Pontederia crassipes (früher Eichhornia crassipes ), allgemein bekannt als Gemeine Wasserhyazinthe , ist eine in Südamerika beheimatete Wasserpflanze, die weltweit eingebürgert ist undaußerhalb ihres natürlichen Verbreitungsgebiets oft invasiv auftritt . [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] Sie ist die einzige Art der Untergattung Oshunae innerhalb der Gattung Pontederia . [ 5 ] Aufgrund ihres invasiven Wachstums wird sie scherzhaft als „Schrecken von Bengalen“ bezeichnet.

Beschreibung

Die Wasserhyazinthe ist eine frei schwimmende, mehrjährige Wasserpflanze (Hydrophyten), die in den tropischen und subtropischen Regionen Südamerikas heimisch ist. [ 6 ] Mit ihren breiten, dicken, glänzenden, eiförmigen Blättern kann die Wasserhyazinthe bis zu 1 m hoch aus dem Wasser ragen. [ 7 ] Die Blätter haben einen Durchmesser von 10–20 cm und sitzen an einem Stängel , der durch schwimmfähige, knollenartige Ausstülpungen an seiner Basis über der Wasseroberfläche schwimmt. Sie besitzen lange, schwammige, knollenartige Stiele. Die federartigen, frei hängenden Wurzeln sind purpurschwarz. An einem aufrechten Stängel sitzt ein einzelner Blütenstand mit 8–15 auffälligen , meist lavendel- bis rosafarbenen Blüten mit sechs Blütenblättern. Außerhalb der Blütezeit kann die Wasserhyazinthe mit dem Froschbiss ( Limnobium spongia [ 8 ] ) oder dem Amazonas-Froschbiss ( Limnobium laevigatum ) verwechselt werden .

Die Wasserhyazinthe, eine der am schnellsten wachsenden Pflanzenarten, vermehrt sich hauptsächlich über Ausläufer ( Stolonen) , aus denen Tochterpflanzen entstehen. Jede Pflanze kann zudem jährlich Tausende von Samen produzieren, die über 28 Jahre keimfähig bleiben. [ 9 ] Gewöhnliche Wasserhyazinthen wachsen sehr schnell, und ihre Bestände können sich innerhalb von ein bis zwei Wochen verdoppeln. [ 10 ] Bezogen auf die Anzahl der Pflanzen, nicht auf ihre Größe, vervielfachen sie sich angeblich innerhalb von 23 Tagen um mehr als das Hundertfache.

In ihrem natürlichen Verbreitungsgebiet werden die Blüten von langrüsseligen Bienen bestäubt. [ 11 ] Diese Pflanzen können sich sowohl sexuell als auch vegetativ vermehren. Die Invasivität der Hyazinthe hängt mit ihrer Fähigkeit zur Klonung zusammen, und große Bestände gehören wahrscheinlich alle derselben genetischen Form an. [ 12 ]

Die Wasserhyazinthe weist drei Blütenformen auf und wird daher als „ tristyle “ bezeichnet. Die Blütenformen sind nach der Länge ihrer Stempel benannt: lang (L), mittel (M) und kurz (S). [ 13 ] Tristyle Populationen sind jedoch auf das natürliche Verbreitungsgebiet der Wasserhyazinthe im Tiefland Südamerikas beschränkt; in den eingeführten Gebieten überwiegt die M-Form, die L-Form tritt gelegentlich auf, während die S-Form gänzlich fehlt. [ 14 ] Diese geografische Verteilung der Blütenformen deutet darauf hin, dass Gründereffekte eine bedeutende Rolle bei der weltweiten Verbreitung der Art gespielt haben. [ 15 ]

Lebensraum und Ökologie

Ihr Lebensraum reicht von tropischen Wüsten über subtropische oder warmgemäßigte Wüsten bis hin zu Regenwaldzonen . Die Temperaturtoleranz der Wasserhyazinthe beträgt:

  • Die minimale Wachstumstemperatur beträgt 12 °C (54 °F).
  • Die optimale Wachstumstemperatur liegt bei 25–30 °C (77–86 °F).
  • Die maximale Wachstumstemperatur liegt bei 33–35 °C (91–95 °F).

Ihre pH-Toleranz wird auf 5,0–7,5 geschätzt. Frost schädigt die Blätter , und die Pflanzen vertragen keine Wassertemperaturen über 34 °C. Wasserhyazinthen wachsen nicht in Gewässern mit einem durchschnittlichen Salzgehalt von mehr als 15 % des Meerwassergehalts (etwa 5 g Salz pro kg). In Brackwasser zeigen ihre Blätter Epinastie und Chlorose und sterben schließlich ab. Geerntete Wasserhyazinthen wurden in Flößen im Meer treiben gelassen , was zum Absterben der Pflanze führte. [ 16 ]

Azotobacter chroococcum , eine Art stickstofffixierender Bakterien , ist wahrscheinlich um die Blattstielbasen konzentriert , fixiert aber keinen Stickstoff, es sei denn, die Pflanze leidet unter extremem Stickstoffmangel. [ 17 ]

Frische Pflanzen enthalten stachelige Kristalle . [ 16 ] Diese Pflanze enthält Berichten zufolge Cyanwasserstoff , Alkaloide und Triterpenoide und kann Juckreiz verursachen . [ 18 ] Pflanzen, die mit 2,4-Dichlorphenoxyessigsäure (2,4-D) besprüht werden, können in belasteten Umgebungen letale Dosen von Nitraten [ 19 ] und anderen Schadstoffen anreichern .

