Виктор Горбунов
Дождевые черви для повышения урожая
Развитие вермитехнологии
Еще земледельцы Древнего Египта видели в дождевых червях залог будущих урожаев. Здесь с успехом использовали переработанный дождевыми червями наносной ил реки Нил для выращивания сельскохозяйственных культур. Древние египтяне обожествляли дождевого червя, считали его святым животным и запрещали вывозить из страны.
Аристотель называл червей «кишечником земли». И это действительно так: пропуская через свой кишечник землю и растительные остатки, черви обогащают почву.
В 30-е годы XX столетия в Калифорнии были предприняты первые научные попытки по выращиванию червей промышленным способом. Они увенчались успехом лишь 20 лет спустя, когда в США были созданы первые хозяйства по культивированию червей на отходах. Выращенных червей использовали как наживку для рыбной ловли, как корм для рыб (главным образом аквариумных), комнатных животных и животных в зоопарках, а также лабораторных животных. Позднее многие из этих хозяйств перешли на товарное производство биогумуса и биомассы червя.
Именно этот этап исследований дождевого червя можно назвать началом зарождения вермикультивирования как биотехнологического направления сельскохозяйственной науки.
В настоящее время в США насчитывается около 700 хозяйств промышленного типа, в которых различные органические отходы перерабатываются в биогумус с помощью дождевых червей. В Европу красный калифорнийский дождевой червь был завезен в 1978 году незадолго до введения в США запрета на вывоз червей и их коконов.
Наибольшее распространение в европейских странах культивирование дождевых червей на отходах получило в Италии. В начале 80-х годов прошлого века в этой стране из отходов вырабатывали около 18 тысяч тонн биогумуса в год. Самое крупное из хозяйств, использующих вермикультуру, занимает площадь 16 га. Кормом служат отходы бумаги, целлюлозы, древесины, листья и стебли растений. Методом вермикомпостирования перерабатываются в компост отходы в Капри: из 60 тысяч тонн твердых бытовых отходов и 25 тысяч тонн ила сточных вод на площадке 600 м2 получают около 30 тысяч тонн вермикомпоста.
Во Франции, которая одной из первых в Европе занялась вермикультивированием и достигла при этом больших успехов, насчитывается свыше 2 тысяч хозяйств по переработке отходов этим методом. В их числе отдельные фермы и кооперативные объединения, включая и сбытовые. Вырабатываемый компост используется как для собственных нужд, так и для продажи. Отходы подвергают предварительному разложению в специальных биореакторах, а затем заселяют коконами червей. По сравнению с традиционными методами при компостировании в биореакторах ускоряется созревание компоста. В производимой продукции (вермикомпосте) отмечено повышенное содержание доступных для растений азота и фосфора.
В Тулузе черви использовались для переработки жировых отходов, содержащих большое количество воды, что исключало возможность их сжигания. Захоронение указанных отходов на специально оборудованных полигонах требует больших затрат. Были проведены опыты, показавшие, что после смешивания с илом сточных вод жировые отходы вполне пригодны для разведения червей. Однако в полученном таким образом компосте содержится большое количество тяжелых металлов, что исключает возможность его последующего применения в качестве удобрения под овощи и другие продовольственные культуры; им можно подкармливать цветы.
Есть товарные хозяйства по производству биогумуса в Великобритании, Нидерландах, ФРГ и других странах Западной Европы. Переработкой отходов на биогумус с помощью дождевых червей занимаются и в странах Восточной Европы: в Польше, Венгрии, Чехии.
В Великобритании (например, на Ротамстедтской опытной станции) ведутся интенсивные исследования в области экологии и физиологии дождевых червей, а также использования их для переработки различных отходов, в частности ила, накапливающегося на очистных сооружениях. При этом вермикомпостирование рассматривается как один из способов быстрой переработки осадка на удобрения. Создана компания, которая поставляет фермерам маточную культуру червей, дает консультации по вопросам разведения, организует сбыт вермикомпоста и корма для червей.
