Lemna minor , ряска малая [2] [3] или ряска малая — вид водных пресноводных растений подсемейства Lemnoideae семейства аронниковых Araceae . [4] L. minor используется в качестве корма для животных, биоремедиатора, для восстановления питательных веществ из сточных вод и для других целей.
Lemna minor — плавающее пресноводное водное растение с одним, двумя, тремя или четырьмя листьями, каждый из которых имеет один корень , висящий в воде. По мере роста листьев растения делятся и становятся отдельными особями. Длина корня составляет 1–2 см. Листья овальные, длиной 1–8 мм и шириной 0,6–5 мм, светло-зеленые, с тремя (редко пятью) жилками и небольшими воздушными пространствами для облегчения плавучести. Размножается в основном вегетативно путем деления. Цветки появляются редко и имеют диаметр около 1 мм, с чашевидной перепончатой чешуей, содержащей одну семяпочку и две тычинки. Семя длиной 1 мм, ребристое с 8–15 ребрами. Птицы играют важную роль в распространении L. minor на новые места. Липкий корень позволяет растению прикрепляться к оперению или ногам птиц и таким образом может колонизировать новые пруды. [ требуется ссылка ]
Lemna minor имеет субкосмополитное распространение и является аборигенным видом в большей части Африки , Азии , Европы и Северной Америки . Он присутствует везде, где есть пресноводные пруды и медленно текущие ручьи , за исключением арктического и субарктического климата. Он не зарегистрирован как аборигенный в Австралазии или Южной Америке , хотя он там натурализовался . [ необходима цитата ]
Для оптимальных условий роста требуются значения pH от 6,5 до 8. L. minor может расти при температуре от 6 до 33 °C. Рост колоний происходит быстро, и растения образуют ковер, покрывающий неподвижные лужи, когда условия подходят. В умеренных регионах, когда температура опускается ниже 6-7 °C, образуются небольшие, плотные, заполненные крахмалом органы, называемые «турионами». Затем растения впадают в спячку и опускаются на землю для зимовки. Следующей весной они снова начинают расти и всплывают на поверхность. [3] [5]
В целом, для выращивания ряски требуются некоторые усилия по управлению. Небольшие свободно плавающие растения подвержены ветру, который сдувает их в кучи, что приводит к открытой поверхности воды, позволяющей расти водорослям . По этой причине рекомендуются длинные узкие пруды, идущие перпендикулярно преобладающему ветру. Равномерное распределение добавленных питательных веществ в прудах может быть достигнуто с помощью нескольких входов. Чтобы поддерживать плотный покров растений на поверхности воды и не допускать слишком толстого слоя для роста, требуются скоординированный сбор и пополнение питательных веществ. [6]
Требования к удобрениям для выращивания ряски зависят от источника воды и географического изолята L. minor , который используется. [7] L. minor, выращиваемый в прудах, заполненных дождевой водой, нуждается в дополнительном внесении азота , фосфора и калия . Общий азот по Кьельдалю не должен опускаться ниже 20–30 мг/л, если необходимо поддерживать высокие темпы роста и содержание сырого протеина . Что касается фосфора, хороший рост был зарегистрирован при концентрациях от 6 до 154 мг/л (нет заметной чувствительности к высоким концентрациям фосфора для темпов роста). [6] Сточные воды от домашнего животноводства имеют очень высокие концентрации аммония и других минералов. Их часто необходимо разбавлять до сбалансированной концентрации питательных веществ. Для изолята L. minor 8627, выращенного в жидкости свиного лагуна , наилучшие показатели продуктивности были достигнуты при выращивании в жидкости свиного лагуна, разбавленной до 20% ( общий азот по Кьельдалю : 54 мг/л, аммоний: 31 мг/л, общий фосфор: 16 мг/л). [8] Сточные воды, которые часто имеют достаточную концентрацию калия и фосфора, можно использовать для выращивания ряски, но концентрацию азота необходимо отрегулировать. [9]
Было показано, что Lemna minor очень эффективно удаляет тяжелые металлы, такие как свинец , медь , цинк и мышьяк, из воды с нелетальными концентрациями. [10] В одном конкретном исследовании было обнаружено, что более 70% мышьяка было удалено через 15 дней при начальной концентрации 0,5 мг/л. [11] В другом говорится, что жизнеспособная биомасса L. minor удалила 85-90% Pb(NO3 ) 2 при начальной концентрации 5 мг/л. Однако более высокие концентрации свинца приводят к снижению относительной скорости роста L. minor . [12] Поскольку L. minor устойчив к температуре, демонстрирует быстрый рост и его легко собирать, он имеет высокий потенциал для экономически эффективного использования при очистке сточных вод. [12] Очистка сточных вод озера Девилс , расположенная в Северной Дакоте, США, использует эти полезные свойства L. minor и других водных растений при очистке муниципальных и промышленных сточных вод. [9] После определенного периода роста растения собирают и используют в качестве почвоулучшителя, компостного материала или источника белка для скота . [9] [13] В регионах, затронутых промышленностью, где тяжелые металлы накапливаются в водах, почвах и отложениях из-за антропогенной деятельности, такой как добыча и сжигание ископаемого топлива, собранный L. minor не следует использовать повторно, а следует утилизировать соответствующим образом. [13] [14] [15] Поскольку тяжелые металлы оказывают канцерогенное действие на людей, [16] долго сохраняются в природе и накапливаются в живых организмах, их удаление из окружающей среды имеет важное значение. [17] Также было показано, что Lemna minor удаляет из сточных вод органические микрозагрязнители, такие как фармацевтические препараты [18] и бензотриазолы. [19]