Invasive Arten

Die Wasserhyazinthe wächst und vermehrt sich schnell und kann daher große Teile von Teichen und Seen bedecken. [ 20 ] Sie kann problemlos mit anderen invasiven und einheimischen Pflanzenarten koexistieren. [ 21 ] Besonders gefährdet sind Gewässer, die bereits durch menschliche Aktivitäten beeinträchtigt sind, wie künstliche Stauseen oder eutrophierte Seen mit hohem Nährstoffeintrag. [ 22 ] [ 23 ] Sie verdrängt einheimische Wasserpflanzen, sowohl Schwimm- als auch Unterwasserpflanzen. [ 20 ] [ 24 ] Wu Fuqin et al. [ 25 ] untersuchten 2011 den Dianchi-See in Yunnan und zeigten, dass die Wasserhyazinthe durch die Beeinträchtigung der Wasserqualität die Photosynthese von Phytoplankton, Unterwasserpflanzen und Algen beeinflusst und deren Wachstum hemmt. Der Zersetzungsprozess führt zu einem Sauerstoffmangel im Wasser und häufig zum Fischsterben. [ 20 ]

Die Wasserhyazinthe kann große Mengen schädlicher Schwermetalle und anderer Substanzen aufnehmen. Nach ihrem Absterben verrottet sie und sinkt auf den Gewässergrund, was zu einer Sekundärverschmutzung des Gewässers führt, die die natürliche Wasserqualität beeinträchtigt und in schweren Fällen sogar die Trinkwasserqualität der Anwohner gefährden kann. Gewässer mit starkem Wasserhyazinthenbefall dienen oft als Brutstätte für Krankheitsüberträger (z. B. Mücken [ 24 ] und Schnecken [ 26 ] ) und schädliche Krankheitserreger und stellen somit eine potenzielle Gefahr für die Gesundheit der Anwohner dar. [ 27 ] Es ist daher entscheidend, befallene Gebiete schnell zu überwachen, um das Wachstum dieser Arten wirksam einzudämmen oder zu kontrollieren. [ 28 ] Die Wasserhyazinthe kann außerdem als Nahrungsquelle für Goldfische dienen, das Wasser sauber halten [ 29 ] [ 30 ] und zur Sauerstoffanreicherung beitragen. [ 31 ] Wirbellose Arten, die in der Wasserhyazinthe leben, werden als Phytochoren verbreitet . [ 32 ]

Die Ausbreitung der Wasserhyazinthe hat auch sozioökonomische Folgen. Da die Wasserhyazinthe zu bis zu 95 % aus Wasser besteht, ist ihre Verdunstungsrate hoch. Kleine, von dieser Art bedeckte Seen können daher austrocknen und Gemeinden ohne ausreichende Wasser- und Nahrungsmittelversorgung zurücklassen. In manchen Gebieten verhindern dichte Bestände der Wasserhyazinthe die Nutzung von Wasserwegen, was zum Verlust von Transportmöglichkeiten (für Personen und Güter) sowie von Fischereirechten führt. [ 33 ] [ 34 ] Für die Entfernung der Wasserhyazinthe aus den Gewässern und die Entwicklung von Methoden zur Vernichtung der geernteten Pflanzenreste werden hohe Summen aufgewendet. [ 35 ] [ 36 ] Die maschinelle Ernte der Wasserhyazinthe ist sehr aufwendig. Um eine Million Tonnen Frischbiomasse zu beseitigen, wären 75 Lkw mit einem Ladevolumen von je 40 m³ pro Tag über 365 Tage erforderlich . [ 37 ] Die Wasserhyazinthe würde dann auf eine Deponie verbracht und dort verrotten gelassen, wodurch CO 2 , Methan und Stickoxide freigesetzt werden. [ 38 ]

Die Wasserhyazinthe wurde in Nordamerika, Europa, Asien, Australien, Afrika und Neuseeland weit verbreitet eingeführt . [ 39 ] In vielen Gebieten hat sie sich zu einer bedeutenden und schädlichen invasiven Art entwickelt . In Neuseeland ist sie im National Pest Plant Accord aufgeführt , was ihre Vermehrung, Verbreitung und ihren Verkauf verbietet. In großen Gewässern wie Louisiana, den Kerala Backwaters in Indien , dem Tonlé Sap in Kambodscha und dem Viktoriasee ist sie zu einem ernsthaften Schädling geworden. Die Gemeine Wasserhyazinthe hat sich nach ihrer Einführung in den 1980er Jahren im Viktoriasee in Afrika zu einer invasiven Pflanzenart entwickelt. [ 40 ]

Zur Untersuchung der Kern- und Chloroplastengenome von zehn Wasserhyazinthen-Linien aus drei Kontinenten wurde ein 1,22 Gb/8-Chromosomen-Referenzgenom erstellt . [ 41 ] Die Ergebnisse deuten auf die Verbreitung eines begrenzten Genotyps der Wasserhyazinthe aus Südamerika hin, wo sie die höchste genetische Diversität aufweist. Die Autoren vermuten, dass die Verbreitung von Schiffen aus dem Hafen von Itajaí an der brasilianischen Ostküste ausging. [ 41 ] Genetische Untersuchungen an Proben aus Bangladesch und Indonesien zeigen jedoch unterschiedliche Genotypen, was auf mehrere Einschleppungswege hindeutet. [ 42 ]

Die Genomstudie zeigte zudem Anpassungen in vier Schlüsselprozessen auf: Interaktion zwischen Pflanze und Pathogen, Signaltransduktion von Pflanzenhormonen, Photosynthese und Toleranz gegenüber abiotischem Stress. Diese Anpassungen ermöglichen es der Wasserhyazinthe, ihre ökologische Nische zu erweitern und mit anderen einheimischen Pflanzenarten zu konkurrieren. [ 43 ]

Vereinigte Staaten

Einführung in die USA

Es gibt verschiedene Berichte darüber, wie die Wasserhyazinthe in die Vereinigten Staaten eingeschleppt wurde . [ a ]

Weltausstellung 1884

Die Behauptung, die Wasserhyazinthe sei 1884 auf der Weltausstellung in New Orleans , auch bekannt als World Cotton Centennial , in die USA eingeführt worden , [ 45 ] wurde sowohl als „erster authentischer Bericht“ [ 46 ] als auch als „lokale Legende“ [ 47 ] bezeichnet .

