2015. január 7., szerda

A nagylevelű moszatpáfrány (Azolla filiculoides Lam.) inváziója Szarvason

2014 decemberében Szarvason a Holt-Sebes-Körös vizében, egy hazánkból már korábban is ismert invazív hínárnövény faj tömegesen elszaporodott. Ez szokatlan jelenség volt a helyieknek, mondhatjuk azt is, hogy nagy riadalmat keltett, hiszen korábban ilyet ott még nem láttak pláne nem decemberben. Nem is csoda mivel a faj nagyon gyorsan képes magát felszaporítani, ősszel pedig vörösre színeződik, vörösre festve így a holtmeder felületét.A kérdéssel már csak azért is foglalkozni kell, mert egy ilyen jelenséget sokféleképpen lehet értelmezni és félreértelmezni. Nézzük meg tudományos szemszögből miről is van szó.


A szarvasi nagylevelű moszatpáfrány invázió 2014 decemberében. A képért köszönet Jakab Gusztávnak.


Első körben tisztázzuk le milyen fajról is beszélünk:

A galibát okozó növényfaj a nagylevelű moszatpáfrány (Azolla filiculoides Lam.), amely a moszatpáfrányok (Azollaceae) családjába tartozik. Mint neve is utal rá ez a növény egy páfrány, rokona az erdei pajzsikának és a szobapáfránynak (csakhogy a laikusok számára is ismert példákat hozzak fel). Testfelépítése, habitusa sok hasonlóságot mutat közeli rokonával a hazánkban is őshonos vízi rucaörömmel (Salvinia natans (L.) All.). Apró (2-10 cm), sötétzöld pikkelyszerű levelei háromszög vagy sokszög alakú telepet alkotnak, a víz hőmérsékletének csökkenése és az erős napsütés a levelek piros színű elszineződését okozza (Janes 1998). A levelek felszíne apró szőrökkel (papilla) fedett, a szőrök közé szoruló levegővel tartja magát a víz felszínén. Heterospórás faj, vagyis ivarilag és morfológiailag is elkülönülő spórákat fejleszt. A nagyobb a női jellegű makrospóra, a kisebbik a hím jellegű mikrospóra. Az előbbiből női ivarszerveket (archegonium) fejlesztő előtelep (makroprotallium), az utóbbiból a hím jellegű mikroprotallium alakul ki, anterídiumokkal (hímivarszerv).

A faj sajátossága, hogy levélkaréjainak üregeiben egy szimbionta kékalga az Anabaena azollae telepszik meg, amelynek segítségével a levegő nitrogénjét is képes megkötni, ami egy jelentős ökológiai előny, mivel a hínárnövények alapvetően a vízből szerzik a tápanyagaikat. Mivel a nitrogén sokkal rosszabbul oldódik a vízben, mint a levegőben ez az ökológiai előny biztosítja a faj számára azt, hogy minden más vízi növénynél gyorsabban képesek testüket felépíteni és vegetatív úton szaporodni. A nagylevelű moszatpáfrány Észak- és Közép Amerikában őshonos, a trópusi és szubtrópusi területektől egészen Alaszkáig. de a világ szinte minden részére behurcolták már. Itt kell megemlíteni, hogy a faj az utolsó jégkorszakig Európában is őshonosnak számított, ezt fosszilis leletek is bizonyítják (Ekman 1998, 1999; O`Brien & Jones 2003). Félreértés ne essék. Ettől persze ma már idegenhonos!

Meg kell jegyezni, hogy korábban hazánkból közöltek egy másik moszatpáfrány fajt is: a mexikói moszatpáfrányt (Azolla mexicana C. Presl.). Ez utóbbinak nem egy, hanem két sejtből állnak a levélfelszíni papillái, de újabb ismereteink alapján ez a faj mégsem fordul elő hazánkban.


A nagylevelű moszatpáfrány (Azolla filiculoides Lam.) A képért köszönet Jakab Gusztávnak.


