DOI: https://doi.org/10.1186/s13765-025-01069-8
تاريخ النشر: 2026-01-05
المؤلف: Phanumat Ainta وآخرون
الموضوع الرئيسي: استخدام الحشرات وتأثيراتها
نظرة عامة
تدرس الدراسة إمكانية استخدام فضلات دودة الوجبة (MF) كسماد حيوي مستدام، مع معالجة الفجوات في توصيفها ودور الميكروبات المرتبطة بها في تعزيز نمو النباتات. تم تحليل MF من حيث حجم الجسيمات وتوزيع العناصر الغذائية باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) وطيف الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDS)، مما كشف عن محتوى عالٍ من المواد العضوية (63.38%) وعناصر غذائية أساسية (5.09% نيتروجين، 1.71% فوسفور، و2.82% بوتاسيوم) مع نسبة C:N منخفضة (6.69). شمل الميكروبيوم المرتبط بـ MF أجناسًا تعزز نمو النباتات مثل Streptomyces وMicrobacterium، والتي تساهم في تثبيت النيتروجين وتحلل العناصر الغذائية.
أظهرت النتائج التجريبية أن MF، عند دمجه مع 50% من السماد الكيميائي (CF)، عزز بشكل كبير نمو وإنتاجية الكالي الصيني (CK)، محققًا أعلى وزن طازج (141.73 جرام لكل نبات) ومقاييس جودة، بما في ذلك محتوى فيتامين C (227.97 ملغ لكل نبات) ونشاط مضادات الأكسدة (238.10 ميكرومول TE جرام⁻¹). كانت معالجات MF تتفوق باستمرار على كل من CF وسماد الدجاج (CM) بمفردها في تعزيز استجابة نمو النباتات وامتصاص العناصر الغذائية (p < 0.05). تشير هذه النتائج إلى أن MF، المدعوم بميكروبيوتا مفيدة، يمكن أن يعمل كسماد حيوي فعال، مما يعزز الممارسات الزراعية المستدامة ويستدعي مزيدًا من البحث لتطبيق أوسع في أنظمة الزراعة العضوية والمتكاملة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الدور الحاسم للتسميد في تلبية احتياجات السكان العالميين المتزايدين، مع التأكيد على العيوب البيئية للأسمدة الكيميائية التقليدية (CF)، مثل زيادة استهلاك الطاقة والتلوث. تؤكد أزمة الفوسفور، الناجمة عن الاعتماد على الأسمدة الفوسفاتية المستخرجة المحدودة، على الحاجة الملحة لممارسات زراعية مستدامة، لا سيما من خلال حلول الاقتصاد الحيوي الدائري التي تعزز المنتجات الثانوية.
تُعرض تربية الحشرات، وخاصة الأنواع مثل Tenebrio molitor (دودة الوجبة الصفراء)، كبديل واعد نظرًا لتأثيرها البيئي المنخفض مقارنة بالثروة الحيوانية التقليدية. لا تنتج تربية الحشرات بروتينًا عالي القيمة من النفايات العضوية فحسب، بل تولد أيضًا فضلات الحشرات، وهي سماد عضوي قوي يعزز خصوبة التربة من خلال توفير العناصر الغذائية الأساسية (النيتروجين، الفوسفور، البوتاسيوم) وتحسين توفر العناصر الغذائية مع تقليل تسرب النترات. تدعم الأبحاث السابقة فعالية فضلات الحشرات كسماد حيوي، مما يوضح قدرتها على مطابقة ملفات العناصر الغذائية للأسمدة التقليدية وتعزيز الكائنات الحية الدقيقة المفيدة في التربة التي تعزز مقاومة النباتات للضغوط غير الحيوية.
طرق
في هذه الدراسة، تم تقييم تأثيرات معالجات الأسمدة المختلفة على نمو وجودة إنتاج CK تحت ظروف الدفيئة في مختبر الميكروبيولوجيا التربة ومركز أبحاث الابتكار الزراعي، جامعة تشيانغ ماي. كانت التربة المستخدمة طينية رملية، تتميز بـ pH قدره 7.11 ومستويات معينة من العناصر الغذائية، بما في ذلك 31.43 ملغ كجم$^{-1}$ من الفوسفور المتاح و108.67 ملغ كجم$^{-1}$ من البوتاسيوم القابل للتبادل. كان التصميم التجريبي تصميم كتلة كاملة عشوائية (RCBD) مع ستة معالجات وأربع تكرارات، حيث تم زراعة CK في أصص مع تطبيقات سماد مختلفة.
