозяйственной продукции и исключается загрязнение окружающей среды вредными веществами.

Особое внимание привлекает вермикультивирование, суть которого состоит в использовании компостных красных дождевых червей для получения из различных органических веществ экологически чистого удобрения - биогумуса, содержащего полный набор макро- и микроэлементов для сельскохозяйственных растений.

Выращивание дождевых червей осуществляется с двумя целями - для максимального преобразования органических отходов в органическое удобрение (вермикомпост, биогумус) и наращивания биомассы самих дождевых червей как ценнейшего источника белков, пептидов, ферментов и физиологически активных веществ. Дождевые черви, ускоряющие во много раз разложение органического вещества, позволяют в относительно короткие сроки абсолютно экологически чистым способом превратить разного рода органические отходы в ценное гумусированное удобрение.

 

 

 

 

Вермикультура

Вермикультура - это компостные черви в органическом субстрате. Нередко под этим термином подразумевают исключительно червей или, наоборот, только субстрат. Вермикультуру можно представить как сложное биоценотическое сообщество, ограниченное определенным биотопом в составе культурного ландшафта.

Таким образом, вермикультура это современная биотехнология, с помощью которой возможно органические отходы растительного происхождения превращать эффективно в полноценные животные белки. Более того, сама биомасса дождевых червей является уникальным и возобновляемым природным сырьем для получения всевозможных препаратов биологически активных веществ. Время удвоения биомассы дождевых червей составляет от 30 до 60 дней.

В русском языке существовало только два слова вермишель и вермикулит, у которых общий корень от латинского названия черви – vermes. В настоящее время, в связи с развитием в мире технологии разведения дождевых червей из английского языка в русский пришло множество слов: вермикомпост, вермикомпостирование, вермикультивирование, вермикультура, вермитехнология, вермибокс (вермиящик), вермиконтейнер, вермиреактор, вермисубстрат, вермикорм, вермиложе, вермигумус и т.д. Известный индийский ученый профессор С. Исмаил ввел новый термин вермикология, то есть наука о дождевых червях.

Вермикультивирование нельзя считать простым, не требующим особых знаний и опыта методом, а также панацеей от всех экологических бед в земледелии. Во-первых, вермикультивирование - трудоемкий процесс; во-вторых, из-за объемов и стоимости получаемого вермикомпоста ограничивается возможность его внесения на больших территориях. Вермикомпост наиболее эффективен в условиях закрытого грунта и прежде всего его необходимо использовать при выращивании ценных лекарственных и редких растений, при озеленении открытых и закрытых площадей и помещений, а компостных червей - для переработки экологически загрязненных отходов коммунального хозяйства.

 

 

 

 

 

Развитие вермикультуры в разных странах

Вермикультура широко распространена в Западной Европе, некоторых странах Восточной Европы (Венгрия, Польша), США, Япония, странах Юго-Восточной Азии. Там работает довольно много мелких и средних предприятий, производящих дождевых червей для любительского рыболовства и на корм домашним животным, садовую землю или органическое удобрение "вермикомпост".

Широкомасштабные опыты по вермикомпостированию - переработке с помощью дождевых червей городских отбросов были заложены в Лафкине (Техас) с жидкими илами из городских сточных вод; в Кейсвилле (Мериленд) с обезвоженными илами; в Огдене (Юта) с твердыми городскими отбросами. Одной из основных проблем, с которой сталкивались эти предприятия, является высокая стоимость ручного труда, поскольку процесс маломеханизирован.

В Канаде (Торонто) работает предприятие, перерабатывающее с помощью вермикультуры сточный ил в смеси с овощными и фруктовыми отходами. Получаемый продукт - "цветочная земля" имеет себестоимость в 10 центов за килограмм, причем более половины составляют затраты на упаковку. Процесс не механизирован, годовой объем производства - 500 т. "цветочной земли".

В Японии для переработки сточных вод используется метод, известный как процесс Ниимик. Сточные воды фильтруются сквозь слои почвы, заселенные дождевыми червями.

Во Франции на водосточных сооружениях в Тулуз-Жинесто с помощью вермикультуры удалось снизить на одну треть затраты на очистку сточных вод. Имеются сведения об использовании вермикультуры для переработки городских отходов и стоков в Италии, Дании, ФРГ, Венгрии и других европейских странах.

