Ffytoleddfu: Rôl Planhigion i Buro Dŵr Gwastraff Amaethyddol

Dr Natalie Meades: IBERS, Canolfan Cyfnewid Gwybodaeth, Prifysgol Aberystwyth.

Ebrill 2024

Mae Ffytoleddfu yn dechnoleg werdd sy’n golygu defnyddio planhigion i waredu cydrannau gwenwynig neu ddifwynwyr o’r aer, o’r pridd neu o hydoddiannau dyfrol.

Mae Ffytoleddfu yn cynnig y potensial i buro dyfroedd llawn maetholion megis tail hylifol, slyri a dŵr gwastraff amaethyddol, gan gynnig y potensial i allu rhyddhau’r dŵr yn ddiogel i’r amgylchedd neu ei ail-ddefnyddio o fewn systemau.

Mae’r planhigyn dyfrol Llinad y Dŵr (Lemna L.) wedi dangos y potensial i allu tyfu ar ddyfroedd llawn maetholion a’u puro. Yn ogystal, mae’r biomas sy’n cael ei greu yn cynnig potensial i weithredu fel bwyd uchel mewn protein i dda byw ac mewn systemau dyframaeth, ac fel defnydd crai ar gyfer cynhyrchio bio-ynni.

Gellir disgrifio ffytoleddfu fel technoleg werdd sy’n defnyddio planhigion i dynnu cydrannau gwenwynig neu ddifwynwyr o’r aer, o’r pridd neu o hydoddiannau dyfrol. Mae planhigion yn gweithredu mewn sawl ffordd drwy waredu, dinistrio, dal, echdynnu, adfer, amsugno, atal symudiad neu sefydlogi cydrannau, drwy brosesau megis ffyto-echdynnu, ffyto-sefydlogi, ffyto-anweddu, ffyto-drawsnewid neu ffyto-hidlo. Mae Tabl 1 yn rhoi diffiniad o’r termau allweddol hyn.

Ceir diddordeb mawr mewn perthynas â defnyddio ffytoleddfu i reoli deunyddiau gwastraff diwydiannol, trefol ac amaethyddol. Gellir ystyried y dechnoleg hon yn ddeniadol o ganlyniad i’r costau isel sy’n gysylltiedig â’r broses, ynghyd â chynaliadwyedd. Yn ogystal, ceir potensial i’r dechnoleg hon gael ei hymgorffori mewn economi gylchol lle gellir tynnu cyfrannau a difwynwyr allan o’r amgylchedd ac ailgylchu, ailddefnyddio neu adfer adnoddau i’w defnyddio o fewn systemau yn y dyfodol. Gellir gweld manylion  ynglŷn â chysyniad yr economi gylchol mewn erthyglau technegol blaenorol yn trafod rôl economïau cylchol ar gyfer cynhyrchu da byw ac ynni mewn amaethyddiaeth. Bydd yr erthygl dechnegol hon yn archwilio potensial ffytoledfu dyfroedd amaethyddol gwastraff a sut y gallai’r arfer hwn gyd-fynd â’r economi gylchol gan ganolbwyntio ar blanhigyn Llinad y Dŵr .

Llinad y dŵr

Mae’r planhigyn dyfrol Llinad y dŵr (Lemna L., is-deulu Lemnnaceae, o’r teulu Araceae) wedi derbyn sylw mewn perthynas â’i allu i ffytoleddfu. Mae llinad y dŵr yn facroffyt dyfrol lluosflwydd sy’n rhan o’r teulu Lemna, sydd â dau is-deulu (Lemnoidea a Wolffioideae) gyda phum gwahanol fath (Spirodella, Lemna, Landoltia, Wolffia a Wolffiella) ac o leiaf 40 gwahanol rywogaeth. Yn y DU, mae llinad y dŵr (Lemna minor, Lemna gibba) yn blanhigyn dŵr croyw brodorol, ond mae rhai rhywogaethau wedi cael eu cyflwyno i’r DU (Lemna minuta). Mae’r planhigyn ei hun yn cynnwys ffrondau (dail) gyda gwreiddyn neu wreiddigyn unigol heb goesyn, sy’n tyfu fel mat naill ai ar wyneb dŵr  neu oddi tano.

