Lemna minor , la lenteja de agua común [2] [3] o lenteja de agua menor , es una especie de planta acuática de agua dulce de la subfamilia Lemnoideae de la familia arum Araceae . [4] L. minor se utiliza como forraje para animales, biorremediador, para la recuperación de nutrientes de las aguas residuales y otras aplicaciones.
Lemna menor | |
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clasificación cientifica | |
Reino: | Plantae |
Clade : | Traqueofitos |
Clade : | Angiospermas |
Clade : | Monocotiledóneas |
Pedido: | Alismatales |
Familia: | Araceae |
Género: | Lemna |
Especies: | L. minor |
Nombre binomial | |
Lemna menor |
Descripción
Lemna minor es una planta acuática flotante de agua dulce , con una, dos, tres o cuatro hojas, cada una con una sola raíz colgando en el agua. A medida que crecen más hojas, las plantas se dividen y se convierten en individuos separados. La raíz mide 1-2 cm de largo. Las hojas son ovaladas, de 1 a 8 mm de largo y 0,6 a 5 mm de ancho, de color verde claro, con tres (rara vez cinco) venas y pequeños espacios de aire para ayudar a la flotación. Se reproduce principalmente vegetativamente por división. Las flores rara vez se producen y miden alrededor de 1 mm de diámetro, con una escama membranosa en forma de copa que contiene un solo óvulo y dos estambres. La semilla mide 1 mm de largo, estriada con 8-15 nervaduras. Las aves son importantes en la dispersión de L. minor a nuevos sitios. La raíz pegajosa permite que la planta se adhiera al plumaje o las patas de las aves y, por lo tanto, puede colonizar nuevos estanques. [ cita requerida ]
Distribución
Lemna minor tiene una distribución subcosmopolita y es nativa de la mayor parte de África , Asia , Europa y América del Norte . Está presente dondequiera que se encuentren estanques de agua dulce y arroyos de movimiento lento , excepto en los climas árticos y subárticos. No se informa como nativo en Australasia o Sudamérica , aunque está naturalizado allí. [ cita requerida ]
Cultivo
Para condiciones óptimas de crecimiento se requieren valores de pH entre 6,5 y 8. L. minor puede crecer a temperaturas entre 6 y 33 ° C. El crecimiento de las colonias es rápido y las plantas forman una alfombra que cubre los estanques cuando las condiciones son adecuadas. En las regiones templadas , cuando las temperaturas caen por debajo de 6 a 7 ° C, se producen órganos pequeños, densos y llenos de almidón llamados 'turiones'. Las plantas luego se vuelven inactivas y se hunden en el suelo para pasar el invierno. La primavera siguiente, vuelven a crecer y vuelven a flotar a la superficie. [3] [5]
La lenteja de agua en general necesita un esfuerzo de manejo para ser cultivada. Las pequeñas plantas que flotan libremente son susceptibles de volar en montones, lo que da como resultado una superficie de agua abierta que permite el crecimiento de algas . Por esta razón, se recomiendan estanques largos y estrechos que corran perpendiculares al viento predominante. La distribución equitativa de los nutrientes agregados en los estanques se puede lograr mediante varias entradas. Para mantener una cubierta densa de plantas en la superficie del agua y evitar una capa demasiado gruesa para el crecimiento, se requiere una cosecha coordinada y la reposición de nutrientes. [6]
