Биоразлагаемые биопластики — умное решение проблемы азотного загрязнения

К 205 году потребуется прокормить почти на 1.8 миллиарда больше людей, когда глобальное население достигнет около 10 миллиардов.

Необходимо увеличить производство сельскохозяйственных культур, но при этом избежать вырубки лесов под фермы и сократить экологические издержки от использования больших количеств синтетических (азотных) удобрений.

Экологическая цена производства пищи

Неэффективное использование азотных удобрений приводит к вымыванию избытка питательных веществ в водоемы, вызывая цветение водорослей, которое губит водную жизнь. В регионе выращивания сахарного тростника в Северном Квинсленде это представляет серьезную угрозу для уже хрупкой экосистемы Большого Барьерного рифа.

Загрязнение воздуха и воды азотом также вызывает множество проблем со здоровьем человека, включая респираторные заболевания и некоторые виды рака. Однако сокращение применения удобрений не всегда практично для фермеров.

Пластиковые покрытия как решение (и новая проблема)

Одно из решений — покрывать удобрения тонким слоем пластика, который замедляет высвобождение питательных веществ, лучше согласуясь с потребностями растений. Это снижает потери азота и загрязнение.

Однако эти покрытия распадаются на долговечные микропластики, которые попадают в водоемы или поглощаются культурами, входя в пищевую цепь и наши организмы. Накопление микропластиков в органах связано с рядом заболеваний.

Почвенные микробы Австралии могут безопасно разлагать некоторые пластики

Исследователи из междисциплинарного центра ARC Research Hub for Innovative Nitrogen Fertilizers and Inhibitors (Smart Fertilizers) изучают использование биоразлагаемых пластиковых покрытий (биопластиков) для замедленного высвобождения удобрений.

В исследовании, опубликованном в Science of The Total Environment, ученые протестировали несколько кандидатов в биопластики в естественной сельскохозяйственной почве при типичных условиях выращивания.

Результаты:

• Четыре из семи протестированных пластиковых покрытий были разложены и в конечном итоге преобразованы в диоксид углерода и воду бактериями и грибами, естественными для австралийских сельскохозяйственных почв.
• Не было выявлено негативного влияния этого разложения на популяции микробов.
• Были идентифицированы виды микробов, участвующих в деградации, что поможет в разработке покрытий.
• Некоторые из "пластикоядных" микробов дополнительно производят ключевые питательные вещества для растений, например, фосфор.
• Другие обнаруженные виды микробов могут помочь в борьбе с кризисом пластиковых отходов, производя специфические ферменты, способные разлагать обычные пластики, такие как PET.

Следующие шаги

Следующий этап — проверить, обеспечивают ли четыре идентифицированных биоразлагаемых пластика эффективную доставку удобрений в тепличных и полевых испытаниях, и оценить их коммерческую жизнеспособность.

Ключевая задача — сохранить стоимость удобрений с биопластиковым покрытием конкурентоспособной по сравнению с рыночными аналогами.

Исследование подчеркивает важность тестирования способности к разложению пластика всей почвенной экосистемой, а не отдельных видов микробов. Требуются дальнейшие исследования, чтобы определить, как покрытия разлагаются в различных сельскохозяйственных условиях.

Еще одно направление — возможность настройки толщины биопластикового покрытия для соответствия скорости высвобождения удобрения модели роста конкретных сельскохозяйственных культур, что оптимизирует их эффективность.