Arhangel'sk, Arkhangelsk, Russian Federation
An experimental study was carried out on the use of dry residual components from the processing of algae (laminaria palmate, Laminaria digitata, kelp saccharine, Saccharina latissima and two varieties of fucus: fucus vesicularis, Saccharina latissima and ascophyllum nodosum, Ascophyllum nodosum). “Veltorf” substrate, prepared on the basis of high-moor peat, was used as the basis for the substrate compositions. Using generally accepted methods, a complex of water-physical and agrochemical indicators was studied. Based on the results of the experiment, it was established that the addition of dry residual components from algae processing does not significantly affect the water-physical properties of the experimental substrates. At the same time, a noticeable alkalization of the substrate is shown when even 10 % of algae components is added and the pH of the environment increases. Algal dry components, when applied in small doses, can slightly increase the mobile potassium in the soil solution of the substrate; with an increase in the application dose, more than 50% maintains the level of potassium corresponding to the base substrate. The addition of dry algal components in an amount of 30% or more leads to a decrease the nitrate nitrogen and mobile phosphorus in the substrate. In the process of annual Scots pine seedlings growing in a greenhouse on substrates with algae, greater losses of mobile potassium and nitrate nitrogen occur than in the control, despite of mineral fertilizers adding according to technology, as well as alkalization of the substrates. There is a noticeable release of phosphates, directly related to the proportion of the algal component introduced. Such an imbalance in plant nutrition and environmental reaction led to growth degradation of seedlings in the first year of life. The positive effect only the growth of the main root of the seedlings. The use of algae residual processing as an additive to ready-made substrates is possible only in small doses (no more than 20%), but one can expect greater positive results when using acidic natural peats as a base for preparing substrates.
substrates, residual components of algae processing, properties of substrates, pine, annual seedlings, greenhouse
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 A.N., Camus S., 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. Podkorytova A. V., Ignatova T. A., Burova N. V., Usov A. I. Perspektivnye napravleniya racional'-nogo ispol'zovaniya promyslovyh krasnyh vodorosley roda Ahnfeltia, dobyvaemyh v pribrezhnyh zonah morey Rossii // Trudy VNIRO. – 2019. T. 176. – S. 14–26.
6. Korovkina N.V., Bogdanovich N.I., Kutakova N.A. Issledovanie sostava buryh vodorosley Belogo morya s cel'yu dal'neyshey pererabotki // Himiya rastitel'nogo syr'ya. 2007. –№1. – S. 59–64.
7. Naumov I.A., Burkova E.A., Kanarskaya Z.A., Kanarskiy A.V. Vodorosli - istochnik biopolimerov, biologicheski aktivnyh veschestv i substrat v biotehnologii. Chast' 1. Biopolimery kletok tkaney vodorosley // Vestnik Kazanskogo tehnologicheskogo universiteta. –2015. –№1. – s. 198-203.
8. Popescu M. Agricultural uses of seaweeds extracts // Current trends in natural sciences. 2013; 2: 36–39 (in Engl.)
9. Scherbak A.P., Tishkov S.V. Vodorosli Belogo morya i perspektivy ih ispol'zovaniya // Vestnik Ros-siyskogo universiteta Druzhby narodov. Seriya: Ekologiya i bezopasnost' zhiznedeyatel'nosti. –2015. –№4. – S. 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. Yurkevich M.G., Sidorova V.A., Dubrovina I.A. Vliyanie primeneniya ekstraktov buroy morskoy vodo-rosli Fucus vesiculosus L. na plodorodie pochv i produktivnost' rasteniy [Elektron. resurs] // AgroEkoInfo: Elektronnyy nauchno-proizvodstvennyy zhurnal. – 2021. – №5. Rezhim dostupa: http://agroecoinfo.ru/STATYI/2021/5/st_517.pdf. Data obrascheniya 06.01.2025 g. 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. Nakvasina E.N., Lyubova S.V. Pochvovedenie: uchebn. posobie., Arhangel'sk: SAFU, 2016.146 s.
19. Misnikov O.S. Fiziko-himicheskie osnovy torfyanogo proizvodstva: uchebnoe posobie / O.S. Misni-kov, O.V. Puhova, E.Yu. Chertkova. Tver': Tverskoy gosudarstvennyy tehnicheskiy universitet, 2015. –168 s.
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. Konovalova D.A., Ponomarev D.D., Bratilova N.P., Korotkov A.A., Mantulina A.V. Vyraschivanie se-yancev sosny kedrovoy sibirskoy s zakrytoy krnevoy sistemoy na eksperimental'nyh substratah // Hvoynye boreal'noy zony. –2023. –T. XLI, № 5. –S. 379–383 DOI:https://doi.org/10.53374/1993-0135-2023-5-379-383
27. Substraty torfyano-perlitnye tehnicheskie usloviya TU BY 100061961.002-2015 Utv. Pervyy zame-stitel' Ministra Ministerstva lesnogo hozyaystva Respubliki Belarus' A. A. Kulik 31.03.2015 g. https://mlh.by/lioh/2015-5/3.pdf);
28. Nakvasina E.N. Ritmika rosta seyancev sosny i eli. Bioekologicheskoe obosnovanie agrotehniki vy-raschivaniya. Arhangel'sk, 2016. –158 s.
