Пластичне сільське господарство з використанням черв’яків Збільшення споживання полістиролу та використання фрасу для росту рослин
АНОТАЦІЯ
Полістирол або ПС є одним із пластмас, що сприяє забрудненню навколишнього середовища завдяки своїй довговічності та стійкості до біологічного розкладу. Недавні дослідження показали, що борошняні черви (Tenebrio molitor) та супер черви (Zophobas morio) здатні використовувати полістирол як вуглецеве джерело їжі та розкладати їх без токсичного впливу. У цьому дослідженні ми вивчали харчові добавки для збільшення споживання пластмас і виявили, що невеликі добавки сахарози та висівок здатні стимулювати споживання ПС. Щоб закрити цикл пластичного вуглецю, ми також оцінили використання хробакової глини для росту кактусів драконових плодів (Hylocereus undatus) і виявили, що супергризова коробочка підтримує вкорінення та ріст краще, ніж борошняна хробакова борошня та контрольні середовища протягом двох тижнів. З результатів видно, що супергельмінти є придатним природним рішенням проблеми пластики ПС, яке також може підтримувати ріст рослин до безвідходного циклу стійкого біоремедіації.
Вступ
Полістирол (ПС), або широко відомий як пінополістирол, був винайдений та синтезований приблизно в 1950-х роках 1. Це дуже легкий полімер, має низьку теплопровідність 2 і може бути синтезований до різних форм і розмірів, що робить його дуже універсальним матеріалом. Від ізоляційного матеріалу для будівель до пакувального матеріалу, який широко використовується в продуктах харчування та напоях, пінополістирол можна знайти у всьому світі. Однак їй немає безшкідливого місця в морському або наземному середовищі, що призводить до накопичення та забруднення через стійкість до хімічної деградації 3. Хоча одним із широкомасштабних методів управління відходами ПС є спалення, цей метод може призвести до токсичних випарів при забрудненні повітря 4–6, що також може завдати шкоди здоров’ю людей 6 .
Такі хробаки, як супергельмінти (Zophobas morio) та борошнисті черви (Tenebro molitor), належать до сімейства жуків-темношкірих (Tenebrionidae) і є природними ненажерливими шкідниками в сільському господарстві, споживаючи сухий запас зерна, навіть незважаючи на те, що вони самі є джерелами їжі у багатьох суспільствах 7. Нещодавно було показано, що борошнисті черви здатні безпечно споживати та метаболізувати пластмаси 8, здатність, що приписується бактеріям коменсальних кишок у цих хробаків, підтверджена за допомогою 13 експериментів з відстеження ізотопів вуглецю C 9. На черв’ячній стадії їх можна утримувати при високій щільності та виводити багаті на азот відходи у вигляді лами 10, які можуть бути потенційними добривами для рослинних культур. Черв’яки також багаті на хітин 11,12, хімічну речовину, яка покращує ріст і врожайність рослин 13–15. Зовсім недавно також повідомлялося, що супергельмінти споживають ПС, причому вищою швидкістю, ніж борошнисті черви 16, що свідчить про перспективу використання супергельмінтів у боротьбі з пластиками.
Оскільки контейнери для харчових продуктів PS становлять основну частину відходів PS, вони часто забруднюються харчовими відходами, ускладнюючи методи переробки, які вимагають чистих пластикових відходів. У цьому аспекті використання хробаків та оцінка можливих забруднювачів їжі для прискорення пластичної деградації може бути природним рішенням, яке ще потрібно повністю використати, особливо якщо черв’ячні відходи в свою чергу можуть бути використані для підтримки росту рослин, особливо виробництво продовольчих культур, що робить черв'яків ключем до перетворення пластикових відходів на добрива для виробництва продуктів харчування з нульовими відходами.
Щоб оцінити можливість, це дослідження має на меті дослідити роль харчових добавок у пластичному руйнуванні черв’яками та використання хробакової глини для рослини дракона (Hylocereus undatus), яку можна легко вирощувати навіть у приміщенні. Плодовий кактус дракона був обраний, оскільки це легке вирощування кімнатних фруктових рослин з потенційним застосуванням у міському сільському господарстві.
Матеріали і методи
Вирощування комах та збір фрасса
Надзвичайних червів (Zophobas morio) та борошнистих черв’яків (Tenebro molitor), що харчуються висівками, купували як корм для домашніх тварин у різних зоомагазинах в районі Клементі, Сінгапур. Для різних експериментальних умов їх зважували і переносили в поліпропіленові (РР) контейнери (які хробаки не можуть їсти, Малюнок 1A & B) із відповідними тестовими приправами для їжі. Збір хробакової глини проводили шляхом просіювання вмісту контейнерів сітчастим ситом для видалення ненаїдених ПС/їжі та частин хробака. Черв'яки утримувались у картонних коробках з постійною вологістю ∼50% та температурою ∼25oC. Параметри навколишнього середовища контролювали зібраними пристроями Arduino (не показано).
Репрезентативні зображення установок для тестування норм споживання ПС на А) борошнистих черв’яків; Б) Надчерви. І для A, і для B ліва - це початкові налаштування, а права показує настройку через чотири дні, коли з-за споживання PS вироблялася фрас. (C) Налаштування кактусів плодів драконів, прищеплених на тестові середовища чайного листя, висівок, MW та SW.
Експерименти з нормою споживання PS
Природну норму споживання ПС (мг ПС/г хробака на добу) супергельмінтами та борошнистими черв'яками визначали шляхом вирощування кожного типу хробаків окремо. Для контролю різних розмірів хробаків було встановлено загальну вагу хробака від 6,22 до 10,76 г на експериментальну установку з 0,3-0,39 мг однакових за розміром кульок PS діаметром від 0,4 до 0,5 см (Art friend, Сінгапур) (Рисунок 1A & B ). Для експериментальної установки з харчовими добавками кульки PS попередньо змішували з 25 мг кориці (Masterfoods, Австралія), висівок (Bob's Redmill, Америка), столової сахарози (група Lippo) або без добавки (контролю) у поліпропіленових контейнерах. Для кращого зчеплення харчових добавок з кульками PS до суміші додавали 0,9 мл води. Кулі PS збирали через 4 дні і зважували на аналітичних вагах, щоб визначити невитрачену кількість. Також реєстрували мертвих черв’яків та загальну загальну вагу живого хробака. Для аналізу використовувались лише живі ваги черв'яків. Всі експерименти повторювались у секс-копіях.
Налаштування експерименту з глистом і фраконом (Hylocereus undatus)
Фраси супергельмінтів та борошнистих черв’яків, вирощені виключно на кульках PS, використовувались як 100% ґрунтовий середовище для кактусів Hylocereus undatus. Кактуси, що вирощувались, вирощувались із насіння в офісних приміщеннях більше чотирьох років. Метод щеплення використовувався для успішного багаторазового розширення кактусів на відпрацьованих чайних листках Улун. Для експерименту тим самим методом живцювання було використано пересадку гілок кактусів на дослідне середовище та вирощування у перероблених пластикових чарках в окремих установках (рис. 1С). В якості випробувальних умов використовували чайне листя, висівки, супергельмінта та борошнистий черв’як, щоб покрити щеплені кактуси, щоб вони вистояли.