Los requisitos de fertilizante para el cultivo de lenteja de agua dependen de la fuente de agua y del aislamiento geográfico de L. minor que se utilice. [7] L. minor, que se cultiva en estanques llenos de agua de lluvia, necesita una aplicación adicional de nitrógeno , fósforo y potasio . El nitrógeno total de Kjeldahl no debe caer por debajo de 20-30 mg / l si se quieren mantener altas tasas de crecimiento y contenido de proteína cruda . En cuanto al fósforo, se ha reportado un buen crecimiento en concentraciones entre 6 y 154 mg / l (no hay una sensibilidad notable para las altas concentraciones de fósforo sobre las tasas de crecimiento). [6] Los efluentes de la producción de animales domésticos tienen concentraciones muy altas de amonio y otros minerales. A menudo es necesario diluirlos a una concentración equilibrada de nutrientes. Para el aislado 8627 de L. minor cultivado en líquido de laguna porcina , las mejores tasas de producción se alcanzaron cuando se cultivó en líquido de laguna porcina diluido al 20% ( Nitrógeno Kjeldahl total : 54 mg / l, Amonio: 31 mg / l, Fósforo total: 16 mg / l). [8] Las aguas residuales, que a menudo tienen una concentración adecuada de potasio y fósforo, se pueden utilizar para cultivar lenteja de agua, pero es necesario ajustar las concentraciones de nitrógeno. [9]
Usos
Biorremediación
Se ha demostrado que Lemna minor elimina metales pesados como plomo , cobre , zinc y arsénico de manera muy eficiente de aguas con concentraciones no letales. [10] Un estudio en particular encontró que más del 70% del arsénico se eliminó después de 15 días a una concentración inicial de 0.5 mg / l. [11] Otro dice que la biomasa viable de L. minor eliminó el 85-90% de Pb (NO 3 ) 2 con una concentración inicial de 5 mg / l. Sin embargo, concentraciones más altas de plomo dan como resultado una disminución en la tasa de crecimiento relativo de L. minor . [12] Debido a que L. minor es tolerante a la temperatura, muestra un crecimiento rápido y es fácil de cosechar, tiene un alto potencial para el uso rentable en el tratamiento de aguas residuales. [12] El tratamiento de aguas residuales de Devils Lake , ubicado en Dakota del Norte, EE. UU., Utiliza estas propiedades beneficiosas de L. minor y otras plantas acuáticas en el tratamiento de aguas residuales municipales e industriales. [9] Después de un cierto período de crecimiento, las plantas se cosechan y se utilizan como enmienda del suelo, material de abono o fuente de proteínas para el ganado . [9] [13] En las regiones industriales afectadas, donde los metales pesados se acumulan en las aguas, suelos y sedimentos debido a actividades antropogénicas como la minería y la quema de combustibles fósiles, la L. minor recolectada no debe reutilizarse, sino eliminarse en consecuencia. [13] [14] [15] Debido a que los metales pesados tienen efectos cancerígenos en los seres humanos, [16] persisten durante mucho tiempo en la naturaleza y se acumulan en los organismos vivos, su eliminación del medio ambiente es importante. [17] También se ha demostrado que Lemna minor elimina los microcontaminantes orgánicos como los productos farmacéuticos [18] y los benzotriazoles de las aguas residuales. [19]
Alimentación del ganado
Dependiendo de la literatura, se registran diferentes rendimientos de L. minor . Cultivado en condiciones ideales, se registraron rendimientos de hasta 73 toneladas de materia seca por hectárea y año. [20] La lenteja de agua común tiene un alto contenido de proteínas que varía del 20 al 40% según la temporada, el contenido de nutrientes del agua y las condiciones ambientales. No acumula estructuras tisulares muy complejas y, por tanto, tiene un bajo contenido de fibra inferior al 5%. Básicamente, todos sus tejidos se pueden utilizar como forraje para peces y aves y hacen de la lenteja de agua un interesante complemento alimenticio. [13]