Накоплен большой опыт вермикультивирования в странах Азии (Япония, Китай, Филиппины, Тайвань), Южной Америки и Австралии. За рубежом созданы фирмы, которые поставляют предпринимателям оборудование и маточную культуру червей, оказывают консультативную помощь по их разведению, организуют сбыт биогумуса и корма из червей.
В России приемы земледельческой культуры, называемой теперь органическим земледелием, начали использоваться давно. В Псковской губернии, например, удобрение почвы навозом стало постоянным еще в XVII веке. Если крестьянин не вывозил навоз на поля, это воспринималось соседями как знак скорого бегства.
В наше время в Америке и Европе после бума сельскохозяйственной химизации взоры обратились к органическому земледелию, основанному на внимании к обитателям почвы и их роли в ее создании. В США идея органического земледелия широко пропагандируется, превратившись уже в подобие философской системы, включающей в себя стремление к жизни в максимально возможной гармонии с природой, внимательное отношение ко всем природным компонентам и их взаимосвязям.
Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (ФАО) в 1980 году установила, что дождевые черви могут сыграть существенную роль в разрешении актуальных продовольственных проблем современного мира.
В результате перехода на новую биотехнологию в сельскохозяйственном производстве в развитых и многих развивающихся странах резко возросли производство экологически чистой сельскохозяйственной и животноводческой продукции, урожайность полей. На полях, удобряемых червекомпостом (биогумусом), урожайность зерновых достигает 56–70 ц/га (Англия, Голландия, ФРГ), а картофеля – 500–800 ц/га (Голландия, Англия). Новая биотехнология производства червекомпоста позволяет в кратчайшие сроки повысить плодородие почв в 5–10 раз и во столько же сократить посевные площади.
Что такое вермикомпост (биогумус)
Увеличение народонаселения при ограниченном пространстве суши, которым располагает человечество, неминуемо должно привести к недостатку питания, если последнему не противопоставить интенсификацию сельского хозяйства. Одним из неиспользованных резервов в этом отношении является искусственное разведение дождевых червей и контроль над их биологией.
В целом процесс переработки органических отходов с использованием дождевых червей называется вермикомпостированием, а полученный продукт – вермикомпостом, или биогумусом. Характерной чертой этой биотехнологии является возможность переработки красным калифорнийским червем широкого ассортимента органических отходов: навоз всех видов животных, помет, осадки очистных сооружений, отходы сельскохозяйственного и перерабатывающих производств.
Биогумус – это экологически чистое, живое удобрение, полезное для земли и безвредное для получаемой с нее продукции. Биогумус – основной источник энергии для процессов превращения в почве минеральных соединений, биосинтетических реакций, жизнедеятельности микроорганизмов, роста и формирования растений и т. д. Он активизирует биохимические и физиологические процессы, повышает обмен веществ и общий энергетический уровень процессов в растительном организме, способствует усиленному поступлению в него элементов питания, что сопровождается повышением урожая и улучшением его качества.
Вермикомпост содержит не только копролиты червя, но и органические отходы в различных стадиях разложения, червей в различной стадии развития (если предварительно не был просеян) и целый комплекс микроорганизмов, которые принимают активное участие в компостировании органики. Копролиты земляного червя в саду часто содержат в 5–11 раз больше азота, фосфора и калия, чем окружающая почва. Выделения кишечного тракта земляных червей, наряду с почвой, через них проходящей, делают питательные вещества более концентрированными и доступными для потребления растением, а также включают питательные микроэлементы, которые достаточно сложно произвести обычным способом. Одним словом, черви разлагают сложные органические соединения на более простые, доступные растениям.
По сравнению с традиционными компостами биогумус содержит большое количество ферментов, витаминов, почвенных антибиотиков, гормонов роста растений и других биологически активных веществ. Макро– и микроэлементный состав является важной характеристикой вермикомпоста как экологически чистого удобрения.
Химический состав биогумуса значительно варьирует, что связано с широким набором органического сырья, из которого он получается, а также от суточной температуры, влажности и других параметров вермикультивирования. Химический состав компоста и вермикомпоста, произведенных из пищевых отходов и органических отходов из сада, приведены в таблице. При этом качественные характеристики обоих субстратов, произведенных из навоза животных, гораздо лучше указанных в таблице. Кроме того, тенденция к содержанию вермикомпостом большего количества питательных микро– и макроэлементов сохраняется.
