Agricultura din plastic folosind viermi Creșterea consumului de polistiren și utilizarea de frass pentru creșterea plantelor
ABSTRACT
Polistirenul sau PS este unul dintre materialele plastice care contribuie la poluarea mediului, cu durabilitatea și rezistența sa la biodegradare. Cercetări recente au descoperit că viermii de masă (Tenebrio molitor) și supervermii (Zophobas morio) sunt capabili să utilizeze polistirenul ca sursă de hrană cu carbon și să-i degradeze fără efecte toxice. În acest studiu, am studiat aditivii alimentari pentru a crește consumul de plastic și am constatat că adăugările mici de zaharoză și tărâțe au fost capabile să încurajeze consumul de PS. Pentru a închide ciclul carbonului din plastic, am evaluat, de asemenea, utilizarea bobului de vierme pentru creșterea cactușilor-balauri (Hylocereus undatus) și am constatat că burta de viermi a susținut înrădăcinarea și creșterea mai bine decât cea a viermelor de farfurie și mediile de control pe o perioadă de două săptămâni. Din rezultate, super-viermii s-au dovedit a fi o soluție naturală adecvată la problema plasticului PS, care poate sprijini, de asemenea, creșterea plantelor către un ciclu de bioremediere durabil zero-deșe.
Introducere
Polistirenul (PS) sau cunoscut sub numele de Styrofoam, a fost inventat și sintetizat în jurul anilor 1950 1. Este un polimer foarte ușor, are o conductivitate termică scăzută 2 și poate fi sintetizat la diferite forme și dimensiuni, făcându-l un material extrem de versatil. De la material izolant pentru clădiri până la material de ambalare utilizat pe scară largă în alimente și băuturi, Styrofoam poate fi găsit în întreaga lume. Cu toate acestea, nu are un loc inofensiv în mediul marin sau terestru, rezultând acumularea și poluarea datorită rezistenței sale la degradarea chimică 3. În timp ce o gestionare actuală pe scară largă a deșeurilor de PS este prin incinerare, această metodă poate duce la vapori toxici în poluarea aerului 4-6, cauzând și sănătății umane 6 .
Viermii precum super-viermii (Zophobas morio) și viermii de masă (Tenebro molitor) aparțin familiei gândacului negru (Tenebrionidae) și sunt dăunători vorace în mod natural în agricultură, consumând stoc de cereale uscate, chiar dacă sunt surse de hrană în multe societăți 7. Viermii de mâncare s-au dovedit recent a fi capabili să consume și să metabolizeze materialele plastice 8 în condiții de siguranță, o capacitate atribuită bacteriilor intestinale comensale la acești viermi confirmată cu experimente de urmărire a izotopilor de 13 C-carbon 9. În stadiul de viermi, acestea pot fi menținute la densitate ridicată și pot excreta deșeuri bogate în azot sub formă de frass 10 care pot fi îngrășăminte potențiale pentru culturile de plante. Viermii sunt, de asemenea, bogați în chitină 11,12, o substanță chimică care se dovedește a îmbunătăți creșterea și randamentele plantelor 13-15. Mai recent, s-a raportat, de asemenea, că viermii consumă PS și cu o rată mai mare decât viermii de masă 16, demonstrând o promisiune în utilizarea supervermilor în lupta împotriva materialelor plastice.
Deoarece recipientele pentru alimente PS produc cea mai mare parte a deșeurilor PS, acestea sunt adesea contaminate cu deșeuri alimentare, complicând metodele de reciclare care necesită deșeuri de plastic curate. În acest aspect, utilizarea viermilor și evaluarea posibililor contaminanți alimentari pentru a accelera degradarea plasticului pot fi o soluție naturală care nu a fost încă pe deplin exploatată, mai ales dacă deșeurile viermilor pot fi la rândul lor folosite pentru a sprijini creșterea plantelor, în special producția agricolă a culturilor alimentare, făcând astfel viermii cheia transformării deșeurilor de plastic în îngrășăminte pentru producția de alimente cu zero deșeuri.
