VOSTOUPAL, B., 1) ŠOCH, M., 2) VRÁBLÍKOVÁ, J., 3) HANUŠ, M., 3) ZAJÍČEK, P., 4) HRUBÝ, J., 5) NOVÁK, P. 6), GJUROV, V. 1): Řízené rychlokompostování za účasti bioalginátů při efektivním zhodnocování nutriční hodnoty biodegradabilních odpadů Controlled quick – composting system by using bioalginates for the efficacious evaluating of nutritive value of biodegradable wastes ) Bio-algeen, Klokočná – Mnichovice; 2) Zemědělská fakulta JU Č. Budějovice; 3) Fakulta životního prostředí, UJEP Ústí nad Labem; 4) Ministerstvo zemědělství ČR, Praha; 5) Výzkumný ústav pícninářský, Troubsko u Brna, 6) Veterinární a farmaceutická universita, Brno 1
Souhrn Je předkládána základní informace o bezreziduálním stimulátoru mikrobiální biodegradace organických odpadů, mající skupinový název bioalgináty. Jsou získávány z hnědé mořské řasy Ascophyllum nodosum, sklízené ve chladných pobřežních vodách Islandu a mají rozmanité sféry využití ve smyslu mikrobiotechnologické stimulace dekompozičních procesů, zejména pak při rychlokompostovacích systémech. Summary There is presented the basic information about system of using non-residual stimulators microbiotecnological biodegradation of organic wastes, which has common name bioalginates. They are product of hydrolysis of the Iceland’s cold sea water – the brown sea algae Ascophyllum nodosum and have the manifold utilization. One of these is microbiotecnological stimulation of decomposition process, namely in quick composting systems. Úvod V současné době prožíváme narůstající etapu faktických, ale občas i jenom proklamativních snah o nastolení šetrných trendů účinné sanace společného životního prostředí, zejména pak v programové sféře lidské činnosti. Využíváme proto tohoto odborného fóra, abychom podle svých možností přispěli svou dílčí informací k určité pragmatické změně dosavadního přístupového stylu k těmto cílům a k umožnění náprav některých přetrvávajících systémových chyb. Chceme tímto představit a nabídnout jednu z dalších možností, jak přispět k efektivnímu stylu věcné realizace zásad podpory setrvalého rozvoje navazujícího biotického prostředí ve velice citlivé zóně územních částí, silně ovlivněných předchozí těžbou uhlí. Proto ve svém příspěvku představujeme možnost využití bezreziduálních naturálních mikrobiostimulátorů , koncipovaných na bázi polyfunkčních struktur mořských řas. Chceme tak informovat o kategorii biolaginátů, jimiž lze nejen urychlit, ale také i zkvalitnit racionální přeměnu biologicky rozložitelných odpadů v humózní substrát, tedy na důležitou substituční složku pro posílení nutritivní disponovanosti redistribuovaných zemin z revitalizovaných
ploch, často postrádajících dostatek využitelné organické hmoty a plně funkčního mikroedafonu. Literární přehled Zdrojem alginátů jsou mořské řasy, rostoucí v poměrně mělkých hloubkách chladných a čistých arktických pobřežních vod Norska, Islandu, ale i Kanady (DE LA COURT-1992, REICHHOLF-1999, SCHAEFFER, HERRICK-1988, VOSTOUPAL, GJUROV-2006). V současné době jsou tyto řasy cíleně sklízeny speciálními technikami, následně ošetřovány a konzervovány a transportovány pro další efektivní využití. První řasy se údajně na naší Zemi objevily někdy před 3,2 miliardami let a podle dedukcí odborníků prý byly jednobuněčné. Do vyspělejších mnohobuněčných forem se rozvinuly až asi o 1,8 miliardy let později. (AHMAD-1989, BROWN-1992). Biologové zatím popsali na 50 000 druhů řas, a to od těch miniaturních jednobuněčných o velikosti kolem 10 µ až po obrovské mnohobuněčné chaluhy, dorůstající do výšky až šedesáti metrů (DOBSON1992, RŮŽIČKA-1999, VOSTOUPAL, GJUROV, NOVÁK, ŠOCH a kol.-2006). Drobné jednobuněčné řasy tvoří plankton, jímž se živí většina mořských živočichů. Mnohobuněčným se daří zejména v pobřežních
pásmech moří (PEARCE-1996,