Ennyit a fajról!

A következő kérdés:

Mi okozza a faj tömeges elszaporodását? Máshogy megfogalmazva a kérdést: Mi a faj ökológiai igénye?

A szakirodalomban nagyon sok publikáció foglalkozik a moszatpáfrányokkal. Jól ismert a faj biológiai és élettani tulajdonsága, jól feltárt a különböző növényi tápanyagokkal és szennyező anyagokkal szembeni viselkedése. A moszatpáfrányt széles körben alkalmazzák bioakkumulációs és fitoremediációs célokra, különösen nehézfémek akkumulálására (ólom, cinkk) (Ghobrial & Siam 1998; Sanyahumi et al. 1998; Zhao & Duncan 1998; Zhao et al. 1999a,b; Forni et al. 2001, 2002; Cohen-Shoel et al. 2002; Oren Benaroya et al. 2004; Shiny et al. 2004; Gardea et al. 2005; Stepniewska et al. 2005). A kékalgával alkotott szimbiózisa, illetve a levegőből történő nitrogénfixálási képessége miatt a moszatpáfrányt zöld trágyaként használják rizsvetésekben (hasonló, mint a lucerna a szántókon).



Élőhely igénye
A moszatpáfrány élőhelyi igényeit tekintve nem válogatós. Megtalálható álló és lassan folyó vizekben, folyókban, árkokban, csatornákban stb. Napfényes és árnyékos helyeken is megtelepszik. A szimbionta kékalga miatt képes megtelepedni nitrogén limitált vizekben is (pl. lápok, láposdó vizek). A moszatpáfrány a víz foszfor tartalmára érzékeny, alacsony oldott foszfor tartalom a növekedését gátolja (Kitoh et al. 1993; Sadeghi et al 2014). A levegő hőmérséklete, a levegő páratartalma, a víz mélysége és a fagyos napok száma a négy legfontosabb környezeti tényező, amely a növény létét leginkább befolyásolja. E mellett még a víz vezetőképességét, biológiai oxigén igény értékét, magnézium és szulfát koncentrációját találták meghatározó tényezőnek (Sadeghi et al. 2014). Hozzá kell tenni, hogy persze ezt trópusi- szubtrópusi klímán vizsgálták.

A moszatpáfrány hőmérsékleti optimuma 15-20°C között van (Tung & Watanabe 1983; Watanabe & Berja 1983; Janes 1998a,b). Wong et al. (1987) vizsgálatai alapján a levegőből történő nitrogén fixálás miatt a hőmérsékleti optimum 25°C. Laboratóriumi körülmények között -4°C fok a növény elpusztul (Janes 1998), de figyeltek már meg -10 és -15°C is élő telepeit (Wong et al 1987). Janes (1998) szerint a nagylevelű moszatpáfrány egy hét jégben töltött időszak után is képes életben maradni. Ezzel a nagylevelű moszatpáfrány a leginkább fagy toleráns faj a moszatpáfrányok között.

A Nagyon mély és sekély vizek gátolják a moszatpáfrány növekedését (Biswas et al 2005). Iránban végzett vizsgálatok alapján az optimális vízmélység egybe esik a nád és a gyékény igényeivel. A levegő páratartalma is nagyban befolyásolja az elterjedését, 60% alatti páratartalom alatt állományai leromlanak, ezért nem található meg száraz-meleg klímájú területeken (Bocchi & Malgioglio, 2010).

