Химическая и микробиологическая характеристика субпродуктов, полученных при вермикомпостировании кофейной мякоти, и их преимущества для молодых кофейных деревьев

11 февр. 2019 г.Ресурсы

Компания: International Coffee Farms
Автор: Валентина Педротти
Местонахождение: Бокете, Чирики. Панама
Дата: 16 января 2019 г.

Вступление

Производство кофе — сложная и ответственная деятельность, включающая не только переработку кофе, но и управление всеми субпродуктами, получаемыми на мельнице. Как только кофейная вишня попадает в мельницу мокрой обработки, она проходит ряд процессов, в ходе которых из семян удаляют мякоть и слизь, чтобы, наконец, получить пергамент, готовый для сушки на солнце или в машине. Как кофейная мякоть, так и слизь составляют более или менее 60% от общего сырого веса плода. Это означает, что на каждые 100 ф. кофейной вишни, есть 60 фунтов. органического материала, который нельзя использовать непосредственно на фермах из-за воздействия на окружающую среду.

В соответствии с этим сценарием кофейная промышленность искала альтернативы для управления всеми этими объемами субпродуктов прибыльным и выгодным способом. Традиционно кофейная мякоть использовалась в качестве удобрения, корма для скота или даже в качестве источника биогаза (ICO, 2005). Совсем недавно вермикомпостирование было реализовано как еще одна стратегия управления субпродуктами. Это биотехнология, которая управляет интенсивным размножением дождевых червей в специализированных грядках с целью преобразования свежего органического субстрата в более подходящий материал для растений. Это биоокисление, которому способствуют микроорганизмы и дождевые черви, приводит к образованию гумуса и фильтрата в качестве конечных продуктов. Оба могут быть использованы на фермах.

Целью данного исследования было охарактеризовать гумус и фильтрат, образующиеся в системе вермикомпостирования из кофейной пульпы, с точки зрения химических и микробиологических компонентов. Кроме того, определяли влияние внекорневого и эдафического применения фильтрата на двухлетние деревья с точки зрения плагиотропного и ортотропного роста.

Цели

Охарактеризуйте химический и микробиологический состав двух основных субпродуктов, получаемых при вермикомпостировании кофейной пульпы: гумуса и фильтрата.
Обработка листьев и эдафического фильтрата на молодых кофейных растениях Катуаи каждые 21 день в течение 6 месяцев сезона дождей.
Оценить влияние на плагиотропный и ортотропный рост применения фильтрата.

Методология

Экспериментальная установка/Вермикомпостирование

Методы сбора кофейной мякоти

Мякоть кофе для экспериментов была получена с мельницы International Coffee Farms Corporation, расположенной в Бокете, Панама, с разных ферм: Cuatro Caminos, Loma de los Cedros, La India, Horqueta 1, в основном из сортового Catuai.

Экспериментальная установка/ Вермикомпостирование

Эксперимент проводился в кирпичном резервуаре размером 7,3 м в длину, 0,93 м в ширину и 0,70 м в глубину с пустым пространством на дне, что позволяло фильтрату, полученному червями, просачиваться и собираться. В качестве источника пищи для червей использовали 10-сантиметровый слой частично компостированной кофейной мякоти (от двух недель). В грядках около 2 килограммов червя Eisenia foetida были привиты. Влажность поддерживали периодическим опрыскиванием водой. Перфорированная сетка, покрывающая всю конструкцию, обеспечивает циркуляцию воздуха. Каждые две недели червей кормили частично компостированной мякотью.

Как только кровать достигла максимальной вместимости, червей собирали с помощью ловушек со свежей пищей. Фильтрат собирали каждые 5 дней и хранили в резервуаре, расположенном в тени и при температуре окружающей среды (около 25°C).

Для химического и микробиологического анализа были взяты три пробы гумуса в разных участках ложа. Также были собраны три образца фильтрата в стерильные контейнеры. Все образцы были немедленно доставлены в лабораторию для химического и микробиологического анализа.