شملت المعالجات التحكم (بدون سماد)، 100% سماد كيميائي (46-0-0)، أسمدة عضوية (MF وسماد الدجاج)، ومجموعات من هذه الأسمدة. كانت المعالجات على النحو التالي: (1) التحكم (C)، (2) 100% سماد كيميائي (F)، (3) MF (MWF)، (4) سماد الدجاج (CM)، (5) MF مع 50% سماد كيميائي (MWFF)، و(6) سماد الدجاج مع 50% سماد كيميائي (CMF). تم تطبيق الأسمدة العضوية بمعدل 30 جرام لكل أصيص، بينما تم تطبيق الأسمدة الكيميائية بمعدل 1 جرام لكل أصيص في أيام محددة بعد الزراعة. تم قياس معايير النمو بما في ذلك ارتفاع النبات، الوزن الطازج، الوزن الجاف، عدد الأوراق، قطر السقف، وخضرة الأوراق كما تم تقييمها بواسطة قراءات مقياس الكلوروفيل SPAD.
نتائج
يقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب التي أجريت. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة من غير المحتمل أن تكون بسبب الصدفة. بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج اتجاهًا واضحًا في المتغير المستجيب، والذي يتماشى مع الفرضيات الأولية المقترحة.
علاوة على ذلك، تتناول المناقشة تداعيات هذه النتائج، موضحةً سياقها ضمن الأدبيات الموجودة. يؤكد المؤلفون على أهمية هذه النتائج في تعزيز الفهم للموضوع المقصود ويقترحون طرقًا محتملة للبحث المستقبلي. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة يمكن أن تُفيد كل من الأطر النظرية والتطبيقات العملية في هذا المجال.
مناقشة
في هذا القسم، تناقش البحث إمكانية استخدام فضلات دودة الوجبة (MF) كسماد عضوي، خاصة لتعزيز نمو الخضروات الورقية مثل CK (Brassica oleracea var. alboglabra) في التربة ذات الخصوبة المنخفضة. تفترض الدراسة أن الخصائص الفيزيائية والكيميائية لـ MF، جنبًا إلى جنب مع ميكروبيوتا المرتبطة بها، يمكن أن تحسن مستويات العناصر الغذائية في التربة وتعزز نمو النباتات. تُظهر الفضلات، التي تتميز بمحتوى عالٍ من المواد العضوية (63.38%) وعناصر غذائية أساسية (إجمالي N: 5.09%، إجمالي P: 1.71%، إجمالي K: 2.82%)، إمكانات كبيرة للممارسات الزراعية المستدامة وتتوافق مع مبادئ الاقتصاد الدائري من خلال تعزيز النفايات.
تستخدم الأبحاث تقنيات تحليلية مختلفة لتقييم خصائص MF، بما في ذلك المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) للتحليل الشكلي وطرق جزيئية لتحديد السلالات الميكروبية. تم عزل أربعة عشر ميكروبيًا من MF، بما في ذلك أنواع من أجناس Streptomyces وRothia، المعروفة بخصائصها في تعزيز نمو النباتات (PGP) مثل تثبيت النيتروجين وتحلل العناصر الغذائية. تبرز الدراسة أهمية هذه المجتمعات الميكروبية في تعزيز توفر العناصر الغذائية ومقاومة النباتات، مما يشير إلى أن MF يمكن أن يعمل كسماد حيوي ووكيل للتحكم البيولوجي. بشكل عام، تؤكد النتائج على دور MF في تحسين صحة التربة وإنتاج المحاصيل، مما يسهم في أنظمة زراعية أكثر استدامة.
DOI: https://doi.org/10.1186/s13765-025-01069-8
Publication Date: 2026-01-05
Author(s): Phanumat Ainta et al.
Primary Topic: Insect Utilization and Effects
Overview
The study investigates the potential of mealworm frass (MF) as a sustainable biofertilizer, addressing gaps in its characterization and the role of its associated microbiota in enhancing plant growth. The MF was analyzed for particle size and nutrient distribution using Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS), revealing a high organic matter content (63.38%) and essential nutrients (5.09% N, 1.71% P, and 2.82% K) with a low C:N ratio (6.69). The microbiome associated with MF included plant growth-promoting genera such as Streptomyces and Microbacterium, which contribute to nitrogen fixation and nutrient solubilization.