В зависимости от литературы, зарегистрированы различные урожаи L. minor . При выращивании в идеальных условиях были зарегистрированы урожаи до 73 тонн сухого вещества с гектара и в год. [20] Ряска обыкновенная имеет высокое содержание белка, варьирующееся от 20 до 40% в зависимости от сезона, содержания питательных веществ в воде и условий окружающей среды. Она не создает очень сложных структур тканей и поэтому имеет низкое содержание клетчатки менее 5%. В основном все ее ткани могут быть использованы в качестве корма для рыб и птицы и делают ряску интересной пищевой добавкой . [13]
Экспериментальные исследования показали, что L. minor способен полностью заменить добавление сои в рацион уток . Его можно выращивать непосредственно на ферме, что приводит к низким производственным затратам. Поэтому использование ряски обыкновенной в качестве пищевой добавки в рационе бройлеров очень выгодно и с экономической точки зрения. [21] Исследование показало, что дорогостоящие кунжутные жмыхи в рационе цыплят можно частично заменить дешевыми L. minor , что увеличит производительность роста бройлеров. Тем не менее, из-за более низкого содержания усвояемых белков в L. minor (68,9% по сравнению с 89,9% в кунжутном жмыхе), ряску обыкновенную можно использовать только в качестве пищевой добавки в рационе бройлеров . [22] Также при кормлении несушек частично сушеными L. minor (до 150 г/кг корма) несушки показали такую же производительность, как и при кормлении рыбной мукой и рисовой полировкой, в то время как рацион с ряской положительно повлиял на цвет желтка . [23]
Lemna minor как быстрорастущее, накапливающее азот и фосфор водное растение с высокой питательной ценностью для скота, находит еще одно применение в восстановлении питательных веществ из сточных вод скота. [5] Известно, что это применение применяется в фермерских системах в Юго-Восточной Азии, где навоз и экскременты откладываются в небольших эвтрофных прудах. Вода из этих прудов затем удобряет более крупные пруды, на которых выращивается L. minor для дальнейшего использования в качестве корма для уток. [20]
Выращивание выбранных географических изолятов L. minor на разбавленной жидкости из свиного лагуны в Северной Каролине привело к урожайности до 28,5 г/ м2 в день (104,03 т/га в год ) и удалению более 85% от общего содержания азота и фосфора.
Анаэробная предварительная обработка (например, посредством анаэробного сбраживания в UASB ) сточных вод и разбавление жидкости до уровня ниже 100 мг/л общего азота по Кьельдалю и 50 мг/л общего фосфора привели к наилучшим показателям в отношении роста и удаления питательных веществ. [8] [24]
Выращивание L. minor в анаэробно очищенных сточных водах — это недорогое применение, с потенциалом улучшения бытового навоза путем производства ценного корма для животных. Кроме того, загрязнение окружающей среды может быть уменьшено за счет удаления питательных веществ из сточных вод. [25] [26] [27]
Lemna minor очень подходит для производства биоэтанола . Благодаря низкому содержанию целлюлозы (приблизительно 10%) по сравнению с наземными растениями, процедура преобразования крахмала в этанол относительно проста. [28] Выращенный в разбавленной воде свиного лагуны, L. minor накапливает 10,6% крахмала от общего сухого веса. В идеальных условиях с точки зрения доступности фосфата, нитрата и сахара и оптимального pH, доля крахмала от общего сухого веса немного выше (12,5%). Подавление фотосинтетической активности L. minor путем выращивания его в темноте и добавления глюкозы дополнительно увеличивает накопление крахмала до 36%. [28]
После сбора урожая ферментативный гидролиз высвобождает до 96,2% связанной с крахмалом глюкозы. [28] Выход этанола на сухой вес в последующем процессе ферментации зависит от содержания глюкозы и доступности питательных веществ в питательной среде, но его можно сравнить с выходом этанола из лигноцеллюлозы энергетических культур, таких как мискантус и гигантский тростник . [28] [29] Но в отличие от этих энергетических культур, биомасса L. minor не требует какой-либо термической или химической предварительной обработки. [28]
Lemna japonica была генетически модифицирована для производства в семь раз больше масла с акра, чем соевые бобы. [30]
Lemna minor обычно используется для оценки экотоксичности органических и неорганических микрозагрязнителей [31], а также для оценки токсичности сточных вод и фильтратов свалок . [32] Информация о применяемой методологии представлена в соответствующем протоколе ОЭСР. [33]
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )