EVALUATION OF BIO- AND PHYTOTOXICITY OF ZOOHUMUS CULTIVATION OF BLACK SOLDIER FLY LARVAE (HERMETIA ILLUCENS L.)

В настоящее время ни у кого не вызывает сомнения необходимость использования отходов как вторичного сырья для переработки, это важная экологическая и экономическая задача. Ежегодно в России образуется более 17 млн. т пищевых отходов в агрофирмах, домашних хозяйствах, на предприятиях общественного питания, розничной и оптовой торговли. Около 94% их отправляют на полигоны, где они могут являться рассадником инфекций, переносимых насекомыми, птицами и грызунами. На полигонах в результате циклических химических реакций органика превращается в токсины, отравляющие окружающую среду, происходит выделение парниковых газов

Существующие меры обращения с пищевыми отходами включают в себя:

- раздельный сбор и накопление с дальнейшим вывозом на специальные площадки для анаэробного или аэробного компостирования;

- промышленное производство в биогаз путем анаэробной переработки;

- сжигание с целью максимальной утилизации и снижению массы;

- извлечение биоактивных соединений;

- карбонизация и получение активированных углей и др.

Ранее нами предлагался способ переработки отходов хлебобулочных изделий, образующихся в розничной сети г. Санкт-Петербурга в весьма востребованный в народном хозяйстве продукт — биоэтанол

Выбор того или иного способа утилизации органических отходов определяется экономической эффективностью, экологической целесообразностью, техническими возможностями и др. В последние годы во многих странах уделяют большое внимание биоконверсии органических отходов производства и потребления с использованием живых организмов, таких как дождевые черви, личинки комнатной мухи или черной львинки

Установлен ряд преимуществ использования личинок черной львинки (Hermetia illucens (L.)) для переработки пищевых отходов:

1) скорость утилизации отходов выше, чем при технологии вермикомпостирования дождевыми червями;

2) неприхотлива в питании, способна поедать все виды пищевых и сельскохозяйственных отходов;

3) биологическая, санитарная и ветеринарная безопасность насекомых;

4) неинвазивный вид;

5) биомасса личинок — ценное сырье и кормовой продукт.

Исследованиями установлено, что использование личинок черной львинки для переработки органических отходов, в том числе просроченной продукции из торговых точек, экономически и экологически выгоднее, чем сжигание и анаэробное сбраживание и сопоставимо с затратами на компостирование

Один из способов культивирования Hermetia Illucens, представленный М. А. Петровичевым заключается в следующем: пищевые и органические отходы измельчают и превращают в однородную массу, которую затем подвергают автоклавированию при температуре 120о не менее 30 мин. На приготовленный субстрат заселяют личинки мухи Hermetia Illucens возрастом 3-5 дней с момента вылупления, с расчетом 7-10 особей на 1 см2 субстрата

Переработанные личинками мухи отходы представляют собой зоогумус, состоящий из разнообразных органических соединений, богатый мако- и микроэлементами. Однако поскольку пищевые отходы отличаются широким ассортиментом входящих в них компонентов и, следовательно, непостоянством состава, возникают трудности со сравнением результатов исследований различных авторов по использованию зоогумуса. Его состав может отличаться в зависимости от поедаемого личинками мухи субстрата, поэтому необходимо уточнять токсическую реакцию. В данном случае использование расчетных методов для определения класса опасности подобного вида отходов затруднительно. Биотестирование позволяет дать интегральную оценку потенциальной токсичности отхода.

Цель работы состояла в определении класса опасности зоогумуса – отхода культивирования личинок Hermetia illucens с помощью методов биотестирования и оценка его фитотоксичности.

В опытах использовали зоогумус, предоставленный ООО «Зероникс», (г. Москва), который представлял собой темно-коричневую сыпучую массу с размером частиц 1-3 мм со слабым запахом аммиака

Экспериментальную работу проводили методом биотестирования на тест-организмах: низших рачках Daphnia magna (по ФР 1.39.2007.03222)

Отличие методик биотестирования по ГОСТ Р 57166-2016

По ГОСТ Р 57166-2016

А=(X ср.к.-X ср.ан./X ср.к.)*100%, где, X ср.к.и X ср.ан.– среднеарифметическое значение количества выживших инфузорий в контрольной пробе и анализируемой пробе соответственно.

По ФР 1.39.2006.02506

А= (Хt/Xi)*100%, где Хt – количество погибших особей в тестируемой воде через 24 часа, Xi - количество исходных особей.

Метод по хемотаксической реакции инфузорий основан на способности реагировать на присутствие в водной среде веществ, представляющих опасность для их жизнедеятельности, и направленно перемещаться по градиенту концентраций этих веществ.

По данному методу оценивается острое токсическое действие. Оценку токсичности пробы производят по относительной разнице количества клеток в верхних зонах кювет в контрольной и анализируемой пробе. Индекс токсичности определяется по формуле:

Т=I ср.контроль -I ср.опыт/I ср.контроль, где I ср.контроль, I ср.опыт – средние показания прибора для контрольных и анализируемых проб соответственно.

