Недавние исследования, опубликованные в npj Sustainable Agriculture, демонстрируют, что биомасса из пурпурной фотосинтетической морской бактерии Rhodovulum sulfidophilum является отличным азотным удобрением.
Возглавляемое Кейдзи Нуматой из RIKEN Центра Науки о Устойчивых Ресурсах и Киотского университета исследование показывает, что эта биомасса столь же эффективна, как и общепринятые неорганические синтетические удобрения, но при этом избегает множества побочных эффектов, наносящих ущерб окружающей среде.
Повышение сельскохозяйственного производства с использованием азотных удобрений — распространенная практика, которая, как ожидается, будет возрастать в ближайшие десятилетия по мере увеличения мирового спроса на продовольствие. Вместе с этим прогнозируется резкое увеличение экологически вредных побочных эффектов от чрезмерного использования неорганических азотных удобрений, включая значительные выбросы парниковых газов, загрязнение грунтовых вод и ухудшение качества почвы.
С другой стороны, органические удобрения, такие как компост и навоз, содержат значительно меньше азота и, следовательно, должны использоваться в больших количествах для достижения аналогичного эффекта на рост растений. Это приводит к чрезмерному засолению почвы, которая становится токсичной и тормозит рост растений, а также к увеличению выбросов углекислого газа и закиси азота в долгосрочной перспективе.
Команда исследователей из RIKEN CSRS уже давно ищет природный источник азота, который мог бы заменить аммиачные синтетические удобрения и помочь предотвратить будущий кризис. Известно, что пурпурные несерные бактерии (PNSBs) обладают ферментами, которые помогают им извлекать азот из атмосферы и включать его в белки, но до сих пор их эффективность в качестве удобрений не была проверена.
Для создания удобрения из PNSB в новом исследовании команда измельчила бактерию R. sulfidophilum и создала сушеную биомассу из выделенного клеточного материала. Анализ показал, что содержание азота в удобрении из PNSB составляет 11% по весу, что значительно выше, чем в других органических удобрениях, включая биомассу из других микробов или микроводорослей.
Исследователи сравнили, как японский горчичный шпинат комацуна (Brassica rapa var. perviridis) рос при использовании либо неорганических удобрений, либо новой биомассы из PNSB. Первым важным открытием стало то, что комацуна действительно могла усваивать азот из сушеной биомассы.
Дальнейшие эксперименты показали, что удобрение из биомассы способствовало росту растений так же эффективно, как и азотосодержащие неорганические удобрения, как при низких, так и при высоких температурах. Более того, даже когда содержание азота в удобрении из биомассы было в четыре раза выше, уровень pH и соленость почвы оставались нормальными, аналогичными почве, удобренной без азота.
Удобрение из биомассы PNSB имеет низкое соотношение углерода к азоту, и азот высвобождается для использования растениями относительно медленно по сравнению с неорганическими удобрениями — около 60% за 30 дней. Хотя это означает, что потребуется вдвое больше удобрения из биомассы для аналогичного роста культур, большим преимуществом является то, что выбросы углекислого газа и закиси азота будут ниже, и меньшее количество азота будет вымываться в окружающую среду.
По словам одного из ведущих авторов исследования Морей-Яги, в долгосрочной перспективе это может революционизировать сельское хозяйство и снизить его негативное воздействие на окружающую среду.
Хотя основные эксперименты доказывают эффективность удобрения из биомассы, авторы подчеркивают, что результаты являются предварительными и потребуется учитывать другие факторы.
– Оценка жизненного цикла этого удобрения будет иметь важное значение для оценки его воздействия на окружающую среду при производстве, хранении, применении, транспортировке и утилизации, – объясняет Нумата.
Кроме того, необходимо рассмотреть, как масштабировать процесс производства биомассы и установить срок годности продукта.
Исследователи настроены, что эти проблемы будут решены и что их открытие поможет сделать удобрения более экологичными и предотвратить будущие проблемы с цепочками поставок неорганических удобрений.
Поскольку удобрение из биомассы производится с использованием углекислого газа и азота из воздуха, его назвали “Воздушным Удобрением” и зарегистрировали для использования в качестве органического удобрения в Японии как продукт, продаваемый компанией Symbiobe Inc.