Архангельск, Архангельская область, Россия
Проведено экспериментальное изучение по использованию сухих остаточных компонентов переработки водорослей (ламинария пальчато-рассеченная, Laminaria digitata, ламинария сахаристая, Saccharina latissima и две разновидности фукуса: фукус пузырчатый, Fucus vesiculosus и аскофиллум узловатый, Ascophyllum nodosum). В качестве основы для композиций субстратов использовали субстрат “Велторф”, подготовленный на основе верхового торфа. По общепринятым методам изучали комплекс водно-физических и агрохимических по-казателей. По результатам эксперимента установлено, что внесение сухих остаточных компонентов переработки водорослей не значительно влияет на водно-физические свойства экспериментальных субстратов. В то же время показано заметное подщелачивание субстрата при внесении даже 10 % водорослей и повышение рН среды. Во-дорослевые сухие отходы при внесении небольших доз способны повысить содержание подвижного калия в вод-ной вытяжке субстрата, при повышении дозы более 50 % поддерживают уровень калия, соответствующий базо-вому субстрату. Добавка сухих водорослевых компонентов в количестве 30 % и более приводит к снижению со-держания в субстрате нитратного азота и подвижного фосфора. В процессе выращивания однолетних сеянцев сосны обыкновенной в теплице в субстратах с компонентами водорослей происходят большие, чем на контроле потери подвижного калия и нитратного азота, даже при внесении минеральных подкормок, согласно технологии, а также подщелачивание субстратов. Наблюдется высвобождение фосфатов, связанное с долей внесения водорос-левого компонента. Подобная несбалансированность питания растений и реакции среды привела к ухудшению роста и развития сеянцев первого года жизни. Положительное влияние сказалось лишь на росте главного корня сеянцев. Использование остаточных компонентов переработки водорослей в качестве добавки к готовым суб-стратам возможно лишь в небольших дозах (не более 20 %, однако можно ожидать его бОльшую положительную результативность при использовании кислых природных торфов в качестве базовой основы для приготовления субстратов.
субстраты, остаточные компоненты переработки водорослей, свойства субстратов, сосна обыкновенная, од-нолетние сеянцы, закрытый грунт
Введение
Морские водоросли имеют уникальный биохимический состав и могут быть использованы в качестве источников природных минеральных веществ, углеводов, белков (1, 2, 3) и по мнению ученых имеют разносторонний потенциал (4). Они находят применение для получения ценных препаратов (агар, маннит, альгинат) и применяются в медицинской и пищевой промышленности (5,6,7).
Они могут быть полезны для решения экосистемных проблем, связанных с потеплением климата, в частности со снижением проблем эвтрофикации, за счет поглощения избытка фосфора и азота (12). В то же время считается, что морские водоросли обогащают почву биологически ценными органическими и минеральными веществами (С, N, P, K, Cu и др.), что будет повышать их плодородие, а входящие в их состав Mn и Ca позволят снизить кислотность почв. Они разрыхляют почву, способствуют сохранению влаги в ней и привносят азотоусвояющие бактерии [11], что способствует повышению плодородия почв, усилению развития корневой системы и увеличению урожайности растений [17, 18]. В связи с высоким содержанием в морских водорослях цитокининов, ауксинов, гиббереллинов, аминокислот, фитогормонов, осмозащитных, минеральных питательных элементов и антимикробных соединений, водоросли являются устойчивыми биостимуляторами и повышают устойчивость и выживаемость растений, особенно в стрессовых условиях [16]. Благодаря этому, в настоящее время использование морских водорослей и препаратов из них считается наиболее перспективным в сельском хозяйстве.
При переработке водорослей, в том числе и на Архангельском водорослевом комбинате, образуется большое количество твердых (сухих) остаточных компонентов, которые содержат высокую концентрацию биоразлагаемых ценных органических и неорганических веществ, и могут найти широкое применение в разных направлениях: для биотехнологии, для производства био-наполнителей, пищевых продуктов, усилителей вкуса, в качестве корма скоту и на удобрения [21, 22]. Их можно также применять в качестве компонентов для приготовления компостов [23, 24], в том числе в смеси с рыбными отходами. Хороший компост с высокой долей отходов переработки водорослей соответствует использованию непосредственно свежих водорослей (например, морской капусты) и способен поддерживать высокие темпы роста растений даже при низких дозах внесения [26].
