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

Research article
DOI:
https://doi.org/10.60797/IRJ.2024.149.28
Issue: № 11 (149), 2024
Submitted :
05.10.2024
Accepted:
18.10.2024
Published:
18.11.2024
80
5
XML
PDF

Abstract

The work is dedicated to the determination of the hazard class of zoohumus, a waste product of cultivation of Hermetia illucens larvae, by means of various methods of biotesting using infusoria Paramecium Caudatum and daphnids Daphnia magna. Zoogumus had a negative effect on infusoria in aqueous extracts at all dilution rates, but no acute toxic effects were detected, while on daphnids, harmful effects were detected at 1:100 dilution, and acute toxic effects were detected at 1:10 and without dilution. The results showed that zoohumus belongs to the 4th class of hazard. The phytotoxicity of zoohumus in the experiment with roll culture was manifested only at a concentration of 3% on the germination energy of oat seeds.

1. Введение

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

,
. С 2018 г. в нашей стране запрещается захоронение отходов, которые могут перерабатываться действующими предприятиями. В этот перечень отходов вошли 182 вида, однако запрета на захоронение пищевых отходов нет
.

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.

2. Методы и принципы исследования

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)

, инфузориях Paramecium caudatum (в соответствии с ГОСТ Р 57166-2016
и ФР 1.39.2006.02506
и по хемотаксический реакции с помощью Биотестера-2М). Поскольку в дальнейшем предполагается использовать зоогумус при выращивании растений, то оценивали его фитотоксичность методом рулонной культуры при проращивании семян растений овса (Avena sativa L.), сорта Боррус. Схема опыта включала намачивание семян в течение 24 час. в водных вытяжках зоогумуса в концентрациях 0,1%, 0,5%, 1,0%, 1,5%, 3,0%. Определяли показатели: всхожесть семян, энергия прорастания, длина корней и стебля. Оценку всхожести проводили по ГОСТ 12038-84 «Семена сельскохозяйственных культур»
, длину корней и стебля – путем прямого измерения. Опыт проводили в трехкратной повторности, по 50 семян каждая. Статистическую обработку данных проводили c применением программ Excel 2016. Достоверность различий между вариантами оценивали методами параметрической статистики (t-критерий Стьюдента). Различия между вариантами считали достоверными при p ≤ 0,05.

Отличие методик биотестирования по ГОСТ Р 57166-2016

и ФР 1.39.2006.02506
заключается в объемах контрольной и анализируемой проб, а также во времени тест-реакции.

По ГОСТ Р 57166-2016

оценивается острая токсичность (продолжительность реакции 6 часов) при объеме анализируемой и контрольной проб – 10 мл:

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

объем контрольной и анализируемой проб составляет 0,6 мл, а длительность реакции 24 часа, после чего определяют острое токсическое действие по проценту погибших инфузорий (А, %) по формуле:

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

с помощью дафний (Daphnia мagna) проводили в течение 96 часов и определяли острое токсическое действие.

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

для определения класса опасности зоогумуса.

3. Основные результаты

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).

Таблица 1 - Оценка токсичности пробы морфофизиологическим методом на инфузориях Paramecium Caudatum по ГОСТ Р 57166-2016

Разведение

Острая токсичность, %

Степень токсичности

10000

25

Не обладает острой токсичностью (слаботоксичная)

1000

30

Не обладает острой токсичностью (слаботоксичная)

100

40

Не обладает острой токсичностью (среднетоксичная)

10

60

Обладает острой токсичностью (высокотоксичная)

без разведения

90

Обладает острой токсичностью (высокотоксичная)

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

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

Примечание: по ГОСТ Р 57166-2016

Таблица 2 - Оценка токсичности пробы морфофизиологическим методом на инфузориях Paramecium Caudatum по ФР 1.39.2006.02506

Разведение

A, %

Токсическое воздействие

10000

16,67

Не оказывает (обнаружено вредное воздействие)

1000

33,33

Не оказывает (обнаружено вредное воздействие)

100

30

Не оказывает (обнаружено вредное воздействие)

10

76,67

Оказывает (обнаружено вредное воздействие)

без разведения

53,33

Оказывает (обнаружено вредное воздействие)

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

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

Примечание: по ФР 1.39.2006.02506

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.

Таблица 3 - Оценка токсичности пробы морфофизиологическим методом на дафниях Daphnia magna

Разведение

Процент погибших в тестируемой воде дафний (А), %

Острое токсическое воздействие

10000

0

Не оказывает (не обнаружено вредное воздействие)

1000

0

Не оказывает (не обнаружено вредное воздействие)

100

25

Не оказывает (обнаружено вредное воздействие)

10

100

Оказывает (обнаружено вредное воздействие)

без разведения

100

Оказывает (обнаружено вредное воздействие)

Зависимость смертности дафний Daphnia magna от кратности разведения водной вытяжки зоогумуса

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

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.).

Таблица 4 - Оценка токсичности пробы хемотаксическим методом на инфузориях Paramecium Caudatum с помощью прибора Биостестер-2М

​Разведение

​Т,%

​Степень токсичности

​10000

-0,60

Доступная

​1000

​0,97

III Высокая

​100

​-

​-

​10

​-

​-

​без разведения

​-

​-

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

. По данным других авторов, проводивших биотестирование зоогумуса на дафниях и водоросли хлорелле, этот отход имеет 4 класс опасности
.

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).

Таблица 5 - Влияние вытяжек из зоогумуса на ростовые показатели семян овса

Вариант опыта

Концентрация зоогумуса

Всхожесть

Энергия прорастания

Длина

корень

росток

%

% к контролю

%

% к контролю

мм

% от контроля

мм

% от контроля

1.

0% (контроль)

42,0±5,7

100

34,0 ± 17,6

100

50,2±31,6

100

62,6±27,4

100

2.

0,1%

40,0±6,5

95

32,0 ± 15,7

94

58,9±33,1

117

64,1±31,8

102

3.

0,5%

51,0±8,9

121

33,0 ± 15,7

97

48,2±34,4

96

66,3±34,6

105

4.

1,0%

54,0±8,2

128

36,0 ± 9,8

110

54,8±37,5

109

71,9±28,9

115

5.

1,5%

57,0±4,9

135

38,5 ± 13,9

113

56,6±34,5

112

58,1± 31,2

93

6.

3,0%

47,0±13,7

112

25,0 ± 21,7

74

51,2±29,8

102

58,5± 33,5

93

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.

4. Заключение

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

. Фитотоксическое действие водных вытяжек из зоогумуса при намачивании семян овса проявлялось только на показателе «энергия прорастания» в варианте с 3% раствором. Намачивание семян в растворах зоогумуса стимулировало всхожесть семян, которая существенно увеличивалась на 12-35% к контролю (вода) в вариантах со всеми концентрациями, кроме 0,1%.

Article metrics

Views:80
Downloads:5
Views
Total:
Views:80