Биомасса пурпурных бактерий — эффективное экологичное удобрение

Новое исследование, опубликованное в npj Sustainable Agriculture, показывает, что биомасса, полученная из пурпурной фотосинтезирующей морской бактерии Rhodovulum sulfidophilum, является отличным азотным удобрением.

Исследование под руководством Кейджи Нуматы из RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) и Киотского университета демонстрирует, что эта биомасса так же эффективна, как обычные синтетические неорганические удобрения, но лишена ряда вредных для окружающей среды побочных эффектов.

Повышение урожайности с помощью богатых азотом удобрений — обычная практика, которая будет расти в ближайшие десятилетия. Однако вместе с этим резко возрастут и экологически вредные последствия чрезмерного использования неорганических удобрений: значительные выбросы парниковых газов, загрязнение грунтовых вод и ухудшение качества почвы.

Органические удобрения (компост, навоз) содержат гораздо меньше азота, поэтому для аналогичного эффекта их нужно вносить в больших количествах. Это приводит к засолению почвы, токсичному для растений, а также к увеличению выбросов CO₂ и N₂O в долгосрочной перспективе.

Команда Biomacromolecules Research Team в RIKEN CSRS искала природный источник азота, способный заменить аммиачные синтетические удобрения. Известно, что пурпурные несерные бактерии (PNSB) обладают ферментами, позволяющими им усваивать азот из атмосферы и включать его в белки, но их эффективность в качестве удобрения ранее не тестировалась.

Для создания удобрения команда измельчила бактерии R. sulfidophilum и получила высушенную биомассу из клеточного материала. Анализ показал, что содержание азота в удобрении из PNSB составляет 11% по весу — это значительно выше, чем в других органических удобрениях, включая биомассу из других микробов или микроводорослей.

Исследователи сравнили рост японского шпината комацуна (Brassica rapa var. perviridis) при использовании неорганических удобрений и нового удобрения из биомассы PNSB. Первый ключевой результат: растения действительно могли поглощать азот из высушенной биомассы.

Дальнейшие эксперименты показали, что удобрение из биомассы стимулировало рост растений так же эффективно, как и богатые азотом неорганические удобрения, как при прохладных, так и при теплых температурах. Более того, даже когда удобрение из биомассы содержало в четыре раза больше азота, pH и засоленность почвы оставались нормальными, аналогично почве без азотных удобрений.

Удобрение из биомассы PNSB имеет низкое соотношение углерода к азоту, а азот высвобождается для растений относительно медленно по сравнению с неорганическими удобрениями — около 60% за 30 дней. Хотя это означает, что для аналогичного роста урожая потребуется примерно вдвое больше биомассы-удобрения, большой плюс в том, что выбросы CO₂ и N₂O будут ниже, а вымывание азота в окружающую среду — меньше.

«В долгосрочной перспективе это может революционизировать сельское хозяйство и смягчить его негативное воздействие на окружающую среду», — говорит Мори-Яги, один из ведущих авторов исследования.

Хотя базовые эксперименты доказывают эффективность удобрения, авторы подчеркивают, что результаты предварительные, и в конечном итоге необходимо будет учесть другие факторы.

Как поясняет Нумата: «Оценка жизненного цикла этого удобрения будет необходима для определения его воздействия на окружающую среду на всех этапах: производство, хранение, применение, транспортировка и утилизация».

Кроме того, необходимо решить вопросы масштабирования процесса производства биомассы и определить срок годности продукта.

Исследователи оптимистичны и надеются, что их открытие поможет сделать удобрения более экологичными и предотвратить будущие проблемы с цепочками поставок неорганических удобрений.

Поскольку удобрение производится с использованием диоксида углерода и азота из воздуха, его назвали Air Fertilizer. Оно зарегистрировано для использования в Японии как органическое удобрение и продается компанией Symbiobe Inc.