Evaluation of different types of vermicompost by the assessment of microbial enzymatic activities

Hana Taušnerová

Master's thesis

Zhodnocení různých druhů vermikompostů na základě mikrobiálních enzymatických aktivit

Abstract:

Intenzivní zemědělské a průmyslové aktivity produkují velké množství organických odpadů, které představují vážný environmentální problém. Vhodnou technologií pro zhodnocení a stabilizaci různých druhů organických odpadů se jeví vermikompostování. V této studii byla zhodnocena proveditelnost vermikompostování koňského hnoje (KH), jablečných výlisků (JV), matoliny (M), digestátu (D) a kuchyňského odpadu (KO) v kontinuálním systému krmení po dobu šesti měsíců. Bylo založeno pět vermikompostérů, každý pro jednotlivý druh organického odpadu (KH, JV, M, D a KO). Experiment byl proveden ve třech opakováních. Do kravského hnoje byly naočkovány žížaly, jež byly krmeny každé dva týdny. Každé dva měsíce byla monitorována biomasa a počet žížal spolu se změnami chemických parametrů a mikrobiálních aktivit. V případě varianty KH se zvýšila biomasa žížal po čtyřech měsících a u varianty JV po dvou měsících. Hodnota pH ve všech variantách byla obecně zásaditá, s výjimkou KH a D, ve kterých bylo pH neutrální. Elektrická vodivost se pohybovala v rozmezí od 0,4 do 1,7 mS cm 1. Přeměna organické hmoty vedla k poklesu v obsahu celkového organického uhlíku ve variantách KH a JV. Ve všech variantách došlo naopak po čtyřech měsících ke zvýšení celkového rozpustného uhlíku, zatímco nárůst obsahu rozpustného dusíku byl zaznamenán jen v případě KO. Vyšší hodnoty N-NO3- se vyskytovaly ve variantách JV, D a KO, kdežto vyšší obsah N-NH4+ ve variantách KH a D. Obsah obou anorganických forem dusíku byl zredukován ve variantě M. Stanovením dehydrogenázy byla zjištěna slabá aktivita na konci procesu, která poukazovala na stabilizaci organické hmoty obsažené v každém výchozím materiálu. Aktivita beta-glukosidázy vykazovala zvýšení pouze v případě varianty M. U fosfatázy došlo ke zvýšení během vermikompostování KH a bylo zjištěno, že je citlivá ke změnám pH. Během vermikompostování KH prokázala vyšší aktivitu rovněž proteáza a o difenol oxidáza při vermikompostování M. Obecně lze konstatovat, že počáteční chemické složení zjištěné v různých druzích organického odpadu určovalo jejich následnou přeměnu, enzymatické aktivity stejně tak jako chemické složení výsledného produktu (vermikompostu). V porovnání s ostatními organickými odpady bylo v kontinuálním systému krmení efektivnější vermikompostování KH a JV. Ke zhodnocení specifičtějších parametrů souvisejících s úmrtností žížal, toxicitou výsledného vermikompostu a jeho zemědělského využití je nicméně nutná další série experimentů.

Abstract:

The intensive agricultural and industrial activities produce a large amount of organic wastes which represent a serious environmental problem. Vermicomposting has been described as a suitable technology for the valorisation and stabilization of different types of organic waste. In this study was evaluated the feasibility of vermicomposting of horse manure (HM), apple pomace (AP), wine pomace (WP), digestate (D) and kitchen waste (KW) in a continuous feeding system for 6 months. Five vermicomposters, one per each initial organic waste (HM, AP, WP, D and KW) were set up. The experiment was conducted in triplicate. Earthworms were inoculated in cow manure and fed every 2 weeks. Earthworm biomass and number were monitored every 2 months and variations in chemical parameters and microbial activities were evaluated as well. The earthworm biomass was enhanced after 4 and 2 months in the case of HM and AP treatments, respectively. The pH was generally alkaline in all types of treatments, except of HM and D, in which was neutral. The EC ranged in values from 0.4 to 1.7 mS cm 1. The transformation of organic matter result in a decrease in the TOC content in HM and AP treatments. On the contrary, total soluble C increased after 4 months in all vermicomposting treatments, meanwhile, the enhancement in soluble N content was recorded only in the case of KW. Increased values in N-NO3- was found in AP, D and KW treatments, whereas HM and D increased the content in N-NH4+. However, the content in both inorganic N forms were reduced in WP treatment. The assessment of dehydrogenase showed a low activity at the end of the process indicating the stabilization of the organic matter contained in each initial material. On the other hand, beta-glucosidase activity was enhanced only in the case of WP vermicomposting treatment. Phosphatase was increased during the vermicomposting of HM, and it was found to be sensitive to changes in pH. Likewise, protease and o-diphenol oxidase showed higher activity during the vermicomposting of HM and WP, respectively. Generally, the initial chemical composition found in different types of organic wastes determined its subsequent transformation, enzymatic activities as well as the chemical composition of final product (vermicompost). However, the vermicomposting of HM and AP in a continuous-feeding system were more efficient compared with other organic wastes. Nevertheless, new set of experiments is need in order to evaluate more specific parameters related to mortality of earthworms, toxicity of final vermicompost and its agronomical use.

Keywords

žížaly, enzymatická aktivita, vermikompostování s kontinuálním systémem krmení, organické odpady, vermikompost

Keywords

earthworms, enzymatic activity, continuous-feeding vermicomposting system, organic wastes, vermicompost

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 4. 2015

Thesis defence

• Supervisor: Mercedes García Sánchez
• Reader: Inmaculada García Romera, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Care of Biosphere / Waste Use and Management