Ставропольский государственный педагогический институт

Эта работа опубликована в сборнике научных трудов «Естествознание и гуманизм» (2005 год, Том 2, выпуск 5), под редакцией проф., д.б.н. Ильинских Н.Н. Посмотреть титульный лист сборника

 
В настоящее время актуальными становятся исследования, посвященные переработке биоорганических видов отходов по безотходной технологии посредством различных синантропных животных. Преимущество получают организмы, которые в процессе коэволюции с человеком приспособились к  существованию в условиях максимального загрязнения и имеют биологические механизмы освобождения от токсичных соединений, попадающих в их организмы из окружающей среды [1]. Предполагается последующее их использование в целях получения дешевых, но полноценных и сбалансированных кормов или кормовых добавок. Перед экологами и технологами, работающими в данном направлении, неизбежно встают две проблемы:
1) подбор видов, способных утилизировать конкретные биоорганические отходы, имеющиеся в данном регионе (и изучение механизмов, позволяющих избавляться от токсичных веществ в сырье);
 2) разработка промышленной технологии утилизации этих отходов с с пользованием ресурсосберегающих технологий.
 Одним из основных требований, предъявляемых к животным-утилизаторам биоорганических отходов [4], является их рассмотрение с позиции круговорота веществ в природе как организмов, использующих в пищу не потребляемые человеком вещества, представляющих собой органические отходы.  При этом  данные виды должны достаточно быстро производить новую биомассу, которая по  требованиям кормопроизводства могла бы входить в рационы питания традиционно культивируемых сельскохозяйственных животных (т.е. происходит возврат теряемой сейчас биомассы в круговорот хозяйственной деятельности человека).
Рядом авторов в разное время в качестве утилизаторов были предложены организмы, относящиеся к различным систематическим группам: 1) птицы - куры и утки; 2) японские перепела;  3) рыбы – тиляпии;  4) серебряные караси; 5) моллюски;   6) олигохеты – дождевые черви; 7) ракообразные – дафнии, гаммарусы, артемия; 8) насекомые – хироминиды, комнатные мухи и другие копрофаги и полифаги;  9) одноклеточные водоросли и другие микроорганизмы [3].
При этом обширное экспериментальное обоснование имеется только для одноклеточных водорослей (хлорелла) по утилизации ими углекислоты и азота мочи для регенерации воды и кислорода и для синантропных мух. Последние могут быть успешно использованы для утилизации свиного навоза и куриного помета [4], с последующим использованием куколок мух для откорма свиней и птицы (это направление было доведено до создания технологических режимов и поточных линий при животноводческих и птицеводческих фермах). Переработка мухами отходов сопровождается получением зоогумуса.  Зоогумус (биогумус, биоперегной) - продукт переработки сельскохозяйственных и бытовых отходов с помощью насекомых и червей [4].
Первыми в стране начали исследования по переработке свиного навоза личинками комнатных мух ученые Новосибирского ГАУ (Гудилин и др., 1999). Принципиальная схема биотехнологии получения зоогумуса следующая: 1) разведение комнатных мух; 2) откладка яиц мухами в субстрат; 3) переработка субстрата личинками с получением зоогумуса, где отсутствуют токсические вещества, но много макро- и микроэлементов; 4) высушивание и перемалывание избытка личинок для получения белковой личиночной муки.
Из одной тонны органических отходов с использованием такой технологии можно получить до 20 кг  живой биомассы личинок мух и до 500 кг высокоценного биоперегноя в течение 5 – 7 суток [4]. Биомасса насекомых равноценна по кормовым качествам мясной и рыбной муке, а биоперегной обладает нематоцидным действием, а так же стимулирует рост и развитие растений.
В настоящее время в разных регионах страны занимаются переработкой куриного, перепелиного помета, навоза других животных. Данная биотехнология позволяет трансформировать биологические отходы в полезные вещества в несколько раз быстрее, чем это происходит в природе. После утилизации в них не происходит развития мух, так что эту технологию можно рассматривать и как биологический метод борьбы с мухами.
Другая форма зоогумуса получила название  вермикомпоста. В данном случае для переработки навоза и других отходов используют дождевых червей. Процесс искусственного разведения червей на отходах называют вермикультурой. Из большого количества дождевых червей семейства люмбрицидов (Lumbricidae) для вермикультуры пригодны навозный червь, обыкновенный дождевой червь и др. В последнее время все чаще используют красного калифорнийского червя - выведенную селекционным путем высокопродуктивную линию навозного червя. Это крупный червь, темно-красного цвета, длиной 6-8 см, массой около 1 г. Взрослый червь ежесуточно потребляет количество пищи, равное массе его тела, а 60% поглощенного выделяет в виде экскрементов. Вермикомпостирование проводят различными способами: на площадках под открытым небом, в теплицах, в холодных помещениях. В случае использования навоза или помета делают гряды 2Ч1м. На 1 га размещается около тысячи таких гряд. В одну грядку вводят около 100 тыс. червей разного возраста, что составляет 2-3 кг массы червей на 1 м2.