Gwelwyd bod llinad y dŵr yn tyfu’n llwyddiannus ar ddyfroedd llawn maetholion gyda pH 5- 9, ar dymheredd o 6-33C ac ar ddyfnder o 0.5 m. Felly, ceir diddordeb mewn perthynas â photensial llinad y dŵr  ar gyfer puro elifion amaethyddol. Yn yr achos hwn, mae elifion amaethyddol yn cynnwys slyri hylifol, tail hylifol a dyfroedd amaethyddol gwastraff megis y gydran hylifol yn dilyn gwahanu slyri, dŵr  gwastraff yn dilyn golchi offer neu o siediau, a chydrannau hylifol gweddillion treuliad anaerobig. Gellir defnyddio llinad y dŵr felly i roi gwerth i elifion amaethyddol drwy buro dyfroedd sy’n llawn maetholion a chynhyrchu biomas  y gellir ei ddefnyddio fel porthiant uchel mewn protein i anifeiliaid neu fel deunydd crai ar gyfer cynhyrchu bio-ynni.

Elifion amaethyddol fel cyfrwng tyfu ar gyfer llinad y dŵr

Er mwyn i linad y dŵr  dyfu’n llwyddiannus, mae angen ffynonellau digonol o garbon deuocsid, golau a maetholion. O ran darpariaeth maetholion, nodwyd fod y macro-faetholion, nitrogen (N) a ffosffad (P) yn dylanwadu’n gryf ar dwf llinad y dŵr. Yn ogystal, adroddwyd fod llinad y dŵr  angen oddeutu 60 mg/ L o N ac o leiaf 1 mg/ L o P ar gyfer twf. O ganlyniad, gellir ystyried bod slyri hylifol, tail hylifol a dŵr gwastraff amaethyddol yn gyfrwng twf delfrydol ar gyfer llinad y dŵr. Yn wir, mae astudiaethau’n defnyddio slyri moch, slyri gwartheg, tail ieir wedi'i wanhau ac elifion o fiodreulwyr wedi dangos canlyniadau cadarnhaol dan amodau arbrofol, o ran tynnu maetholion o ddŵr  gwastraff o’r fath, twf llinad y dŵr a’r cynnyrch biomas canlyniadol.

Er y ceir tystiolaeth fod tail hylifol a slyri yn gyfrwng addas ar gyfer tyfu llinad y dŵr, mae astudiaethau’n defnyddio cyfrwng o’r fath wedi cynnwys gwanhau yn y lle cyntaf. Gwneir hyn oherwydd bod crynodiad y maetholion mewn tail hylifol a slyri crai yn rhy gryf, ac felly’n wenwynig i linad y dŵr ar lefelau presennol. Bu astudiaeth yn ymchwilio i effaith tri gwahanol grynodiad (isel 1:16 w/v; canolig 1:12 w/v; ac uchel 1:8 w/v) o dail ieir wedi’i wanhau ar berfformiad llinad y dŵr (Lemna minor). Roedd canlyniadau’r astudiaeth yn dangos bod cyfraddau twf llinad y dŵr ar eu huchaf ar y crynodiad isaf (1.85 g DM/ m²), cyfraddau twf canolig ar y crynodiad canolig (0.88 g DM/ m²) a dim twf ar y crynodiad uchaf. Yn yr un modd, bu astudiaeth yn ymchwilio effaith gwahanol grynodiadau o faetholion mewn slyri moch (uchel iawn (2%, 1.5%, 1%), delfrydol (0.75%, 0.5%, 0.25%) a diffygiol (0.03%, 0.06%, 0.12%)) ar botensial llinad y dŵr (Lemna minor) i dyfu dros gyfnod o 30 diwrnod. Roedd canlyniadau’r astudiaeth yn dangos nad oedd llinad y dŵr  yn tyfu ar y cyfrwng gyda’r crynodiadau uchaf ac isaf o faetholion. Ymhellach, disgrifiwyd cynnyrch llinad y dŵr  yn foddhaol ar grynodiadau maethol o 1% - 0.5%. Felly, er mwyn gallu defnyddio tail hylifol crai a slyri fel cyfrwng i dyfu llinad y dŵr , byddai angen ei wanhau yn y lle cyntaf. Un broblem bosibl gyda hynny yw y byddai angen mwy o ddŵr  er mwyn ei wanhau, a byddai hynny’n golygu bod angen mwy o gapasiti i storio’r deunydd, ac nid yw hynny’n ddewis ymarferol na chynaliadwy. 

