Pontederia crassipes (ранее Eichhornia crassipes ), широко известная как обыкновенный водный гиацинт , является водным растением, произрастающим в Южной Америке , натурализовавшимся по всему миру и часто инвазивным за пределами своего родного ареала. [1] [2] [3] Это единственный вид подрода Oshunae в пределах рода Pontederia . [4] По слухам, он известен как «ужасом Бенгалии» из-за своей инвазивной тенденции роста.
Водный гиацинт — это свободно плавающее многолетнее водное растение (или гидрофит), произрастающее в тропической и субтропической Южной Америке. С широкими, толстыми, блестящими, яйцевидными листьями водный гиацинт может подниматься над поверхностью воды на высоту до 1 м (3 фута). Листья имеют диаметр 10–20 см (4–8 дюймов) на стебле , который плавает с помощью плавучих луковичных узелков у его основания над поверхностью воды. У них длинные, губчатые, луковичные стебли. Перистые, свободно свисающие корни фиолетово-черные. Прямостоячий стебель поддерживает один колос из 8–15 заметно привлекательных цветов , в основном от лавандового до розового цвета с шестью лепестками. Когда водный гиацинт не цветет, его можно ошибочно принять за лягушонок ( Limnobium spongia [5] ) или амазонский лягушонок ( Limnobium laevigatum ).
Водяной гиацинт, одно из самых быстрорастущих известных растений, размножается в основном с помощью побегов или столонов , которые в конечном итоге образуют дочерние растения. Каждое растение дополнительно может производить тысячи семян каждый год, и эти семена могут оставаться жизнеспособными более 28 лет. [6] Обычные водные гиацинты — энергичные растения, и коврики могут удвоиться в размере за одну-две недели. [7] Что касается количества растений, а не размера, то говорят, что они размножаются более чем в сто раз в течение 23 дней.
В их родном ареале цветки опыляются длиннохоботковыми пчелами, и растения могут размножаться как половым, так и клональным путем. Инвазивность гиацинта связана с его способностью клонировать себя, и большие участки, вероятно, являются частью одной и той же генетической формы.
Водный гиацинт имеет три морфы цветков и называется « тристильным ». Морфы цветков названы по длине их пестиков: длинный (L), средний (M) и короткий (S). [8] Однако тристильные популяции ограничены родным низинным южноамериканским ареалом водного гиацинта; в интродуцированном ареале преобладает M-морфа, L-морфа встречается изредка, а S-морфа отсутствует вообще. [9] Такое географическое распределение цветочных морф указывает на то, что события-основатели сыграли важную роль в распространении вида по всему миру. [10]
Его среда обитания варьируется от тропической пустыни до субтропической или теплой умеренной пустыни до зон тропических лесов . Температурная устойчивость водного гиацинта составляет:
Его толерантность к pH оценивается в 5,0–7,5. Листья погибают от мороза , а растения не переносят температуру воды выше 34 °C (93 °F). Водяные гиацинты не растут там, где средняя соленость превышает 15% от солености морской воды (около 5 г соли на кг). В солоноватой воде его листья проявляют эпинастию и хлороз и в конечном итоге погибают. Плоты собранного водного гиацинта сплавлялись в море , что убивало его. [11]
Azotobacter chroococcum , вид азотфиксирующих бактерий , вероятно, концентрируется вокруг оснований черешков , но бактерии не фиксируют азот, если только растение не страдает от острого дефицита азота. [12]
Свежие растения содержат колючие кристаллы . [11] Сообщается, что это растение содержит цианистый водород , алкалоиды и тритерпеноиды и может вызывать зуд . [13] Растения, опрысканные 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислотой (2,4-Д), могут накапливать смертельные дозы нитратов [14] и других вредных элементов в загрязненной среде . [ необходима ссылка ]
