Биологические основы вермикультуры, вермикомпост (биогумус), вермисток (гумисол)

Под названием «дождевые черви» объединены семейства крупных почвенных олигохет, относящихся к классу Малощетинковые. Эта группа не представляет собой таксономической единицы, а выделена на основании особенностей экологии и некоторых морфофизиологических свойств включенных в нее семейств.

Дождевые черви – беспозвоночные животные, относящиеся к типу кольчатых червей Annelidae, подтипу поясковых Clitellata; они являются важной частью почвенной биоты и встречаются по всему миру. Обычный дождевой червь (Lumbricus terrestries) и навозный червь (Eisenia foetida) являются, наверное, самыми известными видами дождевых червей. Все другие виды дождевых червей биологически схожи с ними, за исключением отдельных признаков. Мелкие дождевые черви достигают в длину 1-2 см, в то время как для гигантского червя Megascolices australis (Австралия) зафиксирована длина до 3-х метров при диаметре в 2,5 см.

Олигохеты распространены по всему миру. Они обитают в пресной и солёной воде, а так же в достаточно увлажнённых почвах. Данный класс насчитывает более 3100 видов. Однако только несколько видов дождевых червей представляют значительный интерес для промышленного и коммерческого использования.

Дождевые (земляные) черви – самые крупные обитатели почв среди беспозвоночных, входящие в состав почвенной макрофауны, на их долю приходится не менее половины всей биомассы почвы. Например, в лесных экосистемах масса червей составляет от 50 до 72 % всей почвенной биомассы.

Дождевые черви играют значительную роль в регуляции почвенных процессов, в поддержании почвенного плодородия и эффективном круговороте питательных веществ.

Почвенное плодородие напрямую зависит от содержания гумуса. Гумус является продуктом биологического воздействия на органическое вещество микроорганизмов и дождевых червей. Дождевые черви создают основной компонент почвенной системы, перелопачивают землю в течение миллионов лет и участвуют, главным образом, в рециклинге органических питательных веществ, способствуя образованию плодородного слоя почвы и эффективному росту растений. Таким образом, дождевые черви представляют собой ключевой компонент биологической стратегии круговорота питательных веществ в почве, а структура их сообществ служит точным показателем типа почвенной системы.

В зависимости от места обитания червей делят на 3 группы: поверхностно-живущие (подстилочные); почвенно-подстилочные; третьянорники, которые прокладывают глубинные ходы в почве.

Например, пашенный червь живет на глубине 10-15 см. В сухую погоду он мигрирует на глубину 0,5 м и более, строит там капсулу и временно впадает в спячку (диапауза).

В природной обстановке в размножении люмбрицид отмечается сезонность. Максимум в интенсивности этого процесса наблюдается весной и осенью.

Черви могут голодать 2,5 мес. При низких температурах (0-5°С) период голодания увеличивается до 3-4 мес.

Они влаголюбивы, умеренно теплолюбивы. Оптимальная температура для питания 20-25 °С, для размножения 12-17 °С. Нуждаются в аэрации.

Оптимальной реакцией среды культивирования червей является нейтральная или слабокислая. Черви очень боятся ветра.

В естественных условиях обитания черви не болеют и не подвергаются каким-либо эпидемиям.

Гибель дождевых червей в природных условиях довольно часто вызывает чрезмерная химизация почв.

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 Калифорнии был выведен гибрид дождевого червя, получивший 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.

В отличие от своих диких сородичей калифорнийский гибрид является «домоседом». При наличии пищи он не расползается и потребляет в день ее примерно столько же, сколько весит сам. Селекционеры генетически запрограммировали гибрид на круглосуточную переработку отходов с высоким коэффициентом полезного действия (40 % потребляемой пищи расходуется в процессе жизнедеятельности, а 60 % после переваривания выделяется в виде экскрементов – копролитов, т. е. продуцируемого биогумуса).

Дождевые черви благоприятно влияют на почву. Заглатывая кусочки органического вещества, черви трансформируют его в кишечной полости и выделяют в виде копролитов – «каменных» экскрементов. Копролиты улучшают почвенную структуру в результате обволакивания стенок почвы слизью, что предохраняет ее, например, даже от размывания водой. Под действием копролитов меняется также биохимический состав почвы. Копролиты содержат в 5 раз больше биологического азота; они в 7 раз богаче фосфором и в 11 раз калием по сравнению с поверхностным слоем плодородной огородной почвы. В копролитах сосредоточивается значительное количество кальция, что обеспечивает хорошую водопрочную структуру и высокую водоудерживающую способность. Наряду с этим кальций снижает кислотность среды и создает условия, затрудняющие развитие болезней растений, например фузариоза, ржавчины, бактериоза и др.

Возле копролитов энергично развивается полезная микрофлора. Все это в итоге улучшает условия жизни растений. Дождевые черви, как и другие живые организмы, обогащают почву макро- и микроэлементами, ростовыми веществами, антибиотиками. Фермент протеаза, входящий в состав биомассы червя, обладает биостимулирующим действием, улучшает усвояемость пищи животным, способствует ускорению их роста, активизирует

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.

Черви находятся на службе у человека уже около 50 лет. Еще Чарльз Дарвин говорил, что дождевые черви – это искусные земледельцы и в естественных условиях играют роль "архитектора" плодородного слоя почвы.

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.

Вермикомпост, биогумус — органическое удобрение, продукт переработки органических отходов сельского хозяйства дождевыми червями (чаще всего Eisenia foetida и Lumbricus rubellus) и бактериями с участием других организмов (насекомые, грибы и т. д.).

