Азот из воздуха для растений

Азот из воздуха можно использовать как удобрение — ученые

Воздух состоит примерно из 78% азота (N2). С помощью электричества этот элемент может быть преобразован в нитрат (NO3), а после обработки чистой водой (H2O) остается в основном азотная кислота (HNO3). Этот элемент можно использовать, например, в качестве удобрения при выращивании томатов. К такому выводу пришло исследование, проведенное Вагенингенским университетом (Нидерланды). В последующем исследовании будет изучено, возможен ли этот процесс при очистке сточных вод.

Голландская компания VitalFluid разработала метод удобрения, основанный на этом химическом принципе. Университет исследовал, можно ли использовать удобрения для «органического» выращивания. На самом деле, при этой стратегии возделывания почти не допускается использование азотных удобрений прямого действия. Разрешенные органические удобрения доступны только в том случае, если они были преобразованы микроорганизмами в среде выращивания. В результате производители не могут точно вносить удобрения.

Исследования показали, что удобрения, созданные в системе VitalFluid, могут напрямую усваиваться культурой. Урожай помидоров вырос хорошо; в референтной культуре были проблемы с биологической конверсией азота. Более того, оказалось, что всю дренажную воду можно использовать повторно. Еще одним преимуществом системы VitalFluid является то, что в долгосрочной перспективе ожидается, что она будет более энергоэффективной, чем производство других нитратных удобрений: для этого требуется природный газ как для энергетического, так и для химического процесса.

В следующем году университет проверит, применима ли система VitalFluid в качестве «зеленого» удобрения для обычных культур путем очистки сточных вод, убивает ли химический процесс патогены в воде и повышает ли устойчивость урожая новое удобрение.

Источник

Растения научились усваивать азот из воздуха

Микроорганизм будет препятствовать и развитию грибных заболеваний, так как выделяет в окружающую среду биофунгициды и вещества, способствующие росту, сообщает пресс-служба Томского государственного университета (ТГУ)
«Азот является одним из наиважнейших элементов питания для растений, без него невозможен синтез аминокислот и, соответственно, белков, – приводит пресс-служба ТГУ слова доцента кафедры позвоночных и экологии БИ ТГУ, директора научно-инновационного центра «Планта» Ольги Вайшля. – Несмотря на то, что содержание азота в воздухе составляет 78%, и над каждым гектаром земли содержится около 80 тысяч тонн азота, он является дефицитным элементом питания».Растения не могут усвоить молекулярный азот воздуха N2: они поглощают его только из аммиака или нитратов. В природе лишь бактерии способны к азотфиксации. Ученые научились использовать этот природный механизм. Они выделили штамм бактерий AZ-D10, который селится на корнях растений, обеспечивая им доставку аммонийного азота, ауксинов и цитокининов, биотина, пантотеновой кислоты и других ценных веществ.

Помимо этого, биологи выделили штамм бацилл Pl-04, мобилизующий фосфор и кремний из объектов литосферы. Оба «новичка» оказались устойчивыми к действию пестицидов. На основе двух собственных штаммов и штамма, приобретенного во Всероссийской коллекции микроорганизмов, ученые создали уникальный препарат «БиоВайс» в сухой форме. Микробиологическое удобрение работает как пищевая добавка, помогая растению избежать дефицита питательных веществ в слабоплодородной почве и, в то же время, замедляя появление различных болезней – мучнистой росы, корневой гнили, парши и фузариума. Инновационный препарат уже оценили по достоинству фермеры Томской и Новосибирской областей, с удивлением обнаружившие повышение урожая на 10-30 процентов. На Алтае злаки, привитые бактерией, легко пережили длительную засуху.

Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Дзен.новости | Группа Вконтакте.

Источник

Азотные удобрения из воздуха, солнечного света и воды

Американская компания Nitricity разработала установку, способную производить недорогие и экологически чистые удобрения, используя азот из воздуха и энергию солнечного света. Кроме того, технологию можно использовать непосредственно на месте, рядом с насаждениями, что полностью сведет к нулю выбросы парниковых газов при транспортировке удобрений.

Удобрения из воздуха

Азот — важнейший микроэлемент, необходимый растениям для стимулирования роста и наращивания зеленой массы. Плазменный реактор Nitricity использует солнечную энергию для фиксации из воздуха молекулярного азота, который затем преобразуется в азотную кислоту, вещество, содержащее азот в более доступной для растений форме.

Инновационная технология компании Nitricity напрямую конкурирует с промышленным производством аммиака — процессом, который создает больше CO₂, чем любой другой химический процесс, осуществляемый человеком на Земле. Дело в том, что основным сырьем для фиксации атмосферного азота на сегодняшний день является водород, полученный конверсией природного газа. Кроме того, дополнительные выбросы появляются за счет ископаемого топлива, используемого для нагревания и поддержания реакции. Технология Nitricity обнуляет эти выбросы.

Пилотный проект

Первый прототип установки появился на ферме по выращиванию томатов во Фресно, штат Калифорния. Стартовая солнечная система представляла собой комплекс из 16 наземных панелей напряжением 75-85 В и максимальной мощностью 2,4 кВт. Реактор напрямую подключался к системе орошения, используемой для подкормки томатов. Полученный урожай сравнивался с контрольной группой насаждений, получающих классические удобрения. Исследование показало, что ни количество, ни качество плодов с экспериментальных грядок не уступало обычным.

В октябре 2021 года компания начала коммерческую эксплуатацию новой установки с 144 солнечными панелями для энергоснабжения реактора на полях, где выращивается зеленый перец.