Водный гиацинт растет и размножается быстро, поэтому он может покрывать большие части прудов и озер. [15] Он может легко сосуществовать с другими инвазивными растениями и местными растениями в области. [16] Особенно уязвимы водоемы, которые уже были затронуты деятельностью человека, такие как искусственные водохранилища или эвтрофированные озера, которые получают большое количество питательных веществ. [17] [18] Он вытесняет местные водные растения, как плавающие, так и подводные. [15] [19] В 2011 году У Фуцинь и др. [20] отслеживали результаты озера Юньнань Дяньчи и также показали, что водный гиацинт может влиять на фотосинтез фитопланктона, подводных растений и водорослей качеством водной среды и подавлять их рост. Процесс распада истощает растворенный кислород в воде, часто убивая рыбу. [15]
Водный гиацинт может поглощать большое количество вредных тяжелых металлов и других веществ. После смерти он гниет и опускается на дно воды, вызывая вторичное загрязнение водоема, разрушая естественное качество воды и даже может повлиять на качество питьевой воды жителей в тяжелых случаях. Вода, где водный гиацинт растет в больших количествах, часто является местом размножения переносчиков болезней (например, комаров [19] и улиток [21] ) и вредных патогенов, что представляет потенциальную угрозу для здоровья местных жителей. [22] Очень важно быстро контролировать районы, которые заражены, чтобы эффективно уменьшать или контролировать рост этих видов. [23] С другой стороны, водный гиацинт также может служить источником пищи для золотых рыбок, поддерживать чистоту воды [24] [25] и помогать обеспечивать кислородом. [26]
Вторжение водяного гиацинта также имеет социально-экономические последствия. Поскольку водяной гиацинт на 95% состоит из воды, его скорость эвапотранспирации высока. [27] Таким образом, небольшие озера, покрытые этим видом, могут высохнуть и оставить сообщества без достаточного количества воды и продовольствия. В некоторых районах плотные маты водяного гиацинта препятствуют использованию водного пути, что приводит к потере транспорта (как людей, так и грузов), а также к потере возможностей для рыбалки. [28] [29] Большие суммы денег выделяются на удаление водяного гиацинта из водоемов, а также на выяснение того, как уничтожить собранные остатки. [30] Механический сбор водяного гиацинта требует значительных усилий. Для того чтобы избавиться от миллиона тонн свежей биомассы, потребуется 75 грузовиков вместимостью 40 м 3 в день в течение 365 дней. [31] Затем водный гиацинт переносят на свалку и оставляют разлагаться, в результате чего выделяются CO2 , метан и оксиды азота. [32]
Водный гиацинт был широко интродуцирован в Северной Америке, Европе, Азии, Австралии, Африке и Новой Зеландии . [33] Во многих областях он стал важным и пагубным инвазивным видом . В Новой Зеландии он включен в Национальный договор о вредных растениях , что препятствует его размножению, распространению или продаже. В крупных водных районах, таких как Луизиана, заводи Кералы в Индии , Тонлесап в Камбодже и озеро Виктория , он стал серьезным вредителем. Обыкновенный водный гиацинт стал инвазивным видом растений на озере Виктория в Африке после того, как он был интродуцирован в этот район в 1980-х годах. [34]
Геном-эталон 1,22 Гб/8 хромосомы был собран для изучения ядерного и хлоропластного геномов между 10 линиями водяного гиацинта с 3 континентов. [35] Результаты указывают на распространение ограниченного генотипа водяного гиацинта из Южной Америки, где он имеет самое высокое генетическое разнообразие. В статье предлагается, что распространение, возможно, происходит от судов, идущих из порта Итажаи на восточном побережье Бразилии. [35] Хотя генетические исследования образцов из Бангладеш и Индонезии демонстрируют разные генотипы, потенциально подразумевая множественные внедрения в интродуцированный диапазон. [36]
Кроме того, геномное исследование также выявило адаптацию в четырех ключевых путях: взаимодействие растений с патогенами, передача сигнала растительных гормонов, фотосинтез и устойчивость к абиотическому стрессу, которые позволяют водному гиацинту расширять свою нишу и конкурировать с другой местной флорой [37]
Существуют различные версии того, как водяной гиацинт был завезен в Соединенные Штаты . [a]
Утверждение о том, что водяной гиацинт был завезен в США в 1884 году на Всемирную выставку в Новом Орлеане , также известную как Всемирное столетие хлопка , [39] было охарактеризовано как «первый достоверный рассказ» [40] , а также как «местная легенда» [41] .