Подобное использование сухих остаточных компонентов переработки водорослей может быть перспективным в регионах их получения, когда производство заинтересовано в подборе субстратов, в том числе для конкретных пород, в тепличных комплексах [27]. В настоящее время работы по исследованию возможностей применения сухих отходов переработки водорослей как перспективных агрохимикатов только начинаются, для лесного хозяйства носят поисковый характер. Особенно важно их применение для основных лесообразующих пород региона, в частности сосны обыкновенной, и получения выхода стандартных сеянцев за однолетний период выращивания в условиях закрытого грунта.
Цель наших исследований состояла в проверке возможностей использования сухих остаточных компонентов переработки морских водорослей, полученных на Архангельском водорослевом комбинате, в качестве добавки к субстратам для повышения уровня обеспеченности питательными веществами и обеспечения экологической и экономической выгоды за счет снижения применения минеральных удобрений при выращивании сеянцев древесных пород, в частности на примере сосны обыкновенной, на комбинированных субстратах в теплице.
Материалы и методы
Исследования проводили на базе Лесного селекционно-семеноводческого центра (ЛССЦ, г. Новодвинск). Использовали субстрат “Велторф”, подготовленный на основе верхового торфа (рН 4,5-5,0, содержащего 120-180 мг/л подвижных форм азота (суммарно аммонийный и нитратный), 100-170 мг/л фосфора в пересчете на Р2О5, 230-310 мг/л калия в пересчете на К2О). В качестве экспериментальной добавки применяли сухие остаточные компоненты переработки водорослей, заготовленных в Белом море: ламинария пальчаторассеченная (Laminaria digitata), ламинария сахаристая, или сахарина большая (Saccharina latissima) и две разновидности фукуса - фукус пузырчатый (Fucus vesiculosus) и аскофиллум узловатый (Ascophyllum nodosum), полученные на Архангельском водорослевом комбинате, после производства фармацевтического сырья, пищевых продуктов и натуральной косметики.
Сухие компоненты водорослей имели обменную кислотность рН 9,5, насыщены органическими компонентами (плотность твердой фазы составила 0,752 г/см3), содержали 3,62 мг/100 г нитратного азота, но очень мало подвижных форм фосфора и калия (менее 0,011 мг/100 г).
Постановка опыта включала добавку к субстрату компонентов водорослевого производства от 10 до 70 %, набивку кассет (81 ячейка объемом 0,9 дм3), посев семян сосны и выращивание однолетних сеянцев по технологии производственной теплицы ЛССЦ на фоне подкормок, начиная с 1 недели после посева (в мае-июле 2 подкормки Акварин 5 (N – 18 %) по 3,9 г/м2 и 6 подкормок по 7,8 г/м2; в августе – 4 подкормки Акварин 5 (N – 6 %) с дозой 3,9 г/м2). На каждый вариант закладывали 4-5 кассет. В качестве контроля использовали субстрат “Велторф” без добавок водорослевого компонента.
Изучение субстрата проводили до начала эксперимента и в динамике с интервалом не реже 20 дней. Изучали следующие агрохимические показатели: зольность (прокаливанием по ГОСТ 11306-2013 п.7; Обменная кислотность – ГОСТ 11623-89 п.2; массовая доля нитратного азота (сухое вещество), % – ГОСТ 27894.4-88 п.4; массовая доля калия в пересчете на К2О – ГОСТ 27753.6-88 п.3; массовая доля фосфора в пересчете на Р2О5 (на сухое вещество) – ГОСТ 27894.4-88 п.3.
Плотность сухого субстрата (масса единицы объема, г/см3) определяли насыпным способом, с использования режущего ножа (бурика) с известным объемом в абсолютно сухом состоянии. Расчет плотности проводили общепринятыми способами. Истинную плотность (плотность твердой фазы) определяли пикнометрическим методом. Рассчитали пористость субстрата общепринятыми в почвоведении способами [19].