Для умеренного континентального климата нашей страны необходим подбор таких видов червей, которые могут сохранять высокую активность питания и продукции коконов в широком диапазоне температур, принимая во внимание широкие суточные и сезонные колебания температурного режима.

 

 

 

 

 

Виды червей используемые в вермикультуре

Дождевые черви - люмбрикус (лат. Lumbricus Terrestis — земляной червь) принадлежат к классу малощетинкових типа кольчатых червей. Большинство видов являются представителями семьи Люмбрицид, которая включает около 180 видов червей, но наиболее распространены 15-16 видов. Дождевые черви сгруппированы в три категории согласно их поведению в естественной окружающей среде: anecic, endogeic и epigeic.

Anecic разновидности, в общем представлены Lumbricus terrestris, они почти всегда строят вертикальные норы глубиной до 1,5-2 метров. Питаются в известной степени ферментированной органикой на поверхности почвы и преобразуют ее в перегной. Если anecic разновидности лишены своего постоянного места обитания, то они прекращают размножаться и расти.

Endogeic разновидности, типа Aporrectodea calignosa, строят всесторонние, главным образом, горизонтальные норы, где они остаются большинство времени, питаясь минеральными частицами почвы и разлагающейся органикой. Они - единственная разновидность земляных червей, которые фактически питаются большим количеством почвы. Двигаясь сквозь почву, они ее смешивают и проветривают, а также обогащают ее питательными элементами и микрофлорой.

Epigeic разновидности, представленные здесь обычным красным калифорнийским червем (Eisenia fetida), не строят постоянные норы; вместо этого, они обычно обитают в областях, богатых органическим сырьем, типа верхнего слоя почвы, в лесу под грудами листьев или разлагающихся стволов деревьев. Довольно часто их можно обнаружить в навозных кучах. Благодаря тому, что они не делают глубоких нор и предпочитают есть богатый органикой материал их легко приспособить к вермикультивированию. Eisenia fetida и Eisenia andreii составляют приблизительно 80 - 90 процентов дождевых червей, из тех, которые используются в крупномасштабных коммерческих предприятиях.

Известно, что дождевые черви L. rubellus используются для вермикультуры за рубежом для переработки навоза КРС. Предпосылки для использования данного вида в зоокультуре:

1 - высокая плотность природных  популяций (более 1000 экз./ м2);

2 - облигатный партеногенез;

3 - температурный оптимум  от 10 до 20°С;

4 - обитание в переувлажненных  почвах и способность переносить  длительное затопление.

Рис.1. Строение дождевого червя

Условия обитания дождевых червей.

Азот. Очень велика потребность червей в азотсодержащей органике. В богатом азотом субстрате скорость роста и плодовитость червей резко возрастают.

Влажность. Особенно важным условием для жизни червей является достаточная влажность. Влажность ниже 30 - 35% тормозит их развитие, а при влажности 22% они погибают в течение недели. При выращивании дождевых червей оптимальной является влажность 70 - 85%, т. е. близкая к содержанию воды в теле червя.

Кислотность. В среде с кислотностью ниже pH = 5 или выше pH = 9 все черви погибают в течение недели. Оптимальной для червей является нейтральная среда с pH = 7.

Температура. Как правило, при температуре +5°C черви освобождают кишечник и не питаются. Они уходят в более глубокие слои почвы и впадают «в спячку». Весной черви просыпаются за 1,5 - 2 недели до оттаивания почвы (исчезновения мерзлого слоя).

Засоленость. Концентрация солей более 0,5% смертельна для червей. Однако черви переносят повышенные концентрации углекислого кальция, углекислого железа, сернокислого алюминия, хлорного железа.

Плодовитость. Каждая половозрелая особь откладывает за летний период 18—24 коконов, в каждом из которых содержится 1 - 21 яйца. Через 2 - 3 недели из яиз вылупляются новые особи, а еще через 7 - 12 недель «новорожденные» сами способны приносить потомство. Черви живут 10 - 15 лет, длина достигает десятков сантиметров. Молодые половозрелые особи весят до 1 г.

Эти особенности обусловливают возможность быстрого нарастания обилия червей в культуре, содержания их плотными группами и использовать их для переработки овощных и др. органических материалов, дающих большое количество жидких продуктов разложения.