В какой-то момент возникла легенда, что растения были подарены японской делегацией на ярмарке. [44] Это утверждение отсутствует в соответствующей статье, опубликованной в журнале военных инженеров, датируемой 1940 годом, [b] [45], но появляется в статье, написанной в 1941 году директором отдела дикой природы и рыболовства Департамента охраны природы Луизианы, где автор пишет: «Японское правительство содержало японское здание» на ярмарке, и «японский персонал импортировал из Венесуэлы значительное количество водяного гиацинта, который был роздан в качестве сувениров». [c] [42] Это утверждение было повторено более поздними авторами с различными изменениями в деталях. Так, сотрудник Национальной академии наук Ноэль Д. Вьетмейер (1975) писал, что «японские предприниматели» завезли растение в США, и растения были «собраны в реке Ориноко в Венесуэле». [43] Это утверждение было поддержано парой исследователей НАСА (Wolverton & McDonald 1979), которые утверждали, что сувенирные растения были небрежно сброшены в различные водные пути. [46] Канадский биолог Спенсер CH Barrett (2004) тем временем поддерживал теорию, что они сначала были выращены в садовых прудах, после чего они размножились и сбежали в окружающую среду. [47] Отчет приобретает различные детали, как повествует детская рассказчица Кэрол Марш (1992), которая говорит, что «Япония раздавала семена водяного гиацинта» во время экспозиции, [48] и другой южный рассказчик, Гаспар Дж. «Бадди» Столл (1998), заверил своих читателей, что японцы дали каждой семье пакет этих семян. [49]
В одной из статей также исследовалась роль, которую могли сыграть продажи по каталогам семян и растений в распространении инвазивных растений. Было обнаружено, что P. crassipes предлагался в выпуске 1884 года « Каталога редких водяных лилий и других отборных водных растений» Эдмунда Д. Стертеванта из Бордентауна, штат Нью-Джерси , [50] а немецкая фирма Haage & Schmidt предлагала это растение с 1864 года (когда была основана фирма). [50] К 1895 году его предлагали поставщики семян в штатах Нью-Джерси, Нью-Йорк, Калифорния и Флорида. [51] [d]
Журнал Harper's Weekly (1895) опубликовал анекдотическую историю о том, что некий человек из Нового Орлеана собрал и привез домой водяные гиацинты из Колумбии примерно в 1892 году, и растение разрослось всего за 2 года. [53]
По мере того, как гиацинты разрастаются в ковры, они исключают присутствие рыбы и перекрывают водные пути для лодок и судов. [54] Этот эффект был уже в полном разгаре в штате Луизиана к началу 20-го века. [39]
Растение вторглось во Флориду в 1890 году, [55] и, по оценкам, 50 кг/м 2 массы растения засорили водные пути Флориды. [56] Засорение реки Сент-Джонс представляло серьезную угрозу, и в 1897 году правительство направило оперативную группу Инженерного корпуса армии США для решения проблемы водяного гиацинта, преследующей такие штаты Персидского залива , как Флорида и Луизиана. [e] [58] [57]
Таким образом, в начале 20-го века Военное министерство США (т. е. Инженерный корпус армии) испытало различные средства уничтожения растений, включая струйную обработку паром и горячей водой, применение различных сильных кислот и применение нефти с последующим сжиганием. [f] Опрыскивание насыщенным солевым раствором (но не разбавленными растворами) эффективно убивало растения; к сожалению, это считалось непомерно дорогим, и инженеры выбрали гербицид марки Harvesta, активным ингредиентом которого была мышьяковая кислота , как оптимальное экономически эффективное средство для уничтожения. [59] [60] Этот гербицид использовался до 1905 года, когда его заменили другим, белым соединением на основе мышьяка . [60] Инженер, ответственный за распыление, не считал яд предметом беспокойства, заявив, что команда распыляющего судна обычно вылавливала рыбу из своих рабочих зон и ела ее. [61] Однако распыление маловероятно для полного уничтожения водяного гиацинта из-за обширности сбежавших колоний и недоступности некоторых зараженных территорий, и инженер предположил, что могут потребоваться некоторые биологические средства контроля. [62]
В 1910 году смелое решение было предложено New Foods Society. Их план состоял в том, чтобы импортировать и выпустить бегемотов из Африки в реки и ручьи Луизианы. Затем бегемот должен был есть водяной гиацинт, а также производить мясо, чтобы решить другую серьезную проблему того времени — американский мясной кризис. [39]