Fodd bynnag, mae gwaith ymchwil diweddar wedi dangos bod pH y cyfrwng lle mae llinad y dŵr yn tyfu yn mynd ymlaen i chwarae rôl bwysig yng ngallu’r planhigyn i oddef crynodiadau uchel o faetholion. Dangoswyd mai’r pH delfrydol ar gyfer twf llinad y dŵr yw oddeutu pH 6.5  7.5 a bod pH nodweddiadol slyri da byw crai yn alcalïaidd a rhwng 7.2  7.9. Dangoswyd bod asideiddio tail hylifol a slyri’n cael effaith addawol o ran goroesiad llinad y dŵr a thwf ar ddyfroedd llawn maetholion. Yn ogystal, dangosodd astudiaeth fod asideiddio’r gydran hylifol mewn slyri gwartheg ar ôl ei wahanu gan ddefnyddio gwasg sgriwio yn effeithio’n gadarnhaol ar gyfraddau twf llinad y dŵr  (Lemna minor). Yn yr astudiaeth hon, llwyddodd llinad y dŵr  i dyfu’n llwyddiannus ar y cyfrwng gyda pH o 6.5 a chrynodiadau N amonaidd o 293.3 mg/L, lle nad oedd y tyfu ar y cyfrwng gyda pH o 8.2 a chrynodiad N amonaidd llawer is o 65 mg/L. Yn ogystal, bu astudiaeth ddilynol a oedd yn defnyddio slyri gwartheg crai fel cyfrwng twf yn ceisio archwilio effaith asideiddio slyri ar gymeriant maetholion gan linad y dŵr (Lemna minor). Yn yr astudiaeth hon, cafodd llinad y dŵr ei dyfu ar slyri gwartheg crai gyda pH o 8.67 wedi’i wanhau 1:20 i gyflawni crynodiad N amonaidd o 57.44 mg/ L, gan gymharu gyda thyfu L. Lemna ar yr un slyri crai wedi’i wanhau ac wedi’i asideiddio i pH 6.96 yn cynnwys 58.76 mg/ L N amonaidd. Roedd canlyniadau’r astudiaeth yn dangos bod asideiddio’r slyri crai wedi’i wanhau yn arwain at gyfraddau twf uwch ar gyfer llinad y dŵr. Yn ogystal, roedd llinad y dŵr  a dyfwyd ar y slyri wedi’i asideiddio yn amsugno mwy o nitrogen a ffosfforws o’i gymharu â’r driniaeth reoli.

Llinad y dŵr fel porthiant i anifeiliaid

Mae llinad y dŵr  wedi cael sylw gan y diwydiant bwyd-amaeth, lle gwelwyd ei fod yn gallu gweithredu fel adnodd bwyd maethlon i dda byw ac mewn systemau dyframaeth. Mae ymddygiad atgynhyrchiol llinad y dŵr yn llystyfol, ac felly mae’n tyfu’n gyflym ac yn gynhyrchiol, sy’n fuddiol o safbwynt cynhyrchu bwyd. I roi hyn yn ei gyd-destun, dan amodau delfrydol, gwelwyd bod potensial i linad y dŵr  ddyblu ei fiomas o fewn 16 - 48 awr. O ganlyniad, mae angen gwaith cynnal a chadw rheolaidd i gynnal iechyd a chynhyrchiant sy’n aml yn gofyn am waredu llinad y dŵr drwy ddulliau peirianyddol neu ffisegol yn rheolaidd.  Gwelodd astudiaeth a oedd yn defnyddio tail dofednod wedi’i wanhau fel cyfrwng i dyfu llinad y dŵr fod cynnyrch y planhigyn yn dyblu yn dilyn arferion rheoli lle’r oedd 25% a 75% o gyfanswm gorchudd llinad y dŵr  yn cael ei dynnu.