Angeblichen japanischen Beteiligung

Irgendwann entstand die Legende, die Pflanzen seien von einer japanischen Delegation auf der Weltausstellung verschenkt worden. [ 50 ] Diese Behauptung fehlt in einem einschlägigen Artikel, der 1940 in einer Fachzeitschrift für Militäringenieure erschien, [ b ] [ 51 ] findet sich jedoch in einem 1941 verfassten Beitrag des Leiters der Abteilung für Wildtiere und Fischerei im Naturschutzministerium von Louisiana. Dort schreibt der Autor: „Die japanische Regierung unterhielt ein japanisches Gebäude“ auf der Weltausstellung, und „japanische Mitarbeiter importierten aus Venezuela eine beträchtliche Anzahl von Wasserhyazinthen, die als Souvenirs verschenkt wurden.“ [ c ] [ 48 ] Diese Behauptung wurde von späteren Autoren mit unterschiedlichen Details wiederholt. So schrieb Noel D. Vietmeyer (1975), Mitglied der National Academy of Sciences , dass „japanische Unternehmer“ die Pflanze in die USA eingeführt hätten und die Pflanzen „am Orinoco in Venezuela gesammelt“ worden seien. [ 49 ] Diese Behauptung wurde von zwei NASA- Forschern ( Wolverton & McDonald 1979 ) bestätigt, die behaupteten, die Souvenirpflanzen seien achtlos in verschiedene Gewässer gekippt worden. [ 52 ] Der kanadische Biologe Spencer CH Barrett (2004) favorisierte hingegen die Theorie, dass sie zunächst in Gartenteichen kultiviert wurden, sich dann vermehrten und in die Umgebung gelangten. [ 53 ] Die Geschichte erhält andere Details, wenn man die Kindergeschichtenerzählerin Carole Marsh (1992) schildert, die sagt: „Japan verschenkte Wasserhyazinthensamen“ während der Weltausstellung. [ 54 ] Ein anderer Geschichtenerzähler aus dem Süden der USA, Gaspar J. „Buddy“ Stall (1998), versicherte seinen Lesern, die Japaner hätten jeder Familie ein Päckchen dieser Samen geschenkt. [ 55 ]

Andere Einführungsmöglichkeiten

Eine Studie untersuchte auch die Rolle, die der Katalogverkauf von Saatgut und Pflanzen bei der Verbreitung invasiver Pflanzen gespielt haben könnte. Es wurde festgestellt, dass *P. crassipes* in der Ausgabe von 1884 des Katalogs seltener Wasserlilien und anderer ausgewählter Wasserpflanzen von Edmund D. Sturtevant aus Bordentown, New Jersey , angeboten wurde [ 56 ] . Die deutsche Firma Haage & Schmidt bot die Pflanze bereits seit 1864 (dem Gründungsjahr des Unternehmens) an [56]. Bis 1895 wurde sie von Saatguthändlern in den Bundesstaaten New Jersey , New York, Kalifornien und Florida angeboten [ 57 ] .

Das Magazin Harper's Weekly (1895) veröffentlichte einen Anekdotenbericht, demzufolge ein Mann aus New Orleans um 1892 Wasserhyazinthen aus Kolumbien gesammelt und mit nach Hause gebracht habe und sich die Pflanze innerhalb von zwei Jahren stark vermehrt habe. [ 59 ]

Schädlingsbefall und Bekämpfung im Südosten

Da sich die Wasserhyazinthen zu dichten Matten ausbreiten, können sie für einige Fischarten schädlich sein und Wasserwege für die Schifffahrt blockieren. [ 60 ] Dieser Effekt wurde bereits um die Jahrhundertwende zum 20. Jahrhundert im Bundesstaat Louisiana beobachtet. [ 45 ]

Die Pflanze wurde 1890 in Florida eingeführt [ 61 ] , erreichte eine geschätzte Pflanzenmasse von 50 kg/m² [ 62 ] und verstopfte den St. Johns River . 1897 entsandte die Regierung eine Arbeitsgruppe des United States Army Corps of Engineers, um das Problem der Wasserhyazinthe zu lösen, das die Golfstaaten wie Florida und Louisiana plagte. [ e ] [ 64 ] [ 63 ]

Anfang des 20. Jahrhunderts testete das US-Kriegsministerium (d. h. das Army Corps of Engineers) verschiedene Methoden zur Bekämpfung der Pflanzen, darunter die Behandlung mit Dampfstrahlern und heißem Wasser, die Anwendung verschiedener starker Säuren oder Erdölprodukte mit anschließender Verbrennung. [ f ] Das Besprühen mit gesättigter Salzlösung tötete die Pflanzen zwar ab, erwies sich aber als zu teuer. Die Ingenieure wählten das Herbizid Harvesta mit Arsensäure als optimales und kostengünstiges Mittel zur Bekämpfung. [ 65 ] [ 66 ] Dieses Herbizid wurde bis 1905 verwendet, als es durch eine andere, weiße, arsenhaltige Verbindung ersetzt wurde . [ 66 ] Ein mit dem Besprühen beauftragter Ingenieur hielt das Gift für unbedenklich, da die Besatzung des Sprühbootes ohnehin regelmäßig Fische aus den Arbeitsbereichen fing und verzehrte. [ 67 ] Allerdings bot das Besprühen aufgrund der enormen Ausdehnung der entkommenen Kolonien und der Unzugänglichkeit einiger befallener Gebiete kaum eine Chance auf eine vollständige Ausrottung der Wasserhyazinthe, und der Ingenieur schlug vor, dass möglicherweise biologische Bekämpfungsmethoden erforderlich seien. [ 68 ]