Велика роль дождевых червей в поддержании плодородия почвы. После прохождения почвы через пищеварительный тракт земляных червей в ней значительно увеличивается содержание усвояемых питательных элементов. Черви стимулируют процесс гумусообразования в 52-56 раз [2]. Им свойственна высокая активность потребления растительных остатков (185% к своей массе). Проделывая в почве разветвленную сеть ходов, которая может составить 4000-7000 км/га, они увеличивают площадь соприкосновения почвы с воздухом, что обеспечивает проникновение кислорода, и воды в глубокие слои почвогрунта. Железистые клетки дождевых червей выделяют большое количество слизистых веществ, что увеличивает легкость их скольжения по субстрату, предохраняет тело от высыхания. Кроме того, слизистые вещества покрывают стенки ходов червей внутри почвы, это придает им значительную прочность.
Вермикультуру можно рассматривать как элемент экологически чистого сельскохозяйственного производства. Для вермикультуры годятся все виды навоза. Значительная часть патогенной микрофлоры навоза (сальмонеллы) лизируются ферментной системой червя. После переработки навоза остаются полезные для защиты растений бактерии: Bacillus subtilis, Pseudomonas fluorescens. В природе черви поедают опавшую листву с сохраненными спорами фитопатогенов, уничтожая их. Таким образом, они являются агентами биологической борьбы. Обработки химическими пестицидами пагубны для червей.
Черви перерабатывают отходы и тем самым увеличивают площадь контакта органики с микроорганизмами, участвующими в разложении отходов. Черви создают благоприятные условия и для деятельности микроорганизмов, подавляющих развитие патогенных бактерий, в частности сальмонеллы, что способствует обеззараживанию компоста. Больших различий между компостами и вермикомпостами не отмечено. Однако вермикомпосты в 10 раз и более содержат доступных для растений питательных веществ. Поэтому биологический гумус в десятки раз эффективнее любого органического удобрения, а биомасса червей содержит целый ряд веществ и при скармливании животным способствует значительному повышению их продуктивности. При выращивании такой высокобелковой культуры, как клевер, с 1 га можно получить 1,1 т переваримого протеина. В то же время из выращенных на 1 га червей получают до 4 т белковой муки. Если же эту органику использовать для производства биогумуса, то им можно с большим эффектом удобрить не менее 1 тыс. га. По данным итальянских исследований, для вермикомпостов характерно обилие полезных микроорганизмов, а также энзимов, продуцирующих биологически активные вещества [2].
В 1 г вермикомпоста насчитывается до 1,7 • 1017 микроорганизмов, большую часть которых составляют актиномицет и нитрифицирующие бактерии. Внесение таких компостов стимулирует биохимические почвенные процессы и увеличивает численность живых организмов в почве [2].
Биомасса червей содержит 56-72% белков и 12% жиров. В состав белка дождевых червей входят незаменимые аминокислоты, витамины. В липидах дождевых червей определено 33% непредельных жирных кислот и 67% предельных жирных кислот [2].
Широкое использование биотехнологических процессов способствует стиранию грани между промышленным и сельским производством, поскольку продукты питания, корма и другие сельскохозяйственные продукты вырабатывают в индустриальных условиях. В настоящее время достижения биотехнологии перспективны в следующих отраслях:
1.    в промышленности (пищевая, фармацевтическая, химическая, нефтегазовая) - использование биосинтеза и биотрансформации новых веществ на основе сконструированных методами генной инженерии штаммов бактерий и дрожжей с заданными свойствами на основе микробиологического синтеза;
2.    в экологии - повышение эффективности экологической защиты растений, разработка экологически безопасных технологий очистки сточных вод, утилизация отходов агропромышленного комплекса, конструирование экосистем;
3.    в энергетике - применение новых источников биоэнергии, полученных на основе микробиологического синтеза и моделированных фотосинтетических процессов, биоконверсии биомассы в биогаз;
4.    в сельском хозяйстве - разработка в области растениеводства трансгенных агрокультур, биологических средств защиты растений, бактериальных удобрений, микробиологических методов
5.    рекультивации почв; в области животноводства - создание эффективных кормовых препаратов из растительной, микробной биомассы и отходов сельского хозяйства, репродукция животных на основе эмбриогенетических методов;
6.    в медицине - разработка медицинских биопрепаратов, моноклональных антител, диагностикумов, вакцин, развитие иммунобиотехнологии в направлении повышения чувствительности и специфичности иммуноанализа заболеваний инфекционной и неинфекционной природы [1].

Литература:
1.    Дементьев М.С., Гавриленко З.В. Вермикультура листового опада – ресурсосберегающая технология для кормления рыб – Тез. Докл. Международного симпозиума «Ресурсосберегающие технологии в аквакультуре». – М.: МСХиПРФ, 1999.
2.    Игонин А.М. Как повысить плодородие почвы в десятки раз, используя дождевого червя – «старателя». – Ковров: Маштекс, 2002.
3.    Студенцова Н.А. Биологическое обоснование рационального использования нетрадиционных кормовых средств в комбикормах для карпа при промышленном выращивании // Автореф. дис… докт.сельх.наук. - Краснодар, 1997. – 43 с.
4.    Тамарина Н.А. Основы технической энтомологии. - М.: Изд-во Московского Университета, 1990. – 203 с.