土壤搜索

土壤正面临一场危机。而发达国家的空气和水的质量有所提高,土壤被认为是理所当然的,鲁本Sakrabani说土壤化学家在英国克兰菲尔德大学。现在我们已经到达了一个点,我们需要重新评估我们目前土壤管理。“气候变化和过度使用化肥使其容易受到侵蚀和丧失生育能力,严重影响我们的能力来养活地球上的每个人都在未来。

尽管我们中的一些人谈到的塑料袋从花园中心,土壤作为生活的开始,基岩风化分解成颗粒微生物和植物的领地。这些衰变成为肥沃的土壤混合物我们知道的一部分(参见下面的盒子是什么土壤)。Sakrabani和许多其他研究人员现在关心的土壤健康的持续能力土壤维持植物、动物和人类最终。的欧盟报告说,60 - 70%的欧洲土壤退化和大约十亿吨土壤被侵蚀冲走每年花费€12.5亿(£10.6亿)。根据联合国支持的一项研究中,大约有三分之一的全球土壤健康下降,与240亿吨的肥沃的土壤流失每一年。

有张力的粮食安全和土壤健康,”菲茨西蒙斯马克解释说,环境化学家在英国普利茅斯大学。二战后,发达国家走向集约化农业…化肥的应用程序管理根据产量而不是影响土壤健康,也对其他环境因素的影响。菲茨西蒙斯”也表明,土壤质量差导致的减少我们的食物的营养价值:“必要的元素没有被取代。硒小麦”就是一个例子。

浸出和损失

艾伦,创始人兼执行董事土壤可持续发展联盟要求土壤“沉默的猛犸”支撑环境中的其他。但现在成为一种威胁,尤其是对水健康和水生生物,因为它失去的时候。过量的化肥,设计添加氮、钾和磷(NKP)重返土壤,造成了污染我们的水道喂食有毒赤潮。现在英国和欧盟法规限制这种伤害但硝酸浸出也表明土壤无法抓住从化肥养分供应。

向土壤中添加硝酸化学形式是最糟糕的事情我们可以做的希望保留,”菲解释道。问题是硝酸离子带负电荷,因此许多氧化物种的土壤颗粒。硝酸的粒子无法轻易坚持即使它想,它被拒绝,因此这是一种移动的氮。他表明,蛋白质,更大的分子氮、碳、氧和可能与带正电的站点,可以附着在土壤粒子和排列方式更稳定。它可以根据需要使用和分解,他解释说。

也逐渐从大量养殖的土壤有机碳的消耗,不使用化学肥料时得到补充。“我并不是说化肥是坏的,他们已经做了很好的工作,因为他们创造了50 - 60年前,“Sakrabani说。但也有有机物,这基本上是什么使土壤生命系统。就像胶水粘合的土壤颗粒。

土壤有机氮转化为硝酸盐,摆脱它

多年来补充的有机物质下降,特别是在炎热的气候。西班牙南部的一些地区,这几乎是一个沙漠,”Sakrabani说,“在(热,干燥机)南部欧洲的一部分,目前在有机分子的碳会消耗二氧化碳…在热带地区,你有一个类似的挑战,因为它是炎热和潮湿的,所以,营业额也会很快。”

基于他最近的研究人造土壤菲茨西蒙斯,还提出,这消耗的碳会影响土壤保留它含氮量。当碳是有限的,他说在土壤微生物从有机分子和拒绝中提取碳氮。的土壤(有机氮)转化为硝酸盐和摆脱它。”

在这一切之上,退化土壤增加温室气体的释放。土壤储存更多的碳比大气,“说争论,但在一些地区土壤已成为二氧化碳和一氧化氮的排放国。当然生产硝酸铵化肥从能源密集型,哈勃-博施方法生产排放总量为3.6千克每千克的二氧化碳等价物的氮。

“我们认识到,土壤退化,这是一个全球性的问题,但没有明显的集体行动,”菲说。但这是开始改变。小说的建议最近提议之一是传播细碎的玄武岩岩粉到不健康的土壤,被称为“增强风化”。”背后的理论是,二氧化碳也可以被困在硅酸盐材料的晶格中,使得(土壤的碳含量)更稳定…这可能是一个快速赢,”Sakrabani说。一组来自比利时、德国和英国最近测试的方法土豆和增加产量。

