Hvordan den ydmyge flis renser vand på verdensplan

Australsk ananas, Dansk ørred, og mellemvestlige amerikanske majsbønder klumpes ikke ofte sammen under den samme landbrugsparaply. Men de og mange andre, der dyrker afgrøder og dyr, står over for et fælles problem:overskydende nitrogen i drænvand. Uanset om det flyder ud til Great Barrier Reef eller Den Mexicanske Golf, næringsstoffet bidrager til skadelige algeblomster, der sulter fisk og andre iltorganismer.

Men der er en enkel løsning, der reducerer mængden af ​​nitrogen i drænvand betydeligt, uanset produktionssystem eller placering:denitrifierende bioreaktorer.

"Kvælstofforurening fra gårde er relevant rundt om i verden, fra majs og bønne gårde her i Illinois til sukkerrør og ananas gårde i Australien til forskellige gårde, der grænser op til grøfter i Belgien. Vi har alle at gøre med dette problem. Det er virkelig spændende, at bioreaktorer samler os omkring en potentiel løsning, "siger Laura Christianson, adjunkt i Institut for Afgrødevidenskaber ved University of Illinois og hovedforfatter på en ny synteseartikel, der er accepteret til offentliggørelse i Transaktioner fra American Society of Agricultural and Biological Engineers (ASABE) .

Denitrifiserende bioreaktorer findes i mange former og størrelser, men i deres enkleste form, de er skyttegrave fyldt med træflis. Vand fra marker eller akvakulturanlæg strømmer gennem skyttegraven, hvor bakterier, der lever i flisrevner, gør nitrat til en harmløs gas, der slipper ud i luften.

Denne kant-af-felt bevaringspraksis er blevet undersøgt i mindst et dusin år, men det meste af det, forskere ved om kvælstoffjernelseshastigheder, er baseret på laboratoriereplikaer og eksperimentelle opsætninger i mindre skala. USDA's National Resource Conservation Service offentliggjorde et sæt standardiserede bioreaktorretningslinjer i 2015, delvist baseret på Christiansons tidlige feltarbejde, og nu tilføjer flere og flere amerikanske landmænd bioreaktorer. De tager fat i andre lande, også.

ASABE-artiklen er den første til at syntetisere de tilgængelige data fra bioreaktorer i fuld størrelse på arbejdende gårde over hele verden.

"Efter at have indsamlet alle data, budskabet er bioreaktors arbejde. Vi har vist en 20-40% reduktion i nitrat fra bioreaktorer i Midtvesten, og nu kan vi sige, at bioreaktorer rundt om i verden er temmelig konsistente med det, ”Siger Christianson.

Hun tilføjer bioreaktorer, ligesom al bevaringspraksis, har deres begrænsninger, men lattergasemissioner er ikke en af ​​dem.

"Folk er bekymrede for, at vi bare overfører nitrat i vand til lattergas, som er en drivhusgas. Vi kender ikke den fulde historie om lattergas med bioreaktorer endnu, men vi kan med god tillid sige, at de ikke skaber et kæmpe lattergasproblem, "siger hun." Det er de bare ikke. "

Christianson siger, at landmænd ofte spørger hende om overvågning af vandet i bioreaktorer, så hun og hendes medforfattere beskriver processen i ASABE-artiklen. Hun indgik også et samarbejde med Illinois Farm Bureau om at lave en række trin-for-trin videoer, der forklarer, hvordan man tester vandet.

"Til overvågning, der er to dele. Du skal vide, hvor meget vand der strømmer gennem bioreaktoren, og hvor meget nitrogen der er i vandet, " hun siger.

De korte videoer, som er rettet mod ikke-forskere såsom landmænd og frivillige i vandkvalitet, opdele processen i fem trin. Christianson noterer sine elever, postdoktorale forskere, og laboratoriepersonalet tog alle sammen for at skabe serien.

Videoerne er tilgængelige på www.youtube.com/playlist?list=… 4Di-8AnP8Q1MJkVVd91s.

Christianson, der måske bare er verdens største cheerleader for bioreaktorer, indrømmer overvågningsretningslinjerne og videoserier er lidt selvbetjente.

"Vi inkluderede anbefalede overvågningsmetoder, så flere mennesker vil bygge dem, og så vil flere mennesker overvåge dem. Og så har vi flere data til at vise, hvor godt bioreaktorer fungerer, og hvordan vi kan få dem til at fungere bedre. "