VOSTOUPAL, GJUROV-2006). Na rozdíl od vyšších rostlin, pěstovaných v intenzivním zemědělství, řasy nevyčerpávají prostředí, v němž rostou a nepotřebují ke svému rozvoji pomoc člověka. Nemusí se hnojit, zavlažovat, ani jinak ošetřovat (BARNEY-1993, BROWN1992, WANG – 1982). Podle dostupných údajů se ročně na celém světě sklízí zhruba sedm milionů tun řas (AHMAD, SERAFY, LUTZ-1989, SALVATO-1989). Polovina z nich se využívá v potravinářském průmyslu, druhá polovina slouží k různým účelům. Přípravky bioalgeenové řady jsou hydrolyzátem hnědé mořské řasy Ascophyllum nodosum. Jsou koncentrátem specifických rostlinných gelů a přírodních polysacharidů, složeným z polyuronových kyselin mořské řasy. Tyto uronové kyseliny jsou polyelektrolyty s vysokou iontověvýměnnou kapacitou 5.000-20.000 m/val. (GJUROV-2005, VOSTOUPAL, ŠOCH a kol.-2005). Absorbují substance, uvolněné biologickým rozkladem organické hmoty, ale i celou řadu toxických prvků a komponent ( BARNEY, BLEWETT-1993, SIGLOVÁ, ČEJKOVÁ a kol.-2006, RACLAVSKÁ-1998). Mají molekulovou strukturu identickou s šedou huminovou kyselinou, která s jemnými částečkami půdy vytváří jílovito-humusový komplex Komplexují těžké kovy a eliminují tak jejich toxicitu (BANKS, SCHULTZ-1999, VOSTOUPAL, GJUROV-2006). Ve vodě tvoří, pod vlivem kovů, vodou nerozpustný „gel-vločky“. Jde v podstatě o univerzální
živnou půdu, v jejíž přítomnosti se mikroorganismy velmi rychle a v rovnováze množí, bez ovlivnění
rizikovými
chemickými
faktory
(GOUGH,
RHEAD,
ROWLAND-1992;
SCHAEFFER, BEASLEY-1989, ZABLOUDIL, NOVÁK, VRÁBLÍKOVÁ, ŠOCH-1999). Překvapivě silný podpůrný efekt vyvíjejí bioalgináty při stimulaci rozmnožování mikrobiontů, ale
i
při
indukci
rozvoje
kořenových
systémů
(VOSTOUPAL,
GJUROV-2006,
VOSTOUPAL, ZAJÍČEK, ŠOCH, HRUBÝ, GJUROV-2007). Efektivitu a vhodnost nasazení a následného uplatnění bioalginátů v odpovídajících aplikačních formách, zaměřených na kontrolu toxických složek v prostředí, posuzovala dnes již celá řada autorů (NOVÁK, ZABLOUDIL, ŠOCH-1999; VOSTOUPAL, GJUROV, NOVÁK, ŠOCH a kol. -2006). O dosažení příznivých výsledků s aplikací
bioalginátů při omezování evaporací
plynných katabolitů z rozkladných dějů referovali – mimo řady dalších-JELÍNEK, ČEŠPIVA, PLÍVA, HÖRNIG, STOLLBERG-2001; VOSTOUPAL, GJUROV, NOVÁK, ŠOCH a kol. -2006 a další. Stejně pozitivních zkušeností nabyli v oblasti sanace procesů biodegradace rostlinných zbytků a ostatních biologicky rozložitelných odpadů JELÍNEK, HEJÁTKOVÁ a kol. -2002; NOVÁK, ZABLOUDIL, VRÁBLÍKOVÁ, ŠOCH-1999.; VOSTOUPAL, GJUROV, NOVÁK a kol.-2006; VOSTOUPAL, ZAJÍČEK, ŠOCH, HRUBÝ,GJUROV-2007 a další. Vlastní sdělení: Poukazujeme na významnou sanativní roli v oblasti řízení procesů biodegradace prostřednictvím osobité kategorie polyfunkčních bioalginátů. Ty používají vlastních naturálních mechanismů a mikrobiochemismů i přírodních relačních dispozic ke stimulaci saprofytických mikrobních společenstev. Cílená podpora rozvoje zejména skupiny mikrobiálních dekompozitorů podmiňuje nastolení řetězovitých mikrobiotechnologických dějů, kterými lze, aniž by měnily podstatu okolního prostředí, toto významně a v několika směrech příznivě ovlivňovat a regulovat mnohé katabolické děje, včetně jejich emisí. Spontánní kompostovací proces je vlastně aerobním dějem v biodegradační proceduře, ve které dochází na jedné straně k rozkladu složitých biologických struktur a na druhé straně ke stabilizaci takto uvolněných nutritivních komponent. Koncentrace přítomných živin současně vytváří ze zpracovávané masy velice bohatou živnou půdu, na které se ochotně pomnožují dekompoziční mikroorganismy. Jejich vitální aktivity a přímá účast v procesu biodegradace má navíc jeden významný ko-produkt a tím je biologické teplo, podporující v použité hmotě veškeré doprovodné biochemické, ale i ostatní mikrobiotechnologické děje.