Известный как законопроект о американском бегемоте, законопроект HR 23621 был представлен конгрессменом из Луизианы Робертом Бруссардом и обсуждался в Сельскохозяйственном комитете Палаты представителей США. Главными соратниками в New Foods Society и сторонниками законопроекта Бруссарда были майор Фредерик Рассел Бернхэм , знаменитый американский разведчик , и капитан Фриц Дюкен , южноафриканский разведчик, который позже стал печально известным шпионом Германии. Выступая перед Сельскохозяйственным комитетом, Бернхэм подчеркнул, что ни одно из животных, которых едят американцы (куры, свиньи, крупный рогатый скот, овцы или ягнята), не является местным для США и все они были завезены европейскими поселенцами столетия назад, поэтому американцы не должны колебаться, вводя бегемотов и других крупных животных в американский рацион. Дюкен, родившийся и выросший в Южной Африке, также отметил, что европейские поселенцы на этом континенте обычно включали в свой рацион бегемотов, страусов, антилоп и других африканских диких животных и не испытывали никаких негативных последствий. Американскому законопроекту о бегемотах не хватило одного голоса для принятия. [39]
Водные гиацинты также были введены в воды, населенные ламантинами во Флориде, с целью биоремедиации (см. §Фиторемедиация ниже) вод, которые были загрязнены и стали жертвами цветения водорослей . [63] Ламантины включают водяной гиацинт в свой рацион, [63] но он может не быть для них пищей первого выбора. [64]
В 1956 году E. crassipes был запрещен к продаже или транспортировке в Соединенных Штатах под страхом штрафа и/или тюремного заключения. [65] Этот закон был отменен HR133 [66] [67] [116-м Конгрессом (2019–2020)] 27.12.2020.
Водяной гиацинт, возможно, был завезен в Египет в конце 18-го — начале 19-го века во времена правления Мухаммеда Али , но не был признан инвазивной угрозой до 1879 года. [68] [69] Вторжение в Египет датируется периодом между 1879 и 1892 годами по версии Бриджа Гопала. [70] [71]
Растение (африкаанс: waterhiasint [72] ), предположительно, вторглось в Южную Африку в 1910 году, [74] [75] [76] хотя утверждались и более ранние даты. [79] [g] Водоем, которому в значительной степени угрожает водяной гиацинт, — это плотина Хартебиспурт около Бритса в Северо-Западной провинции .
Растение было завезено бельгийскими колонистами в Руанду для украшения их владений. Затем оно естественным путем распространилось до озера Виктория, где впервые было обнаружено в 1988 году. [81] Там, без каких-либо естественных врагов, оно стало экологической чумой, задушив озеро, уменьшив запасы рыбы и нанеся ущерб местной экономике. Оно затрудняет доступ к Кисуму и другим гаваням.
Водяной гиацинт также появился в Эфиопии , где он был впервые зарегистрирован в 1965 году в водохранилище Кока и в реке Аваш , где Эфиопскому управлению по электроснабжению и электроснабжению удалось взять его под умеренный контроль при значительных затратах человеческого труда. Другие заражения в Эфиопии включают многие водоемы в регионе Гамбела , Голубой Нил от озера Тана в Судан и озеро Эллен около Алем Тена . [82] К 2018 году он стал серьезной проблемой на озере Тана в Эфиопии.
Водяной гиацинт также встречается на реке Шире в национальном парке Ливонде в Малави.
Водяной гиацинт был завезен в Бенгалию , Индия, из-за его декоративных цветов и формы листьев, но стал инвазивным сорняком, высасывающим кислород из водоемов и приводящим к опустошению рыбных запасов. [83] Водяной гиацинт называли «(красивым) синим дьяволом» в Бенгалии и «бенгальским ужасом» в других местах Индии; его называли «немецким сорняком» (бенгали: Germani pana ) в Бангладеш из-за убеждения, что миссия подводных лодок немецкого кайзера [84] была вовлечена в их завоз в начале Первой мировой войны. Были предприняты согласованные усилия по искоренению водяных гиацинтов, которые влияли на судоходность рек Бенгалии. Закон о бенгальских водяных гиацинтах 1936 года запретил выращивание этих растений. К 1947 году проблема была решена, и судоходность рек была восстановлена, хотя растения все еще существуют на водно-болотных угодьях. [85] [86] Водные гиацинты называли «японской проблемой» на Шри-Ланке, поскольку ходили слухи, что британцы посадили их, чтобы соблазнить японские самолеты приземляться на небезопасных площадках. [87] [88]
Согласно общепринятому мнению, растение было завезено в Японию в 1884 году для использования в садоводстве [89] [90], но исследователь, посвятивший себя изучению этого растения, обнаружил, что художник укиё-э Утагава Кунисада (или Утагава Тоёкуни III, ум. 1865 ) создал гравюру на дереве с изображением водяного гиацинта, золотой рыбки и прекрасных женщин , датированную 1855 годом. [91] Растение плавает на поверхности воды в наполненных (стеклянных) аквариумах [92] или в глазурованных глиняных горшках для кувшинок ( в качестве замены им служат горшки хибати ). [93]