1910 schlug die New Foods Society vor, Flusspferde aus Afrika in die Flüsse und Bayous Louisianas zu importieren und dort freizulassen, um die Wasserhyazinthe zu fressen und so ein weiteres drängendes Problem der damaligen Zeit zu lösen: die amerikanische Fleischkrise. [ 45 ] Der als „American Hippo Bill“ bekannte Gesetzentwurf HR 23621 wurde vom Kongressabgeordneten Robert Broussard aus Louisiana eingebracht und vom Landwirtschaftsausschuss des US-Repräsentantenhauses debattiert. Zu den wichtigsten Mitwirkenden der New Foods Society und Befürwortern von Broussards Gesetzentwurf gehörten Major Frederick Russell Burnham , der berühmte amerikanische Scout , und Captain Fritz Duquesne , ein südafrikanischer Scout, der später ein berüchtigter Spion für Deutschland wurde. Vor dem Landwirtschaftsausschuss argumentierte Burnham, dass keines der von den Amerikanern verzehrten Tiere (Hühner, Schweine, Rinder, Schafe oder Lämmer) in den USA heimisch sei und alle Jahrhunderte zuvor von europäischen Siedlern eingeführt worden seien. Daher sollten die Amerikaner nicht zögern, Flusspferde und andere große Tiere in die amerikanische Ernährung aufzunehmen. Duquesne, der in Südafrika geboren und aufgewachsen war, merkte außerdem an, dass europäische Siedler auf diesem Kontinent Flusspferde, Strauße, Antilopen und andere afrikanische Wildtiere häufig in ihre Ernährung einbezogen und keine negativen Auswirkungen erlitten. Der amerikanische Flusspferdgesetzentwurf scheiterte mit einer Stimme an der Verabschiedung. [ 45 ]

Wasserhyazinthen wurden auch in Gewässern vor Florida eingeführt, die von Seekühen bewohnt werden , um dort kontaminierte und von Algenblüten befallene Gewässer durch Bioremediation (vgl. Abschnitt „Phytoremediation“ weiter unten) zu sanieren . [ 69 ] Die Seekühe fressen die Wasserhyazinthe, [ 69 ] sie gehört aber möglicherweise nicht zu ihren bevorzugten Nahrungsmitteln. [ 70 ]

Rechtmäßigkeit des Verkaufs und Versands in den Vereinigten Staaten

1956 wurde der Verkauf und Versand von E. crassipes in den Vereinigten Staaten verboten; Zuwiderhandlungen wurden mit Geldstrafe und/oder Freiheitsstrafe geahndet. [ 71 ] Dieses Gesetz wurde am 27. Dezember 2020 durch HR 133 [ 72 ] [ 73 ] des 116. Kongresses (2019–2021) aufgehoben .

Afrika

Wasserhyazinthe im Hafen von Kisumu

Die Wasserhyazinthe wurde möglicherweise im späten 18. bis frühen 19. Jahrhundert während der Herrschaft von Muhammad Ali von Ägypten nach Ägypten eingeschleppt , aber erst 1879 als invasive Bedrohung erkannt. [ 74 ] [ 75 ] Brij Gopal datiert die Invasion in Ägypten auf den Zeitraum zwischen 1879 und 1892. [ 76 ] [ 77 ]

Die Pflanze (Afrikaans: Waterhyazinthe [ 78 ] ) wurde vermutlich 1910 in Südafrika eingeschleppt, [ 80 ] [ 81 ] [ 82 ] obwohl auch frühere Daten genannt werden. [ 85 ] [ g ] Ein Gewässer, das stark von der Wasserhyazinthe bedroht ist, ist der Hartebeespoort-Staudamm bei Brits in der Nordwestprovinz .

Die Pflanze wurde von belgischen Kolonisten nach Ruanda eingeführt , um ihre Ländereien zu verschönern. Von dort breitete sie sich auf natürlichem Wege bis zum Viktoriasee aus , wo sie 1988 erstmals gesichtet wurde. [ 87 ] Dort hat sie sich ohne natürliche Feinde zu einer ökologischen Plage entwickelt, die den See erstickt, den Fischbestand dezimiert und die lokale Wirtschaft schädigt. Sie behindert die Zufahrt nach Kisumu und anderen Häfen.

Die Wasserhyazinthe ist auch in Äthiopien aufgetreten , wo sie 1965 erstmals im Koka-Stausee und im Awash-Fluss gemeldet wurde . Dort gelang es der äthiopischen Elektrizitätsbehörde (ETHPA), die Ausbreitung der Wasserhyazinthe trotz erheblichen Arbeitsaufwands einigermaßen einzudämmen. Weitere Befallsgebiete in Äthiopien sind zahlreiche Gewässer in der Region Gambela , der Blaue Nil vom Tana-See bis in den Sudan sowie der Ellen-See bei Alem Tena . [ 88 ] Bis 2018 hatte sich die Wasserhyazinthe zu einem ernsthaften Problem im Tana-See entwickelt.

Die Wasserhyazinthe kommt auch im Shire-Fluss im Liwonde-Nationalpark in Malawi vor.

Asien

Das öffentliche Wasserreservoir der Gemeinde Haldia ist seit Dezember 2019 durch die zunehmende Vermehrung der Wasserhyazinthe stark beeinträchtigt.
Mit Asche bedeckte, blühende Wasserhyazinthen am Seeufer in San Nicolas, Batangas , Philippinen, entstanden durch den Ausbruch des Taal-Vulkans in der Ferne.
Wasserhyazinthe an einem Kanal in der Provinz Tien Giang, Vietnam.

Die Wasserhyazinthe wurde aufgrund ihrer Zierblüten und Blattformen in Bengalen eingeführt, entwickelte sich dort jedoch zu einem invasiven Unkraut, das den Gewässern Sauerstoff entzog und so die Fischbestände dezimierte. [ 89 ] In Bengalen wurde die Wasserhyazinthe als „(schöner) blauer Teufel“ und in anderen Teilen Indiens als „Bengal-Terror“ bezeichnet; in Bangladesch nannte man sie „Deutsches Unkraut“ (bengalisch: Germani pana ), da man annahm, die deutsche Kaiser- U-Boot-Mission [ 90 ] sei an ihrer Einschleppung zu Beginn des Ersten Weltkriegs beteiligt gewesen. Es wurden gezielte Anstrengungen unternommen, die Wasserhyazinthe auszurotten, da sie die Schifffahrt auf den Flüssen Bengalens beeinträchtigte. Das bengalische Wasserhyazinthengesetz von 1936 verbot den Anbau der Pflanzen. Bis 1947 war das Problem gelöst und die Flüsse wieder schiffbar, obwohl die Pflanzen weiterhin in Feuchtgebieten vorkommen. [ 91 ] [ 92 ] Wasserhyazinthen wurden in Sri Lanka als „japanisches Ärgernis“ bezeichnet , da das Gerücht kursierte, die Briten hätten sie dort angepflanzt, um japanische Flugzeuge zur Landung auf den unsicheren Landeplätzen zu verleiten. [ 93 ] [ 94 ]

