Сравнение влияния пассажа через кишечник пашенных червей Aporrectodea caliginosa и серых кивсяков Cylindroiulus caeruleocinctus на бактериальное сообщество (стр. 4 )

Масштабы поступления в почву питательных элементов при гибели животных впечатляющие. В почвах Центральной Европы выход азота за счет гибели достигает 24 г N /м2 (Makeshin, 1997), что сопоставимо с ежегодной дозой минеральных азотных удобрений, вносимых на поля - 100-200 кг N/гa.

Биомасса дождевых червей содержит 65-75 % белка, она очень быстро

разлагается в почве, но в то же время азот не так быстро вымывается, так как

иммобилизуется микроорганизмами.

       Дождевые черви экскретируют неорганические и органические метаболиты с выделениями или в составе кишечной или поверхностной слизи. Основной конечный продукт азотного обмена - мочевина, очень быстро гидролизуется до аммония. Слизистые выделение состоят из мукопротеинов - водорастворимых соединений, богатых белком и свободными аминокислотами: аспарагином, серином, глицином, а также этаноламином. Поскольку продукцию мочевины и слизи в поле измерить очень трудно, вклад червей в пул питательных элементов можно представить только из лабораторных данных. Ежедневный выход азота из червей с выделениями составляет 88-270 г/кг биомассы. Ежегодно черви экскретируют 18-50 кг N/гa. На лугах ежегодный общий оборот азота червями оценивается в 14 кг/га год. На пашне показана еще более высокая величина - 63 кг/га год. Около 40 % от всего азота, ежегодно поглощаемого растениями, проходит через популяции дождевых червей (Makeshin, 1997).

Жизнедеятельность червей влияет на значение рН почвы. Копролиты имеют

более высокое значение рН, чем окружающая почва. Стенки ходов имеют тоже выше рН, чем окружающая почва. Экскреты червей имеют нейтральное или слабо щелочное значение рН. Быстрая трансформация мочевины в аммоний ведет к возрастанию рН за счет поглощения протона. Кроме того, некоторые виды, например Lumbricus spp. экскретируют кальциевые сферулы, образующиеся в кальциевых железах и в просвете кишечника. Могут ли все эти выделения существенно изменить кислотность почвы, не известно, поскольку черви воздействуют только на почву, непосредственно прилегающую к их ходам. Тем не менее, считают, что некоторые черви способны оптимизировать рН в местообитаниях. Это позволяет им колонизировать кислые почвы (Makeshin, 1997).

       В ненарушенных лесных и в меньшей степени в пахотных почвах дождевые черви влияют на дифференциацию почвенного профиля, модифицируя физико-химические свойства почв и расширяя круг биологически активных зон. Это происходит за счет оборота и перемещения почвы, увеличение аэрированности, порозности и дренажа, дезинтеграции и инкорпорации подстилки. Ускоренные в результате этого процессы минерализации, гумификации и выветривания увеличивают оборот питательных элементов и, как следствие, плодородие почвы и продукцию растений. Активность червей приводит к расширению корнеобитаемой зоны (Makeshin, 1997).

       Наиболее яркие примеры важности червей в процессах почвообразования на сельскохозяйственных почвах приводятся для культивируемых почв Новой Зеландии и Голландских польдеров. В Новой Зеландии сведение лесов для пастбищ снизило продуктивность экосистемы и привело к накоплению на поверхности толстого слоя экскрементов крупного рогатого скота и овец, поскольку в результате интенсивной обработки почти не осталось червей. В 1950 г. на отдельные участки были интродуцированы черви Aporrectodea caliginosa. Через несколько лет слой навоза исчез и улучшились физические свойства. В 1966 г. то же применили на польдерах. Уже через год после интродукции увеличились стабильность агрегатов, капиллярность и количество доступной воды. Долговременный эффект выразился в увеличении содержания гумуса и азота в минеральных горизонтах. До 10 см сформировался темный гранулярный и гомогенный горизонт (Lee, 1985; Makeshin, 1997).

       Копролиты червей - это биологически активные образования, содержащие до 1010/г бактерий (это выше, чем в окружающей почве), ферменты и продукты ферментативной активности, непереваренные остатки растений, навоза и т. п. Важный компонент копролитов - гумусовые вещества. Гуминовые кислоты имеют много активных центров, связывающих катионы кальция, железа, калия, анионы, содержащие серу и фосфор. Реакции происходят благодаря донорно-акцепторным и координационным связям, образующимися между карбоксильными и другими функциональными группами гуминовой кислоты и ионами, находящимися в растворе.

       Питательные вещества сохраняются в гуминовых кислотах в формах, легко доступных растениям, не вымываются из почвы и высвобождаются, когда растения в них нуждаются. Растение выделяют органические кислоты, а также С0 2 (протоны).

       Последние вытесняют катионы из мест связывания на молекуле гуминовой кислоты. За счет медленного и постепенного высвобождения питательные вещества копролитов червей не "сжигают" корни растений.