По содержанию гумуса вермикомпост в 4–8 раз превосходит навоз и компосты. В отличие от них он не обладает инертностью действия (то есть растения реагируют сразу на него) и способствует резкому повышению урожайности (до 30 %), вегетационный период у растений при этом сокращается на две-три недели. Так, например, добавление биогумуса по сравнению с перегноем увеличивает урожай свеклы на 27 %, картофеля – на 19,7 %, а в сравнении с торфом – на 15 %.
Применение биогумуса ускоряет развитие растений («биогумусный» картофель проходит все фазы развития раньше картофеля, выращенного с использованием стандартных минеральных удобрений, на 3–5 дней), усиливает их рост, способствует развитию более мощной корневой системы, формированию большего количества стеблей у картофеля, увеличению площади листовой поверхности. Это является определяющим фактором для формирования урожая.
Биогумус увеличивает продуктивность салатных культур на 30 %, свеклы – на 45 % и картофеля – более чем на 50 %. При этом улучшаются качественные показатели урожайной продукции, усиливается синтез ценных питательных веществ: сахаров, крахмала, аскорбиновой кислоты. До 50 % снижается содержание нитратов в свежей продукции.
При этом доказано, что гуматы, содержащиеся в биогумусе, нетоксичны, неканцерогенны и немутагенны. Весьма существенно отличие биогумуса от простых органических удобрений: в нем содержится большое количество водорастворимых форм азота, фосфора и калия – самых необходимых веществ. Микроэлементы тоже переходят в более подвижную форму. Содержание доступных водорастворимых фракций в биогумусе также очень высокое. Это особенно важно в первый период роста и развития растений. Однако повышенное содержание азота, если использовать биогумус в чистом виде, может отрицательно повлиять на проростки, то есть задержать и даже угнетать их развитие. Таким образом, биогумус надо смешивать с торфом либо с почвой.
Таблица
Химические характеристики компоста и вермикомпоста
Биогумус обладает также полезными технологическими свойствами: не горит, имеет оптимальные параметры порозности и водоудержания, не имеет запаха, его приятно держать в руках. Механическая структура позволяет обращаться с ним так, как с сыпучим сухим веществом. Когда биогумус попадает в почву, даже если она глинистая, плотная и тяжелого механического состава, происходит ее ускоренное структурирование. Создается благоприятный водно-воздушный режим для развития корневой системы. Продолжительность действия биогумуса – 5 лет. При этом за время хранения биогумус может даже высохнуть, но не потеряет своих качеств.
Кроме того, биогумус обладает бактерицидными свойствами и отличается биологической чистотой, так как при его использовании картофель меньше поражается проволочником и инфекционными заболеваниями. И еще одно важное качество биогумуса: он не засоряет почву. Черви способны не только перерабатывать органическое вещество, но и семена сорняков, которые находятся в навозе. В процессе вермикомпостирования семена проходят через организм червя и теряют свою всхожесть. Кроме того, в биогумусе уменьшается содержание тяжелых металлов. В процессе вермикомпостирования тяжелые металлы переходят в комплексные труднорастворимые соединения и становятся практически недоступными для растений.
Биогумус используется без ограничений как удобрение для выращивания овощных и плодовых культур, цветов, кустарников и деревьев на дачных и садовых участках, в тепличных хозяйствах, питомниках; в городском природоохранном комплексе – для озеленения парков, зон отдыха.
Применение биогумуса в сельском хозяйстве резко сокращает использование минеральных макро– и микроудобрений, снижает засоренность полей, улучшает экологическую обстановку, дает возможность получить здоровую и экологически чистую продукцию.
Вермикультура играет положительную роль в сохранении и оздоровлении окружающей среды. В Нидерландах и США широко изучают вермикультуру в качестве средства утилизации бытовых отходов, осадков сточных вод. Полученный в этом случае компост используют для удобрения почв парков, газонов, цветочных хозяйств.