Die Pflanze gelangte 1884 nach Japan, um dort gärtnerisch geschätzt zu werden, so die gängige Annahme [ 95 ] [ 96 ]. Ein Forscher, der sich der Erforschung der Pflanze widmete, entdeckte jedoch, dass der Ukiyo-e- Künstler Utagawa Kunisada (oder Utagawa Toyokuni III., gest. 1865 ) einen Holzschnitt mit der Wasserhyazinthe, Goldfischen und schönen Frauen aus dem Jahr 1855 anfertigte [ 97 ]. Die Pflanze wird auf der Wasseroberfläche gefüllter (Glas-)Aquarien [ 98 ] oder glasierter Steinguttöpfe mit Seerosenmotiv ( Hibachi -Töpfe dienen als Alternative) arrangiert [ 99 ] .

In den 1930er Jahren wurde die Wasserhyazinthe in China als Futterpflanze , Zierpflanze und zur Abwasserreinigung eingeführt und vor allem im Süden des Landes als Tierfutter weit verbreitet angebaut. Ab den 1980er Jahren, mit der rasanten Entwicklung der chinesischen Binnenindustrie, verstärkte sich die Eutrophierung der Binnengewässer. Dank ihrer effizienten ungeschlechtlichen Vermehrung und ihrer Anpassungsfähigkeit an die Umwelt breitete sich die Wasserhyazinthe in Flussgebieten rasant aus. Sie blockierte Flüsse und behinderte den Schiffsverkehr. So wurden beispielsweise in Zhejiang und anderen Provinzen zahlreiche Wasserwege durch die schnell wachsende Wasserhyazinthe blockiert. Zudem blockiert die große Anzahl schwimmender Wasserhyazinthen das Sonnenlicht, und ihr Verrottungsprozess verbraucht gelösten Sauerstoff, verschlechtert die Wasserqualität und kann andere Wasserpflanzen abtöten. [ 100 ] Der Ausbruch der Wasserhyazinthe hat die Biodiversität des lokalen Ökosystems schwerwiegend beeinträchtigt und die Produktion, das Leben und die Gesundheit der Anwohner bedroht. [ 101 ]

Europa

Im Jahr 2016 verbot die Europäische Union den Verkauf der Wasserhyazinthe innerhalb der EU. [ 102 ] Die Art steht auf der Liste der invasiven gebietsfremden Arten von unionsweiter Bedeutung . [ 103 ] Dies bedeutet, dass nicht nur der Verkauf, sondern auch die Einfuhr, der Anbau und die absichtliche Freisetzung in die Umwelt in der gesamten Europäischen Union verboten sind. [ 104 ]

Ozeanien

In Papua-Neuguinea blockiert die Wasserhyazinthe das Sonnenlicht für andere Wasserorganismen, schafft Lebensraum für Malaria übertragende Mücken, verstopft Wasserwege so stark, dass Boote nicht mehr durchfahren können, und verschlechtert die Wasserqualität, die zum Kochen, Waschen und Trinken unbrauchbar wird. Menschen haben Einkommensverluste erlitten oder sind sogar gestorben, weil sie nicht mehr reisen konnten, um Nahrung oder medizinische Versorgung zu erhalten, oder weil sie an Krankheiten erkrankten, die durch verunreinigtes Wasser oder Mücken übertragen wurden. [ 105 ]

Kontrolle

Die Bekämpfung hängt von den spezifischen Gegebenheiten des jeweiligen betroffenen Standorts ab, wie beispielsweise dem Ausmaß des Wasserhyazinthenbefalls, dem regionalen Klima und der Nähe zu Menschen und Wildtieren. [ 106 ]

Chemische Kontrolle

Die chemische Bekämpfung ist die am seltensten angewandte der drei Methoden zur Bekämpfung der Wasserhyazinthe, da sie langfristige Auswirkungen auf Umwelt und menschliche Gesundheit hat. Der Einsatz von Herbiziden erfordert die Genehmigung staatlicher Schutzbehörden und qualifiziertes Fachpersonal für die Handhabung und das Besprühen der betroffenen Gebiete. Chemische Herbizide werden nur bei starkem Befall mit Wasserhyazinthen eingesetzt. [ 107 ] Am erfolgreichsten ist der Einsatz von Herbiziden jedoch bei kleineren Befallsflächen, da auf größeren Flächen mehr Wasserhyazinthenmatten die Herbizide überleben und sich fragmentieren können, um weitere große Flächen zu bilden. Darüber hinaus ist die chemische Bekämpfung kostengünstiger und weniger arbeitsintensiv als die mechanische, kann aber dennoch Umweltauswirkungen haben, da sie ins Grundwasser gelangen und nicht nur den Wasserkreislauf innerhalb eines Ökosystems, sondern auch die lokalen Wassersysteme und die menschliche Gesundheit beeinträchtigen kann. Es ist außerdem zu beachten, dass Herbizide nicht selektiv gegen Wasserhyazinthen wirken. Schlüsselarten und lebenswichtige Organismen wie Mikroalgen können durch die Toxine absterben und empfindliche Nahrungsnetze stören. [ 106 ]

Die chemische Bekämpfung von Wasserhyazinthen kann mit gängigen Herbiziden wie 2,4-D, Glyphosat und Diquat erfolgen. Die Herbizide werden auf die Blätter der Wasserhyazinthe gesprüht und führen zu direkten Veränderungen der Pflanzenphysiologie. [ 108 ] Die Anwendung des Herbizids 2,4-D führt zum Absterben der Wasserhyazinthe durch Hemmung des Zellwachstums und Zelltod (Apoptose). [ 109 ] Es kann fast zwei Wochen dauern, bis dichte Bestände von Wasserhyazinthen durch die Anwendung von 2,4-D abgetötet sind. In Louisiana werden jährlich zwischen 30.000 und 61.000 Hektar (75.000 bis 150.000 Acres) mit Wasserhyazinthen und Alligatorkraut behandelt. [ 110 ]

