Съедобные пресноводные водоросли и виды, полезные для сельского хозяйства

Съедобные пресноводные водоросли и виды, полезные для сельского хозяйства

DREVO Freshwater Algae Food & Agriculture System

Концепция

В рамках DREVO Living Mountains пресноводные микроводоросли и фотосинтезирующие микроорганизмы могут использоваться в пяти направлениях:

питание человека;

кормовые добавки;

выращивание живого корма для аквакультуры;

производство биостимуляторов и биоудобрений;

извлечение азота и фосфора из сельскохозяйственных стоков.

Но природные и производственные функции должны быть разделены.

В реках, болотах и старицах развиваются естественные местные сообщества.

Пищевая и кормовая биомасса выращивается отдельно.

Биомасса, произведённая на сточных водах, не направляется напрямую в пищу или корм.

Незнакомые культуры не выпускаются в природные водоёмы.

Главный принцип:

Природный водоём создаёт биоразнообразие, а контролируемый бассейн производит пищу, корм и удобрения.

1. Arthrospira — коммерческая «спирулина»

Биологический статус

Коммерческая спирулина обычно относится к роду Arthrospira, прежде всего:

Arthrospira platensis;

Arthrospira maxima.

Это не настоящая зелёная водоросль, а нитчатая цианобактерия.

Использование человеком

Спирулина применяется как:

сушёная пищевая биомасса;

белковая добавка;

ингредиент порошков и таблеток;

источник пигмента фикоцианина;

компонент пищевых продуктов.

FAO описывает спирулину как пищевой продукт и источник белка, а также как добавку для птицеводства и аквакультуры.

Значение для сельского хозяйства

Возможные направления:

добавка в рацион рыб;

добавка в корм птицы;

компонент функциональных кормов;

производство биостимулирующих экстрактов;

использование некондиционной чистой биомассы как органического удобрения.

Преимущества выращивания

Arthrospira предпочитает щелочную среду. Это частично снижает количество конкурирующих организмов, но не устраняет риск загрязнения полностью.

Ограничения

Спирулина для питания должна выращиваться:

на проверенной воде;

с пищевыми питательными компонентами;

без контакта с хозяйственными стоками;

с контролем тяжёлых металлов;

с анализом микробиологии;

с контролем цианотоксинов;

с подтверждением чистоты культуры.

Нельзя собирать неизвестную «спирулину» из природного озера только по цвету и форме.

2. Chlorella

Основные виды

Наиболее перспективны:

Chlorella vulgaris;

Chlorella sorokiniana;

отдельные зарегистрированные пищевые штаммы других видов.

Использование человеком

Chlorella применяется в виде:

порошка;

таблеток;

пищевого ингредиента;

белково-пигментной добавки.

Chlorella и Spirulina относятся к наиболее широко коммерциализованным микроводорослевым продуктам питания. Их правовой статус зависит от конкретного вида, штамма, технологии производства и страны реализации.

Особенность клеточной стенки

У ряда штаммов Chlorella клеточная стенка затрудняет переваривание. Поэтому пищевая биомасса может требовать:

механического разрушения клеток;

контролируемой сушки;

дополнительной обработки;

подтверждения усвояемости.

Сельскохозяйственное применение

Chlorella перспективна как:

биостимулятор прорастания;

компонент обработки семян;

внекорневая добавка;

компонент почвенного биоудобрения;

источник органического азота и микроэлементов;

культура для извлечения питательных веществ из очищенных стоков;

кормовой ингредиент для рыб и других животных.

Исследования и обзоры показывают потенциал микроводорослей, включая Chlorella, как биостимуляторов и биоудобрений, но результат зависит от культуры, дозировки, штамма и условий поля. Они не являются гарантированной полной заменой минерального питания.

3. Scenedesmus и Desmodesmus

Перспективные роды

Scenedesmus;

Desmodesmus.

Эти зелёные микроводоросли быстро растут и хорошо подходят для технических сельскохозяйственных систем.

Основные направления

очистка богатой питательными веществами воды;

производство технической биомассы;

кормовые исследования;

биогаз;

компостирование;

биоудобрения;

биостимулирующие экстракты;

производство пигментов и липидов.

Пищевой статус

Их нельзя автоматически считать разрешённой пищей для человека. Для каждого конкретного вида, штамма и продукта требуется проверка пищевого законодательства.