A víz néhány kémiai összetevőjével szemben a faj biomassza mennyisége ugyan pozitív korrelációt mutat, az ismeretek alapján azonban egyik tényező sem adódott meghatározó tényezőnek változó szelekció alapján. Sadeghi (2012) szerint a rizsföldeken is használatos szulfát tartalmú trágyák (szulfát) serkentik a faj növekedését. E mellett a magas foszfát tartalom serkenti a vegetatív és az ivaros szaporodását is. A víz foszfor tartalmának csökkentése ugyanakkor bizonyítottan lassítja, akár meg is állítja a növény vegetatív szaporodását (Janes 1998). Ugyankkor a másik fontos növényi tápanyag a nitrit nem limitálja a faj biomassza termelését (Costa et al. 1999; Sadeghi et al. 2012). Fontos megjegyezni, hogy a növényi részek elhalás ezeket a tápanyagokat a vízben újra felszabadítja, súlyos károkat okozva ezzel a víz oxigénháztartásában (Sadeghi et al. 2014).

Milyen lehetőségek vannak a moszatpáfrány visszaszorítására?

Élőhely-kezelés és kontroll
Az utóbbi években egyre nagyobb hangsúlyt kapott a fajjal szembeni lehetséges kontroll intézkedések kutatása is (McConnachie et al. 2003, 2004; Sadeghi et al. 2014). Sajnos nagyon korlátozott lehetőségek vannak a faj állományainak a visszaszorítására. Mivel 7-10 naponta képes megduplázni az általa borított felületet (laboratóriumban ez 2,2–3,4 nap) így a mechanikai kontrol (pl. kaszálás) egyáltalán nem hatékony módszer, soha nem vezet végleges megoldáshoz. E mellett a manuális (hálóval való kihúzás) és a herbicidek használata sem ajánlott. Ázsiában és Óceániában ismertek gomba pathogénei, de széleskörű alkalmazásukra nincs tapasztalat vagy ezzel kapcsolatos vizsgálatok nem történtek (Barreto et al. 2000). Egy amerikai ormányos bogárral (Stenopelmus rufinasus) való visszaszorítása hatékony módszernek bizonyult Dél-Afrikában (Hill 1998, 1999).



Mi következik ebből a szarvasi eset kapcsán?

2014. december 13-án úgy tűnt sikerült megfejteniük az invázió titkát: "A vízügyesek szerint a környező belvízelvezető csatornákból került be a holtágba ilyen mennyiségben a növény" (Forrás Greenfo). A szarvasi Holt-Körös a térség legnagyobb belvízbefogadója. Ez első hallásra logikusnak is tűnhet, van benne ráció. A propagulum forrás nyilván a Szarvas körüli rizsföldek és azok csatornái voltak.

Ha figyelembe vesszük a fentebb leírt élőhelyi igényeket más tényezők is befolyásolhatták a faj hirtelen megjelenését. A legfontosabb körülmény, hogy 2014 egésze, beleértve a januárt és februárt is szokatlanul meleg volt (lásd itt) A decemberi hónap is szokatlanul meleg volt, 10°C körüli hőmérséklet adódott. Figyelembe véve az irodalomból ismert tényt, miszerint a levegő hőmérséklete az egyik legfontosabb környezeti tényező, és azt, hogy decemberben már nem volt semmilyen alga és edényes növény kompetitora sem a vízben. Mindezek együttesen lehetőséget teremthettek a fajnak a gyors elszaporodásra.

Mint az Jakab Gusztáv is leírta (a cikk itt érhető el) a gyorsan megemelt vízszint visszaszorította a növény állományát. Ennek oka lehetett az is, hogy a faj nem szereti a mély vizet, de nem hiszem, hogy olyan sok víz került volna a holtmederbe, hogy az jelentősen befolyásolta volna azt, sokkal inkább a víz sodrása vihette ki. De a víz hőmérsékletének hirtelen csökkenése is hozzájárulhatott az állomány leromlásához.



Mit lehet tenni a jövőben?

Kotróhálóval kimerni vagy kaszálni? A nemzetközi példák alapján az egy pénzt emésztő végeláthatatlan beavatkozás, ami soha nem nyújt megfelelő megoldást. A növény sokkal gyorsabban szaporodik mint ahogy azt írtani lehetne, ráadásul 100 %-ban soha nem lehet kiszedni egy helyről, mindig marad 1-2-(100) tő.