Решение для фермеров-инноваторов

Nitricty утверждает, что их технология понравится широкому кругу клиентов. Ключевыми характеристиками продукта компании являются обезуглероживание, децентрализация и приватизация производства удобрений. Система легкодоступна и полностью автономна благодаря использованию солнечных модулей. Причем непостоянство выработки в данном случае не только не является препятствием, но даже желательно для оптимальной производительности.

Из-за особенностей ценообразования удобрений фермер покупает их в 2-5 раз дороже, чем затрачено на их производство на заводе. Это обстоятельство может дать фермерам дополнительный финансовый стимул для опробования новой технологии.

Системы по производству удобрений Nitricty могут сочетаться с теплицами, работающими на солнечной энергии, и другими устойчивыми методами земледелия. Тогда солнечная энергия будет незаменима для продовольственного снабжения людей в будущем.

Источник

Потепление ускоряет добычу азота деревьями. Это упростит дальнейшее глобальное озеленение

Фиксация азота важна для поддержания ускоренного роста растений — и, как теперь выяснилось, сильнее всего она работает при очень высоких температурах. Это объясняет дефицит азота в почве северных земель.

Красная ольха, один из важнейших азотфиксаторов умеренного пояса. Азот, который попадает в почву благодаря ее бактериям-симбионтам, упрощает жизнь и множеству других видов растений / ©Wikimedia Commons

Сегодня на Земле идет глобальное озеленение: площадь листьев быстро увеличивается, из-за чего планета на спутниковых снимках из космоса с каждым десятилетием выглядит зеленее, чем раньше. Зеленая биомасса растений при этом растет быстрее, чем площадь листьев, поскольку рост концентрации СО₂ в воздухе снижает потребность отдельных растений в избыточной площади листьях (те служат для поглощения углекислого газа, а для фотосинтеза зачастую достаточно меньшей листовой поверхности).

Однако все эти процессы, вызванные антропогенными выбросами углерода, вызвали у ряда ученых опасения по поводу будущего дефицита почвенного азота. Азот нужен всем живым существам для построения важных компонентов клеток, без него даже высокое количество СО₂ в воздухе не даст дальше наращивать зеленую биомассу. Многие утверждали, что усиленный рост растений исчерпает запасы азота в почве, после чего глобальное озеленение может остановиться.

Чтобы прояснить этот вопрос, группа исследователей из США изучила, как процессы биологической азотфиксации протекают при повышении температур. Работа опубликована в Nature Plants.

Азотфиксацией называют процесс усвоения живыми организмами азота из атмосферного воздуха. Нужные для этого гены встречаются только у бактерий и архей, но их нет у растений. Однако многие виды растений традиционно существуют в симбиозе с почвенными бактериями, расположенными у их корней. Растения снабжают бактерий-симбионтов сахаром (на фиксацию грамма азота уходит 500 граммов сахарозы), а те дают им азот. Выработка сахаров растениями в теории связана с температурой, но достоверно выявить, при какой она самая высокая, сложно.

Например, хотя считается, что фотосинтез растений оптимально идет при плюс 25-30 градусах, на деле эксперименты показывают: оптимальная температура фотосинтеза для листьев растений одного и того же вида зависит от той температуры, при которой эти листья сформировались. Для листьев озимой пшеницы, сформировавшихся при плюс 35, оптимальной температурой фотосинтеза будут те же плюс 35 градусов. Но в дикой природе, вне лабораторных экспериментов, озимая пшеница с такой температурой практически не сталкивается. Для антарктических растений оптимальная скорость фотосинтеза достигается при плюс 8-15, а для теплолюбивой Tridestomia oblongifolia — при плюс 45.

Поэтому расчетно оценить, как будет меняться скорость азотфиксации у симбионтов реальных растений, чрезвычайно сложно. Оптимальным были бы наблюдения или эксперименты, позволяющие выяснить это эмпирическим путем. Авторы новой работы взяли саженцы красной ольхи (Alnus rubra), один из видов восковницы (Myrica cerifera), робинии ложноакациевой (Robinia pseudoacacia) и тропическое дерево Gliricidia sepium. Эти виды были выбраны как представители родов, играющих большую роль в азотфиксации по всему миру. В экспериментах (в закрытом грунте) ученые постепенно повышали температуры и замеряли скорость азотфиксации для бактерий-симбионтов в каждом из случаев.

Выяснилось, что самой высокой эта скорость была при плюс 29,0-36,9 градуса — температурах, с которыми даже тропические деревья сталкиваются не везде, а там, где сталкиваются, — не слишком часто. Деревья умеренного климата сталкиваются с чем-то подобным вообще редко. Из этого авторы делают вывод, что в экосистемах с прохладным климатом эффективность азотфиксации как минимум для деревьев ограничивается температурой — и это может объяснять типичную бедность северных почв азотом, особенно тяжелую в северной тайге.

Исследователи также отмечают, что плюс 29,0–36,9 градуса, напротив, были нормой в мезозое и раннем кайнозое. По их мнению, именно такие высокие температуры способствовали эволюции симбиоза азотфиксирующих бактерий и растений. Последующее охлаждение климата продолжительностью в десятки миллионов лет, наоборот, могло заставить часть родов растений потерять способность к азотфиксации: стало слишком холодно для того, чтобы она оставалась вполне эффективной.

Кроме этого, авторы замерили скорость фотосинтеза для каждого растения при концентрации СО₂ в воздухе в 275 частей на миллион (такая была до промышленной революции) и при 400 частях на миллион (такая была в 2010-х). Оказалось, при доиндустриальных количествах СО₂ оптимальные температуры для фотосинтеза были намного ниже, чем при современном уровне СО₂.

Глобальное потепление имеет не только негативные последствия: оно заметно снизило смертность среди людей и увеличило биомассу в дикой природе, запустив процесс глобального озеленения.

Источник