Сильная сторона

Scenedesmus и Desmodesmus рациональнее рассматривать прежде всего как:

рабочие сельскохозяйственные микроводоросли для очистки воды, возврата питательных веществ и производства удобрительной биомассы.

4. Haematococcus pluvialis

Это пресноводная микроводоросль, известная способностью накапливать красный пигмент астаксантин в стрессовых условиях.

Возможное использование

производство астаксантина;

кормовая добавка для аквакультуры;

пигментация кормов;

производство специализированных ингредиентов.

Ограничение

Haematococcus не следует рассматривать как обычную пищевую зелень для массового употребления. Чаще используется стандартизированный экстракт или специально произведённая биомасса.

Производство требует:

чистой культуры;

двухстадийного выращивания;

контроля освещения и питания;

технологии разрушения клеточной стенки;

стандартизации содержания астаксантина.

5. Euglena gracilis

Euglena gracilis — пресноводный одноклеточный организм, сочетающий признаки фотосинтезирующего организма и гетеротрофа.

Потенциальные продукты

белковая биомасса;

пищевые ингредиенты;

кормовые добавки;

полисахарид парамилон;

биостимулирующие экстракты.

Ограничение

Используется только конкретный проверенный производственный штамм. Правовой статус продукта необходимо отдельно проверять для Швейцарии, ЕС и страны реализации.

6. Nostoc

Некоторые виды и формы рода Nostoc исторически употреблялись в пищу в отдельных регионах.

Возможные функции

фиксация атмосферного азота;

образование биологических почвенных корок;

участие в восстановлении бедных почв;

исследовательское производство биомассы.

Почему требуется осторожность

Внешне похожие цианобактерии трудно надёжно определить без лаборатории. Возможны:

примеси токсигенных видов;

накопление тяжёлых металлов;

микробное загрязнение;

наличие нежелательных метаболитов.

Поэтому природные колонии Nostoc нельзя собирать для еды без точного определения и санитарного контроля.

7. Азотфиксирующие цианобактерии для земледелия

В сельском хозяйстве исследуются и применяются представители групп:

Nostoc;

Anabaena в традиционном понимании;

Dolichospermum;

Calothrix;

Tolypothrix;

другие местные азотфиксирующие цианобактерии.

Возможные функции

биологическая фиксация азота;

обогащение рисовых полей;

стабилизация поверхности почвы;

выделение полисахаридов;

удержание частиц грунта;

поддержка почвенной микробиоты;

производство биостимулирующих веществ.

Цианобактерии и зелёные микроводоросли изучаются как биоудобрения, биостимуляторы и компоненты циркулярной сельскохозяйственной системы.

Критическое ограничение

Некоторые родственные цианобактерии способны образовывать токсины.

Поэтому нельзя:

брать материал из случайного пруда;

размножать неизвестную синезелёную массу;

вносить культуру без идентификации;

выпускать производственный штамм в природную воду;

использовать биомассу в корм без анализа.

Для сельского хозяйства применяются только:

идентифицированные нетоксигенные штаммы;

контролируемые инокулянты;

культуры с подтверждённым отсутствием генов или продукции значимых токсинов;

препараты, разрешённые местным законодательством.

8. Диатомовые водоросли

Диатомеи особенно ценны как естественный элемент:

ручьёв;

каналов;

рыбоводных систем;

биофильтров;

бассейнов выращивания живого корма.

Польза для сельского хозяйства

питание водных беспозвоночных;

поддержка мальков;

формирование естественной пищевой сети;

биоиндикация качества воды;

развитие перифитонных кормовых поверхностей.

Ограничение

Для роста диатомей требуется доступный кремний. Но бесконтрольное внесение силикатов в природный водоём не нужно. Условия создаются прежде всего через:

чистую воду;

каменно-гравийный субстрат;

умеренный свет;

контролируемое течение;

отсутствие избытка фосфора.

9. Харовые водоросли

Харовые водоросли — важный объект восстановления чистых мелководных водоёмов.

Польза

Они:

создают подводные луга;

укрепляют донные отложения;

дают укрытия малькам;

поддерживают водных беспозвоночных;

помогают сохранять прозрачное состояние воды;

связывают часть питательных веществ в биомассе.

