Австралийские производители ананаса, датской форели и фермеры, выращивающие кукурузу на Среднем Западе США, нечасто объединяются под одним сельскохозяйственным зонтиком. Но они и многие другие, занимающиеся выращиванием сельскохозяйственных культур и животных, сталкиваются с общей проблемой: избыток азота в дренажных водах. Вне зависимости от того, попадает ли вода в Большой Барьерный риф или в Мексиканский залив, это питательное вещество способствует вредоносному цветению водорослей, из-за которого рыбы и другие организмы лишаются кислорода.
Но есть простое решение, которое значительно снижает количество азота в дренажных водах, независимо от производственной системы или местоположения: денитрифицирующие биореакторы.
Загрязнение азотом от ферм актуально во всем мире, от кукурузных и бобовых ферм здесь, в Иллинойсе, до ферм по выращиванию сахарного тростника и ананасов в Австралии и различных ферм, граничащих с канавами в Бельгии. Мы все занимаемся этой проблемой. очень интересно, что биореакторы объединяют нас вокруг потенциального решения», - говорит Лаура Кристиансон, доцент кафедры растениеводства в Университете Иллинойса и ведущий автор новой сводной статьи, принятой к публикации в Transactions of the American Society of Agriculture и инженеры-биологи (ASABE).
Денитрифицирующие биореакторы бывают разных форм и размеров, но в простейшем виде они представляют собой траншеи, заполненные древесной стружкой. Через траншею стекает вода с полей или объектов аквакультуры, где бактерии, обитающие в щелях щепы, превращают нитраты в безвредный газ, выбрасываемый в воздух.
Эта практика консервации на краю поля изучалась не менее дюжины лет, но большая часть того, что ученые знают о скорости удаления азота, основана на лабораторных репликах и экспериментальных установках меньшего масштаба. В 2015 году Национальная служба сохранения ресурсов Министерства сельского хозяйства США опубликовала набор стандартизированных руководств по биореакторам, частично основанных на ранней полевой работе Кристиансона, и теперь все больше и больше американских фермеров добавляют биореакторы. Они завоевывают популярность и в других странах.
Статья ASABE - первая, в которой обобщены имеющиеся данные о полноразмерных биореакторах на действующих фермах по всему миру.
После сбора всех данных выяснилось, что биореакторы работают. Мы продемонстрировали снижение содержания нитратов в биореакторах на Среднем Западе на 20-40%, и теперь мы можем сказать, что биореакторы по всему миру вполне согласуются с этим., - говорит Кристиансон.
Она добавляет, что биореакторы, как и все методы сохранения, имеют свои ограничения, но выбросы закиси азота не являются одним из них.
Люди обеспокоены тем, что мы просто превращаем нитраты в воду в закись азота, которая является парниковым газом. Мы еще не знаем всей истории о закиси азота с помощью биореакторов, но мы можем с уверенностью сказать, что они не создают огромной проблемы с закисью азота», - говорит она.«Они просто не такие».
Кристиансон говорит, что фермеры часто спрашивают ее о мониторинге воды в биореакторах, поэтому она и ее соавторы подробно описывают этот процесс в статье ASABE. Она также сотрудничала с Illinois Farm Bureau, чтобы создать серию пошаговых видеороликов, объясняющих, как проверять воду.
«В мониторинге есть две части. Вы должны знать, сколько воды проходит через биореактор и сколько азота содержится в воде», - говорит она.
Короткие видеоролики, предназначенные для неспециалистов, таких как фермеры и волонтеры, занимающиеся вопросами качества воды, разбивают процесс на пять этапов. Кристиансон отмечает, что ее студенты, исследователи с докторской степенью и сотрудники лаборатории объединились для создания этой серии.
Видео доступны по адресу
Кристиансон, который, возможно, является крупнейшим в мире сторонником биореакторов, признает, что рекомендации по мониторингу и серия видео немного корыстны.
"Мы включили рекомендуемые подходы к мониторингу, чтобы больше людей строили их, а затем еще больше людей контролировали их. И тогда у нас будет больше данных, чтобы показать, насколько хорошо работают биореакторы и как мы можем улучшить их работу."