Das Herbizid Diquat ist ein flüssiges Bromidsalz, das schnell in die Blätter der Wasserhyazinthe eindringt und sofort zur Inaktivität der Pflanzenzellen und zellulären Prozesse führt. Glyphosat ist weniger toxisch als andere Herbizide und benötigt daher länger (etwa drei Wochen), um die Wasserhyazinthen zu zerstören. Zu den Symptomen gehören ein stetiges Welken der Pflanzen und eine Gelbfärbung der Blätter, die schließlich zum Absterben der Pflanze führt. [ 107 ]

Physische Kontrolle

Die physikalische Bekämpfung erfolgt durch landgestützte Maschinen wie Krane, Schürfkübelbagger oder Auslegerbagger oder durch wassergestützte Maschinen wie Mähdrescher , Saugbagger oder Pflanzenhäcksler. Die mechanische Entfernung gilt als beste kurzfristige Lösung zur Eindämmung der Ausbreitung der Pflanze.

Ein Wasserpflanzen-Mähdrescher des deutschen Herstellers Berky sammelt die Wasserpflanzen über ein Förderband in einem Laderaum und kann das Material am Ufer abladen.
Ein Wasserpflanzen-Mähdrescher sammelt die Wasserpflanzen über ein Förderband in einem Laderaum und kann das Material am Ufer abladen.

Die rotierenden Schneidwerke von Pflanzenerntemaschinen hinterlassen Fragmente der Wasserhyazinthe, die sich ungeschlechtlich vermehren können. [ 108 ]

Geerntete Wasserhyazinthen können aufgrund der Neigung der Pflanze zur Aufnahme von Schadstoffen ein Gesundheitsrisiko für den Menschen darstellen [ 111 ] und gelten als giftig für den Menschen. [ 112 ]

Im Jahr 2010 wurde das Insekt Megamelus scutellaris vom Landwirtschaftlichen Forschungsdienst als biologisches Bekämpfungsmittel gegen die invasive Art Eichhornia crassipes, besser bekannt als Wasserhyazinthe, freigesetzt.
Im Jahr 2010 wurde das Insekt Megamelus scutellaris vom Landwirtschaftlichen Forschungsdienst als biologisches Bekämpfungsmittel gegen die Wasserhyazinthe freigesetzt. [ 113 ]

Biologische Bekämpfung

Da chemische und mechanische Bekämpfungsmethoden oft zu teuer, umweltschädlich und ineffektiv sind, haben Forscher biologische Bekämpfungsmittel zur Bekämpfung der Wasserhyazinthe eingesetzt. Die Bemühungen begannen in den 1970er Jahren, als Forscher des US-Landwirtschaftsministeriums (USDA) drei Rüsselkäferarten in den Vereinigten Staaten freisetzten, die bekanntermaßen Wasserhyazinthen fressen: Neochetina bruchi , N. eichhorniae und den Wasserhyazinthenbohrer Sameodes albiguttalis . Die Rüsselkäferarten wurden in den Golfküstenstaaten wie Louisiana, Texas und Florida eingeführt, wo Tausende Hektar von Wasserhyazinthen befallen wurden. Zehn Jahre später wurde ein Rückgang der Wasserhyazinthenmatten um bis zu 33 % festgestellt. Da der Lebenszyklus der Rüsselkäfer jedoch 90 Tage beträgt, ist der Einsatz biologischer Prädation zur effizienten Eindämmung des Wasserhyazinthenwachstums begrenzt. [ 110 ] Diese Organismen regulieren die Wasserhyazinthe, indem sie deren Größe, vegetative Vermehrung und Samenproduktion einschränken. Sie tragen außerdem Mikroorganismen in sich, die für die Wasserhyazinthe schädlich sein können. Die Rüsselkäfer fressen das Stängelgewebe, wodurch die Pflanze an Auftrieb verliert und schließlich sinkt. [ 108 ] Obwohl dies nur teilweise erfolgreich war, wurden die Rüsselkäfer inzwischen in vielen anderen Ländern freigesetzt. [ 105 ] [ 114 ] Die effektivste Bekämpfungsmethode bleibt jedoch die Kontrolle übermäßiger Nährstoffzufuhr und die Verhinderung der Ausbreitung dieser Art.

Im Mai 2010 veröffentlichte der Landwirtschaftliche Forschungsdienst des US-Landwirtschaftsministeriums (USDA) Megamelus scutellaris als zusätzliches Insekt zur biologischen Bekämpfung der invasiven Wasserhyazinthe. M. scutellaris ist eine kleine, in Argentinien heimische Zikade . Seit 2006 untersuchen Forscher die Wirkung dieses Nützlings in umfangreichen Wirtspflanzenstudien und kamen zu dem Schluss, dass das Insekt hochgradig wirtsspezifisch ist und außer der Wasserhyazinthe keine Gefahr für andere Pflanzenarten darstellt. Die Forscher hoffen zudem, dass diese biologische Bekämpfung widerstandsfähiger ist als bestehende biologische Bekämpfungsmittel und die bereits eingesetzten Herbizide gegen die invasive Wasserhyazinthe. [ 113 ] Ein weiteres Insekt, das als Nützling in Betracht gezogen wird, ist die semiaquatische Heuschrecke Cornops aquaticum . Dieses Insekt ist spezifisch für die Wasserhyazinthe und ihre Verwandten und ernährt sich nicht nur von der Pflanze, sondern kann auch einen sekundären Krankheitserregerbefall verursachen. Diese Heuschrecke wurde in kontrollierten Versuchen in Südafrika eingeführt. [ 115 ]

Das Rhodes University Centre for Biological Control züchtet M. scutellaris sowie die Wasserhyazinthenrüssler N. eichhorniae und N. bruchi in großer Zahl zur biologischen Schädlingsbekämpfung an Staudämmen in Südafrika, darunter auch am Hartbeespoort-Staudamm . [ 116 ] [ 117 ] Der Nachtfalter Niphograpta albiguttalis (Warren) (Lepidoptera: Pyralidae) wurde in Nordamerika, Afrika und Australien eingeschleppt. Die Larven dieses Nachtfalters bohren sich in die Stängel und Blütenknospen der Wasserhyazinthe. [ 118 ]