Вермисток, гумисол – жидкая фракция, производимая червем, тоже является прекрасным удобрением.

2. Вермитехнология: общие принципы разведения калифорнийского красного червя (содержание, кормление)

При промышленном разведении червей целесообразно различать два технологических процесса. Первый – разведение червей с целью получения биогумуса, второй – их воспроизводство, так называемое маточное разведение.

Разводить червей можно как в открытом, так и в защищенном грунте. В культуре широко используют: Eisenia foetida, Lombricus rubellus и красный гибрид калифорнийского червя.

Основным технологическим средством при выращивании червей является ложе, представляющее собой гряду из органической питательной массы (субстрата) длиной от 2-х м, шириной 1 м и высотой 0,4-0,6 м. Оптимальным считают вермихозяйство, которое состоит из 1200 лож, занимающих полезную площадь не менее 1 га земли.

Оптимальная плотность заселения червями одного ложа 50-100 тыс. взрослых и молодых червей, а также коконов с яйцами. Установлено, что от плотности заселения ложа во многом зависит производительность вермикультуры. Если плотность избыточна, то повышается возбудимость червей и возникает стресс, вызванный перенаселением, что отрицательно сказывается на их размножении. При низкой плотности продуктивность червей и выход биогумуса также уменьшаются. Для разведения маточных червей используют стандартные ложа. При этом плотность может составлять от 1,5-2,0 до 10-12 тыс. экземпляров на 1 м².

При определении оптимальной плотности заселения субстрата следует исходить из конечной цели. Нужно определить, будет ли вермихозяйство заниматься разведением червей или производством биогумуса либо тем и другим одновременно. Зная число лож, примерное число червей в них, средний состав в популяции по возрастным группам (ориентировочно молодые особи – 60,1%, взрослые – 21,8 и коконы – 19,1 %), можно в каждом конкретном случае рассчитать массу требуемого корма.

Подкармливают червей органическим веществом (субстратом), включающим бытовые и другие отходы, ил, навоз, сточные воды и т. д., в которые для создания рыхлой структуры добавляют в различной пропорции твердые органические компоненты – наполнители. Ими могут быть кора деревьев, листья (кроме свежей хвои) и др. В расчете примерно на 100 тыс. червей количество субстрата составляет около 1000 кг/год.

Субстрат имеет для червей двойное значение: во-первых, он служит им средой обитания; во-вторых, это пища, благодаря которой обеспечивается определенный уровень их жизнедеятельности. Не случайно к структуре субстрата и его химическим параметрам предъявляют особые требования: влажность должна быть 70-80%; наличие неподвергающихся разложению предметов (камни, металл, стекло и пр.) исключается, необходима нейтральная реакция среды (оптимальная 6,8-7,2), оксидов железа должно содержаться не более 10 %.

Агроэкологические требования к питательному субстрату

Питательный субстрат должен иметь полужидкую консистенцию и быть хорошо измельченным, так как самые крупные частицы, которые калифорнийский червь способен заглотить, имеют размер до 1 мм. Считается, что червь поедает пищу в количестве, равной массе своего тела (около 1 г); 40 % пищи усваивается, а 60 % выделяется в виде копролитов.

Количество корма, естественно, определяется его природой.

Качество субстрата повышается при добавлении отходов бахчевых и плодоовощных культур в сочетании с 10 % известковых отходов (дефекат, известь, мел, мергель, сланцевая зола и др.).

Основное условие пригодности субстрата – его однородность и хорошая аэрация, а также отношение C : N. При готовности субстрата отношение C:N = 20. Независимо оттого, какое органическое вещество предполагается использовать, оно должно содержать не менее 20-25 % целлюлозы в виде соломенной сечки, бумаги, картона и пр.

Следует учитывать и наличие в субстрате протеина, содержание которого более 45 % опасно для червей и может привести к летальному исходу. Корм, предназначенный червям, должен содержать не более 25-30 % белка.

Ферментация субстрата

Подготовленный субстрат проходит стадию ферментации, во время которой погибают яйца и личинки гельминтов, а также семена сорной растительности.

Ферментацию можно проводить как в естественном, так и в ускоренном режиме. При естественном режиме процесс протекает 6-7 мес. в зависимости от вида органических отходов. В условиях ускоренного режима эти сроки сокращаются до 1-3 мес. Для ускорения ферментации органические отходы укладывают в бурты, в которые затем нагнетают по трубам горячий пар температурой 50-60 °С. Субстрат, лишенный возможности саморазогреваться, расстилают слоем толщиной 20-30 см и шириной 1,0-1,5м, увлажняют до 70-80 % полной смачиваемости. Далее выстаивают 10-15 сут. После этого заселяют червями в количестве 1,5-2,5 тыс. особей на 1 м². Для сохранения влажности субстрата его накрывают резаной соломой или мешковиной.

В процессе ферментации происходят химические реакции, в результате которых мочевая и гиппуровая кислоты, содержащиеся в навозе, разлагаются, переходя в углекислый аммоний, который распадается на аммиак, диоксид углерода и воду:

Итоговым результатом пригодности базового субстрата является «проба 50 червей». Если при заселении субстрата (взятого в небольшом количестве) 50 червями при дневном или сильном искусственном освещении они сразу же уходят в глубь органического материала и находятся там в течение суток, то субстрат готов для зачервления. Если черви выползают, то субстрат непригоден для вермикультивирования и требует проверки. Скорость разложения субстрата под действием червей в 2-3 раза больше, чем скорость созревания навоза.