1. Образец фильтрата и гумуса для лаборатории.

Экспериментальная зона.

Эксперимент проходил на кофейной ферме Лома-де-лос-Седрос в Бокете, округ Чирики, Панама. Это затененная коммерческая кофейная ферма, расположенная на 1550 м2. Внутри фермы, 228 м²экспериментальной площади была разграничена с учетом буферной зоны, чтобы изолировать эксперимент от остальной части фермы.

Команда ICFC идентифицирует деревья
Идентификация деревьев

Листовое и поверхностное применение фильтрата начинали в мае, за месяц до начала сезона дождей, до завершения 6 месяцев применения. Было применено шесть различных обработок плюс один контроль (таблица 1). Для каждой обработки была назначена популяция из 10 деревьев. С расстоянием 1 метр на дерево и 3 метра между обработками. Общая опытная популяция составила 60 деревьев и 10 контрольных.

Применение фильтрата.

Около 200 мл фильтрата в различных концентрациях применяли через листву и почву с помощью опрыскивателя каждые 21 день.

4. Приложение для выщелачивания

Ортотропное и плагиотропное развитие оценивали и контролировали, подсчитывая количество новых ветвей, отрастающих от основного ствола, и количество узлов. В каждом дереве была определена начальная точка, что позволило отслеживать развитие в течение шести месяцев на одной и той же части дерева. Ежемесячно измеряли диаметр ствола, а также высоту над уровнем моря.

Леак: вермикомпостирующий фильтрат, Ферт: Регулярная программа внесения удобрений в International Coffee Farms: 2 применения Nitro Ca и Hidrocomplex (1 унция/применение) плюс 2 применения Humiteck (100 мл/применение). Контроль: Растения с только регулярной программой удобрения выращиваются в International Coffee Farms.

Статистический анализ.

Все химические и микробиологические данные представляют собой среднее арифметическое трех повторностей. Физические данные, измеренные на кофейных деревьях, представляют собой среднее арифметическое 6 деревьев, и статистический анализ этого параметра был проведен с помощью независимого дисперсионного анализа.

Результаты

Потенциальная фитотоксичность мякоти свежего кофе.

Свежая кофейная мякоть оказывает негативное влияние на скорость прорастания и развитие растения, что тесно связано с его концентрацией в конечном субстрате. Чем выше концентрация свежей мякоти в субстрате, тем меньше вероятность прорастания растения. В тех случаях, когда в качестве субстрата использовали 100% свежей мякоти, скорость прорастания была меньше 13%, достигая уровня всхожести 0% (таблица 2).

Результаты, полученные из трех образцов кофейной пульпы, полученных в системе вермикомпостирования. Анализ проведен в Centro de Investigacion Agronómica CIA. Университет Коста-Рики 21.03.18.

Анализ системы корней показывает то же поведение, что и тест на всхожесть (см. таблицу 3). Корень не может развиваться в субстрате с высокой концентрацией свежей пульпы.

Свежая кофейная мякоть является органическим нестабильным продуктом в том смысле, что она продолжает разлагаться после внесения в почву. Из-за высокой потребности в кислороде для проведения аэробного разложения это может привести к уменьшению содержания этого элемента и внезапной гибели полезных аэробных бактерий в почве. Кроме того, чрезмерное количество дубильных веществ и фенолов может вызвать торможение роста корней (Velmourougane & Kurian, 2011). Это косвенный ответ потенциальной фитотоксичности свежей пульпы на развитие растений и основная причина, по которой размещение большого количества свежей пульпы на небольшой площади может вызвать проблемы у деревьев.

Химическая характеристика фильтрата и гумуса

Химический состав, полученный при химическом анализе образцов гумуса и фильтрата, показывает, что оба продукта могут использоваться в качестве дополнительного источника питательных веществ, но не в качестве заменителя удобрения. Как видно из таблицы 4, вклад микро- и макроэлементов невелик и не может сравниться с обычным удобрением.