Dobře kompostovaná organická hmota, která absolvovala dostatečně dlouhé a dostatečně vysoké biotermické pasážování (+ 70o C), je stabilní a téměř bez rizikových mikroorganismů (určitou rizikovou menšinou jsou případné spóry, které však rozhodně nejsou ubikvitární). Významnou funkcí bioalginátů je i jejich dispozice vydatně potlačovat – na principu uplatnění interferenčního fenoménu – rozvoj škodlivých faktorů v půdě, např. fusarií a omezovat tak obsah rizikového toxikantu DONu (desoxynivalenolu) ve finálním produktu. Tato skutečnost je významnou zejména proto, že DON je transportovatelný z takto zatížené půdy ascendentním směrem do potravního řetězce. Jeho přítomnost v potravinách a krmivech rostlinného původu je činí rizikovými a prakticky je z nominálního využití vyřazuje. Klasicky kompostovaná organická hmota sice poskytne jako výsledný produkt standardní kompost – avšak za poměrně velmi dlouhou dobu, která svým trváním významně omezuje produktivitu tohoto stále důležitějšího odvětví kontrolovaného zhodnocování odpadů. Existuje však reálná možnost dobu biodegradace – tzv. zrání kompostu – podstatně zkrátit a finální produkt tohoto procesu výrazně zkvalitnit. Tou možností je systematické využití speciálních formulací bioalginátů pro řízenou akceleraci všech důležitých dílčích mikrobiotechnologických procedur při zrychleném – tzv. faremním kompostování. Jako modelové prostředky z kategorie řasových přípravků lze zvolit bioalgináty, reprezentované na zdejším trhu produkty bio-algeenové řady. Pro kompostovací programy je to pak zejména specializovaný Bio – algeen Rychlokompostovač, případně také i další přípravek, tj. Bio – algeen G-40. Oba tyto prostředky jsou dodávány v husté kapalné podobě a aplikují se – po příslušném naředění – vhodnými prostředky formou postřiku nebo zálivek, případně i tlakových injektáží do profilu kompostových hromad. Efekt jejich použití spočívá v tom, že kromě zkrácení kompostovacího procesu až na čtcrtinu obvyklých dob zrání (v závislosti na velikosti podílu hůře rozložitelných složek) dochází také ke znatelnému snížení paralelní produkce emisí zátěžových plynů. Gelové substance, obsažené v těchto přípravcích – jsou-li patřičně ředěné vodou – propojují vrstvy kompostovaného materiálu, podporují rozkladné procesy, ale také vážou těžké kovy (výhodné při kompostování rostlinných zbytků z údržby komunikací a městské zeleně). Rostlinný materiál, ošetřený takovým kompostem, není tolik citlivý na vnější teplotní výkyvy. Vlivem výrazně stimulativního vlivu bioalginátů na řadu vitálních i generativních funkcí přítomného mikroedafonu v ošetřené kompostové zakládce rychleji narůstá uvnitř kompostových hromad biologické teplo. Podobný efekt však může pokračovat - jako nepřímý termický nárazníkový systém, omezující chladové inzulty v půdním profilu – i při aplikaci těchto přípravků do půdního profilu.. Bioalgináty, případně jejich stopy, přítomné v kompostovém substrátu
přímo i nepřímo zvyšují úrodnost jimi ošetřených půd a substrátů, zpřístupňují rostlinám i jinak těžko dostupné živiny (výsadby ve špatných půdně-klimatických podmínkách, při rekultivačních akcích, při zalesňování, při sanaci svahů terénních zářezů, doprovázejících dálniční tahy nebo železniční koridory). Důležité je připomenout, že – jako vícestranný biologický stimulátor – se bioalgináty stávají organickou součástí kompostové hmoty, aniž by vytvářely jakákoliv zátěžová rezidua. Upravují – v důsledku již výše zmíněných charakteristik – v důsledku jejich molekulové struktury, shodné se šedou huminovou kyselinou i vodní režim v