Полную влагоемкость (%) – способность торфа поглощать и удерживать воду определяли в цилиндрах с сетчатым дном по соответствующим методикам [20].
Все эксперименты проводились в 4-5 повторностях.
В конце сезона вегетации проводили выкопку и замеры не менее 50 шт. сеянцев сосны из каждого варианта кассет. Измеряли высоту, диаметр, отмечали число сеянцев с разветвлениями осевого побега. Определяли сухую массу надземной и корневой части растений в абсолютно сухом состоянии. Биометрические показатели обрабатывали методами вариационной статистики.
1. Dhargalkar V.K., Pereira N. Seaweed: promising plant of the millennium // Science and Culture. 2005; 71: 60-66 (in Engl.)
2. Hasselström, L., Thomas, JB., Nordström, J. et al. Socioeconomic prospects of a seaweed bioeconomy in Sweden // Sciense Report. 2020; 10: 1610. https://doi.org/10.1038/s41598-020-58389-6 (in Engl.)
3. Zhang, L., Liao, W., Huang, Y. et al. Global seaweed farming and processing in the past 20 years // Food Product Process and Nutrient. 2022; 4: 23. https://doi.org/10.1186/s43014-022-00103-2 (in Engl.)
4. Buschmann А.Н., Camus С., Infante J., Neori A., Israel Á., Hernández-González M.C., Pereda S.V., Gomez-Pinchetti J.L., GolbergA., Tadmor-Shalev N. & Critchley A.T. Seaweed production: overview of the global state of ex-ploitation, farming and emerging research activity, European Journal of Phycology, 2017; 52,4: 391-406. DOI:https://doi.org/10.1080/09670262.2017.1365175 (in Engl.)
5. Подкорытова А. В., Игнатова Т. А., Бурова Н. В., Усов А. И. Перспективные направления рациональ-ного использования промысловых красных водорослей рода Ahnfeltia, добываемых в прибрежных зонах морей России // Труды ВНИРО. – 2019. Т. 176. – С. 14–26.
6. Коровкина Н.В., Богданович Н.И., Кутакова Н.А. Исследование состава бурых водорослей Белого моря с целью дальнейшей переработки // Химия растительного сырья. 2007. –№1. – С. 59–64.
7. Наумов И.А., Буркова Е.А., Канарская З.А., Канарский А.В. Водоросли - источник биополимеров, биологически активных веществ и субстрат в биотехнологии. Часть 1. Биополимеры клеток тканей водорослей // Вестник Казанского технологического университета. –2015. –№1. – с. 198-203.
8. Popescu M. Agricultural uses of seaweeds extracts // Current trends in natural sciences. 2013; 2: 36–39 (in Engl.)
9. Щербак А.П., Тишков С.В. Водоросли Белого моря и перспективы их использования // Вестник Рос-сийского университета Дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. –2015. –№4. – С. 60–67.
10. Eyras M.C., Defosse G.E., Dellatorre F. Seaweed compost as an amendment for horticultural soils in Patago-nia, Argentina. // Compost Sci. Util. 2008; 16L 119–124. (in Engl.)
11. Pandya M., Mehta S. Seaweed Utilizing as a Biostimulants in Agriculture Sector: A Review // International Journal for Research in Applied Science & Engineering Technology (IJRASET). 2023; 11 Is. III https://doi.org/10.22214/ijraset.2023.49561 (in Engl.)
12. Satyabrata S., Mitali P., Lakshman N. Uses of seaweed and its application to human welfare: a review // In-ternational Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences. 2016; 8: 12–20 (in Engl.)
13. Юркевич М.Г., Сидорова В.А., Дубровина И.А. Влияние применения экстрактов бурой морской водо-росли Fucus vesiculosus L. на плодородие почв и продуктивность растений [Электрон. ресурс] // АгроЭкоИнфо: Электронный научно-производственный журнал. – 2021. – №5. Режим доступа: http://agroecoinfo.ru/STATYI/2021/5/st_517.pdf. Дата обращения 06.01.2025 г. DOI: https://doi.org/10.51419/20215517
14. Kaur I. Seaweeds: Soil Health Boosters for Sustainable Agriculture. In: Giri, B., Varma, A. (eds) Soil Health. Soil Biology. 2020; 59. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-44364-1_10 (in Engl.)