Поскольку содержание питательных веществ в них очень низкое, потребуются большие объемы гумуса, чтобы внести значительный вклад питательных веществ в сельскохозяйственные культуры. Например, если нам нужно внести 100 кг/га азота, нам потребуется внести около 6400 кг/га гумуса. С точки зрения логистики и доступности этого продукта, он не является чем-то управляемым на любой кофейной ферме.

Однако преимущества применения фильтрата и перегноя на кофейной плантации имеют другую природу. Химические результаты показывают, что гумус, полученный при разложении пульпы, является отличным источником органического вещества для почв (%C 26.02). Внесение гумуса на фермах улучшит концентрацию органического вещества в почве и, следовательно, улучшит катионный обмен и доступность микро- и микроэлементов для кофейных деревьев. Значение pH обоих составляет около 9, что полезно для почв с низким pH. Это то, что очень часто можно найти в странах, производящих кофе, с высоким сезоном дождей.

Важно отметить, что и гумус, и фильтрат имеют высокие концентрации Fe, особенно гумус. Поэтому применение обоих продуктов следует проводить с осторожностью, и перед применением рекомендуется провести анализ почвы на ферме.

Другим преимуществом реализации таких субпродуктов, полученных при вермикомпостировании кофейной пульпы, является инкорпорация микрофауны в почву, что улучшает микробиологическую активность на ферме. Микробиологический анализ показывает, что образцы гумуса и фильтрата, полученные в системе вермикомпостирования, содержат важные популяции актиномицетов, грибов, дрожжей и азотфиксаторов. Каждая из этих групп организма имеет полезную функцию. Кроме того, нет опасных бактерий, таких как кишечная палочка и Salmonella в любом из оцениваемых образцов.

Актиномицеты представляют собой грамположительные аэробные бактерии, ответственные за землистый запах свежей почвы, но они также важны из-за их роли в круговороте сложных органических молекул, таких как целлюлоза. Это улучшает доступность питательных веществ для растений (Bhatti, Haq., & Bhat, 2017). лактобактерии — еще одна интересная группа бактерий, которые работают как пробиотики и в почве. Эти бактерии позволяют растениям медленно высвобождать питательные вещества из ризосферы (Kang, 2016).

На популяцию почвенных дрожжей обычно отрицательно влияют обычные методы ведения сельского хозяйства, такие как химическая борьба с болезнями. В то время как здоровые почвы с органическим веществом обычно имеют более высокие урожаи дрожжевой колонии (Botha, 2006).

Сегодня многие фермеры стремятся принять паллиативные меры для повышения концентрации этих микроорганизмов в почве. Некоторые исследования показали, что добавление пивных дрожжей к обычным культурам, таким как помидоры и сахарный тростник, может улучшить статус растений N и P, изменяя их рост и биомассу. Это означает, что дрожжи потенциально могут улучшить рост сельскохозяйственных культур и снабжение питательными веществами (Lonhienne, Mason, Ragan, Schmidt, & Paungfoo-Lonhienne, 2014). Внесение перегноя и фильтрата может быть еще одним вариантом увеличения почвенных дрожжей.

Физический эффект применения фильтрата на молодые кофейные деревья Катуаи

Обработки были разделены на две категории: применение фильтрата плюс программа регулярного внесения удобрений и только применение фильтрата. Среди них использовались разные концентрации.

Этот анализ является результатом среднего значения 6 деревьев, основанного на нормальном распределении и независимом дисперсионном анализе. (а) не показывает статистических различий с контролем. (b) показывает статистические различия с контролем. Описание каждой обработки приведено в таблице 1.

Согласно статистическому анализу, обработка 1:20 фильтратом плюс удобрение дает лучший результат по сравнению с контрольной обработкой. В среднем за 6 мес наблюдения выросло на одну пару листьев больше по сравнению с остальными вариантами и контролем. Это представляет собой значительный прирост производства кофейных плодов с дерева.