Experimental results demonstrated that MF, when combined with 50% chemical fertilizer (CF), significantly enhanced the growth and yield of Chinese kale (CK), achieving the highest fresh weight (141.73 g plant⁻¹) and quality metrics, including vitamin C content (227.97 mg plant⁻¹) and antioxidant activity (238.10 µmol TE g⁻¹). The MF treatments consistently outperformed both CF and chicken manure (CM) alone in promoting plant growth responses and nutrient uptake (p < 0.05). These findings suggest that MF, supported by its beneficial microbiota, could serve as an effective biofertilizer, promoting sustainable agricultural practices and warranting further research for broader application in organic and integrated farming systems.
Introduction
The introduction highlights the critical role of fertilization in meeting the demands of a growing global population, emphasizing the environmental drawbacks of conventional chemical fertilizers (CF), such as increased energy consumption and pollution. The phosphorus crisis, stemming from reliance on finite mined phosphate fertilizers, underscores the urgent need for sustainable agricultural practices, particularly through circular bioeconomy solutions that valorize byproducts.
Insect farming, particularly species like Tenebrio molitor (yellow mealworm), is presented as a promising alternative due to its lower environmental impact compared to traditional livestock. Insect farming not only produces high-value protein from organic waste but also generates insect frass, a potent organic fertilizer that enhances soil fertility by providing essential nutrients (nitrogen, phosphorus, potassium) and improving nutrient availability while mitigating nitrate leaching. Previous research supports the efficacy of insect frass as a biofertilizer, demonstrating its potential to match the nutrient profiles of conventional manures and promote beneficial soil microorganisms that enhance plant resilience to abiotic stresses.
Methods
In this study, the effects of various fertilizer treatments on the growth and yield quality of CK were evaluated under greenhouse conditions at the Soil Microbiology Laboratory and Agricultural Innovation Research Center, Chiang Mai University. The soil used was sandy clay loam, characterized by a pH of 7.11 and specific nutrient levels, including 31.43 mg kg$^{-1}$ of available phosphorus and 108.67 mg kg$^{-1}$ of exchangeable potassium. The experimental design was a randomized complete block design (RCBD) with six treatments and four replications, where CK was grown in pots with different fertilizer applications.
The treatments included a control (no fertilizer), 100% chemical fertilizer (46-0-0), organic fertilizers (MF and chicken manure), and combinations of these fertilizers. Specifically, treatments were as follows: (1) control (C), (2) 100% chemical fertilizer (F), (3) MF (MWF), (4) chicken manure (CM), (5) MF with 50% chemical fertilizer (MWFF), and (6) chicken manure with 50% chemical fertilizer (CMF). Organic fertilizers were applied at a rate of 30 g pot$^{-1}$, while chemical fertilizers were applied at 1 g pot$^{-1}$ on specified days after transplanting. Growth parameters measured included plant height, fresh weight, dry weight, number of leaves, canopy diameter, and leaf greenness as assessed by SPAD chlorophyll meter readings.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experiments conducted. 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 observed effects are unlikely to be due to chance. Additionally, the results demonstrate a clear trend in the response variable, which aligns with the initial hypotheses proposed.
Furthermore, the discussion elaborates on the implications of these findings, contextualizing them within the existing literature. The authors emphasize the importance of these results in advancing understanding of the subject matter and suggest potential avenues for future research. Overall, the findings contribute valuable insights that could inform both theoretical frameworks and practical applications in the field.
Discussion
In this section, the research discusses the potential of mealworm frass (MF) as an organic fertilizer, particularly for enhancing the growth of leafy vegetables like CK (Brassica oleracea var. alboglabra) in low-fertility soils. The study hypothesizes that MF’s physicochemical properties, along with its associated microbiota, can improve soil nutrient levels and promote plant growth. The frass, characterized by high organic matter content (63.38%) and essential macronutrients (total N: 5.09%, total P: 1.71%, total K: 2.82%), demonstrates significant potential for sustainable agricultural practices and aligns with circular economy principles through waste valorization.
The research employs various analytical techniques to assess MF’s properties, including Scanning Electron Microscopy (SEM) for morphological analysis and molecular methods for identifying microbial strains. Fourteen microorganisms were isolated from MF, including species from the genera Streptomyces and Rothia, known for their plant growth-promoting (PGP) traits such as nitrogen fixation and nutrient solubilization. The study highlights the importance of these microbial communities in enhancing nutrient availability and plant resilience, suggesting that MF can serve as a dual-purpose biofertilizer and biocontrol agent. Overall, the findings underscore MF’s role in improving soil health and crop yield, thereby contributing to more sustainable agricultural systems.