В 1930-х годах водный гиацинт был завезен в Китай как кормовое , декоративное растение и растение для контроля сточных вод , а на юге его широко высаживали в качестве корма для животных. Начиная с 1980-х годов, с быстрым развитием внутренней промышленности Китая, эвтрофикация внутренних вод усилилась. С помощью своего эффективного бесполого размножения и механизмов адаптации к окружающей среде водный гиацинт начал широко распространяться в речных бассейнах. Гиацинты заблокировали реки и препятствовали водному движению. Например, многие водные пути в Чжэцзяне и других провинциях были заблокированы быстрорастущим водным гиацинтом. Кроме того, большое количество водных гиацинтов, плавающих в воде, блокируют попадание солнечного света в воду, а его гниение потребляет растворенный в воде кислород, загрязняет качество воды и может убить другие водные растения. Вспышка водного гиацинта серьезно повлияла на биоразнообразие местной экосистемы и поставила под угрозу производство, жизнь и здоровье жителей общины.
В 2016 году Европейский союз запретил любую продажу водяного гиацинта в ЕС. [94] Вид включен в список инвазивных чужеродных видов, вызывающих озабоченность Союза. [95] Это означает, что не только продажа, но и импорт, выращивание или преднамеренный выпуск в окружающую среду запрещены на всей территории Европейского союза. [96]
В Папуа-Новой Гвинее водный гиацинт блокирует солнечный свет для других водных организмов, создает среду обитания для комаров, переносящих малярию, засоряет водные пути до такой степени, что лодки не могут пройти, и снижает качество воды для таких целей, как приготовление пищи, стирка и питье. Люди теряли доход или даже умирали из-за невозможности путешествовать за едой или медицинской помощью или из-за болезней, вызванных загрязненной водой или комарами. [97]
Контроль зависит от конкретных условий каждого пораженного места, таких как степень заражения водным гиацинтом, региональный климат и близость к человеку и диким животным. [98]
Химический контроль является наименее используемым из трех методов контроля водного гиацинта из-за его долгосрочного воздействия на окружающую среду и здоровье человека. Использование гербицидов требует строгого одобрения со стороны государственных органов защиты и квалифицированных специалистов для обработки и опрыскивания пораженных участков. Использование химических гербицидов используется только в случае сильного проникновения водного гиацинта. [99] Однако наиболее успешное использование гербицидов происходит, когда они используются на небольших территориях заражения, потому что на больших территориях больше матов водного гиацинта, вероятно, выживут после воздействия гербицидов и могут фрагментироваться для дальнейшего распространения большой площади матов водного гиацинта. Кроме того, это более экономически эффективно и менее трудоемко, чем механический контроль, но при этом может привести к экологическим последствиям, поскольку может проникать в систему грунтовых вод и может влиять не только на гидрологический цикл в экосистеме, но и отрицательно влиять на местную водную систему и здоровье человека. Также следует отметить, что использование гербицидов не является строго избирательным по отношению к водным гиацинтам; Ключевые виды и жизненно важные организмы, такие как микроводоросли, могут погибнуть от токсинов и могут разрушить хрупкие пищевые цепи. [98]
Химическая регуляция водных гиацинтов может осуществляться с помощью обычных гербицидов, таких как 2,4-D, глифосат и дикват. Гербициды распыляются на листьях водяного гиацинта и приводят к прямым изменениям в физиологии растения. [100] Использование гербицида, известного как 2,4-D, приводит к гибели водяного гиацинта за счет ингибирования роста клеток новой ткани и клеточного апоптоза. [101] Может потребоваться почти двухнедельный период, прежде чем маты водяного гиацинта будут уничтожены с помощью 2,4-D. Ежегодно в Луизиане обрабатывают от 75 000 до 150 000 акров (от 30 000 до 61 000 га) водяного гиацинта и аллигаторовой травы . [102]
Гербицид, известный как дикват, представляет собой жидкую бромидную соль, которая может быстро проникать в листья водного гиацинта и приводить к немедленной инактивации растительных клеток и клеточных процессов. Гербицид глифосат имеет меньшую токсичность, чем другие гербициды, поэтому для уничтожения матов водного гиацинта требуется больше времени (около трех недель). Симптомы включают устойчивое увядание растений и пожелтение листьев растений, что в конечном итоге приводит к гниению растений. [99]
Физический контроль осуществляется с помощью наземных машин, таких как ковшовые краны, драглайны или стрелы, или с помощью водной техники, такой как комбайны для сбора водных водорослей , [103] земснаряды или измельчители растительности. [104] Механическое удаление рассматривается как лучшее краткосрочное решение проблемы распространения растения.
