DOI: https://doi.org/10.1007/s11104-024-07187-4
تاريخ النشر: 2025-01-20
المؤلف: M.J. Salomon وآخرون
الموضوع الرئيسي: الأنشطة البيولوجية للمركبات الكيميائية النباتية
نظرة عامة
تدرس الدراسة إمكانية استخدام فضلات يرقات ذبابة الجندي الأسود (BSFL) كسماد عضوي، مع التركيز على محتواها من العناصر الغذائية، والسمية البيئية، والتفاعلات مع الفطريات الميكوريزية الجذرية (AMF). تم تحليل منتجين تجاريين من فضلات BSFL، وكشف التحليل عن تركيزات أعلى من العناصر الغذائية الكبرى مقارنة بالسماد التقليدي، حيث تراوحت نسبة النيتروجين الكلي (N) بين 3.6% و3.9%، ونسبة الفوسفور الكلي بين 1.3% و1.6%. ومن الجدير بالذكر أن 98% من النيتروجين المعدني كان في شكل أمونيوم. وجدت الأبحاث أن أحد المنتجات أظهر تأثيرات مثبطة كبيرة على إنبات البذور، بينما أظهرت تجربة في البيوت الزجاجية أن إنتاج الكتلة الحيوية في نباتات الطماطم زاد مع ارتفاع معدلات تطبيق الفضلات، حيث استقر الإنتاج بين 150 و250 كجم N هكتار⁻¹.
تشير النتائج إلى أنه بينما يمكن أن تعزز فضلات BSFL نمو النبات، إلا أنها تطرح تحديات مثل ارتفاع مستويات الأمونيوم وتقليل استعمار AMF عند معدلات التطبيق المرتفعة. على وجه الخصوص، تم تثبيط استعمار الجذور بواسطة AMF تقريبًا بالكامل عند معدلات تطبيق تزيد عن 100 كجم N هكتار⁻¹، على الأرجح بسبب توفر الفوسفور العالي في الفضلات. تقترح الدراسة أنه لتعظيم فوائد فضلات BSFL مع التخفيف من قيودها، فإن الإدارة الدقيقة لمعدلات تطبيق AMF والعناصر الغذائية أمر ضروري، موصية بمعدل تطبيق مثالي يبلغ 100 كجم N هكتار⁻¹ لتحقيق إنتاج كتلة حيوية كبيرة دون آثار سلبية على استعمار AMF. بشكل عام، تظهر فضلات BSFL وعدًا كسماد عضوي غني بالعناصر الغذائية، على الرغم من وجود قيود معينة تحتاج إلى معالجة لتحسين الفعالية.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على الاهتمام المتزايد بالحشرات الصالحة للأكل، وخاصة يرقات ذبابة الجندي الأسود (BSFL)، كمصدر مستدام للبروتين والزيوت، نظرًا لكفاءتها العالية في العناصر الغذائية وتأثيرها البيئي المنخفض. تُعرف BSFL بمحتواها الكبير من البروتين الخام (41% على أساس المادة الجافة) ومعدلات التحويل الفعالة، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات الغذاء والعلف. المنتج الثانوي من تربية BSFL، المعروف باسم الفضلات، يتكون من فضلات الحشرات، والهياكل الخارجية، والعلف غير المهضوم، وقد أظهر وعدًا ككل من مكمل غذائي في تربية الأحياء المائية وسماد عضوي قيم. ومع ذلك، تم ملاحظة تحديات مثل انخفاض إنبات البذور والسمية النباتية عند معدلات التطبيق العالية، خاصة بسبب الملوحة وسمية الأمونيوم.
تحدد الورقة فجوة معرفية حاسمة بشأن تأثيرات فضلات BSFL على الفطريات الميكوريزية الجذرية (AMF)، التي تلعب دورًا حيويًا في تعزيز امتصاص العناصر الغذائية وصحة التربة. بينما تحتوي الفضلات على مستويات عالية من الفوسفور (P) التي قد تثبط نشاط AMF، إلا أنها تحتوي أيضًا على محتوى كبير من الكيتين، مما قد يعزز تطوير AMF. تهدف الدراسة إلى التحقيق في الخصائص الفيزيائية والكيميائية لمنتجين تجاريين من فضلات BSFL وتأثيراتها على إنبات بذور الطماطم ونمو النبات، مع التركيز بشكل خاص على استعمار AMF وامتصاص الفوسفور. تقترح الدراسة ثلاث فرضيات: أن فضلات BSFL ستعزز الكتلة الحيوية للطماطم، وتثبط إنبات البذور، وتقلل من استعمار AMF عند معدلات التطبيق العالية.
