Wermikultura – przyszłość zrównoważonego rozwoju

Technologie wermikultur są ekonomicznie opłacalne, przyjazne dla środowiska i akceptowalne społecznie. Na czym polegają? Na wykorzystaniu pożytecznych dżdżownic, które od 600 milionów lat spełniają funkcje „inżynierów ekosystemów”.

Dżdżownice żyją przeciętnie od 3 – 7 lat, w zależności od gatunku i warunków siedliska. W przewodzie pokarmowym dżdżownic żyją miliony bakterii wiążących azot i rozkładających resztki organiczne. Dżdżownice posiadają specjalne chemoreceptory, dzięki którym wyszukują pożywienie. Ich ciało składa się w 65% z białka (z czego 70-80% to wartościowe wysoko lizynowe proteiny), 14% tłuszczy, 14% węglowodanów i w 3% z popiołu. Dżdżownice preferują siedliska wilgotne i ciemne, o temperaturze w zakresie 5-29 st C i wilgotności 60-75%. Rozmnażają się bardzo szybko; badania wskazują, że zwierzęta te podwajają swoją liczbę w ciągu 60-70 dni. W optymalnych warunkach siedliskowych rozmnażają się z prędkością 2⁸. Jedna dżdżownica wydaje ok. 300-400 młodych w ciągu swojego cyklu życiowego. Oznacza to, że w bardzo krótkim czasie można uzyskać wysoką masę dżdżownic, niskim nakładem kosztów.

Spośród 4 400 różnych gatunków dżdżownic (rodzina skąposzczetów), wiele z nich pełni istotne funkcje w utylizacji odpadów, jako tzw. bio-degrader, bio-akumulator i bio-transformer.

Niezwykle cenną cechą dżdżownic jest ich tolerancja na silnie zanieczyszczone środowisko, co więcej mają zdolność do bioakumulacji toksyn. Większość dżdżownic jest również tolerancyjna na umiarkowane zasolenie gleb, przy czym są gatunki wysoce tolerancyjne na ten czynnik, jak np. kompostowiec różowy (Eisenia fetida).

W tym artykule scharakteryzuję funkcje, jakie pełnią dżdżownice w zrównoważonych technologiach:

WERMIKOMPOSTOWANIE

Wermikompost to naturalny nawóz organiczny, uzyskiwany z odpadów pochodzenia organicznego, który zostaje „przetworzony” przez dżdżownice. W wyniku wermikompostowania uzyskujemy produkt 4-5 krotnie bardziej efektywny niż kompost i nawozy mineralne. Zastosowanie dżdżownic skraca czas kompostowania o połowę, a produkt końcowy jest zdezynfekowany i zdetoksykowany. Obliczono, że 1 milion dżdżownic podwaja się co 2 miesiące, dając 64 mln dżdżownic na koniec roku. Zakładając, że dziennie dorosła dżdżownica zjada odpady równoważne jej masie, to 64 mln dżdżownic (o wadze 32 ton) zjadają 32 tony odpadów dziennie, produkując 15-17 t wermikompostu dziennie, z 40-50% współczynnikiem konwersji (pozostała część zostaje wbudowana w ich ciało).

Wermikompostujące dżdżownice odżywiają się zróżnicowanymi typami odpadów organicznych, od odpadów komunalnych (z gospodarstwa domowego i komercyjnych) po przemysłowe (z produkcji zwierzęcej, przemysłu spożywczego i papierniczego).

Tab. 1. Typy odpadów organicznych, jakimi żywią się dżdżownice

Odpady komunalne	Surowe i gotowane owoce i warzywa, fusy z kawy i herbaty, torebki z herbaty, skorupki z jajek, odpady z restauracji, skoszona trawa i suche liście, osady ściekowe, odpady z uboju zwierząt
Odpady z rolnictwa	Wszystkie odpady roślinne i zwierzęce jak np. odchody i obornik
Organiczne odpady z przemysłu	Wszelkie odpady z przemysłu papierniczego, olejarskiego, gorzelniczego i browarnianego, z przemysłu drzewnego

Udział dżdżownic w procesie kompostowania zwiększa bioprzyswajalność produktów końcowych o 60-80%, w porównaniu do konwencjonalnego kompostowania. Obliczono, że w warunkach optymalnej temperatury (20-30 st C) i wilgotności (60-70%), ok. 5 kg dżdżownic (czyli ok. 10 tys sztuk), może wytworzyć ok. 1 tony wermikompostu w ciągu 30 dni, przy 50% współczynniku konwersji (co oznacza, że drugie 50% zostało wykorzystane do budowy masy ciała dżdżownic).