Тот же эффект был обнаружен в отношении ортотропного роста. В этом случае две обработки показывают статистические приращения по сравнению с контролем, а именно: 1:20 фильтрат плюс удобрение и 1:40 фильтрация плюс удобрение.

Наконец, изменение высоты кофейных деревьев в течение 6 месяцев применения с обработкой 1:20 фильтратом плюс удобрение статистически отличается от контроля. Опять же, эта концентрация фильтрата обеспечивает наилучшие результаты по трем физическим переменным, которые связаны с выходом продукции и здоровьем растения.

Эти результаты являются вторым доказательством того, что фильтрат сам по себе не рекомендуется использовать в качестве заменителя удобрения. В общих чертах, наилучшие результаты достигаются при сочетании обоих методов, а наиболее эффективной обработкой с точки зрения объема и конечного результата является концентрация фильтрата 1:20 плюс обработка удобрениями. Это для молодых деревьев.

Во всех физических анализах, оцениваемых во время эксперимента, применение только фильтрата (независимо от его концентрации) не показывает статистических различий с контрольной группой.

В этом исследовании мы объективно смогли определить преимущества и ограничения применения переработанных субпродуктов, полученных в результате вермикомпостирования кофейной пульпы, таких как фильтрат. Результат показывает, что фильтрат может улучшать программы удобрения на ферме и улучшать почву с точки зрения добавления новой микробиоты в почву. Однако его не рекомендуется использовать в качестве замены обычному удобрению.

В настоящее время существует опасная концепция или идея, согласно которой все продукты, считающиеся натуральными или органическими, полезны для здоровья. Однако, в зависимости от концентрации продуктов, все что угодно может быть опасным или отравленным. Это происходит и с гумусом и фильтратом. Высокое содержание Fe можно считать одним из их основных ограничений и основной причиной, по которой фермер должен заранее знать его концентрацию Fe в почве, прежде чем применять эти виды продуктов.

Важность и интерес к членству в SCA.

Экологичные действия необходимо осуществлять на каждом этапе кофейной индустрии, если мы рассматриваем возможность развития этого рынка в течение более длительного времени. Однако необходимо продвигать действия, которые оказались лучшими вариантами, чем обычные. В противном случае мы можем наивно впасть в ложную устойчивость.

Члены SCA, особенно производители, могут использовать эту информацию в качестве справочной информации при управлении субпродуктами на своих фермах. Кроме того, хорошо известно, что экологическое регулирование с точки зрения управления субпродуктами с каждым днем становится все более требовательным в странах-производителях. Поэтому такие технологии будут все больше и больше рассматриваться не просто как дополнительная деятельность на ферме, а как жизненно важная деятельность в рамках системы обработки кофе. Реальные проверенные устойчивые варианты — это то, что требуется кофейной индустрии, чтобы идти по этому пути.

использованная литература

Лонхиенн Т., Мейсон М., Раган М., Шмидт С. и Паунгфу-Лонхьенн К. (2014). Дрожжи как биоудобрение изменяют рост и морфологию растений. растениеводство, Том 54.

Велмоуроган, К., и Куриан, Р. (2011). Химические и микробиологические изменения при вермикомпостировании кофейной пульпы с использованием экзотических (Eudrilus eugeniae) и местных видов дождевых червей (Perionyx ceylanesis). Биодеградация, 22: 497–507.

Бхатти, А., Хак. , А., и Бхат, А. (2017). Роль актиномицетов в благотворном воздействии на почву и растения. Микробный патогенез, Том 111. Страницы 458-467.

ICO. (2005). Возможности usos alternativos de los residuos y subproductos del cafe. ICO, 1967/05.

Канг, А. (2016). Понимание роли Lactobacillus в современной сельскохозяйственной практике. Исследования и обзоры: Журнал экологии и наук об окружающей среде.