回收和补充

其他解决方案专注于回收废料来补充土壤。”作为一个概念,它是我们的祖先做了很多年,“Sakrabani说。他一直与化学工程师彼得·哈蒙德合作首席技术官CCm技术在牛津附近,一个公司开发一种更可持续的化肥,他们说会改善土壤健康。

哈蒙德开始厌氧消化器的产品,利用细菌分解有机物如粪便、废水和食物浪费,在缺乏氧气。过程中产生的沼气(二氧化碳和甲烷),热量和有机digestate剩饭。伟大的优势我们是氨分子在这些来源,已有的哈蒙德解释道。它来自化肥渗滤液或从动物粪便从尿素的分解。在digestate CCm仅仅通过二氧化碳与氨反应生成碳酸氢。然后添加硝酸钙最终与硝酸铵和粉笔与有机digestate混合。他们甚至使用蒸煮器产生的热量,把产品转化为肥料颗粒,与有机碳NKP含量约50%和50%。

除了一个优雅的和可持续的循环过程,削减一些二氧化碳的能力,土壤处理他们的化肥有优势。与矿物肥料,没有(有机碳)回去,”哈蒙德说。加上硝酸铵返回到土壤颗粒的不稳定。'它会分解在溶液中铵和硝酸,两者都将使用的植物,但是它速度慢于如果它也可作为离子直接从一开始。营养物质的浸出相比是减少60 - 70%尿素和硝酸铵矿物肥料。

甚至蔓延肥料和其他有机物质可能导致损失和浸出的营养在植物有机会使用他们。排放非常重要,直接从有机物的分解二氧化碳的排放,但也仍在氨氮的形式在农家,所以他们倾向于要么被淘汰的系统,通过蒸发或离开系统,它们分解成不同的氮的氧化物和对环境造成一定程度的伤害,”解释了哈蒙德。

如果你能使二氧化碳转化为颗粒和确保它继续困在土壤中,将是非常美妙的

这与digestate化肥少发生由于有机材料它包含的类型。留下的(厌氧消化池的)往往是更大的,难以分解,更健壮的分子,所以这些进入土壤,他们将在很长一段时间。使用一个标准的测试公司说,它预计大约20%的土壤中的有机物质保持至少20年。Sakrabani也正在同哈蒙德理解多么稳定碳返回到土壤。“如果你能陷阱二氧化碳进入颗粒并确保它实际上一直被困在土壤发布应用程序,它将是非常美妙的。我还没有得到所有的证据…我们正在做一些温室气体测量来理解这一过程。”

公司建立推进试验与百事可乐公司的化肥和建立了一个工厂在莱斯特沃克斯薯片工厂,他们正在使用废料马铃薯作物肥料。他们也使用Severn特伦特水开发利用污水处理过程。CCm并非唯一一家使用浪费——挪威公司努力改善土壤N2应用开发了一种使用农场氮有机肥料浆生产过程。第一单元在英国被苏格兰农村大学7月。他们的方法使用电场来创建一个等离子体将氨氮转化为硝酸盐,锁定到化肥。

人造土壤

菲也利用废物,但而不是改善不健康的土壤,他白手起家,已经试验了土壤重构基于矿业废物甚至沉积沉淀物,也许本身从土壤侵蚀。通过这些无机材料,例如浪费粘土,并结合,以适当形式的绿色浪费,实际上我们都生活土壤的组成部分,”他说。一些这方面的工作已经与英国康沃尔郡的伊甸园工程合作。

一旦浪费材料,很难把它认为是一个产品

在他们的第一次尝试在2019年创建理想的土壤,他们发现很难保持氮。说,“就我们称之为nitrogen-saturated菲。碳的形式的解决方案是添加生物炭-有机材料,在高温下碳化(300 - 1000°C)在一个有限的氧气供应。他们发现添加生物炭按重量减少10%溶解氮在土壤渗滤液44%,和35%的碳。Fitzsimmon表明生物炭可以提供增加分子的离子交换容量和保留在其毛孔。测试他们的土壤显示维持增长的能力通过长时间热或下雨,等极端气候至少三个星期。

菲也正在同法国团队从港口疏浚沉积物看创造再生的土壤。他们有受到材料动电的治疗——这个过程的低压直流电场应用于协助去除污染物以及添加柠檬酸等可螯合剂和非离子表面活性剂。这个可以做成本效益与批40公斤,但是否能扩大仍然是一个问题。