Las investigaciones experimentales han demostrado que L. minor es capaz de reemplazar completamente el agregado de soja en la dieta de los patos . Se puede cultivar directamente en la finca lo que resulta en bajos costos de producción. Por lo tanto, el uso de lenteja de agua común como complemento alimenticio en las dietas de pollos de engorde es muy rentable también desde el punto de vista económico. [21] Una investigación mostró que los costosos pasteles de aceite de sésamo en las dietas para pollos podrían ser reemplazados parcialmente por L. minor de bajo costo con un mayor crecimiento del pollo de engorde. Sin embargo, debido a un menor contenido de proteínas digestibles en L. minor (68,9% en comparación con 89,9% en la torta de aceite de sésamo), la lenteja de agua común solo podría usarse como complemento alimenticio en dietas de pollos de engorde . [22] También cuando se alimenta a gallinas ponedoras parcialmente con L.minor seco (hasta 150 g / kg de forraje), las gallinas muestran el mismo comportamiento que cuando se alimentan con harina de pescado y betún de arroz, mientras que el color de la yema se ve afectado positivamente por la dieta de lenteja de agua. [23]
Recuperación de nutrientes de aguas residuales
Lemna minor como planta acuática de crecimiento rápido, acumulación de nitrógeno y fósforo con alto valor nutricional para el ganado, encuentra otra aplicación en la recuperación de nutrientes de las aguas residuales del ganado. [5] Se sabe que esta aplicación se ejecuta en sistemas agrícolas en el sudeste asiático, donde el estiércol y los excrementos se depositan en pequeños estanques eutróficos . El agua de esos estanques luego fertiliza estanques más grandes en los que se cultiva L. minor para su uso posterior como forraje para patos. [20]
El cultivo de aislados geográficos seleccionados de L. minor en líquido de laguna porcina diluida en Carolina del Norte dio como resultado rendimientos de hasta 28,5 gm −2 día −1 (104,03 t ha −1 y −1 ) y la eliminación de más del 85% del total contenido de nitrógeno y fósforo.
El pretratamiento anaeróbico (por ejemplo, mediante digestión anaeróbica en un UASB ) de las aguas residuales y la dilución del líquido por debajo de 100 mg / l de nitrógeno Kjeldahl total y 50 mg / l de fósforo total, condujeron al mejor rendimiento en cuanto a crecimiento y eliminación de nutrientes. [8] [24]
El cultivo de L. minor en aguas residuales pretratadas anaeróbicas es una aplicación de bajo costo, con el potencial de mejorar el abono doméstico mediante la producción de valiosos alimentos para animales. Además, la contaminación ambiental puede reducirse mediante la eliminación de nutrientes de los efluentes. [25] [26] [27]
Biocombustible
Lemna minor es muy adecuada para la producción de bioetanol . Debido a su bajo contenido de celulosa (aproximadamente un 10%) en comparación con las plantas terrestres, el procedimiento de conversión del almidón en etanol es relativamente fácil. [28] Cultivada en agua diluida de laguna porcina, L. minor acumula 10,6% de almidón del peso seco total. En condiciones ideales en términos de disponibilidad de fosfato, nitrato y azúcar y pH óptimo, la proporción de almidón con respecto al peso seco total es ligeramente superior (12,5%). La supresión de la actividad fotosintética de L. minor haciéndola crecer en la oscuridad y la adición de glucosa aumenta aún más la acumulación de almidón hasta en un 36%. [28]
Después de la cosecha, la hidrólisis enzimática libera hasta el 96,2% de la glucosa unida al almidón. [28] El rendimiento de etanol por peso seco en el proceso de fermentación posterior depende del contenido de glucosa y la disponibilidad de nutrientes en el medio de crecimiento, pero se puede comparar con los rendimientos de etanol de lignocelulosa de cultivos energéticos como Miscanthus y Giant reed . [28] [29] Pero a diferencia de estos cultivos energéticos, la biomasa de L. minor no requiere ningún pretratamiento térmico o químico. [28]
Experimentos de ecotoxicidad
Lemna minor se utiliza comúnmente para la evaluación de la ecotoxicidad de microcontaminantes orgánicos e inorgánicos [30] , así como para evaluar la toxicidad de las aguas residuales y los lixiviados de vertederos . [31] La información para la metodología aplicada se proporciona en el protocolo pertinente de la OCDE. [32]
Referencias
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