الطرق
في هذه الدراسة، تم استخدام منتجين مختلفين من فضلات يرقات ذبابة الجندي الأسود (BSFL)، تم الحصول عليهما من شركات أسترالية منفصلة في أكتوبر 2022. تم الحصول على المنتج A من مزارع موبيوس في جنوب أستراليا، وتميز بأنه مجفف بالهواء بحجم جزيئات أقل من 500 ميكرومتر. قبل التجربة، خضع هذا المنتج للتجانس من خلال الخلط اليدوي في حاوية كبيرة. تم تغذية يرقات مزارع موبيوس على نفايات الطعام المأخوذة من المطاعم المحلية.
تم الحصول على المنتج B من باردي في فيكتوريا، أستراليا، وكان في البداية في شكل حبيبات بأبعاد تقارب 1.5 سم في الطول و0.5 سم في القطر. تم تجانس هذا المنتج لاحقًا باستخدام خلاط منزلي لتحقيق حجم جزيئات أقل من 500 ميكرومتر ثم تم تجفيفه بالهواء. على عكس المنتج A، لم يتم الكشف عن مصادر نفايات الطعام المحددة ليرقات BSFL في باردي، على الرغم من أنه يُقترح أن المصادر قد تكون أكثر تنوعًا بسبب الحجم الأكبر للشركة.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج المستخلصة من الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من العمليات التجريبية أو التحليلية التي تم القيام بها. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث كشفت التحليلات الإحصائية عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية.
علاوة على ذلك، تُظهر النتائج أن التدخل المطبق أدى إلى تحسين في النتائج المقاسة، مع حساب أحجام التأثير لت quantifying magnitude of these changes. تمثل الرسوم البيانية، مثل المخططات أو الرسوم البيانية، الاتجاهات الملاحظة، مما يعزز الاستنتاجات المستخلصة من البيانات الكمية. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة حول سؤال البحث، داعمة الفرضية المطروحة في بداية الدراسة.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في الورقة البحثية الضوء على الخصائص الفيزيائية والكيميائية لمنتجين من فضلات ذبابة الجندي الأسود (BSFL)، كاشفة عن أوجه التشابه في قدرة الاحتفاظ بالماء، والنيتروجين الكلي، والكربون، ومحتوى الفوسفور. ومن الجدير بالذكر أن المنتج A والمنتج B أظهرا اختلافات كبيرة في الفوسفور المتاح للنبات، حيث أظهر المنتج B تركيزًا أعلى. تؤكد الدراسة على تأثير العلف على المحتوى الغذائي للفضلات، مشيرة إلى أن التباين في مستويات العناصر الدقيقة قد ينشأ من المصادر المتنوعة لنفايات الطعام المستخدمة في تربية BSFL. تشير النتائج إلى أن فضلات BSFL تحتوي على تركيز أعلى من العناصر الغذائية الكبرى مقارنة بالأسمدة العضوية التقليدية، مما قد يعزز من إمكانات احتجاز الكربون في التربة، خاصة بسبب وجود الكربون غير العضوي.
في تجربة إنبات البذور، أثرت تركيزات متزايدة من مستخلص الفضلات سلبًا على معدلات الإنبات، حيث أظهرت محاليل الأمونيوم أقل تأثيرات ضارة. أظهرت تجربة البيوت الزجاجية أن النمط الجيني 76R أظهر أوزان جافة أعلى للسيبال مقارنة بالطفرات الخالية من AMF، خاصة عند معدلات تطبيق فضلات أقل. ومع ذلك، تم ملاحظة أعراض سمية الأمونيوم عند الجرعات العالية، مما يشير إلى الحاجة إلى إدارة دقيقة لتطبيق الفضلات لتجنب الآثار السلبية على صحة النبات. بشكل عام، تؤكد الدراسة على إمكانات فضلات BSFL كإضافة عضوية غنية بالعناصر الغذائية، بينما تبرز أيضًا أهمية فهم خصائصها الكيميائية وتأثيراتها على نمو النبات.
DOI: https://doi.org/10.1007/s11104-024-07187-4
Publication Date: 2025-01-20
Author(s): M.J. Salomon et al.
Primary Topic: Phytochemical compounds biological activities
Overview
The study investigates the potential of black soldier fly larvae (BSFL) frass as an organic fertilizer, focusing on its nutrient content, ecotoxicity, and interactions with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF). Two commercial BSFL frass products were analyzed, revealing higher concentrations of macro-nutrients compared to traditional composts, with total nitrogen (N) ranging from 3.6% to 3.9% and total phosphorus between 1.3% and 1.6%. Notably, 98% of the mineral nitrogen was in the form of ammonium. The research found that one product exhibited significant inhibitory effects on seed germination, while a greenhouse bioassay demonstrated that biomass production in tomato plants increased with higher frass application rates, plateauing between 150 and 250 kg N ha⁻¹.
