Ученые изучают, как повысить эффективность использования воды и питательных веществ в теплицах и питомниках

Профессор Том Фернандес из Университета штата Мичиган (MSU) 25 лет изучает управление водными ресурсами в теплицах и питомниках для повышения эффективности использования воды и сокращения стока питательных веществ.

Проблема и базовые решения

  • Ежегодно на сельхозкультуры в США вносят около 0,5 млн тонн пестицидов, 12 млн тонн азотных и 4 млн тонн фосфорных удобрений. Их сток ухудшает качество воды.
  • В контейнерных растениях легко допустить перелив. Фернандес выяснил, что полив на основе суточного потребления воды растениями позволяет сократить орошение на 30–80% (в зависимости от вида), экономя воду и уменьшая сток питательных веществ из субстрата.
  • Для снижения стока пестицидов с нетargetных поверхностей (почва между растениями) эффективным оказалось микрокапельное орошение отдельных контейнеров.

Биореакторы для очистки воды

С 2018 года Фернандес с коллегами (включая профессора Джемму Рекуэру) изучает, как очищать воду от питательных веществ и пестицидов с помощью биореакторов — больших контейнеров, заполненных древесной щепой.

  • Изначально система из двух ступеней (щепа + терморасширенная глина) удаляла >95% нитратов и 80–87% фосфатов.
  • Основная активность происходила в щепе, поэтому от второй ступени отказались.

Рециркуляция vs. очистка

  • Для замкнутых систем (вода рециркулирует) важно удалять пестициды, но сохранять дорогостоящие питательные вещества.
  • Ускорив проток воды через биореактор с ~72 часов до ~4 часов, команда добилась рециркуляции 90–100% питательных веществ.
  • При этом биореактор снижал количество пестицидов в воде на 30–75% (зависит от подвижности пестицида), не нарушая работу микроорганизмов.

Текущие исследования и значение

Сейчас команда Фернандеса (включая аспирантов) в промышленных масштабах изучает, как пестициды разлагаются в анаэробных (без кислорода) и аэробных (с кислородом) условиях в биореакторах объемом 300 и 600 галлонов.

Как отмечает Эми Аптон из Ассоциации питомников и ландшафта Мичигана, эта работа помогает отрасли внедрять технологии чистого производства воды, оптимизировать субстраты и очистку воды от патогенов.