15. Abobatta W.F. Seaweed Extract as a Tool for Sustainable Agriculture // JOJ Hortic Arboric 2024; 4(2): JOJHA.MS.ID.555634 DOI:https://doi.org/10.19080/JOJHA.2023.04.555634 (in Engl.)
16. MacKinnon S.A., Craft C.A., Hiltz D., Ugarte R. Improved methods of analysis for betaines in Ascophyllum nodosum and its commercial seaweed extracts // J. Appl. Phycol. 2010; 22: 489–494. (in Engl.)
17. Chen S.K., Edwards C.A., Subler S. The influence of two agricultural biostimulants on nitrogen transfor-mations, microbial activity, and plant growth in soil microcosms // Soil Biol. Biochem. 2003; 35: 9–19. (in Engl.)
18. Наквасина Е.Н., Любова С.В. Почвоведение: учебн. пособие., Архангельск: САФУ, 2016.146 с.
19. Мисников О.С. Физико-химические основы торфяного производства: учебное пособие / О.С. Мисни-ков, О.В. Пухова, Е.Ю. Черткова. Тверь: Тверской государственный технический университет, 2015. –168 с.
20. Luo, X., Wu, Y., Wang, S. et al. Frontier review of key reduction technologies and resource utilization of waste during the seaweed gel production process // Blue Biotechnology. 2024. 1, 12 https://doi.org/10.1186/s44315-024-00013-7 (in Engl.)
21. Torres, M.D., Kraan, S. & Domínguez, H. Seaweed biorefinery // Rev Environ Sci Biotechnol. 2019. 18, 335–388 https://doi.org/10.1007/s11157-019-09496-y (in Engl.)
22. Sushri S.B., Elavarasan K., Safeena M.P., Devi H.M., Tejpal C.S. Valorisation of Seaweed Waste from // Agar Processing Industry. Examines Mar Biol Oceanogr. 2023; 5(3): EIMBO. 614 DOI:https://doi.org/10.31031/EIMBO.2023.05.000614 (in Engl.)
23. López-Mosquera E., Fernández-Lema E., Villares R., Corral R., Alonso B., Blanco C. Composting Fish Waste and Seaweed to Produce a Fertilizer for use in Organic Agriculture // Procedia Environmental Sciences. –2011; 9:113–117. DOI- https://doi.org/10.1016/j.proenv.2011.11.018 (in Engl.)
24. Michalak I., Tuhy Ł., Chojnacka K. Co-Composting of Algae and Effect of the Compost on Germination and Growth of Lepidium sativum // Pol. J. Environ. Stud. 2016; 25 (3):1107–1115. DOI:https://doi.org/10.15244/pjoes/61795 (in Engl.)
25. Cole A.J., Roberts D.A., Garside A.L. et al. Seaweed compost for agricultural crop production // J. Appl. Phy-col. 2016; 28: 629–642 https://doi.org/10.1007/s10811-015-0544-2 (in Engl.)
26. Коновалова Д.А., Пономарев Д.Д., Братилова Н.П., Коротков А.А., Мантулина А.В. Выращивание се-янцев сосны кедровой сибирской с закрытой крневой системой на экспериментальных субстратах // Хвойные бореальной зоны. –2023. –Т. XLI, № 5. –С. 379–383 DOI:https://doi.org/10.53374/1993-0135-2023-5-379-383
27. Субстраты торфяно-перлитные технические условия ТУ BY 100061961.002-2015 Утв. Первый заме-ститель Министра Министерства лесного хозяйства Республики Беларусь А. А. Кулик 31.03.2015 г. https://mlh.by/lioh/2015-5/3.pdf);
28. Наквасина Е.Н. Ритмика роста сеянцев сосны и ели. Биоэкологическое обоснование агротехники вы-ращивания. Архангельск, 2016. –158 с.