Проект на озере Виктория в Африке использовал различное оборудование для рубки, сбора и утилизации 1500 гектаров (3700 акров) водного гиацинта за 12 месяцев. Однако это дорого и требует использования как наземных, так и водных транспортных средств, но потребовалось много лет, чтобы озеро пришло в плохое состояние, и рекультивация будет непрерывным процессом. [ необходима цитата ]
Это может стоить от 6 до 20 миллионов долларов в год и считается лишь краткосрочным решением долгосрочной проблемы. Другим недостатком механического сбора урожая является то, что он может привести к дальнейшей фрагментации водных гиацинтов, когда растения разбиваются вращающимися резаками машин для сбора растений. Фрагменты водяного гиацинта, которые остаются в воде, могут легко размножаться бесполым путем и вызывать новое заражение. [100]
Однако транспортировка и утилизация собранного водного гиацинта является проблемой, поскольку растительность имеет большой вес. Собранный водный гиацинт может представлять опасность для здоровья человека из-за склонности растения к поглощению загрязняющих веществ, [105] и считается токсичным для человека. Кроме того, практика механического сбора неэффективна при крупномасштабных заражениях, поскольку этот водный инвазивный вид растет гораздо быстрее, чем его можно устранить. Только один-два акра ( от 1 ⁄ 2 до 1 га) водного гиацинта можно собирать механическим способом ежедневно из-за его огромного количества в окружающей среде. Поэтому этот процесс занимает очень много времени. [106]
Поскольку химические и механические методы удаления часто слишком дороги, загрязняют окружающую среду и неэффективны, исследователи обратились к биологическим средствам борьбы с водяным гиацинтом. Эти усилия начались в 1970-х годах, когда исследователи Министерства сельского хозяйства США выпустили в США три вида долгоносиков, известных тем, что питаются водяным гиацинтом: Neochetina bruchi , N. eichhorniae и водяного гиацинтового сверлильщика Sameodes albiguttalis . Долгоносики были завезены в штаты побережья Мексиканского залива, такие как Луизиана, Техас и Флорида, где тысячи акров были заражены водяным гиацинтом. Десятилетие спустя было обнаружено снижение количества матов водяного гиацинта на целых 33%, но поскольку жизненный цикл долгоносиков составляет 90 дней, использование биологического истребления для эффективного подавления роста водяного гиацинта ограничено. [102] Эти организмы регулируют водный гиацинт, ограничивая его размер, вегетативное размножение и производство семян. Они также переносят микроорганизмы, которые могут быть патологическими для водного гиацинта. Эти долгоносики поедают ткань стебля, что приводит к потере плавучести растения, которое в конечном итоге тонет. [100] Несмотря на ограниченный успех, долгоносики с тех пор были выпущены во многих других странах. [97] [108] Однако наиболее эффективным методом контроля остается контроль избыточных питательных веществ и предотвращение распространения этого вида. [ необходима цитата ]
В мае 2010 года Служба сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США выпустила Megamelus scutellaris в качестве дополнительного биологического средства борьбы с инвазивным видом водяного гиацинта. M. scutellaris — это небольшое насекомое -цикадка , обитающее в Аргентине. Исследователи изучали эффекты этого биологического средства борьбы в обширных исследованиях круга хозяев с 2006 года и пришли к выводу, что насекомое очень специфично к хозяину и не будет представлять угрозы для какой-либо другой популяции растений, кроме целевого водяного гиацинта. Исследователи также надеются, что этот биологический контроль будет более устойчивым, чем существующие биологические средства борьбы и гербициды, которые уже применяются для борьбы с инвазивным водяным гиацинтом. [107] Другим насекомым, рассматриваемым в качестве биологического средства борьбы, является полуводный кузнечик Cornops aquaticum . Это насекомое специфично для водяного гиацинта и его семейства, и, помимо питания растением, оно вносит вторичное патогенное заражение. Этот кузнечик был завезен в Южную Африку в ходе контролируемых испытаний. [109]
Центр биологического контроля Университета Родса занимается массовым разведением M. scutellaris и долгоносиков водяного гиацинта N. eichhorniae и N. bruchi для биологического контроля на плотинах в Южной Африке, включая плотину Хартбиспурт . [110] [111] Моль Niphograpta albiguttalis (Warren) (Lepidoptera: Pyralidae) была завезена в Северную Америку, Африку и Австралию. Личинки этой моли откладывают яйца в стеблях и цветочных почках водяного гиацинта. [112]
Поскольку водный гиацинт очень плодовит, его сбор для различных целей также служит средством контроля за окружающей средой.