Kotorni? Azt semmiképpen sem, mivel az üledékben lerakódott tápanyagok egy jelentős része újból a vízbe kerülne, későbbi algavirágzást és a moszatpáfránynak való tökéletes élőhelyet hozva létre.

Biológiai kontrol? Magyarországról, de még Európa többi részéről sincs tapasztalat e téren. Ez a témakör még kutatásokat igényelne addig semmiképp nem szabad próbálkozni vele, mert többet ártana, mint használna!

Vízminőség javítás? Ez már egy használhatóbb módszer lehet. A víz foszfortartalmának csökkentése gyakorlati szempontból is praktikus megoldás lehet, van rá pozitív eredmény. Ez azonban komplex tóhasználati módszerváltást igényelne, amibe beletartozik a holtmederbe juttatott belvizek kizárása és akár bizonyos horgászati módszerek (pl. korlátlan etetés) korlátozása is. De minden ilyen beavatkozás csak és kizárólag pontos anyagforgalmi vizsgálatok után tervezhető.


Debrecen, 2015. január 7.


Lukács Balázs András


Idézett irodalom

Biswas, M., Parveen, S., Shimozawa, H., Nakagoshi, N. (2005): Effects of Azolla specieson weed emergence in a rice paddy ecosystem. Weed Biology Management 5: 176–183.

Bocchi, S., Malgioglio, A. (2010): Azolla–Anabaena as a biofertilizer for rice paddyfields in the Po Valley, a temperate rice area in northern Italy. International Journal of Agronomy (http://dx.doi.org/10.1155/2010/152158.)

Cohen-Shoel, N., Barkay, Z., Ilzycer, D., Gilath, I. and Tel-Or, E. (2002): Biofiltration of toxic elementary by Azolla biomass. Water, Air, and Soil Pollution 135 (1-4): 93-104

Costa, M.L., Santos, M.C.R., Carrapico, F. (1999): Biomass characterization of A. fil-iculoides grown in natural ecosystems and wastewater. Hydrobiologia 415: 323–327.

Ekman, S.R. (1998): Pleistocene pollen stratigraphy from borehole 81/34, Devil’s hole area, central North Sea. Quaternary Science Reviews 17: 855-869

Ekman, S.R. (1999): Early Pleistocene pollen biostratigraphy in the central North Sea. Review of Palaeobotany and Palynology 105: 171-182

Forni, C., Cascone, A., Fiori, M. and Migliore, L. (2002): Sulphadimethoxine and Azolla filiculoides Lam.: A model for drug remediation. Water research 36 (13): 3398-3403

Forni, C., Chen, J., Pancioni, L. and Grilli Caiola, M. (2001a): Evaluation of the fern Azolla for growth, nitrogen and phosphorous removal from wastewater. Water research 35 (6): 1592-1598

Forni, C., Nicolai, M.A. and D’Egidio, M.G. (2001b): Potential of the small aquatic plants Azolla and Lemna for nitrogenous compounds removal from wastewater. Progress in Water Resources: 315-324

Gardea-Torresdey, J.L., Peralta-Videa, J.R., De La Rosa, G. and Parsone, J.G. (2005): Phytoremediation of heavy metals and study of the metal coordination by X-ray absorption spectroscopy. Coordination Chemistry Reviews 249: 1797-1810.

Ghobrial, M.G. and Siam, E.E. (1998): The use of the water velvet Azolla filiculoides in wastewater treatment. Journal of the Chartered Institution of Water and Environmental Management 12 (4): 250-253.

Hill, M.P. (1998): Life history and laboratory host range of Stenopelmus rufinasus, a natural enemy for Azolla filiculoides in South-Africa. BioControl 43 (2): 215-224.

