El verano pasado, la "zona muerta" del Golfo de México abarcó más de 6,400 millas cuadradas, más de tres veces el tamaño que debería haber sido, según la Fuerza de Tarea de Hipoxia del Golfo. La escorrentía de nitrógeno de las granjas a lo largo del río Mississippi termina enel Golfo, alimentando algas pero privando a otras especies marinas de oxígeno cuando las algas se descomponen. Los 12 estados que bordean el Mississippi han recibido el mandato de desarrollar estrategias de reducción de nutrientes, pero una estrategia especialmente efectiva no se ha adoptado ampliamente: los biorreactores.
Los biorreactores son sistemas de filtración pasiva que aprovechan un proceso bacteriano conocido como desnitrificación para eliminar del 25 al 45 por ciento del nitrato en el agua que drena de los campos agrícolas. La investigación e instalación de biorreactores se ha acelerado en la última década, pero la Universidad de IllinoisLa profesora asistente de calidad del agua Laura Christianson y sus colegas están instando a pasar de la prueba de concepto al despliegue a gran escala.
"Los biorreactores son una de las prácticas de campo más efectivas, pero hasta ahora, no se han implementado a gran escala", dice Christianson.
Los diseños varían, pero la disposición típica para un campo de 40 a 80 acres es un pozo grande 100 x 20 pies situado justo por delante de donde las tuberías de drenaje fluyen hacia zanjas o arroyos. El pozo está lleno de carbono rico en materia orgánica.material: generalmente astillas de madera, pero a veces mazorcas de maíz, biochar u otra materia. Las bacterias desnitrificantes viven en el material orgánico y utilizan su carbono como fuente de energía para convertir el nitrato en el agua en el inofensivo gas nitrógeno que constituye el 78 por cientode nuestra atmósfera.
Un beneficio de los biorreactores como estrategia de gestión de nitrógeno es su relación costo-beneficio. Los biorreactores pueden costar aproximadamente $ 10,000 para instalar, pero el costo compartido está disponible a través del Servicio de Conservación de Recursos Naturales del USDA por aproximadamente la mitad de eso. Es importante destacar que los biorreactores generalmente operandurante 10 años antes de que las astillas de madera deban reemplazarse.
"Es un gran costo inicial en comparación con un cultivo de cobertura, pero luego eres 'uno y listo' durante 10 años", señala Christianson.
Christianson armó un número especial de la Revista de Calidad Ambiental centrándose en los biorreactores. Quince artículos en el número resumen el estado del arte de la tecnología de biorreactores, confirmando que los biorreactores podrían ser una parte efectiva de un enfoque integrado para el manejo de nitratos.
Un gran componente para la eficiencia del biorreactor es el diseño.
Según Christianson y otros expertos que contribuyen al tema especial, las tasas de flujo pueden afectar significativamente la eficiencia de los biorreactores. Durante los períodos de bajo flujo, el agua puede mantenerse en los biorreactores durante demasiado tiempo, creando condiciones para diferentes bacterias que crean hidrógeno nocivogas sulfuro. Del mismo modo, en períodos de alto flujo, el agua puede moverse demasiado rápido para una eliminación eficiente de nitrógeno.
"Los sistemas de drenaje de azulejos nunca fluyen a una velocidad constante", explica Christianson. "Los biorreactores deben diseñarse estratégicamente para optimizar el tiempo de retención y maximizar la eliminación de nitrato sin subproductos indeseables"
La temperatura y los cambios estacionales también afectan qué tan bien funcionan los biorreactores.
"El período crítico para la pérdida de nitrato es a principios de la primavera, antes de que las plantas crezcan y absorban nitrógeno", dice Christianson. "Snowmelt pone una cantidad significativa de agua a través de un biorreactor, dependiendo de dónde se encuentre. Y porque el deshielo y el comienzo de la primaverael agua de drenaje es más fría, las bacterias no son tan eficientes "
Christianson y sus colegas están pidiendo más investigación a escala de campo para optimizar el diseño para el conjunto de condiciones únicas de cada campo.
"Ahí es donde me interesa la investigación: crear mejores diseños. Pero al otro lado de esa moneda, no queremos avanzar tanto en el diseño que se vuelva realmente complicado. Hay una belleza en la simplicidadde una trinchera llena de astillas de madera ", dice Christianson.
El artículo que presenta el número especial, "Moviendo los biorreactores desnitrificantes más allá de la prueba de concepto: Introducción a la sección especial", aparece en el Revista de Calidad Ambiental junto con 14 artículos adicionales sobre el tema.
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Materiales proporcionado por Facultad de Ciencias Agrícolas, del Consumidor y del Medio Ambiente de la Universidad de Illinois . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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