půdě. Spolu s vytvářenou humózní složkou významně potencují sorpční kapacitu organických materiálů, jejichž jsou součástí. Tato vlastnost nabývá na mimořádném významu zvláště v posledních dobách s výskytem extrémních letních teplotních hodnot a neobvykle vysokým odparem. Stejně tak bioalgináty ošetřené humózní materiály zvyšují odolnost půd proti erozi, selektivně napomáhají rozvoji půdních dekompozičních mikroorganizmů a mykorrhizních společenstev. To se jeví zvláště významným v oblastech, kde se uskutečňuje programová rekultivace krajiny, sanace krajinného prostředí, poškozeného špatně koordinovanými anthropogenními aktivitami, ale i při regeneraci geneticky či historicky cenných stromů, při bioremediaci kontaminovaných ploch atd.). Důležitým momentem je i podpůrný vliv polyuronových kyselin a přítomných auxinových složek na rozvíjení mohutnějšího kořenového systému, což sebou logicky přináší příznivou dispozici pro zvýšení vitality rostlin, jejich plodnosti a výnosu a odolnosti proti klimatické nepřízni (letní sucha). Závěr V tomto příspěvku jsme se pokusili poskytnout rámcovou informaci o reálné možnosti zrychlení a zkvalitnění procesu zhodnocování biodegradabilního odpadu prostřednictvím řízeného kompostování. Upozornili jsme tím i na fortifikační i detoxikační funkci bioalginátů, (v podobě přípravků bio-algeenové řady), cíleně aplikovaných v průběhu kompostování do zakládek s důrazem na omezování fugativních emisí z rozkladných procedur. Detoxikační vlastnosti bioalginátů je předurčují k využití i v procesech bioremediace zemin Současně je zde poukazováno i na hygienizační efekt zmiňovaných prostředků a na jejich schopnost účinně podpořit možnost mikrobiotechnologicky konzervovat živiny, uvolňující se z biomasy v průběhu rozkladu. Spolu se systémem uchování cenných živin se vlivem přítomných fytohormonů a polyuronových kyselin u takto ošetřených kompostových substrátů se projevují zřetelné znaky jejich výrazně vyšší nutriční hodnoty.
LITERATURA AHMAD, Y. J., SERAFY, EL. S., LUTZ, E.: Environmental Accounting for Sustainable Development. The World Bank. Washington, D. C. 1989. BANKS, M. K., SCHULTZ, K. E.: Compariosopn of plants for germination toxicity tests in petroleumcontaminated soils. Water Air and Soil Pollution, Vol. 167,č.1-4,s.211-219. ISSN:0049-6979 BARNEY, G. O., BLEWETT, J., BARNEY, K. R.:Global 2000 Revisited.Arlington Millen Institut, 1993, 268 s. GOUGH, M. A., RHEAD, M. M., ROWLAND, S. J.: Biodegradation studies of unsolved complex mixtures of hydrcarbons. Org.Geochem., 18,1992, 1, s.17-22. BROWN, L.: State of the World . New York: Worldwatch Institute, 1992, 653 s. DE LA COURT, T.: Different Worlds. Utrecht: Green Print, Jan van Arkel, 1992, 411 s. DOBSON, A.: Green Political Thought. London: Harper Collins, 1992, 167 s. JELÍNEK, A., ČEŠPIVA, M., PLÍVA, P., HÖRNIG, G., STOLLBERG, U.: Composting as possibility of toxic gases emissions reduction, mainly ammonia, generated during manure storage. Zemědělská technika, 3, 2001. JELÍNEK, A., HEJÁTKOVÁ, K. a kol.: Faremní kompost vyrobený kontrolovaným mikrobiálním procesem. Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha a Spolek poradců a kontrolorů v ekologickém zemědělství ČR při MZe ČR, Třebíč, Praha 2002, 73 s. NOVÁK, P., ZABLOUDIL, F., VRÁBLÍKOVÁ, J., ŠOCH, M.: Potenciální rizika při ozdravení agroekosystémů. Sborník příspěvků „Ekologické formy hospodaření v krajině“, Acta Universitatis Purkynianae, 49, Studia oecologica VII, FŽP UJEP Ústí n. Labem, 1999, str.78 - 87. ISBN 80-7044-272-7. PEARCE, D.: Ekonomie a výzva ke globální ochraně životního prostředí. In: Ekonomie životního prostředí a ekologická politika. Nakladatelství a vydavatelství litomyšlského semináře, Praha, 1996. 