Ряска малая , ряска обыкновенная [2] [3] или ряска малая , — вид водных пресноводных растений подсемейства Lemnoideae семейства Araceae . [4] L.minor используется в качестве корма для животных, биоремедиатора, для восстановления питательных веществ в сточных водах и в других целях.
Ряска малая — 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. Корень длиной 1–2 см. Листья овальные, длиной 1–8 мм и шириной 0,6–5 мм, светло-зеленые, с тремя (реже пятью) жилками и небольшими воздушными промежутками, облегчающими плавучесть. Размножается преимущественно вегетативно делением. Цветки образуются редко, их диаметр составляет около 1 мм, они имеют чашеобразную перепончатую чешуйку, содержащую одну семязачаток и две тычинки. Семя длиной 1 мм, ребристое с 8-15 ребрышками . Птицы играют важную роль в распространении L.minor на новые места. Липкий корень позволяет растению прикрепляться к оперению или ногам птиц и тем самым заселять новые водоемы. [ нужна цитата ]
Lemnaminor имеет субкосмополитическое распространение и является родным для 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. Не сообщается, что он является родным для Австралазии или Южной Америки , хотя там он натурализован . [ нужна цитата ]
Для оптимальных условий роста необходимы значения pH от 6,5 до 8. L.minor может расти при температуре от 6 до 33 °C. Колонии растут быстро, и при подходящих условиях растения образуют ковер, покрывающий стоячие водоемы. В регионах с умеренным климатом , когда температура падает ниже 6–7 °C, образуются маленькие, плотные, наполненные крахмалом органы, называемые «турионами». Затем растения переходят в состояние покоя и опускаются на землю на зимовку. Следующей весной они снова возобновляют рост и всплывают на поверхность. [3] [5]
В целом, для выращивания ряски необходимы определенные управленческие усилия. Небольшие свободно плавающие растения легко сбиваются в кучи, в результате чего на открытой поверхности воды появляется возможность роста водорослей . По этой причине рекомендуется использовать длинные узкие пруды, расположенные перпендикулярно преобладающему ветру. Равномерное распределение добавляемых питательных веществ в прудах может быть достигнуто за счет нескольких водоприемников. Для поддержания плотного покрова растений на поверхности воды и предотвращения образования слишком толстого слоя для роста требуется скоординированный сбор урожая и пополнение запасов питательных веществ. [6]
Требования к удобрениям для выращивания ряски зависят от источника воды и географического изолята L.minor, который используется. [7] L.minor , выращиваемая в прудах, наполненных 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 отмечается при концентрациях от 6 до 154 мг/л (заметной чувствительности высоких концентраций фосфора к скорости роста не наблюдается). [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, культивируемого в жидкости отстойника для свиней , наилучшие показатели продуктивности были достигнуты при выращивании в жидкости отстойника для свиней , 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 корректировать. [9]
Было показано, что ряска малая очень эффективно удаляет тяжелые металлы, такие как свинец , медь , цинк и мышьяк , из воды с несмертельными концентрациями. [10] Одно конкретное исследование показало, что более 70% мышьяка было удалено через 15 дней при начальной концентрации 0,5 мг/л. [11] Другой сообщает, что жизнеспособная биомасса L.minor удалила 85-90% Pb(NO 3 ) 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 экономичного использования при очистке сточных вод. [12] Установка по очистке сточных вод Девилс-Лейк , расположенная в Северной Дакоте, США, использует полезные свойства L.minor и других водных растений при очистке городских и промышленных сточных вод. [9] После определенного периода выращивания растения собирают и используют в качестве удобрения для почвы, компоста или источника белка для скота . [9] [13] В регионах, пострадавших от промышленности, 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 утилизировать соответствующим образом. [13] [14] [15] Поскольку тяжелые металлы оказывают канцерогенное воздействие на человека, [16] долго сохраняются в природе и накапливаются в живых организмах, их удаление из окружающей среды имеет важное значение. [17] Также было показано, что ряска малая удаляет из сточных вод органические микрозагрязнители, такие как фармацевтические препараты [18] и бензотриазолы. [19]
В зависимости от литературы отмечают различную урожайность L.minor . При выращивании в идеальных условиях зафиксирована урожайность до 73 тонн сухого вещества с гектара 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. Он не образует очень сложных тканевых структур и поэтому имеет низкое содержание клетчатки (менее 5%). Практически все ее ткани можно использовать в качестве корма для рыбы и птицы, а также сделать ряску интересной пищевой добавкой . [13]
Экспериментальные исследования показали, что L.minor способна полностью заменить в рационе уток добавку сои . Его можно выращивать непосредственно на ферме, что снижает производственные затраты. Поэтому использование ряски обыкновенной в качестве пищевой добавки в рационах бройлеров очень выгодно и с экономической точки зрения. [21] Исследование показало, что дорогие кунжутные жмыхи в рационах кур могут быть частично заменены дешевыми L.minor с повышенными показателями роста бройлеров. Тем не менее из-за более низкого содержания перевариваемых белков в L.minor (68,9% против 89,9% в кунжутном жмыхе) ряску обыкновенную можно было использовать только в качестве пищевой добавки в рационах бройлеров . [22] Также при частичном кормлении кур-несушек сушеным L. mino r (до 150 г/кг корма) куры показали такую же продуктивность, как и при кормлении рыбной мукой и рисовой полировкой, при этом на цвет желтка положительно влияло диета на ряске. [23]
Ряска малая , как быстрорастущее, аккумулирующее азот и фосфор водное растение с высокой питательной ценностью для скота, находит еще одно применение при извлечении питательных веществ из сточных вод животноводства. [5] Известно, что это применение применяется в сельскохозяйственных системах Юго-Восточной Азии, где навоз и экскременты откладываются в небольших эвтрофных прудах. Вода этих прудов затем удобряет более крупные пруды, в которых выращивают L.minor для дальнейшего использования на корм уткам. [20]
Выращивание отдельных географических изолятов L.minor на разбавленной жидкости свиных лагун в Северной Каролине привело к получению урожайности до 28,5 г -2 в день -1 (104,03 т га -1 год -1 ) и удалению более 85% общего содержания азота и фосфор.
Анаэробная предварительная обработка (например, посредством анаэробного расщепления 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 лучшим показателям роста и удаления питательных веществ. [8] [24]
Культивирование L.minor в предварительно очищенных анаэробных сточных водах представляет собой недорогое применение, позволяющее улучшить качество домашнего навоза за счет производства ценного корма для животных. Кроме того, загрязнение окружающей среды можно уменьшить за счет удаления питательных веществ из сточных вод. [25] [26] [27]
Ряска малая очень подходит для производства биоэтанола . Из-за низкого содержания целлюлозы (около 10%) по сравнению с наземными растениями процедура превращения крахмала в этанол относительно проста. [28] Выращенный в разбавленной воде отстойника для свиней, L.minor накапливает 10,6% крахмала от общего сухого веса. В идеальных условиях с точки зрения наличия фосфатов, нитратов и сахаров и оптимального уровня pH доля крахмала в общей сухой массе немного выше (12,5%). Подавление фотосинтетической активности L.minor путем выращивания его в темноте и добавления глюкозы еще больше увеличивает накопление крахмала до 36%. [28]
После сбора урожая в результате ферментативного гидролиза высвобождается до 96,2% глюкозы, связанной с крахмалом. [28] Выход этанола на сухую массу 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 тростник гигантский . [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, чтобы производить в семь раз больше масла на акр, чем соевые бобы. [30]
Ряска малая 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 )