Благодаря чрезвычайно высокой скорости развития Pontederia crassipes является прекрасным источником биомассы . Таким образом, один гектар (2,5 акра) урожая на корню производит более 70 000 м 3 /га (1 000 000 куб. футов/акр) биогаза (70% CH
4, 30% СО
2). [113] По данным Кертиса и Дьюка, из одного кг (2,2 фунта) сухого вещества можно получить 370 литров (13 куб. футов) биогаза, что дает теплотворную способность 22 000 кДж/м 3 (590 БТЕ/куб. фут) по сравнению с чистым метаном (895 БТЕ/куб. фут ) [ 114]
Вулвертон и Макдональд сообщают о приблизительно 0,2 м 3 /кг (3 куб. фута/фунт) метана, [ч], что указывает на потребность в биомассе в 350 т/га (160 коротких тонн/акр) для достижения урожайности в 70 000 м 3 /га (1 000 000 куб. футов/акр), прогнозируемой Национальной академией наук (Вашингтон). [116] Уэки и Кобаяши упоминают более 200 т/га (90 коротких тонн/акр) в год. [117] Редди и Такер обнаружили экспериментальный максимум более 1 ⁄ 2 тонны на гектар ( 1 ⁄ 4 короткой тонны/акр) в день. [118]
Бенгальские фермеры собирают и складывают эти растения для сушки в начале холодного сезона; затем они используют сухие водяные гиацинты в качестве топлива. Пепел используется в качестве удобрения. В Индии одна тонна (1,1 короткой тонны) сушеных водяных гиацинтов дает около 50 литров этанола и 200 кг остаточного волокна (7700 БТЕ). Бактериальная ферментация одной тонны (1,1 короткой тонны) дает 26 500 кубических футов газа (600 БТЕ) с 51,6% метана ( CH
4), 25,4% водорода ( H
2), 22,1% углекислого газа ( CO
2) и 1,2% кислорода ( O
2). Газификация одной тонны (1,1 короткой тонны) сухого вещества воздухом и паром при высоких температурах (800 °C или 1500 °F) дает около 40 000 футов 3 (1100 м 3 ) природного газа (143 БТЕ/фут 3 ), содержащего 16,6% H
2, 4,8% СН
4, 21,7% CO ( окись углерода ), 4,1% CO
2, и 52,8% N
2( азот ). Высокое содержание влаги в водном гиацинте, значительно увеличивающее затраты на обработку, имеет тенденцию ограничивать коммерческие предприятия. [116] [119] Можно было бы разработать непрерывную гидравлическую систему производства, которая обеспечила бы лучшее использование капиталовложений, чем в традиционном сельском хозяйстве, которое по сути является периодической операцией. [11] [120]
Трудозатраты на сбор водного гиацинта можно значительно сократить, разместив места сбора и переработчиков на водохранилищах, которые используют преобладающие ветры . Системы очистки сточных вод также можно было бы с пользой добавить к этой операции. Собранная биомасса затем будет преобразована в этанол , биогаз , водород , газообразный азот и/или удобрения . [121] Воду , получаемую в качестве побочного продукта , можно использовать для орошения близлежащих пахотных земель . [11]
Водный гиацинт удаляет мышьяк из питьевой воды, загрязненной мышьяком. Он может быть полезным инструментом для удаления мышьяка из воды из скважин в Бангладеш . [122]
Водный гиацинт также, как наблюдалось, усиливает нитрификацию в ячейках очистки сточных вод живой технологии. Их корневые зоны являются превосходными микросайтами для бактериальных сообществ. [24]
Водный гиацинт является распространенным кормовым растением в странах третьего мира, особенно в Африке, и даже чрезмерное использование может вызвать лишь незначительные побочные эффекты, развенчивая распространенные мифы. Он богат белком (азот) и микроэлементами , а козьи фекалии также являются хорошим источником удобрения.
Водяной гиацинт известен своей эффективностью в удалении около 60–80% азота [123] и около 69% калия из воды. [124] Было обнаружено, что корни водного гиацинта удаляют твердые частицы и азот в естественных неглубоких эвтрофированных водно-болотных угодьях. [125] [126]
Растение чрезвычайно устойчиво и обладает высокой способностью поглощать тяжелые металлы , включая кадмий , хром , кобальт , никель , свинец и ртуть , что может сделать его пригодным для биологической очистки промышленных сточных вод. [105] [127] [128] [129] [130] [131]
Корни Pontederia crassipes естественным образом поглощают некоторые органические соединения, которые считаются канцерогенными , в концентрациях , в 10 000 раз превышающих концентрацию в окружающей воде. [132] Водные гиацинты можно выращивать для очистки сточных вод (особенно молочных сточных вод). [11] [ проверка не удалась ]
Помимо тяжелых металлов, Pontederia crassipes может также удалять другие токсины, такие как цианид , что является экологически полезным в районах, где велась добыча золота. [133]
Водный гиацинт может поглощать и разлагать этион , фосфорный пестицид. [134]
В местах, где водный гиацинт является инвазивным, избыточным и нуждается в расчистке, эти черты делают его свободным для сбора, что делает его очень полезным в качестве источника органического вещества для компостирования в органическом земледелии . Он используется на международном уровне в качестве удобрения [135] и в качестве корма для животных [135] и силоса для крупного рогатого скота , овец , гусей , свиней и другого скота [136] .
В Бенгалии, Индия, качури-пана в первую очередь использовалась в качестве удобрения, компоста или мульчи, а во вторую очередь — в качестве корма для скота и рыб. [137] В Бангладеш фермеры юго-западного региона выращивают овощи на «плавучих садах», обычно с каркасной основой из бамбука, с высушенной массой водного гиацинта, покрытой почвой в качестве подстилки. Поскольку большая часть обрабатываемой земли в этом низменном регионе месяцами находится под водой во время муссонов, фермеры выращивают этот метод уже много десятилетий. Метод этого сельского хозяйства известен под многими названиями, включая дхап чаш и васоман чаш . [138]
В Кении, Восточная Африка, его экспериментально использовали в качестве органического удобрения, хотя существуют разногласия, связанные с высоким щелочным значением pH удобрения. [139]
В разных частях мира это растение используется для изготовления мебели, сумок, корзин, веревок, а также предметов домашнего обихода/интерьера (абажуров, рам для картин) предприятиями, созданными НПО и предпринимателями. [135] [63]
Американец нигерийского происхождения Аченио Идачаба получил награду за демонстрацию того, как это растение можно использовать для получения прибыли в виде тканых изделий в Нигерии. [140]
Хотя исследование показало, что водяные гиацинты имеют очень ограниченное применение для производства бумаги, [141] они, тем не менее, используются для производства бумаги в небольших масштабах. Госвами указал в своей статье, что водяной гиацинт имеет потенциал для производства жесткой и прочной бумаги. Он обнаружил, что добавление мякоти водяного гиацинта к сырью из бамбуковой мякоти для антижирной бумаги может повысить физическую прочность бумаги.
Растение используется как богатый каротином столовый овощ на Тайване . Яванцы иногда готовят и едят зеленые части и соцветия. [11] Вьетнамцы также готовят растение и иногда добавляют его молодые листья и цветы в салаты.
Было показано, что экстракт листьев водного гиацинта проявляет фитотоксичность против другого инвазивного сорняка Mimosa pigra . Экстракт подавлял прорастание семян M. pigra в дополнение к подавлению роста корней сеянцев. Биохимические данные предполагают, что ингибирующие эффекты могут быть опосредованы усилением выработки перекиси водорода , ингибированием активности растворимой пероксидазы и стимуляцией активности пероксидазы, связанной с клеточной стенкой, в корневых тканях M. pigra . [142]
Водный гиацинт образует большие плавающие маты.. В идеальных условиях популяция может удваиваться каждые 6–18 дней..