Kunne Dette Slimy Corn 'Fix' Et Af Jordens Største Forureningsproblemer?

{h1}

Kvælstoffiksering er en proces, som planter bruger til at fremstille ilt fra luften og omdanne det til en anvendelig form.

Det ligner nok ikke noget majs, du har set. Ved 16 fod (5 meter) står den omkring dobbelt så høj som konventionel majs. Og stikkerne stænger højt over jorden, er luftrødder, røde fingerlignende fremspring belagt i slime.

Men på trods af denne alienlignende goo er denne slags majs - indfødte til Sierra Mixe-regionen i Oaxaca, Mexico, hvor lokalbefolkningen længe har dyrket og spist det - bemærkelsesværdig af en anden grund. Det er den eneste majs, som videnskabsfolk kender til, der kan tage kvælstof direkte fra luften og bruge den til at vokse.

Kvælstof er et væsentligt næringsstof, og evnen til en større afgrøde til at bruge atmosfærisk nitrogen ville ændre verden og reducere kvælstofforureningen, der er blevet en af ​​de største miljøproblemer, der rammes af kloden. [Virkeligheden af ​​klimaændringer: 10 myter busted]

Hvad er kvælstoffiksering?

Alle levende organismer har brug for nitrogen. Det er nødvendigt at bygge proteinerne, for eksempel, som gør det muligt for organismer at fungere og vokse. Men selvom atmosfæren er 78 procent nitrogen, er den uden for rækkevidde fra dyr og de fleste planter. Det skyldes, at kvælstof i vores luft består af to nitrogenatomer, tæt sammenbundet, og det kræver meget energi at bryde, siger Alan Bennett, en plantebiolog ved University of California, Davis, som hjalp med at analysere kvælstoffastgørende majs.

Blandt afgrøder kan kun bælgplanter, såsom sojabønner, bønner og alfalfa, få adgang til dette kvælstof - og kun ved hjælp af bakterier. Mikroberne bruger et enzym til at omdanne - eller "fikse" - atmosfærisk nitrogen i anvendelig form, forbindelser som ammoniak (et nitrogenmolekyle bundet til tre hydrogenmolekyler) eller nitrat (et nitrogenbundet til tre oxygenmolekyler), sagde Bennett.

De fleste større afgrøder, såsom majs, hvede og ris, kan ikke ifølge R. Ford Denison, en afgrødeøkolog ved University of Minnesota.

Hvorfor er der kvælstofforurening?

Fordi afgrøder ikke kan omdanne kvælstoffet i luften til en form, de kan bruge, skal landmændene levere fast kvælstof til dem i form af gødning. I begyndelsen af ​​det 20. århundrede udviklede den tyske forsker Fritz Haber det såkaldte Haber-Bosch-proces til at omdanne atmosfærisk nitrogen til ammoniak - grundlaget for syntetisk gødning, der nu fodrer næsten halvdelen af ​​verden. "Uden evnen til at producere syntetisk gødning ville vi ikke kunne producere nok mad til den nuværende befolkning," sagde Bennett.

Problemet er, at det er svært for landmændene at estimere præcis, hvor meget gødning der er behov for, hvilket fører til overbrug og affald. Ca. 57 procent af kvælstof i gødning ender med at forurene miljøet, siger Xin Zhang, en miljøforsker ved University of Maryland Center for Miljøvidenskab.

Denne tilstrømning forstyrrer Jordens naturlige kvælstofcyklus. Normalt bliver kvælstof genbrugt tilbage i jorden. Nitrogen i planter, for eksempel, er i en brugbar form, så når de taber blade, frø eller blot dør, kommer kvælstofet tilbage til jorden for andre planter at bruge. Dyr bringer også brugt nitrogen tilbage til jorden gennem urin og afføring. "Det vigtigste er, at ingen tog noget kvælstof langt væk," fortalte Denison WordsSideKick.com.

Når afgrøder afsendes over hele verden, bliver kvælstof ikke genbrugt - tvinger landmændene til at genopfylde det med gødning.

Hvad er den store deal?

I en analyse fra 2009 i tidsskriftet Nature of the Worlds store miljøproblemer fandt forskerne, at kvælstofforurening allerede har passeret det punkt, hvor det kan føre til ødelæggende konsekvenser. De eneste to andre problemer, hvor planeten havde overskredet en sådan tærskel, var klimaændringer og tabet af biodiversitet, ifølge analysen.

