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每年,一个马萨诸塞州大小的“死区”横跨墨西哥湾。密西西比河流经美国的农业区,将多余的化肥扫过,并将这些化学物质排入墨西哥湾,在那里,这些化学物质滋养了猖獗的藻类,耗尽了氧气,杀死了海洋生物。

在美国在美国,类似死亡区域的较小版本会感染湖泊、池塘和河流。在降雨量较高的年份,比如2018年,马萨诸塞州的查尔斯河从周围的城市街道、停车场和景观校园收集了足够的污染物,导致水质下降。不受控制的藻类生长,往往是过量施肥的结果,会损害海洋、人类甚至宠物的健康:今年,几只狗在有毒的蓝藻窒息的水中游泳后死亡。

现在,哈佛大学的科学家们正与可持续发展官员和园林绿化专家合作,测试一种不会冲进供水系统的新肥料。这个团队包括迪莱克·多古坦、昆汀·吉利和保罗·史密斯,他们计划从今年冬天开始在哈佛大学的校园里试点可持续生物肥料。Daniel Nocera发达在实验室中,帕特森罗克伍德教授的能量,活着的生物肥料,运营只有阳光,空气和水,是植物,产生更大的和更健康的标本,减碳,吸收空气中的二氧化碳,它们把土壤中的危险的温室气体。

这项开拓性的工作始于去年春天,当时Nocera集团的首席研究科学家Dogutan收到了来自总统管理创新基金(PAIF)的一封电子邮件。在这篇文章中,她看到了将实验室的研究成果应用到窗外校园的机会。在之前的实验中,研究小组使用生物肥料培育的萝卜比不施肥的萝卜大三倍以上。但是实验是在温室的稳定条件下进行的。

Dogutan说:“我们想把这项研究从受控环境中剥离出来,看看土壤酸度、空气、温度、湿度等因素的影响。”为了做到这一点,她需要帮助。通过PAIF,她与哈佛大学可持续发展办公室FAS绿色项目实验室可持续性和能源经理Gilly以及景观服务副经理Smith组成了一个合作团队。

吉利说,该校正在向全有机肥料过渡,目标是到2020年有机景观覆盖率达到75%。但是这些肥料最终还是会进入水中;诺塞拉实验室的生物肥料则没有。

这种生物友好肥料于2018年发明,它依赖于一种名为自养黄杆菌的工程蓝藻细菌。这项发明结合了多年的研究成果,可以追溯到Nocera的人工叶子技术,该技术可以将水分解成氢气和氧气,比任何叶子的光合作用效果都好。

这种新的处理方法利用水分解产生的氢与空气中的氮结合产生氨,植物可以将氨吸收到根部。由于无机肥料和有机肥常常给植物提供比它们一次所能使用的更多的氮和磷,多余的氮和磷就被冲走了。但是生物肥料在植物的根部是安全的,储存起来以备将来使用。

这项创新还有另一个生态友好的诀窍:细菌从空气中吸收二氧化碳。“在美国使用新的生物肥料方法我们可以通过将碳封存在土壤中,每年清除大量的二氧化碳。

的帮助下技术开发的办公室,Nocera,帕梅拉银,艾略特t和Onie h·亚当斯哈佛医学院生物化学和系统生物学教授,和冯晓文,前她的实验室,成立了一家名为Kula生物,安排第一现场试验校外。Kula Bio希望它的产品能够取代所有的合成氮肥——那些造成高水平径流和二氧化碳排放的肥料——成为一种低成本的有机生物肥料。

在PAIF的资助下,Dogutan和她的团队将从2020年冬季到明年秋季对这种肥料进行大规模测试。但是,在校园可持续发展创新基金(Campus Sustainability Innovation Fund)早些时候的资助下,她已经种植了两个小试验田。在其中一个项目中,她和Nocera实验室的成员、艺术与科学研究生院化学系的博士生丹尼尔·洛(Daniel Loh)清理了两个停车位大小的花园,花园之间有一个两英尺(约合1.6米)高的草坪缓冲区。Loh种了萝卜、萝卜和菠菜。然后,每周,他给其中一株施肥100毫升混合了水的工程蓝细菌,并将其喷洒在植物上。另一组没有细菌,也得到了同样多的水。

从4月到8月,Loh和本科生研究人员Ellen Deng和Lauren Church对这些植物进行了监测,并收集了数据。Loh的测量显示,生物肥料不仅帮助他的植物长得比那些未受精的植株更大,而且细菌也没有渗透到周围的植物中。他说:“营养物质在植物扩散到很远的地方之前就被植物吸收了。”

数据收集完成后,Loh吃了他的研究:他收获并与整个Nocera小组分享他的蔬菜。

接下来,邓想种粉红玫瑰,她最喜欢的花。Gilly希望在校园雨水花园中使用这种生物肥料,这是由本科生设计的,可以更好地吸收雨水,防止积水。“每年,新入学的一年级新生都对环境事业越来越有热情,”吉利说。“他们是一股不断壮大的可持续发展力量。”

在接下来的一年里,Dogutan和哈佛大学的景观服务部门将用生物肥料取代有机肥料,在哈佛大学剑桥校区的各个区域使用。多古坦说,越多越好。更多的数据将帮助她和团队磨练他们的产品,使其广泛使用。

“这仍然是一个非常新的研究,”Dogutan说。“我们仍在试图找出细节:负载、序列,也许我们需要用不同的方式设计细菌。一旦他们这样做了,他们希望鼓励所有哈佛校园考虑改用生物肥料,以此来提高大学对可持续发展的承诺,并最终赢得更广泛的接受,或许还能终结“死亡区”。

多古坦说:“我们必须采取行动,因为我们正在毁灭世界。“每天都来上班很好,但我们更高的目标是什么?”不仅仅是发送电子邮件。至少对我来说,更崇高的目标是尽我所能回馈哈佛社区。”

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新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.harvard.edu/gazette/story/2019/09/how-a-biofriendly-fertilizer-could-offer-a-greener-way-to-grow-plants/

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