所有这些尝试使用废料来补充或创建土壤目前浪费规章条例的限制。的问题是,一旦浪费材料,很难把它认为是一个产品之后,“哈蒙德说。菲同意政策变化是至关重要的。统计数据表明,50%的垃圾填埋场的废物的体积是土壤的处理…我认为作为一个社会,它表明我们不重视土壤,”他说。据哈蒙德现在已经环境局在检查的过程中本条例,所以他希望会有改变。

微生物和监控

理解和改善土壤的化学化妆品只是故事的一半。另一半是土壤微生物——这本身已经成为被土壤的退化。的土壤中微生物是生活必不可少的一部分,以同样的方式,帮助植物生长,微生物使人类或动物成长通过殖民消化系统消化系统植物的根部,“说Alberto Acedo创始人之一生态区制造商,总部位于加州的公司,我们生产biofertilisers改善土壤健康。

只有少数的土壤含有大约100亿个细菌,真菌和古生菌和他们的行动将推动对植物养分循环。合成化肥的过度使用或mono-agriculture往往扰乱微生物社区,这可以减少土壤抵抗侵蚀和病原体的能力。公司现在开发biofertilisers为了解决这一问题,通过添加微生物回到土壤。

例子是西班牙公司Symborg,这是生产固氮细菌methylobacterium symbioticum,使植物生长和种子产量,同时减少一氧化二氮的排放。Acedo的生物群落制造商采取了更广泛的方法,希望了解整个网络的微生物殖民不同土壤类型,然后使用AI推断如何优化为每个不同的土壤和作物产量。

他们已经开发出一个全球数据库1000万年从35000年土壤微生物样本覆盖超过122种作物在40多个国家,从哥斯达黎加的香蕉生产玉米在美国。2021年,与拜耳作物科学合作,他们推出了第一个人工智能虚拟助理帮助农民和农学家查明他们的土壤需要以可持续的方式提高产量。

但并不是每个人都认为改善土壤健康的答案是技术,少一些顾问回到集约农业的方法包括离开土地“绿色封面”——绿色固氮植物修复土壤结构和建立生育。“总有这个难题需要产生相同的输出,可以说,用更少的投入。我们必须养活每一个人,”哈蒙德重申。他建议的化肥CCm可持续生产提供一个可持续发展的解决方案。

我们的观念也必须改变

根据当前问题的争论之一是监测土壤质量。现在需要的是一个真正一致的度量,为了测量土壤健康每个人都同意。的一种新颖的高分辨率方法监测土壤的含氮量计算科学家开发了Liangxiu汉在英国曼彻斯特城市大学,帮助防止化肥的控制应用程序。这将目前需要化学分析植物组织的破坏性和昂贵的:分析可能成本约£40每样的,汉说。

相反,她开发了一个人工智能机器人系统,利用成像获取的光谱和空间特征都高于作物树冠和从这个准确预测其氮状态字段的不同部分。betway必威游戏下载大全N2Vision系统,使用机器学习,数据集的3 d作物图像和相应的化学分析。“你可以看到,有非常微妙的改变颜色或(植物)架构[和]这些都是被人工智能,“汉解释道。一旦训练,系统可以绕过化学分析的步骤,并提供准确的氮水平数据基于单独的图像。

一个可行性研究与英国皇家植物园取得了较高的准确性和再现性小麦作物迄今为止,和汉说,他们计划收集数据和训练系统为其他作物。对于这个项目,我们专注于氮,但我们还可以使用图片(量化)其他[属性]pH值和非常重要的营养素像钙和我们计划这样做。”

困难在处理土壤的一部分,与其他自然资源不同,它属于个人,“这是你不能说水或空气,和导致的复杂性”,说。在英国约70%的土壤是由农民和争论现在希望政府将采取行动激励改善土壤健康,包括监控。目前英国的政策,包括可持续农业计划在6月推出,提供支付一些有益的实践,但成本效益分析是相当不透明,争论说,仍然没有对监测土壤健康的承诺。

欧盟也可能在2023年,进一步保护土壤健康发表一个土壤策略这将包括改善土壤清理废料和digestates。但是这可能是太少,太迟了。说,我们的看法也必须改变Sakrabani。我们也需要改变我们的生活方式…我们不能要求草莓,我们需要使用季节性农作物。”,他建议我们应该种植水果和蔬菜并开始开发自己的与土壤的关系。

瑞秋巴西是一个基于科学作家在伦敦,英国