I USA ender f.eks. Overskydende kvælstof fra gødninger op i floder og vandveje, der dræner ud i Mexicogolfen. Algegorge på nitrogenet, der sprer sig som algblomstrer. Men når algerne dør, dræber bakterierne, der forårsager nedbrydning, hele iltet i vandet, hvilket skaber såkaldte døde zoner, der dræber havets liv. National Oceanic and Atmospheric Association anslog den døde zone i Mexicogolfen til at spænde over et område omkring størrelsen af ​​New Jersey.

Nitrater kan også sive ind i vandforsyningen ved giftige niveauer. Nogle kvælstof kan frigives i luften som nitrogenoxid (to nitrogenmolekyler bundet til et oxygenmolekyle), som nedbryder ozonlaget og er en drivhusgas, der forårsager global opvarmning, sagde Zhang.

Produktionen af ​​selve gødningen er også en energiintensiv proces, der producerer drivhusgasser. Gødning er dyrt og spilder det kan koste milliarder af dollars på verdensplan, ifølge David Zilberman, en landbrugsøkonom ved University of California, Berkeley.

Med U.N. prognoser om, at befolkningen vil nærme 10 mia. I 2050, vil efterspørgslen efter mad - og kvælstof - kun intensivere.

Kan denne slimede majs komme til undsætning?

Slime på Sierra Mixe giant mexicansk majs, hvilke forskere beskrevet i en ny undersøgelse offentliggjort i PLOS Biology den 7. august, fodrer et samfund af bakterier, der fikser nitrogen i luften. Selv om denne mucus-overdækkede majs har nogle videnskabsmænd spændt, vil det nok ikke løse noget med det samme."Denne mais er selvfølgelig meget produktiv for samfundet, den er vokset i, men den er ikke direkte anvendelig for konventionelle produktionssystemer af majs," sagde Bennett. For det tager det otte måneder at modne - meget længere end konventionelle majs tre måneder.

Forskerne målte, at majsen fikseret fra 29 procent til 82 procent af sit eget kvælstof. Men det beløb er ubetydeligt i forhold til hvad landmændene kræver for deres marker, sagde Denison.

Det kan dog hjælpe forskere med at udvikle eller opdrætte kvælstoffastgørende majs - enten alene eller ved hjælp af bakterier - der kan fodre verden. Udfordringerne er ikke desto mindre enorme, sagde Denison.

For at fikse nitrogen kræver bakterier meget energi, hvilket kræver ilt. Men ilt bryder ned enzymet, som mikroberne er afhængige af til at fastgøre nitrogen. Legumes løser problemet ved at holde bakterierne inde i knuder i rødderne, hvor planten kan styre, hvor meget ilt mikroberne får. At konstruere eller udvikle denne kapacitet i majs er en stor udfordring. "Jeg ser ikke nogen udsigt til det der sker i min levetid," sagde Denison.

Bennett er meget mere sanguine. Biotekvirksomheder, landbrugskorporationer, startups og endda Gates Foundation har hældt ressourcer til at udvikle kvælstoffastgørelsesafgrøder. "Jeg er ret sikker på, at alle disse tilgange vil konvergere på nogle måder inden for fem eller ti år," sagde han. "Vi vil sandsynligvis se et betydeligt niveau af kvælstoffiksering, der forekommer i konventionelle majsafgrøder."

Hvis sådan teknologi kommer til at ske, og det virker også for andre afgrøder, ville fordelene være enorme. Dårligere landmænd, der ikke har råd til gødning, som dem i det sydlige Afrika, ville være i stand til at øge deres udbytte til en værdi af 2,5 milliarder dollar til 7,2 milliarder dollar, sagde Zilberman. I den mest optimistiske sag sagde han, at fuld adoption kunne føre til 17 mia. Dollars til 70 mia. Dollars i omkostningsbesparelser over hele verden.

"Denne teknologi vil være revolutionerende," sagde han. "Det vil være godt for landmændene, det vil være godt for forbrugerne, og det vil være godt for miljøet."

I mellemtiden kan landmændene vedtage strategier til kun at levere gødning, når og hvor det er virkelig nødvendigt. Som en del af det såkaldte præcisionslandbrug, hjælper ny teknologi som sensorer og droner landmændene mere effektivt, sagde Zhang.

Oprindeligt udgivet den WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com