Оценку токсичности по ФР 1.39.2007.03222

Предварительно перед экспериментом из пробы зоогумуса была подготовлена водная вытяжка. Для этого к 200 г пробы зоогумуса прилили 800 мл дистиллированной воды, после чего перемешивали два часа и затем 30 минут отстаивали. Полученный раствор профильтровали.

Для оценки токсического действия из водной вытяжки сделали серии разведений по три повторности: 1:1,1:10,1:100,1:1000, 1:10000 в соответствии с Приказом Министерства ПРиЭ РФ

Результаты экспериментов на низших рачках Daphnia magna и инфузориях Paramecium caudatum представлены в таблицах 1-4.

Оценка выживаемости тест-организмов в зависимости от разведения водной вытяжки зоогумуса показала, что острая токсичность (гибель более 50 % организмов) была обнаружена по обеим методикам на инфузориях (ГОСТ Р 57166-2016, ФР 1.39.2006.02506) при разведении 1:10 и без разведения. При остальных больших разведениях наблюдалось вредное воздействие, но токсический эффект не проявлялся (табл.1-2, рис.1-2).

Рисунок 1 - Зависимость острой токсичности инфузории Paramecium Caudatum от кратности разведения водной вытяжки зоогумуса

Примечание: по ГОСТ Р 57166-2016

DOI:10.60797/IRJ.2024.149.28.2

Рисунок 2 - Зависимость острой токсичности инфузории Paramecium Caudatum от кратности разведения водной вытяжки зоогумуса

Примечание: по ФР 1.39.2006.02506

DOI:10.60797/IRJ.2024.149.28.4

Снижение численности клеток при разных разведениях (1:10000, 1:1000, 1:100) варьировалось в пределах от 16 до 40%, при этом значения совпадают при разведении 1:1000, для разведений 1:10000 и 1:100 смертность ниже на 10% по методике ФР 1.39.2006.02506. Наибольшая смертность наблюдается при использовании методики по ГОСТ Р 57166-2016 без разведения водной вытяжки.

При анализе влияния растворов вытяжки зоогумуса с различными разведения на выживаемость дафний Daphnia magna выявлено (табл.3, рис. 3), что острого токсического воздействия не оказывают вытяжки при разведениях 1:10000, 1:1000, 1:100, при этом вредное воздействие не обнаруживается при разведениях 1:10000 и 1:1000.

Рисунок 3 - Зависимость смертности дафний Daphnia magna от кратности разведения водной вытяжки зоогумуса

DOI:10.60797/IRJ.2024.149.28.6

Если рассматривать показатель смертности дафний при разведениях водной вытяжки, то при значениях 1:10 и без разведения 100% гибель наблюдается уже за 24 часа эксперимента. В водных вытяжках с разведением 1:10000, 1:1000 не выявлено смертельных случаев за 96 часов наблюдений.

Результаты оценки острой токсичности с помощью хемотаксического метода на Биотестере-2М при разведении 1:1000 выявили высокую степень токсичности, в вытяжке с разведением 1:10000 не оказывается токсического действия (допустимая степень токсичности) (табл.4.).

По результатам биотестирования по обоим тест-организмам можно сделать вывод, что зоогумус относится к 4 классу опасности в соответствии с

Вероятно, класс опасности зависит от перерабатываемого личинками субстрата. Так, в опытах Г.В. Ильиной и Д.Ю. Ильина биотестирование дафниями и бактериями зоогумуса, полученного из птичьего помета, позволило отнести его к 3 классу опасности. Авторы объясняют это повышенным содержанием аммиака в зоогумусе

В опыте по определению фитотоксичности, намачивание семян овса в вытяжках зоогумуса стимулировало незначительное увеличение энергии прорастания (на 3-й день эксперимента) только в вариантах с концентрацией 1,0% и 1,5%, а концентрация 3,0% оказывала угнетающее действие на этот показатель (табл. 5).

Всхожесть семян (на 7-й день эксперимента) существенно увеличивалась на 12-35% к контролю (вода) в вариантах со всеми концентрациями, кроме 0,1%. Длина корней (на 10 день эксперимента) в вариантах 0,1%, 1,0-3,0% достоверно или в виде тенденции была больше контроля. Длина ростка в вариантах с концентрацией 0,1-0,5% незначительно превышала контроль, а в варианте 1,0% -на 15% выше контроля. Таким образом, существенной фитотоксичности влияния возрастающих концентраций зоогумуса на изучаемые показатели не отмечено, кроме влияния концентрации 3,0% на энергию прорастания семян овса.

Переработка органических и пищевых отходов с образованием зоогумуса личинками мухи черная львинка является перспективным направлением биоремедиации.

Обобщение результатов битестирования показало, что зоогумус оказывал негативное (вредное) воздействие на инфузории Paramecium Caudatum в водных вытяжках всех кратностей разведения, которые использовались в эксперименте, но при этом острого токсического действия не выявлялось, в то же время на дафниях Daphnia magna вредное воздействие обнаруживалось при разведении 1:100, а острое токсическое воздействие – при 1:10 и без разведения.

По результатам биотестирования по обоим тест-организмам можно сделать вывод, что зоогумус относится к 4 классу опасности в соответствии с