Verwendung

Bioenergie

Aufgrund ihres hohen Wachstums ist Pontederia crassipes eine hervorragende Biomassequelle . Ein Hektar (2,5 Acres) stehende Pflanze produziert mehr als 70.000 m³ / ha (1.000.000 ft³ / acre) Biogas (70 % CH₄).4, 30% CO2[ 119 ] Laut Curtis und Duke können aus einem Kilogramm Trockenmasse 370 Liter Biogas gewonnen werden, was einem Heizwert von 22.000 kJ/m³ (590 Btu/ft³) entspricht, verglichen mit reinem Methan (895 Btu/ ft³ ) [ 120 ] .

Wolverton und McDonald berichten von etwa 0,2 m³ / kg (3 ft³ / lb) Methan [ h ] , was einen Biomassebedarf von 350 t/ha (160 Short Tons/Acre) ergibt, um den von der National Academy of Sciences (Washington) prognostizierten Ertrag von 70.000 m³/ha (1.000.000 ft³/Acre) zu erreichen. [ 122 ] Ueki und Kobayashi erwähnen mehr als 200 t/ha (90 Short Tons/Acre) pro Jahr. [ 123 ] Reddy und Tucker ermittelten experimentell ein Maximum von mehr als 0,5 Tonnen pro Hektar ( 0,25 Short  Tons/Acre) pro Tag. [ 124 ]

Bengalische Bauern sammeln diese Pflanzen und schichten sie zu Beginn der kalten Jahreszeit zum Trocknen auf. Anschließend nutzen sie die getrockneten Wasserhyazinthen als Brennstoff. Die Asche dient als Dünger. In Indien ergeben eine Tonne getrockneter Wasserhyazinthen etwa 50 Liter Ethanol und 200 kg Restfasern (7.700 Btu). Die bakterielle Fermentation einer Tonne Wasserhyazinthe liefert 26.500 Kubikfuß Gas (600 Btu) mit 51,6 % Methan ( CH₄).4), 25,4 % Wasserstoff ( H2), 22,1 % Kohlendioxid ( CO₂)2) und 1,2 % Sauerstoff ( O2Die Vergasung einer Tonne Trockenmasse mit Luft und Wasserdampf bei hohen Temperaturen (800 °C) ergibt etwa 1100 m³ Erdgas ( 143 Btu/ft³ ) mit einem Wasserstoffgehalt von 16,6 % .2, 4,8 % CH4, 21,7 % CO ( Kohlenmonoxid ), 4,1 % CO2und 52,8 % N2( Stickstoff ). Der hohe Feuchtigkeitsgehalt der Wasserhyazinthe erhöht die Handhabungskosten und schränkt die kommerzielle Nutzung ein. [ 122 ] [ 125 ] Ein kontinuierliches, hydroponisches Produktionssystem wäre effizienter als der herkömmliche Batch-Anbau. [ 16 ] [ 126 ]

Der Arbeitsaufwand bei der Ernte von Wasserhyazinthen kann reduziert werden, indem Sammelstellen und Verarbeitungsanlagen an Stauseen errichtet werden, die die vorherrschenden Winde nutzen . Die geerntete Biomasse kann zu Ethanol , Biogas , Wasserstoff , gasförmigem Stickstoff und/oder Dünger verarbeitet werden . [ 127 ] Das dabei entstehende Wasser kann zur Bewässerung nahegelegener Ackerflächen verwendet werden . [ 16 ]

Phytosanierung, Abwasserbehandlung

Wasserhyazinthen könnten zur Entfernung von Arsen aus kontaminiertem Brunnenwasser in Bangladesch eingesetzt werden . [ 128 ]

Es wurde beobachtet, dass die Wasserhyazinthe die Nitrifikation in Kläranlagen fördert . In den Wurzelzonen leben Bakteriengemeinschaften. [ 29 ]

Die Wasserhyazinthe ist in Entwicklungsländern, insbesondere in Afrika, eine gängige Futterpflanze, obwohl übermäßiger Gebrauch giftig sein kann. Sie ist reich an Proteinen (Stickstoff) und Spurenelementen .

Die Wasserhyazinthe ist für ihre Fähigkeit bekannt, etwa 60–80 % des Stickstoffs [ 129 ] und etwa 69 % des Kaliums [ 130 ] aus dem Wasser zu entfernen. Es wurde festgestellt, dass die Wurzeln der Wasserhyazinthe in einem natürlichen, flachen, eutrophierten Feuchtgebiet Schwebstoffe und Stickstoff entfernen. [ 131 ] [ 132 ]

Die Pflanze ist tolerant gegenüber Schwermetallen wie Cadmium , Chrom , Kobalt , Nickel , Blei und Quecksilber und besitzt eine hohe Aufnahmekapazität , wodurch sie sich für die biologische Reinigung von Industrieabwässern eignen könnte. [ 111 ] [ 133 ] [ 134 ] [ 135 ] [ 136 ] [ 137 ]

Die Wurzeln von Pontederia crassipes absorbieren auf natürliche Weise einige organische Verbindungen, die als krebserregend gelten , in Konzentrationen, die 10.000-mal höher sind als im umgebenden Wasser. [ 138 ] Wasserhyazinthen können zur Abwasserbehandlung (insbesondere von Molkereiabwasser) kultiviert werden. [ 16 ]

Neben Schwermetallen kann Pontederia crassipes auch andere Giftstoffe wie Cyanid abbauen , was in Gebieten, die vom Goldabbau betroffen waren, ökologisch vorteilhaft ist. [ 139 ]

Die Wasserhyazinthe kann Ethion , ein Phosphor-Pestizid, aufnehmen und abbauen . [ 140 ]