Pentru a evalua această posibilitate, acest studiu își propune să investigheze rolul aditivilor alimentari la degradarea plasticului de către viermi, precum și utilizarea frassului de viermi pentru planta dragonfruit (Hylocereus undatus) care ar putea fi cultivată cu ușurință chiar și în interior. Cactusul de fructe dragon a fost ales deoarece este o plantă de fructe de interior ușor de cultivat, cu potențiale aplicații agricole urbane.
Materiale și metode
Creșterea insectelor și colectarea de frass
Viermii (Zophobas morio) și viermii de masă (Tenebro molitor) hrăniți cu tărâțe au fost cumpărați ca hrană pentru animale de companie din diferite magazine pentru animale de companie din zona Clementi, Singapore. Pentru diferite condiții experimentale, acestea au fost cântărite și transferate în recipiente din polipropilenă (PP) (pe care viermii nu le pot mânca, Figura 1A & B) cu respectivele condimente alimentare testate. Colectarea buretei de vierme s-a efectuat prin cernerea conținutului recipientelor cu o sită de plasă pentru a îndepărta PS/mâncare și părțile de vierme nemâncate. Viermii au fost păstrați în cutii de carton cu o umiditate constantă de ~ 50% și o temperatură de ~ 25oC. Parametrii de mediu au fost monitorizați de dispozitivele Arduino asamblate (nu sunt afișate).
Imagini reprezentative ale setărilor pentru testarea ratelor de consum PS de către A) viermi de masă; B) Superworms. Atât pentru A, cât și pentru B, stânga sunt setările inițiale, iar dreapta a arătat setarea după patru zile în care s-a produs frass din consumul PS. (C) Configurarea cactușilor de fructe de dragon altoiți pe mediul de testare a frunzelor de ceai, tărâțe, MW și frass SW.
Experimente privind rata consumului PS
Rata naturală a consumului de PS (mg PS/g de vierme pe zi) de către viermi și viermi de mâncare a fost determinată prin creșterea fiecărui tip de vierme separat. Pentru a controla diferitele dimensiuni de viermi, greutățile totale de viermi între 6,22-10,76 g per set experimental cu 0,3-0,39 mg de bile PS de dimensiuni similare cu diametre cuprinse între 0,4 și 0,5 cm (Art friend, Singapore) au fost configurate (Figura 1A și B ). Pentru configurarea experimentală cu aditivi alimentari, bilele PS au fost premixate cu 25 mg de scorțișoară (Masterfoods, Australia), tărâțe (Bob’s Redmill, America), zaharoză de masă (grup Lippo) sau fără aditiv (martor) în recipiente din polipropilenă. Pentru a permite o mai bună aderență a aditivilor alimentari la bilele PS, s-au adăugat 0,9 ml de apă la amestec. Bilele PS au fost colectate după 4 zile și cântărite pe o balanță analitică pentru a determina cantitatea neconsumată. Viermii morți și greutățile totale finale ale viermilor vii au fost, de asemenea, înregistrate. Pentru analiză s-au folosit numai greutăți viermi vii. Toate experimentele au fost repetate în format sexual.
Wass Frass și Dragon Dragon (Hylocereus undatus) experimentează setările
Frassul de la viermi și viermi de mâncare crescuți exclusiv pe bile PS au fost folosiți ca mediu de sol 100% pentru cactușii Hylocereus undatus. Cactușii de bază au fost crescuți din semințe în medii de birouri interioare de mai bine de patru ani. Metoda de altoire a fost utilizată pentru a extinde cu succes cactuții de mai multe ori pe frunzele de ceai Oolong consumate. Pentru experiment, aceeași metodă de altoire a fost utilizată pentru a transplanta ramuri de cactuși pe mediul de testare și a crescut în pahare de vin din plastic reciclat în setări individuale (Figura 1C). Condițiile de testare folosite au fost frunzele de ceai, tărâțe, super-viermi și frăsuri de vierme pentru a acoperi cactuii altoiți suficient pentru a sta.