В Италии переработку городских отходов на удобрения осуществляют вместе с илом сточных вод в стальном конусообразном бункере высотой 10 м, диаметром в верхней части 2 м и в нижней – 0,5 м. Отходы, заселенные червями, загружают в бункер. В верхней части бункера их перемешивают с помощью шнека для улучшения аэрации и создания благоприятных условий жизнедеятельности червей. В нижней неаэрируемой части бункера собирается готовый компост. Производительность такой установки – 1 т копролита в сутки.
Во Франции для вермикомпостирования отходов сконструирована установка в виде цилиндрической башни, состоящей из 24 пластиковых поддонов диаметром 230 см, поставленных один на другой. Поддоны заполняют субстратом и заселяют червями.
Кроме того, биогумус более конкурентоспособен по сравнению с любыми другими искусственными минеральными удобрениями, тем более с подстилочным навозом и компостом. Это удобрение не теряет рентабельности при перевозках на многие сотни километров от мест производства и поэтому может являться предметом экспорта-импорта.
Под влиянием биогумуса возрастает полевая всхожесть озимой пшеницы, кукурузы, огурцов, моркови, ускоряется развитие растений, интенсивно накапливаются зеленая масса и сухое вещество, увеличивается содержание микроэлементов, наблюдается улучшение фитосанитарного состояния посевов и посадок. Внекорневые подкормки растений жидким биогумусом (водная вытяжка) оказывают прямой «терапевтический» эффект на пораженные мучнистой росой, бурой ржавчиной, ложной мучнистой росой органы растений и дают хороший оздоровительный эффект. Кроме того, в перечисленных культурах повышается содержание белковых веществ и аскорбиновой кислоты.
Дробное внесение под овощные культуры дает более высокие прибавки урожая, особенно сильный эффект отмечен на капусте, огурцах и картофеле. Внесение биогумуса в почву под основную обработку улучшает ее физические свойства, при этом возрастает количество гумусовых веществ, усиливается деятельность нитрифицирующих и целлюлозоразрушающих бактерий.
Отличительные особенности дождевых червей
Польза и вред дождевых червей
Естественно, что столь распространенные и столь многочисленные животные, как дождевые черви, не могут не иметь отношения к человеческой культуре.
Поговорим сначала о вреде, который могут наносить дождевые черви.
В первую очередь это распространение некоторых паразитов домашних животных. Так, люмбрициды являются промежуточными хозяевами опасных паразитов свиней, червей из класса нематод – так называемых метастронгилид (три вида рода Metastrongylus). Во взрослом состоянии эти черви паразитируют в легких свиней, где часто насчитываются тысячи этих мелких червячков. В таких случаях животные заболевают, так как у них расстраивается функция дыхания и, кроме того, червями выделяются ядовитые вещества, отравляющие организм хозяев. Борьба с этим заболеванием свиней (метастронгилезом) очень трудна. Особенно опасны эти паразиты для поросят, уже начавших самостоятельно питаться. Для них заражение метастронгилидами часто оказывается гибельным.
Личинки метастронгилид развиваются в дождевых червях, которые проглатывают вместе с почвой яйца и личинок этих червей, попавших туда с мокротой и испражнениями зараженных свиней. В пищеводе червей крошечные личинки метастронгилид (длина их 0,2–0,3 мм) задерживаются и, прободая его стенку, попадают в сосуды кровеносной системы червя, где очень скоро вырастают до 0,60–0,65 мм. Однако половой зрелости они могут достигнуть только в легких свиней. В кровеносных сосудах червей личинки могут жить годами. Свиньи и поросята заражаются метастронгилидами, поедая дождевых червей. Таким образом, черви содействуют расселению этих паразитов.
Зараженность червей зависит от количества свиней, больных метастронгилезом. В очагах заболевания свиней от 20 до 90 % червей могут содержать личинок метастронгилид. По-видимому, все распространенные виды люмбрицид фауны могут быть промежуточными хозяевами метастронгилид, но наиболее легко подвергаются заражению ими виды рода Lumbricus и навозный червь.
Дождевые черви являются также промежуточными хозяевами паразитов птиц – сингамид (род Syngamus с шестью видами, в пределах – преимущественно Syngamus trachea), также относящихся к классу нематод. Сингамиды паразитируют в организме разных птиц, в том числе и домашних (курица, утка, индейка).