Credir bod cynnwys deunydd sych llinad y dŵr yn amrywio rhwng 3 - 14 %, ac yn seiliedig ar ddeunydd sych, adroddir bod cyfansoddiad maethol llinad y dŵr yn cynnwys 7 - 45% o brotein, 2 - 9% o lipidau, 12 -28% o ffibr a 14 - 44% o garbohydradau.  Mae cynnwys protein llinad y dŵr wedi derbyn sylw o ganlyniad i’w broffil asid amino, lle adroddwyd bod llinad y dŵr yn cynnwys asidau amino hanfodol mewn cyfrannau amrywiol. Yn benodol, adroddir bod llinad y dŵr  yn cynnwys crynodiadau uchel o lewsin, threonin, falin, ffenylalanin a lysin, gyda chrynodiadau methionin a lysin yn uchel o’i gymharu â phrotein planhigion, gyda rhai’n nodi bod lefelau’n agos i lefelau protein anifeiliaid. Felly, ceir diddordeb gan y diwydiant bwyd da byw o ran potensial llinad y dŵr i weithredu fel ffynhonnell protein amgen yn hytrach na ffynonellau confensiynol megis soia. Yn ogystal, oherwydd y ffordd mae llinad y dŵr  yn tyfu, amcangyfrifir bod ganddo’r potensial i gynhyrchu protein 6-10 gwaith mor gyflym ag ardal gyfwerth wedi'i phlannu â soia. Mae proffil asidau brasterog llinad y dŵr  hefyd wedi derbyn sylw, lle dangoswyd bod 80% o gyfanswm proffil asid brasterog llinad y dŵr  yn cynnwys cydrannau amrywiol o asid palmitig, asid linoleig ac asid α-linolenig, sydd wedi dangos buddion o ran iechyd. Fodd bynnag, mae cyfansoddiad maethol llinad y dŵr  yn ddibynnol ar ystod o ffactorau megis rhywogaeth llinad y dŵr , ansawdd y cyfrwng tyfu, amodau tyfu ac arferion rheoli. Er enghraifft, roedd un astudiaeth yn adrodd bod cynnwys protein llinad y dŵr  a dyfwyd ar gyfrwng gyda chrynodiadau maetholion isel yn amrywio o 9 - 20%, a chynnwys lipidau rhwng 1.8 - 2.5%, fodd bynnag, mewn cyfrwng llawn maetholion, gwelwyd fod y cynnwys protein yn amrywio rhwng 24-41% a 3-7% ar gyfer lipidau.

O ganlyniad, gellir ystyried llinad y dŵr yn adnodd bwyd deniadol i dda byw ac ar gyfer systemau dyframaeth. Bu papur adolygu’n archwilio’r defnydd o linad y dŵr fel bwyd i foch, dofednod (hwyaid, ieir dodwy, brwyliaid), anifeiliaid cnoi cil (gwartheg, defaid a geifr) a dyframaeth (pysgod a pherdys). Roedd canlyniadau’r astudiaeth yn dangos y gallai bwydo llinad y dŵr (ffres neu wedi’i sychu) yn gymedrol neu fel amnewidiad rhannol yn lle ffynonellau protein confensiynol effeithio’n gadarnhaol ar berfformiad anifeiliaid ac ansawdd y cynnyrch. Yn ogystal, ceir diddordeb mewn perthynas â silweirio llinad y dŵr a’i fwydo i dda byw ar ffurf silwair. Fodd bynnag, mae angen gwaith ymchwil ychwanegol yn y maes hwn mewn perthynas ag ymarferoldeb a hyfywedd tyfu, trin, cludo a phrosesu llinad y dŵr  i greu ffynhonnell porthiant. Yn yr un modd, mae angen ymchwil pellach i archwilio diogelwch bwydo llinad y dŵr  a dyfir ar gyfryngau’n seiliedig ar dail da byw a slyri ac mewn systemau dyframaeth a fwriedir i gael eu bwyta gan bobl.