The findings indicate that while BSFL frass can enhance plant growth, it poses challenges such as high ammonium levels and reduced AMF colonization at elevated application rates. Specifically, AMF root colonization was nearly completely inhibited at application rates above 100 kg N ha⁻¹, likely due to high phosphorus availability in the frass. The study suggests that to maximize the benefits of BSFL frass while mitigating its limitations, careful management of AMF and nutrient application rates is essential, recommending an optimal application rate of 100 kg N ha⁻¹ for achieving significant biomass production without adverse effects on AMF colonization. Overall, BSFL frass shows promise as a nutrient-rich organic fertilizer, albeit with certain constraints that need to be addressed for improved efficacy.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the increasing interest in edible insects, particularly black soldier fly larvae (BSFL), as a sustainable protein and oil source, owing to their high nutrient efficiency and low environmental impact. BSFL are noted for their significant crude protein content (41% on a dry matter basis) and efficient conversion rates, making them suitable for food and feed applications. The by-product of BSFL farming, known as frass, is composed of insect excreta, exoskeletons, and undigested feedstock, and has shown promise as both a dietary supplement in aquaculture and a valuable organic fertilizer. However, challenges such as reduced seed germination and phytotoxicity at high application rates have been observed, particularly due to salinity and ammonium toxicity.
The paper identifies a critical knowledge gap regarding the effects of BSFL frass on arbuscular mycorrhizal fungi (AMF), which play a vital role in enhancing nutrient uptake and soil health. While frass contains high levels of phosphorus (P) that could inhibit AMF activity, it also has significant chitin content, which may promote AMF development. The research aims to investigate the physicochemical properties of two commercial BSFL frass products and their effects on tomato seed germination and plant growth, particularly focusing on AMF colonization and phosphorus uptake. The study proposes three hypotheses: that BSFL frass will enhance tomato biomass, inhibit seed germination, and suppress AMF colonization at higher application rates.
Methods
In this study, two different Black Soldier Fly Larvae (BSFL) frass products were utilized, sourced from separate Australian companies in October 2022. Product A was obtained from Mobius Farms in South Australia, characterized as air-dried with a particle size of less than 500 μm. Prior to experimentation, this product underwent homogenization through manual mixing in a large container. The larvae from Mobius Farms were fed on food waste sourced from local restaurants.
Product B was sourced from Bardee in Victoria, Australia, and was initially in a pelleted form with dimensions approximately 1.5 cm in length and 0.5 cm in diameter. This product was subsequently homogenized using a domestic blender to achieve a particle size of less than 500 μm and then air-dried. Unlike Product A, the specific food waste sources for the BSFL at Bardee were not disclosed, although it is suggested that the sources may be more varied due to the larger scale of the company.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical processes undertaken. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses revealing a p-value of less than 0.05, suggesting that the results are statistically significant.
Moreover, the results demonstrate that the intervention applied led to an improvement in the measured outcomes, with effect sizes calculated to quantify the magnitude of these changes. Graphical representations, such as charts or plots, further illustrate the trends observed, reinforcing the conclusions drawn from the quantitative data. Overall, the findings contribute valuable insights into the research question, supporting the hypothesis posited at the outset of the study.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the physical and chemical properties of two Black Soldier Fly (BSFL) frass products, revealing similarities in water holding capacity, total nitrogen, carbon, and phosphorus content. Notably, Product A and Product B exhibited significant differences in plant-available phosphorus, with Product B showing a higher concentration. The study emphasizes the influence of feedstock on the nutritional content of frass, suggesting that the variability in micronutrient levels may stem from the diverse sources of food waste used in BSFL rearing. The findings indicate that BSFL frass has a higher concentration of macronutrients compared to conventional organic fertilizers, which could enhance soil carbon sequestration potential, particularly due to the presence of inorganic carbon.
In the seed germination experiment, increasing concentrations of frass extract negatively impacted germination rates, with ammonium solutions showing the least detrimental effects. The greenhouse experiment demonstrated that the genotype 76R exhibited higher shoot dry weights compared to the AMF-deficient mutant rmc, particularly at lower frass application rates. However, symptoms of ammonium toxicity were observed at higher dosages, indicating a need for careful management of frass application to avoid adverse effects on plant health. Overall, the study underscores the potential of BSFL frass as a nutrient-rich organic amendment while also highlighting the importance of understanding its chemical properties and effects on plant growth.