Сельскохозяйственная функция

Их главная польза — не массовая заготовка, а поддержание:

чистых оросительных водоёмов;

резервуаров биоразнообразия;

нерестовых участков;

природного контроля мутности.

Харовые нельзя бесконтрольно переносить между водосборами.

10. Лучшие виды для питания человека

Для стартового проекта DREVO рационально ограничиться двумя основными пищевыми культурами:

Arthrospira;

Chlorella.

Это наиболее изученные и коммерчески понятные направления.

11. Лучшие культуры для кормов

Для аквакультуры

Перспективны:

Chlorella;

Scenedesmus;

Desmodesmus;

Arthrospira;

отдельные диатомеи;

Haematococcus как источник пигмента;

другие культуры, специально подобранные под личинок и мальков.

Микроводоросли применяются в аквакультуре как питательный и функциональный компонент, но их состав сильно зависит от вида и режима выращивания.

Для птицы

Наиболее понятна Arthrospira как добавка к полноценному рациону.

Потенциальные функции:

дополнительный белок;

пигменты;

микроэлементы;

функциональные компоненты.

Она не должна самостоятельно заменять сбалансированный корм.

Для жвачных и свиней

Возможно использование:

обезвоженной микроводорослевой биомассы;

остатков после извлечения ценных компонентов;

небольших функциональных добавок.

Перед применением проверяются:

аминокислотный состав;

усвояемость;

содержание соли;

тяжёлые металлы;

микробиология;

токсины;

разрешённая дозировка.

12. Лучшие культуры для биоудобрений

13. Формы сельскохозяйственного применения

Живая культура

Может применяться:

в рисовых системах;

в технических биофильтрах;

в экспериментальной обработке почвы;

в закрытых гидропонных системах.

Риск живой культуры — неконтролируемое распространение.

Сухая биомасса

Используется как:

компонент органического удобрения;

кормовая добавка;

сырьё для экстракции;

компонент компоста.

Клеточный экстракт

Может применяться как:

обработка семян;

корневая подкормка;

внекорневой биостимулятор;

антистрессовая добавка.

Гидролизат

После разрушения клеток питательные и сигнальные вещества становятся доступнее растениям.

Компостированная биомасса

Позволяет:

стабилизировать материал;

смешать его с растительными отходами;

уменьшить риск быстрого разложения в поле.

Но компостирование не гарантирует уничтожение всех токсинов и загрязнений.

Биоуголь из водорослевой биомассы

Перспективен для технической переработки, но требует анализа:

золы;

металлов;

солей;

устойчивости углерода;

безопасности внесения.

14. Микроводоросли и очистка сельскохозяйственных стоков

Это одно из наиболее перспективных направлений.

Микроводоросли могут извлекать из воды:

аммоний;

нитраты;

фосфаты;

углекислый газ;

часть микроэлементов.

USDA исследовала производство водорослей на питательных веществах фермерских стоков как способ управления загрязнением и получения полезной биомассы.

Правильная технологическая цепочка

Сток → механическое отделение → осаждение → водорослевый бассейн → сбор биомассы → дополнительная очистка → контроль воды.

Важное разделение потоков

Пищевой поток

чистая вода;

пищевые реагенты;

закрытый контроль;

отдельное оборудование.

Кормовой поток

вода кормового качества;

контролируемое сырьё;

анализ безопасности.

Технический поток

сельскохозяйственные стоки;

извлечение питательных веществ;

биогаз, компост, техническое удобрение или утилизация после анализа.

Смешивать эти потоки нельзя.

15. Не водоросли, но важные партнёры

Некоторые очень перспективные пресноводные культуры ошибочно называют водорослями.

Азолла

Azolla — маленький водный папоротник, а не водоросль.

В его тканях живёт азотфиксирующая цианобактерия.

Возможное использование:

зелёное удобрение рисовых полей;

покровная культура;

кормовая добавка после анализа;

захват питательных веществ;

производство компоста.

Риск:

быстрое распространение;

закрытие поверхности воды;

вытеснение местных видов;

анаэробные условия после отмирания.

Ряска

Ряска — цветковое растение, а не водоросль.

Возможное использование:

кормовая биомасса;

извлечение питательных веществ;

аквакультура;

компост;

биогаз.

Она должна выращиваться в управляемых бассейнах.

Вольфия

Вольфия — очень мелкое цветковое растение.

