Medan jordbruksproduktionen runt om i världen kämpar med sjunkande markhälsa, Australiska forskare undersöker produktionen av ett hållbart organiskt kvävegödselmedel gjord av akvatisk cyanobakteriell biomassa - perfekt lämpad för dåligt nedbrutna områden som är beroende av kemiskt gödningsmedel.

"Många jordar försämras och blir mindre bördiga. Detta utmanar jordbruket att producera tillräckligt med högkvalitativ mat för att föda den ständigt växande befolkningen, som ytterligare förvärras av klimatinstabilitet som hotar växtodlingen, "säger forskare vid Flinders universitet, docent Kirsten Heimann.

Forskare i Australien, USA och Europa testar en ny biogödsel gjord av en snabbväxande sötvattenscyanobakterie Tolypothrix, som kan fixera kväve från atmosfären utan behov av ytterligare kvävegödsling, gör biomassan billig att producera jämfört med alternativa mikroalgal- och makroalgala biogödselmedel.

Denna form av giftfria blågröna alger kan odlas i sötvatten, och till och med lätt salthaltigt eller industriellt avloppsvatten som från koleldade kraftverk, forskargruppen har hittat. Insamling av biobränsle kan också användas för att kompensera produktionskostnaderna.

Energiinmatningar för produktion av Tolypothrix biomassa kan kompenseras genom att producera biogas, i huvudsak en metanrik gas för att antingen torka biomassan för att utvinna högvärdigt hälsotillskott phycocyanin eller för att producera kol- och kväverika flytande och fasta biogödselmedel för att åtgärda markens infertilitet.

I en nyligen publicerad tidning i Chemosphere, Dr Heimann och kollegor i Australien, USA och Spanien undersöker Tolypothrix-produktion som en hållbar lösning för biologisk markförbättring, som i kombination med biogas eller det spirulinaliknande näringspulvret lovar "stark ekonomisk avkastning för regionala och avlägsna jordbrukssamhällen."

"Australiensiska jordar, särskilt i det marginella vetebältet i västra Australien, är strukturellt nedbrutna, som inte kan övervinnas genom applicering av syntetiska gödselmedel, "säger docent Heimann, från Flinders University Center for Marine Bioproducts Development i South Australia.

"För att förbättra markstrukturen, organiska kolapplikationer krävs för att återställa markens förmåga att upprätthålla ett hälsosamt jordmikrobiom och för att förbättra jordens katjonutbyte av näringsämnen och vattenhållande kapacitet. "

Forskare säger att omvandling av dammproducerad cyanobakteriell biomassa producerad på jordbruksmark skulle ge en viktig in-situ-källa för förnybart kväverikt gödselmedel, också bidra till att minska koldioxidutsläppen från produktion och transport av kemiska gödselmedel.

Högre energi- och matkrav förutspås som en följd av förväntad global befolkningstillväxt, FN förutspår att nå 8,5 miljarder år 2030, 9,7 miljarder år 2050 och 10,9 miljarder år 2100.

Dessa prognoser uppmuntrar forskning om biogödsel och biogasproduktion genom hållbar energiproduktion med organiskt avfall från kontrollerad produktion av biomassa såsom mikroalger och flercelliga cyanobakterier.

Forskare har tidigare rapporterat fotosyntetisk fixering av CO2 av cyanobakterier på 100 till> 200 ton CO2ha − 1y − 1under odlingsförhållanden utomhus i öppna dammar, raceway dammar, fotobioreaktorer och bifogade tillväxtbioreaktorer.

Till skillnad från många cyanobakteriella arter, Tolypothrixsp., en sötvattenscyanobakterie, är filamentös och bildar aggregat som självflockulerar, vilket gör det mycket enkelt att skörda från suspensionskulturer, minska avvattningskostnaderna med upp till 90%, studier tyder på.

Artikeln, "Biomassaförbehandlingar av den N2-fixerande cyanobakterien Tolypothrix för samproduktion av metan, "av C Velu, OP Karthikeyan, DL Brinkman, S Cirés och K Heimann, har publicerats i Kemosfär