Цикл развития их очень сходен с таковым у метастронгилид. Они также живут в легких и в дыхательных путях своих хозяев.
Яйца этих паразитов с мокротой и пометом попадают в почву и проходят дальнейшее развитие в теле дождевых червей (Eisenia foetida, Lumbricus terrestris). Из яиц сингамид, проглоченных дождевыми червями, вылупляются подвижные личинки, которые прободают стенку кишечника, попадают в полость тела, живут там некоторое время, а потом проникают в мускулатуру и там переходят в состояние покоя, окружаясь капсулами. В таком виде они могут жить в теле червя несколько лет. Половозрелости же сингамиды достигают только в случае заглатывания их птицами. Из кишечника они пробираются в кровяное русло, с током крови разносятся по телу и, попав в легкие, задерживаются там. Паразиты вызывают у кур болезнь, называемую сингамозом. Особенно опасно это заболевание для цыплят, которые погибают при симптомах удушья, при этом они часто раскрывают рот, как бы зевая. Поэтому англичане и называют сингамоз «зевательной болезнью». Очень страдают от этих паразитов индюшата.
Главную роль в заражении дождевых червей сингамидами играют скворцы, легкие которых очень часто поражаются ими. Как известно, эти птицы прилетают ранней весной, и чаще всего роются в земле в поисках корма (их излюбленной пищей являются дождевые черви). Но они не только уничтожают червей, но и наносят им другой вред: расхаживая по земле и роясь в ней клювом, они разбрасывают яйца сингамид, которые черви проглатывают. А несколько позже, к тому времени, когда куры-наседки выведут потомство и цыплята начинают рыться клювами в земле, в теле червей их ждут уже готовые инкапсулированные личинки сингамид. Глотая таких червей, цыплята подвергаются смертельной опасности заражения этими паразитами.
Еще одним паразитом домашних и охотничьих промысловых птиц, которым они заражаются, поедая дождевых червей, является нематода Capillaria. Образ жизни ее, равно как и поражения, наносимые ею птицам (капилляриоз), в целом сходны с таковыми у сингамид.
Болезнь домашних уток – порроцекоз – вызывается нематодой порроцеком (Porrocaecum crassum), паразитирующей в тонких кишках различных видов уток (Мозговой, 1952). Массовое заражение этими паразитами может привести к непроходимости кишечника уток. Промежуточными хозяевами порроцека служат дождевые черви (Lumbricus terrestris). Личинки, вылупляющиеся из яиц, проникают в кровеносные сосуды дождевых червей, где встречаются иногда массами.
Дождевые черви служат промежуточными хозяевами для некоторых ленточных червей.
Личинки порроцека в спинном кровеносном сосуде дождевого червя (по А. А. Мозговому)
Так, в навозном черве (Eisenia foetida) нередко встречаются финны (стадия развития ленточных глистов в виде пузырька) цепеня Amoebotaenia sphenoides, паразитирующего в половозрелом состоянии в кишечнике домашних кур, не принося им особенного вреда.
А большой красный червь (Lumbricus terrestris) и длинная аллолобофора (Allolobophora longa) служат промежуточными хозяевами для ленточного червя Dilepis undula, попавшего из кишечника разных птиц (вороны, грачи, скворцы, дрозды и др.).
Следует отметить, что хотя некоторый вред, приносимый человеку дождевыми червями, как промежуточными хозяевами паразитов свиней и птиц, несомненен, но все меры борьбы с этими заболеваниями домашних животных должны быть направлены на уничтожение паразитов внутри животных, а также на охрану пастбищ от заражения паразитами. Борьба с метастронгилидами, сингамидами и другими перечисленными выше паразитами имеет значение и как освобождение от них численности дождевых червей, что не может в конечном счете благоприятно не сказаться на растительности. Охрана пастбищ от сингамид имеет значение и как защита страдающих от них диких птиц, так как червей едят преимущественно полезные птицы, уничтожающие вредных насекомых. В итоге, как ни полезна почвообразовательная деятельность дождевых червей, все же вполне допустимо пожертвовать некоторым их количеством для сохранения здоровья птиц, особенно скворцов.