Некоторые виды употребляются в пищу, но пищевой статус и безопасность конкретного продукта необходимо подтверждать.

Эти культуры разумно включить в отдельный модуль:

DREVO Freshwater Protein Plants, а не смешивать с микроводорослями.

16. Рекомендуемая производственная структура DREVO

Линия A — DREVO Spirulina Food

Назначение:

пищевой порошок;

паста;

хлопья;

фикоцианин.

Требования:

отдельная пищевая вода;

щелочные бассейны или фотобиореакторы;

санитарная зона;

мягкая сушка;

полный лабораторный контроль.

Линия B — DREVO Chlorella Food

Назначение:

пищевая биомасса;

функциональные ингредиенты;

добавки.

Требования:

чистая культура;

контролируемые реакторы;

разрушение клеточной стенки при необходимости;

защита от посторонних водорослей.

Линия C — DREVO AquaFeed Algae

Культуры:

Chlorella;

Scenedesmus;

подходящие диатомеи;

Arthrospira;

Haematococcus.

Назначение:

аквакультура;

живой корм;

функциональные добавки.

Линия D — DREVO Algae Biofertilizer

Культуры:

Chlorella;

Scenedesmus;

Desmodesmus;

идентифицированные азотфиксирующие цианобактерии.

Продукты:

сухая биомасса;

экстракт;

гидролизат;

почвенный инокулянт;

компостная добавка.

Линия E — DREVO Nutrient Recovery

Назначение:

очистка фермерских стоков;

возврат азота и фосфора;

производство технической биомассы;

снижение нагрузки на реки и болота.

17. Контроль безопасности пищевой и кормовой биомассы

Проверяются:

точный вид и штамм;

посторонние цианобактерии;

микроцистины;

анатоксины;

цилиндроспермопсин;

тяжёлые металлы;

мышьяк;

свинец;

кадмий;

ртуть;

пестициды;

нефтепродукты;

бактериальная загрязнённость;

плесени;

влажность;

белок;

жиры;

аминокислоты;

стабильность при хранении.

Высокая способность Spirulina и Chlorella связывать вещества из среды делает качество воды и производственный контроль критически важными.

18. Что нельзя делать

Не допускается:

собирать зелёную биомассу из случайного пруда для еды;

выращивать пищевую спирулину на навозных стоках;

использовать биомассу очистных бассейнов как корм без анализа;

смешивать пищевые и технические производственные линии;

выпускать производственные штаммы в природную пойму;

размножать неизвестные цианобактерии;

считать отсутствие запаха доказательством безопасности;

использовать цветение воды как удобрение без анализа;

кормить животных сырой неконтролируемой биомассой;

обещать полную замену удобрений без полевых испытаний;

выращивать один вид в природном болоте;

продавать новый вид как пищу без проверки законодательства.

19. Приоритеты для первого пилота

Пищевое направление

Arthrospira platensis;

Chlorella vulgaris.

Кормовое направление

Arthrospira;

Chlorella;

Scenedesmus или Desmodesmus;

Haematococcus как специализированная добавка.

Удобрительное направление

Chlorella;

Scenedesmus;

Desmodesmus;

проверенная местная азотфиксирующая цианобактерия;

смешанная биомасса технического водорослевого бассейна после анализа.

Водно-экологическое направление

местные диатомеи;

естественный перифитон;

харовые сообщества;

подводные растения;

зоопланктон и местные фильтраторы.

20. Главный вывод

Для питания человека наиболее реалистичны:

Arthrospira — спирулина;

Chlorella;

специализированные продукты из Haematococcus и Euglena.

Для сельского хозяйства наиболее перспективны:

Chlorella;

Scenedesmus;

Desmodesmus;

Arthrospira;

идентифицированные азотфиксирующие цианобактерии;

естественные диатомовые и перифитонные сообщества в аквакультуре.

Но их роли различаются:

пищевые культуры производят чистую биомассу;

кормовые культуры дополняют рацион;

технические культуры извлекают питательные вещества;

биоудобрения возвращают часть этих веществ в почву;

природные водоросли поддерживают экосистему.

Лучшая система не выращивает одну “универсальную водоросль”, а разделяет пищу, корм, удобрение, очистку воды и восстановление природных сообществ на независимые, контролируемые линии.