城市农业有潜力通过本地、高效和可持续的粮食生产来改善粮食安全。城市粮食系统的例子包括水培法(植物在没有土壤的营养液中生长)和鱼菜共生法(将水培法与水箱养鱼相结合)。
伊利诺伊大学香槟分校的一项新研究考察了水培废水作为水培系统中生菜生长介质的用途。这种做法有可能为有机废物回收和食品生产创造一个循环生态系统。
研究人员测试了两种水产养殖系统的废水和热液液化 (HTL) 产生的液体残余物，热液液化是一种新兴技术，通过高温高压工艺将湿生物质转化为生物原油。HTL 产生的废水称为热液液化水相 (HTL-AP)，富含营养物质，可用作肥料。
“我们想看看水产养殖系统中鱼粪中自然产生的微生物是否有助于将 HTL-AP 中的营养物质转化为植物可以吸收的形式。我们专注于利用废水进行生菜种子发芽。最终，我们将观察作物生长的不同阶段，包括成熟生菜和其他作物，”主要作者Liam Reynolds说道，他是农业和生物工程系(ABE)的博士生，该系隶属于伊利诺伊州农业、消费者和环境科学学院和格兰杰工程学院。
雷诺兹在 ABE 读本科时进行了这项研究。他在内布拉斯加州奥马哈举行的 2023 年美国农业和生物工程师学会年度国际会议上的KK Barnes 学生论文奖竞赛中获得了第二名。
为了进行这项研究，雷诺兹将 Buttercrunch 生菜种子放在 Ziploc 塑料袋中，放在浸透废水处理液的纸巾上放置 10 天，测量种子的发芽率和生长情况。
他测试了 32 种试验溶液，将不同比例的 HTL-AP 与伊利诺伊大学贝维尔咖啡馆和芝加哥农业科学高中的水产养殖系统废水混合。试验还包括标准水培肥料和去离子水作为对照溶液。
“我们之前已经证明，使用处理过的废水进行水培生菜是可行的;但是，它的生长速度和效率并不如预期那么快。可能有一些有毒化合物会抑制植物的生长，而且植物可利用的养分也不足，”论文合著者、ABE 副教授Paul Davidson说道。
在早期的研究中，戴维森的研究团队使用了 2.5% 的 HTL-AP;然而，雷诺兹测试的解决方案范围从 1% 到 10%。
“我们发现，含有高达 8% HTL-AP 的溶液仍然有利于植物生长，至少在发芽阶段是如此。这是之前任何人证明过的 HTL-AP 百分比都比现在高，”戴维森表示。“这使得回收废物流成为可能，否则废物流将进入废水处理厂，这会占用资源，或者会排放到环境中造成污染。”
虽然研究人员没有发现鱼粪微生物在种子发芽阶段对生菜有益的证据，但他们预计在生菜生长过程中会看到效果。目前，他们得出结论，HTL-AP 和水产养殖废水的组合不会抑制生菜种子的发芽。
水培废水最终可以补充甚至取代标准液体肥料，尽管还需要做更多的工作来确保废水的正确组合，为水培作物生产提供足够的营养。戴维森的团队还将解决食品安全问题，因为一些废水源可能含有对人体有毒的重金属。
研究人员得出结论，找到替代营养来源对于提高全球粮食生产系统的循环性以及减少对化石燃料衍生的化学肥料的依赖至关重要。
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