Не исключена возможность, что дождевые черви могут приносить вред очень молодым растениям, корневая система которых может пострадать в результате перекапывания червями подземных ходов возле поверхности. Например, некоторые кустики только что пикированной цветочной или огородной рассады, а также отдельные всходы после посева и посадки семян могут быть повреждены или уничтожены проползающими люмбрицидами. Но в целом вред этого рода ничтожен.
Что же касается вреда, якобы приносимого червями хорошо укоренившимся растениям, – научных данных по этому вопросу не имеется (Heuschen, 1956). Указания А. О. Лаврентьева (1958) на вред, наносимый дождевыми червями огородным культурам и садам, нуждаются в проверке. Например, бытует мнение, что трава под деревьями не растет потому, что там водится много дождевых червей. Однако это связано с совершенно иными причинами. Вымышленным является также мнение о вреде, наносимом люмбрицидами грядковым культурам. Изобретено даже несколько способов для уничтожения червей в садах. Дарвин пишет об «уничтожении дождевых червей садовниками» как о регулярном бытовом явлении: «Когда садовники намереваются уничтожать дождевых червей, то прежде всего они сгребают с поверхности земли упомянутые куски извержений для того, чтобы раствор негашеной извести получил возможность свободно проникнуть в ходы червей». Дарвин ссылается при этом на изданные инструкции по уничтожению дождевых червей. Эти инструкции издавались за границей еще совсем недавно.
Департамент сельского хозяйства США опубликовал популярную брошюру в серии «Бюллетень фермера» под названием «Дождевые черви как наш бич и прочие их свойства» (Walton, 1928), в которой описываются способы борьбы с этими «вредителями» при помощи поливки земли раствором извести, табачным настоем и даже сулемой. Правда, там в качестве вреда, наносимого дождевыми червями, на первом месте приводятся неровности, возникающие на площадках для игры в гольф, на местах кучек извержений червей, а далее следуют сомнительные данные о повреждении цветов на клумбах. И тем более странно, что Министерство сельского хозяйства в Америке нашло возможным пропагандировать среди фермеров уничтожение дождевых червей, т. е. проведение борьбы с их лучшими союзниками в обработке почв!
Методы уничтожения дождевых червей можно найти также в брошюрах по культуре комнатных растений (см., например, Шипчинский, 1949). В горшечных культурах крупные черви могут приносить некоторый вред растениям; однако в общем, как показали многочисленные опыты, черви оказывали положительное влияние на рост растений и в этих условиях.
Пастер указывал на возможность разнесения спор бактерий сибирской язвы дождевыми червями с трупов животных, павших от этой болезни и зарытых в землю.
Такое мнение – образец ошибок, в которые иногда впадают даже великие люди. Пастер думал, что люмбрициды питаются трупами. Разумеется, возможность попадания спор бактерий сибирской язвы в кишечник червя после того, как трупы окончательно разложатся и превратятся в гумус почвы, не исключена, но трудно назвать животных, которые имели бы меньшее отношение к разделке трупов, попавших в почву, нежели дождевые черви. Этой работой занято множество совсем иных животных. Но и им в цивилизованных странах не удается разносить бактерии сибирской язвы, так как повсюду закапывание в землю трупов животных, павших от этой болезни, производится только после дезинфекции.
Более серьезны данные о значении дождевых червей в распространении эпидемий вирусного гриппа. После эпидемии этого заболевания в 1918 г. в США возникла гриппозная эпидемия у свиней. Полагают, что свиньи получают вирус от дождевых червей, в теле которых действительно он был обнаружен в межэпидемические периоды (Гражуль, 1957). Однако этот вопрос нуждается в дальнейшем исследовании.
Говоря о положительном значении дождевых червей для человека, прежде всего следует отметить, что использование дождевых червей в быту и народной медицине известно давно. В Новой Зеландии, например, туземцы раньше употребляли их в пищу. Использовались черви и как лекарственное средство в народной медицине в разных странах, однако рациональных оснований для применения их с целью лечения не имеется.