Wykazano również, że do wermikompostowania mogą być dodane, w ilości 4%, odpady z przemysłu wydobywczego zawierające trudno składowalną siarkę. Ciekawym rozwiązaniem jest wermikompostowanie roślin wykorzystywanych do fitoremediacji składowisk popiołów, a zawierających wysokie stężenia metali ciężkich w tkankach. Wermikompostować można również odchody ludzkie.

Podczas procesu wermikompostowania dżdżownice pełnią szereg funkcji:

• rozdrabniają odpady, wykorzystując do tego kamyczki w przewodzie pokarmowym.
• Są „bioreaktorami”, wydzielając enzymy, jak proteazy, lipazy, amylazy, celulazy i chityniazy, które to przekształcają odpady biochemicznie. Spożywając odpady eliminują z nich szkodliwe mikroorganizmy.
• Sprzyjają rozwojowi pożytecznych mikroorganizmów w glebie, jak bakterie, promieniowce i grzyby, przyczyniając się w ten sposób do wzrostu aktywności mikrobiologicznej podłoża.
• Humifikują materię organiczną z odpadów, tworząc w rezultacie amorficzne koloidy. Ćwierć materii organicznej jest przekształcana w humus.

Zalety wermikompostowania:

• Zagospodarowanie i neutralizacja odpadów organicznych
• Proces jest szybki i efektywny
• Dezynfekcja, usuwanie substancji szkodliwych i poprawa właściwości produktu finalnego
• Brak lub bardzo niskie zużycie energii
• Proces nie generuje nieprzyjemnych zapachów, ponieważ zachodzi w warunkach tlenowych
• Niska emisja gazów cieplarnianych

WERMIFILTRACJA

Ponad 80% wody pitnej zostaje po zużyciu przekształcone w ścieki. Ich następstwem jest pojawienie się osadów ściekowych, które wymagają specjalnych procesów składowania, co generuje dodatkowe koszty.

Aby zneutralizować osady powstało innowacyjne i przyjazne środowisku rozwiązanie – wermifiltracja z wykorzystaniem dżdżownic. Ciało dżdżownicy pełni w procesie wermifiltracji rolę biofiltra, usuwając w ciągu 5 dni biologiczne zapotrzebowanie na tlen w ponad 90%, zaś chemiczne zapotrzebowanie na tlen – w 80-90%, rozpuszczalne części stałe w ściekach są usuwane w 90-92%, zaś części zawieszone w roztworze – w 90-95%. Odpowiadają za to mechanizmy pobierania, biodegradacji i absorpcji wszystkich tych składników przez ciało dżdżownic.

W procesie wermifiltrowania dżdżownice pełnią szereg funkcji. Wraz z bakteriami, które biodegradują związki toksyczne ze ścieków, dżdżownice prowadzą enzymatyczną degradację stałych osadów ściekowych. Zatrzymane w górnej części wermifitra osady z roztworu są przekształcane przez dżdżownice i stanowią pożywkę dla bakterii znajdujących się w filtrze. Intensyfikacja procesów glebowych i aeracji w całym systemie sprzyja stabilizacji osadów i zwiększeniu efektywności filtrowania. Dżdżownice usuwają również ze ścieków związki chemiczne, metale ciężkie i patogeny. Woda po takim przetworzeniu może być ponownie wykorzystana, ale nie w celach pitnych.

Zalety wermifiltracji

• Niskie zużycie energii
• Nie generuje przykrych zapachów
• Odzyskana woda jest zdetoksyfikowana i zdezynfekowana, nadaje się do powtórnego użycia

WERMIREMEDIACJA

Ten proces służy przywracaniu zdegradowanych gleb do ponownego użycia. Wykorzystuje się w niej dżdżownice tolerancyjne na chemiczne skażenie gleb. Terenami objętymi procesem wermiremediacji są: ubogie gleby, depresyjne tereny nadmorskie, tereny po górnictwie odkrywkowym, zamknięte składowiska odpadów, torfy. Wermiremediacja to ważna technologia wdrożona do rewitalizacji i poprawy funkcjonowania terenów zdegradowanych w Wielkiej Brytanii, USA i Australii.