Hill, M.P. and Cilliers, C.J. (1999): Azolla filiculoides Lamarck (Pteridophyta: Azollaceae), its status in South Africa and control. Hydrobiologia 415: 203-206

Janes, R. (1998a): Growth and survival of Azolla filiculoides in Britain. 1. Vegetative reproduction. New Phytologist 138: 367-376

Janes, R. (1998b): Growth and survival of Azolla filiculoides in Britain. 2. Sexual reproduction. New Phytologist 138: 377-384

Kitoh, S., Shiomi, N. and Uheda, E. (1993): The growth and nitrogen fixation of Azolla filiculoides Lam. in polluted water. Aquatic botany 46: 129-139

McConnachie, A.J., Hill, M.P., Byrne, M.J. (2004): Field assessment of a frond-feeding weevil, a successful biological control agent of red waterfern, Azolla filiculoides, in southern Africa. Biological control 29: 326–331.

McConnachie, A.J., Wit, M.P. de, Hill, M.P. and Byrne, M.J. (2003): Economic evaluation of the successful biological control of Azolla filiculoides in South Africa. Biological Control 28: 25–32.

O`Brien, C.E. and Jones, R.L. (2003): Early and Middle Pleistocene vegetation of the Médoc region, southwest France. Journal of Quaternary Science 18 (6): 557-579

Oren Benaroya, R., Tzin, V., Tel-Or, E. and Zamski, E. (2004): Lead accumulation in the aquatic fern Azolla filiculoides. Plant physiology and Biochemistry 42 (7-8): 639-645

Sadeghi, R., Zarkami, R. & Van Damme P. (2014). Modelling habitat preference of an alien aquatic fern, Azolla filiculoides(Lam.), in Anzali wetland (Iran) using data-driven methods. Ecological Modelling 284: 1–9.

Sadeghi, R., Zarkami, R., Sabetraftar, K., Van Damme, P. (2012): Use of support vectormachines (SVMs) to predict distribution of an invasive water fern Azolla filicu-loides (Lam.) in Anzali wetland, southern Caspian Sea, Iran. Ecological Modelling 244: 117–126.

Sanyahumi, D., Duncan, J.R., Zhao, J.R., Van Hille, R. (1998): Removal of lead from solution by the non-viable biomass of the water fern Azolla filiculoides. Biotechnology Letters 20: 745-747

Shiny, K.J., Remani, K.N., Jalaja, T.K. and Sasidharan, V.K. (2004): Removal of chromium by two aquatic pteridophytes. Indian Journal of Environmental Health 46 (3): 249-251

Stepniewska, Z., Bennicelli, R.P., Balakhnina, T.I., Szajnocha, K., Banach, A. and Wolinska, A. (2005): Potential of Azolla caroliniana for the removal of Pb and Cd from wastewaters. International Agrophysics 19 (3): 251-255

Tung, H.F. and Watanabe, I. (1983): Differential response of Azolla-Anabaena associations to high temperatures and minus phosphorus treatments. New Phytologist 93: 423-431

Watanabe, I. and Berja, N.S. (1983): The growth of four species of Azolla as affected by temperature. Aquatic botany 15: 175-185

Wong Fong Sang, H.W., Vu, Van Vu, Kijne, J.W., Vu, T.T. and Planque, K. (1987): Use of Azolla as a test organism in a growth chamber of simple design. Plant and Soil 99: 219-230

Zhao, M. and Duncan, J.R. (1998): Removal and recovery of nickel from aqueous solution and electroplating rinse effluent using Azolla filiculoides. Process Biochemistry 33 (3): 249-255

Zhao, M., Duncan, J.R. and Sanyahumi, D. (1999a): Competitive sorption of multiple heavy metals by Azolla filiculoides. Resource and Environmental Biotechnology 2 (3): 173-183

Zhao, M., Duncan, J.R. and Van Hille, R.P. (1999b): Removal and recovery of zinc from solution and electroplating effluent using Azolla filiculoides. Water Research 33 (6): 1516-1522