В Китае, Корее, Вьетнаме и большинстве стран Юго-восточной Азии дождевые черви в свежем или высушенном виде или «Люмбрикус» используются, по крайней мере, 2 300 лет для лечения различных заболеваний человека.

 

 

 

 

 

Использование вермикультуры

Для растворения фибрина

Еще в 1883 году Ч. Дарвин в своей книге, описывая свойства дождевых червей, наблюдал, что жидкость из дождевого червя может растворять фибрин. Спустя ровно 100 лет японские исследователи выделили фермент, растворяющий фибрин, из дождевого червя L. rubellus. Они выявили, что он состоит, по крайней мере, из шести ферментов под общим названием люмброкиназа. Начиная с 1992 года, этот комплекс ферментов стал широко изучаться и использоваться в Китае. Исследованиями было показано, что люмброкиназа поддерживает расщепление и растворение ненормально коагулирующей крови и усиливает фибринолитическую активность, подобно бактериальному ферменту наттокиназе. Люмброкиназа содержит в себе группу протеолитических ферментов, включающих в себя активатор плазминогена и плазмин. Механизм действия люмброкиназы включает участие в активации плазминогена и прямого действия на сам фибрин. Люмброкиназа преимущественно подвергает протеолизу белки фибриногена и фибрина, но с трудом гидролизует другие протеины плазмы крови, включая плазминоген и альбумин. Ферменты люмброкиназы обладают очень сильной фибринолитической активностью, они стабильны в широком диапазоне значений рН среды и обладают очень высокой стабильностью при термоинактивации и деградации.

Для лечения рака и инфекций

Ишии Йечи с сотрудниками в 1993 году запатентовал в США способ терапевтического лечения тромбозов с помощью препаратов, полученных из дождевых червей. Сообщается о преимуществах применения препаратов из дождевых червей. Бельгийский ученый De Baetselier запатентовал способ получения пептидов и нуклеиновых кислот из компостного червя и препараты на их основе для лечения рака, трипаносомных инфекций, микробных инфекций, а также заболеваний иммунной системы и воспалений. Представлена первичная структура полипептида и гена, кодирующего его структуру.

Gerben F. De Boyer и Otto Sova получили из тканей дождевого червя пять ферментов, а также их смеси, которые являются основными ингредиентами для производства препаратов биодеградируемых детергентов. Разработан рентабельный метод очистки ферментов дождевого червя, позволяющий выделить дополнительные высокоценные продукты после процесса вермикомпостирования. Пять новых ферментов: эйзеназа, феллюлаза, фетилаза, фетипаза и вормаза выделяются довольно просто из гомогената тканей дождевых червей.

В сельском хозяйстве

Применение вермикультуры в сельском хозяйстве позволяет использовать землю непрерывно, не снижая плодородие. По некоторым данным применение вермикомпоста (биогумуса) один раз в три года до шести тонн на 1 га – сохраняет плодородие, более шести – до десяти – резко повышает плодородие почв.

Установлено, что черви, измельчая отходы до пастообразного состояния, создают тем самым прекрасные условия для развития различного рода микроорганизмов, подавляющих размножение патогенных бактерий, в частности сальмонеллы. Исследователи обращают внимание на то, что содержащиеся в вермикомпостах микроорганизмы способствуют переводу токсичных форм тяжелых металлов в малоподвижные соединения. Это очень важно, так как внесение вермикомпостов в почвы вокруг крупных городов, промышленных комбинатов, а также там, где применялось много минеральных удобрений и пестицидов, будет способствовать оздоровлению этих почв и в целом окружающей среды.

Биомасса червей используется в животноводстве, питании людей и фармакологии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Красный калифорнийский червь. Биотехнология выращивания калифорнийского червя

Достаточно велико значение червей в облагораживании почв. Осознание этого предопределило большой интерес к искусственному их культивированию. Так, в результате многолетней селекционной работы, проведенной американскими исследователями, в 1959 г. в университете штата Калифорния, в результате гибридизации различных пород дождевого червя была выведена новая разновидность этого вида Eisenia foetida, получившая название «калифорнийский гибрид красного червя» или просто «калифорнийский красный червь». С 1979 г. его стали размножать в Западной Европе, в Японии. По плодовитости и активности гибрид существенно превосходит обычного дождевого червя и в отличие от него хорошо поддается выращиванию в искусственных условиях.