352 s. RACLAVSKÁ, H.: Znečištění zemin a metody jejich dekontaminace. Ostrava, 1998, 111 s. REICHHOLF, J.: Žít a přežít v přírodě: ekologické souvislosti; Praha, Ikar 1999. RŮŽIČKA, J.: Mikrobiologie pro technology život. prostředí; Brno, Vysoké učení technické v Brně 1999, 124 s. SALVATO, J. A.: Environmental Engineering and Sanitation. John Willey, N. York, 1989. SCHAEFFER, D. J., BEASLEY, V. R.: Ecosystems Health. Quantifying and Predicting Ecosystems Effects of Toxic Chemicals. Regulat. Toxicol. and Pharmacol., 9, 1989, s. 296 - 311. SCHAEFFER, D. J., HERICKS, E. E., KESTER, H. W.:Ecosystems Health. Measuring of Ecosystems Health. Environm. Managem., 12, 4, 1988, s. 445 – 455. SIGLOVÁ, M., ČEJKOVÁ, A., MASÁK, J., MACHÁČKOVÁ, J., FEIFIČOVÁ, D., JIRKŮ, V.: Bioremediační technologie jako nástroj pro dekontaminaci znečištěných území. Biotechnology 2006, Scif.Ped. Publ.,České Budějovice, 2006, s.1040-1042. ISBN 8085645-53-X VOSTOUPAL, B., ŠOCH, M., NOVÁK, P., GJUROV, V., JELÍNEK, A., DĚDINA, M., PLÍVA, P.: Možnosti dílčí účelové sanace bioklimatu venkovských sídel použitím přípravků bio-algeenové řady. Sborník příspěvků z 20. ročníku vědecké konference s mezinárodní účastí „Aktuální otázky bioklimatologie… 2005“. Vydal VÚŽV Praha, ČHMU Brno, 13. prosince 2005, s. 105 – 108. VOSTOUPAL, B., GJUROV, V.: Řízení stimulace rozvoje kořenových systémů použitím biolageenových přípravků. Sborník příspěvků z konference „Aktuální poznatky v pěstování, šlechtění a ochraně rostlin,m VÚP Troubsko – Brno, 23.-24. 11. 2006, s. 73 – 78. ISBN-80-86908-03--8 VOSTOUPAL, B., GJUROV, V., NOVÁK, P., ŠOCH, M., JELÍNEK, A., PLÍVA, P.: Role biolaginátů v procesu kontrolované biodegradace při kompostování. Sbor. příspěvků z konf. „Aktuální poznatky v pěstování, šlechtění a ochraně rostlin, VÚP Troubsko – Brno. 2006, s. 153 – 158. ISBN-80-86908-03-8 VOSTOUPAL, B., ZAJÍČEK, P., ŠOCH, M., HRUBÝ, J., GJUROV, V.: Algináty a jejich využití v rostlinné výrobě. Sborník přednášek konference „Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin“. VÚRV Praha-Ruzyně, 21. – 22. 3. 2007. ZABLOUDIL, F., NOVÁK, P., VRÁBLÍKOVÁ, J., ŠOCH, M.: Návrh ochrany a využití agroekosystému pásma hygienické ochrany. Protection and exploatation agroecosystems in water safety region. Sborník příspěvků „Ekologické formy hospodaření v krajině“, Acta Universitatis Purkynianae, 49, Studia oecologica VII, FŽP UJEP Ústí n. Labem, 1999, str.69 - 77. ISBN 80-7044-272-7. WANG, H. Y., LEE, S. S., TABACH, Y., CAWTHON, L.: Biotechnology and Bioengineering Symp., s. 139. Willey, New York, 1982.
Tato práce vznikla v rámci řešení výzkumného projektu NAZV QF 3148.
Adresy autorů: 1) MVDr. Bohuslav VOSTOUPAL, Ing. Vasil GJUROV, Bio-algeen, Klokočná 89, 25164 Mnichovice; 2) Doc. ing. Miloslav ŠOCH, CSc., Zemědělská fakulta JU, 37005 České Budějovice; 3) Prof. ing. Jaroslava VRÁBLÍKOVÁ, CSc., Ing. Marek HANUŠ, Fakulta životního prostředí UJEP, Ústí nad Labem; 4) Ing. Petr ZAJÍČEK, Ministerstvo zemědělství ČR, odbor bezpečnosti potravin a techniky životního prostředí, 11705 Praha I.; 5) Ing. Jan HRUBÝ, CSC., Výzkumný ústav pícninářský, 66441 Troubsko u Brna; 6) Doc. MVDr. Pavel NOVÁK, CSc, Veterinární a farmaceut. universita, Brno, Palackého 1-3 612 00 Brno 12.
Souhlas s uveřejněním práce jménem svým i jménem kolektivu spolupracujících autorů vyjadřuji souhlas s uveřejněním tohoto příspěvku na CD jako sborníku z konference. MVDr. Bohuslav Vostoupal