Llinad y dŵr fel deunydd crai ar gyfer Bio-ynni

Mae biodanwyddau yn ffynhonnell ynni amgen yn hytrach na thanwyddau ffosil sy’n adnoddau cyfyngedig ac yn cynhyrchu llawer o nwyon tŷ gwydr. Mae rhywogaethau penodol o linad y dŵr wedi dangos potensial i gael eu defnyddio fel deunydd crai ar gyfer cynhyrchu bioethanol, bwtanol a bionwy. O ran cynhyrchiant bioethanol a bwtanol, gwelwyd fod rhywogaethau penodol o linad y dŵr  yn cynnwys lefel uchel o starts. Felly, gellir defnyddio’r starts fel swbstrad ar gyfer eplesu microbaidd, gan gynhyrchu ethanol a bwtanol o ganlyniad. Bu astudiaeth beilot yn edrych ar ddefnyddio dŵr  lagŵn yn cynnwys elifion moch wedi’i wanhau fel cyfrwng twf ar gyfer llinad y dŵr  (Spirodela polyrrhiza) at ddibenion cynhyrchu bioethanol. Dangosodd yr astudiaeth fod y llinad y dŵr  yn tyfu’n dda, gan  dynnu maetholion o’r cyfrwng tyfu a chynhyrchu starts o fewn ei fiomas a oedd yn gallu cynhyrchu 50% yn fwy o ethanol o’i gymharu â’r deunydd crai confensiynol ar gyfer bioethanol sef india corn. Yn yr un modd, roedd astudiaeth gychwynnol yn seiliedig ar y labordy yn dangos bod potensial i linad y dŵr (Spirodela polyrrhiza) gynhyrchu 28 tunnell o starts fesul hectar, tra bod starts o india corn, deunydd crai confensiynol ar gyfer biothenaol, yn cynhyrchu 5 tunnell fesul hectar. Ar ben hynny, gallai’r grawn distyll gweddilliol o gynhyrchu bioethanol weithredu fel porthiant uchel mewn protein ar gyfer da byw, gan ychwanegu ymhellach at yr economi gylchol. O ran cynhyrchiant bionwy, byddai modd ychwanegu biomas llinad y dŵr  i dreulwyr anaerobig ynghyd â deunydd crai confensiynol a’i ddefnyddio i gynhyrchu biomethan. Yn wir, mae astudiaethau wedi dangos bod ychwanegu llinad y dŵr  i dreulwyr anaerobig ynghyd â deunydd crai fel tail dofednod, slyri gwartheg llaeth a thail moch yn cynnig potensial i gynyddu cyfanswm y bionwy a’r biomethan a gynhyrchir. 

Crynodeb

Mae Ffytoleddfu yn dechnoleg werdd sydd â’r potensial i buro dyfroedd sy’n llawn maetholion megis tail hylifol, slyri, gweddillion treulio anaerobig a dyfroedd gwastraff amaethyddol eraill. Mantais ffyto-adferiad yw ei fod yn driniaeth gymharol rad i’w chyflwyno a gellir disgrifio’r dechnoleg fel technoleg gynaliadwy. Ceir potensial i ffytoleddfu gydweddu gydag economïau cylchol lle gallai fod yn bosibl ail-ddefnyddio’r dŵr wedi’i buro mewn systemau neu ei ryddhau yn ôl i’r amgylchedd gyda thrwyddedau gollwng.

Mae’r planhigyn dyfrol llinad y dŵr (Lemna L.) o ddiddordeb penodol o safbwynt ffytoleddfu a chyfleoedd i gyd-fynd â systemau cylchol. Gwelwyd bod llinad y dŵr yn tyfu’n llwyddiannus ar ddyfroedd llawn maetholion ac mae wedi dangos potensial mawr o ran tyfu ar ddyfroedd gwastraff ac elifion amaethyddol. Yn ogystal, mae llinad y dŵr  yn tyfu’n sydyn, ac mae potensial i’r planhigyn echdynnu a defnyddio maetholion mewn dyfroedd gwastraff a’u trosi yn fiomas. Mae’n bosibl i’r biomas sy’n weddill fod yn werthfawr naill ai fel porthiant llawn protein i dda byw ac mewn systemau dyframaeth neu fel ffynhonnell ar gyfer cynhyrchu bio-ynni (bioethanol, bwtanol a bionwy). Felly, mae potensial i linad y dŵr chwarae rôl bwysig yn y broses o reoli tail a slyri. Fodd bynnag, mae angen mwy o waith ymchwil o ran ymarferoldeb a goblygiadau ariannol cyflwyno systemau o’r fath ar ffermydd. Yn yr un modd, mae angen mwy o waith ymchwil o ran cyflwyno llinad y dŵr sydd wedi cael ei dyfu ar ddyfroedd amaethyddol i ddietau rhywogaethau da byw, yn enwedig o ran iechyd a pherfformiad yr anifeiliaid a diogelwch y cynnyrch.