       Актуальность биотехнологии, основанной на вермикомпостировании, следует из нескольких положений. Современное промышленное и сельскохозяйственное производство сопровождается изъятием органического вещества из биогеохимического цикла и изменением соотношения между запасами углерода в атмосфере, океанах, в почве и растениях (Hartenstein, 1986). Необходим механизм, позволяющий возвращать углерод в почву, поддерживать его ресурсы на суше. Такого рода ресурсосберегающим механизмом является биотехнология вермикомпостинга, предполагающая утилизацию бросового, но потенциально ценного ресурса отходов. Источники органических отходов разнообразны. Это - сточные воды целлюлозно-бумажных предприятий, маслобойни, молочные заводы, мясокомбинаты, и т. п. Огромны запасы отходов и в сельском хозяйстве. Их поставляют животноводческие фермы, предприятия по разведению шампиньонов. Одни из постоянно действующих источников органических отходов - твердый осадок коммунальных сточных вод, городской мусор и лиственный опад. Активный ил, наряду с коровьим навозом - один из наиболее ценных субстратов в практике вермикомпостинга (Hartenstein et al., 1980; Horner, Abrams, 1980; Pincince et al., 1980; Sabine, 1981; Hatanaka et al., 1983; Haimi, Hunta, 1987; Grappelli et al., 1987).

       Накапливаясь в значительных количествах и зачастую на ограниченных территориях, органические отходы создают реальную экологическую опасность, угрожая нарушением санитарно-эпидемиологической и токсикологической обстановки, самовозгоранием, взрывами.

       Особая роль вермикомпостинга состоит в возможности частичной очистки и детоксикации органических отходов высокотоксичных производств: целлюлозно-бумажных и текстильных заводов, твердого осадка городских сточных вод, городского мусора. Способ основывается на свойстве дождевых червей аккумулировать и даже концентрировать в биомассе некоторые тяжелые металлы и пестициды, тем самым, снижая их концентрацию в компосте (Morgan, 1980; Lineras et al., 1985; Lofs-Holmin, 1985; Roberts, Dorough, 1985; Morris, Morgan, 1986; Hunter et al., 1987). Такой компост, конечно, менее ценен как удобрение, так как все-таки загрязнен выше нормы. Однако он имеет хорошие физические свойства и может быть использован для целей, не связанных с получением продуктов питания, например, для рекультивации небольших по площади нарушенных территорий. Таким образом, аккумуляционная способность компостных червей позволяет внедрять их в очистные сооружения в качестве дополнительного биологического фильтра. Есть, однако, и противоположные данные, свидетельствующие о том, что содержание тяжелых металлов в компосте не снижается, а их подвижность несколько возрастает. Это связывают с интенсификацией микробиологической деятельности (Hartenstein, 1986).

       Биомасса дождевых червей используется в качестве корма и пищевых добавок к кормам в животноводстве, в рыбоводческих хозяйствах (Ferruzzi, 1984).

       Отличия вермикомпостов от обычных микробиологических компостов состоят в следующем. Поскольку экскременты червей при подсыхании приобретают повышенную водопрочность, вермикомпост хорошо оструктурен (Hartenstein, Hartenstein, 1981; Sathell, 1983; Haimi, Hunta, 1987; Edwards, Fletcher, 1988; Hand et al., 1988). Отмечают более тонкий гранулометрический состав и большую гомогенность вермикомпоста по сравнению с обычными компостами (Dash et al., 1986; Casalicchio, Grasiano, 1987). Использование червей для переработки органических отходов позволяет повысить аэрированность субстрата и снизить концентрацию газообразных продуктов анаэробного окисления. Это - прямое следствие повышения агрегированности (Waugh, Mitchell, 1981). В присутствии дождевых червей в компосте увеличивается содержание обменного и водорастворимого кальция, а, следовательно, и емкость катионного обмена. Это имеет физиологическое объяснение. В пищеводе дождевых червей есть кальциевые железы, переводящие нерастворимый кальций в обменную форму (Laverack, 1963; Satchell, 1983). В вермиком постах ускоряются процессы минерализации органических соединений азота и нитрификация. Копролиты содержат больше нитратов и нитритов, чем окружающий субстрат. Помещенные в колонку с почвой, копролиты вызывали снижение концентрации ионов аммония и аммиака. Напротив, термическая стерилизация копролитов приводила к ослаблению эффекта дезодорирования ими аммиака. Эти факты свидетельствуют о наличии в копролитах веществ и (или) микроорганизмов, стимулирующих нитрификацию. Таким образом, в результате деятельности червей в почве и компостах перераспределяется соотношение аммиачный азот/нитратный азот в пользу последнего (Тиунов,

1989; Parle, 1963; Aldag, Graff, 1975; Syers et al., 1979; Anderson et al., 1984; Scheu, 1987; Hand et al., 1988).

       Отношение дождевых червей к тяжелым металлам, находящимся в компосте (это относится, в основном, к компостам из активных илов промышленных сточных вод) может быть рассмотрено с нескольких точек зрения. Некоторые тяжелые металлы могут аккумулироваться в биомассе дождевых червей. При этом черви проявляют толерантность к металлам. Аккумулированные металлы локализуются, в основном, в кишечном эпителии (Hartenstein, Hartenstein, 1981). Отмечается также, что аккумуляция металлов - это следствие повышения их концентрации в содержимом пищеварительного тракта (Lineras et al., 1985). Несмотря на способность дождевых червей временно инкорпорировать тяжелые металлы, содержание металлов в образующемся компосте не всегда снижается. Черви выводят тяжелые металлы из своего организма, по-видимому, со слизистыми выделениями. Предполагается, что в пищеварительном тракте червей многие металлы образуют растворимые соединения, подвижность которых значительно выше (Атлавините и др., 1984). По-видимому, при взаимодействии дождевых червей с тяжелыми металлами в той или иной мере протекают оба процесса: аккумуляция в биомассе и высвобождение. Согласно выводам многих зарубежных специалистов нельзя надеяться на то, что с помощью дождевых червей можно уменьшить содержание металлов в массе отходов.