Dżdżownice mają zdolność do bioakumulacji takich metali jak: kadm, rtęć, żelazo, miedź, mangan, wapń, ołów, cynk. Owa akumulacja, co ważne, nie zaburza procesów życiowych dżdżownic. Co więcej wykazano, że dżdżownice potrafią usuwać z podłoża wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, jak fenantran, antracen, benzo(a)piren. Dżdżownice bioakumulują również pestycydy. Szczególnie cennymi w takim zastosowaniu są Lumbricus rubellus oraz Eisenia fetida. Ostatni gatunek dżdżownicy ma też zdolność do bioakumulacji asfaltenów, będących składnikami organicznymi asfaltów, występujących również w ropie naftowej i wielu innych bituminach.

Jak działają dżdżownice? Bądź wchłaniają toksyny bezpośrednio z roztworu glebowego do wnętrza swoich ciał, przez wilgotne tkanki skóry. Drugim sposobem jest pobieranie toksyn przez otwór gębowy i przepuszczanie ich przez układ pokarmowy, przy czym metale osadzają się w tkankach zewnętrznych. Białka „metalotioneiny”, odkryte w ciele dżdżownic, mają wysokie zdolności do wychwytywania metali ciężkich. Komórki chloragogenowe, pokrywające powierzchnię jelita oraz naczyń krwionośnych dżdżownic, mają zdolności do akumulowania i immobilizacji metali ciężkich. W kulistych chloragosomach dżdżownic dochodzi do degradacji ftalanów, fenantrenów i fluorantenu.

Dżdżownice poprawiają nie tylko właściwości terenów zdegradowanych. Pełnią też niezastąpioną rolę w zrównoważonym rolnictwie, poprawiając właściwości gleb użytkowanych rolniczo i plonowanie roślin. Działalność dżdżownic może poprawić napowietrzenie gleby w 8-30%. Poprawiają filtrację wody w nadmiernie zagęszczonych glebach o ok. 50%. Średnio 12 ton gleby/ha/rok jest spożywane przez dżdżownice, co daje przewracanie rocznie 18 t gleby.

Działalność dżdżownic ma niezastąpioną wartość w poprawie plonowania roślin. Ich aktywność sprzyja uruchamianiu z gleby składników pokarmowych, tworzeniu kwasów huminowych i humin. Badania prowadzone w Australii wykazały, że gleby zasobne w dżdżownice sprzyjają wzrostowi plonowania pszenicy o 39%, podnosząc również zawartość białka w plonie ziarna o 12%, przy jednoczesnej poprawie stanu zdrowotnego plantacji (obniżone występowanie grzybów fitopatogenicznych). Wykazano również znacznie lepszy wzrost roślin nawożonych wermikompostem, w porównaniu do nawozów mineralnych. Stosowanie wermikompostu istotnie poprawia zawartość biodostępnego azotu w glebie.

DŻDŻOWNICE W PRZEMYŚLE

Biologiczne składniki pozyskiwane z dżdżownic mają zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu: farmaceutycznym, kosmetycznym, jako pasza dla zwierząt.

• Kwas stearynowy z dżdżownic – jako komponent smarów do zastosowań przemysłowych np. mydeł przemysłowych
• Kwas laurynowy – jako detergent i komponent insektycydów
• Białko z dżdżownic jest bogate w lizynę i metioninę. Zawartość kwasu glutaminowego, leucyny, lizyny i argininy w mięsie dżdżownic jest czterokrotnie wyższe niż w mięsie ryb. Tryptofanu pochodzącego z dżdżownic jest 4 razy więcej niż tego z krwi i 7 razy więcej niż z krowiej wątroby. Witamina D stanowi 0,04-0,073% masy ciała dżdżownic! Stąd dżdżownice są bardzo cenną probiotyczną paszą i są stosowane w żywieniu drobiu, ryb i bydła.
• Lumbricus rubellus i Eisenia fetida są źródłem składników leczniczych w leczeniu chorób serca, krwi, reumatycznych i nowotworowych.
• Płyn koleomiczny z dżdżownic ma właściwości antybakteryjne, może być cennym składnikiem do produkcji antybiotyków.

Podsumowując, dżdżownice są tak cenne dla człowieka, jak pszczoły. Dbajmy o to, aby w glebach było ich jak najwięcej!