Landwirtschaft

Die Wasserhyazinthe wird als organischer Dünger [ 141 ] und als Tierfutter [ 141 ] sowie als Silage für Rinder , Schafe , Gänse , Schweine und andere Nutztiere verwendet . [ 142 ]

In Bengalen, Indien, wird Kachuri-Pana hauptsächlich als Dünger, Kompost oder Mulch und sekundär als Futter für Nutztiere und Fische verwendet. [ 143 ] In Bangladesch bauen Bauern in der südwestlichen Region Gemüse auf sogenannten „schwimmenden Gärten“ an. Diese bestehen in der Regel aus einem Bambusgerüst und werden mit getrockneten Wasserhyazinthen bestreut, die mit Erde bedeckt sind. Grund dafür ist, dass in dieser tiefliegenden Region während des Monsuns ein großer Teil des Ackerlandes monatelang unter Wasser steht. Diese Methode ist auch unter den Namen Dhap Chash und Vasoman Chash bekannt . [ 144 ]

In Kenia, Ostafrika, wurde es versuchsweise als organischer Dünger eingesetzt, obwohl es aufgrund des hohen alkalischen pH-Werts Kontroversen gibt. [ 145 ]

Weitere Verwendungsmöglichkeiten

In verschiedenen Teilen der Welt wird die Pflanze von Unternehmen, die von NGOs und Unternehmern gegründet wurden, zur Herstellung von Möbeln, Handtaschen, Körben, Seilen und Haushaltswaren/Einrichtungsgegenständen (Lampenschirme, Bilderrahmen) verwendet. [ 141 ] [ 69 ]

Gewebte Produkte

Der amerikanisch-nigerianische Wissenschaftler Achenyo Idachaba wurde für seine Erkenntnisse darüber ausgezeichnet, wie diese Pflanze in Nigeria gewinnbringend zur Herstellung von Webwaren genutzt werden kann. [ 146 ]

Papier

Obwohl eine Studie ergab, dass Wasserhyazinthen nur begrenzt für die Papierherstellung geeignet sind [ 147 ] , werden sie dennoch in geringem Umfang verwendet. Goswami wies in seinem Artikel darauf hin, dass Wasserhyazinthen das Potenzial besitzen, robustes und reißfestes Papier herzustellen. Er fand heraus, dass die Zugabe von Wasserhyazinthenzellstoff zum Rohmaterial Bambuszellstoff für fettabweisendes Papier die Festigkeit des Papiers erhöhen kann.

Genießbarkeit

Die Pflanze wird in Taiwan als carotinreiches Gemüse verwendet . Javaner kochen und essen gelegentlich die grünen Teile und die Blütenstände. [ 16 ] Auch Vietnamesen bereiten die Pflanze zu und geben manchmal ihre jungen Blätter und Blüten in ihre Salate.

Potenzial als bioherbizides Mittel

Es wurde gezeigt, dass ein Extrakt aus Wasserhyazinthenblättern Phytotoxizität gegenüber dem invasiven Unkraut Mimosa pigra aufweist . Der Extrakt hemmte die Keimung von M. pigra -Samen und unterdrückte zudem das Wurzelwachstum der Sämlinge. Biochemische Daten deuten darauf hin, dass die hemmende Wirkung durch eine erhöhte Wasserstoffperoxidproduktion , die Hemmung der Aktivität löslicher Peroxidase und die Stimulation der Aktivität zellwandgebundener Peroxidase im Wurzelgewebe von M. pigra vermittelt werden könnte . [ 148 ]

Biokunststoffe

In Kenia werden biologisch abbaubare Kunststoffe, die aus getrockneten Wasserhyazinthen hergestellt werden, als Lebensmittelverpackungen, Strohhalme und Partyteller vermarktet. [ 149 ]

  • Schwimmpflanze
  • Blumen
  • Nahaufnahme von Blumen
  • Großer, verseuchter Teich
  • Aufgeblähter Blattstiel
    Aufgeblähter Blattstiel
  • Ein Feld voller Wasserhyazinthen.
    Ein Feld voller Wasserhyazinthen.
  • Riesiges, verseuchtes Sumpfgebiet
    Riesiges Sumpfgebiet

Erläuterungen

  1. ^ Einschließlich des Hinweises, dass diese Pflanzen kurz nach dem amerikanischen Bürgerkrieg (Ende 1865)in Baumschulen und Parkanlagen angebaut wurden . [ 44 ]
  2. ^ Beachten Sie, dass Militäringenieure mit der Beseitigung der Wasserhyazinthen im Süden beauftragt waren, wie unten erläutert.
  3. ^ Brown (1941) behauptet fälschlicherweise, die Art sei „in Japan heimisch“, S. 9. Brown ist auf einem Foto auf S. 12 zu sehen.
  4. ^ Es sei außerdem darauf hingewiesen, dass Edmund D. Sturtevant seine Seerosen ausstellte,als die Weltausstellung 1993 in die USA zurückkehrte und in Chicago stattfand ( World’s Columbian Exposition ). [ 58 ]
  5. ^ Es wird zwar der Begriff „Board of Engineer Officers“ verwendet, doch die Biografie eines seiner Mitglieder in der Absolventenliste von West Point zeigt, dass er dem Army Corps of Engineers angehörte. [ 63 ]
  6. ^ Im Versuchsbericht von 1903 ist von „Petroleum“ die Rede, wohingegen Klorer 1909 auf Seite 443 „Beaumont -Heizöl “ schreibt.
  7. ^ Die ambitioniertere Annahme von Kitunda (2017) , S. xv, dass die Pflanze aufgrund von William Townsend Aiton von den Kew Gardens aus dem Jahr 1829 stammen soll , erweist sich als falsch, da die angegebene Quelle, Curtis's Botanical Magazine (1829), lediglich besagt, dass Aiton die Pflanze damals den Botanischen Gärten von Glasgow zur Verfügung stellte . [ 86 ]
  8. ^ d. h. 200 Liter der „350 bis 411 Liter Biogas pro kg Trockengewicht von Wasserhyazinthen (5,7 bis 6,6 scf pro lb Trockengewicht)“, die dieses Team zusammen mit Barlow berichtete. [ 121 ]

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