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「硝酸塩が20〜40%減少する」バイオリアクター

イリノイ大学農業・消費者・環境科学部の研究チームは、世界中の農場で使用されているバイオリアクターのデータをまとめました。
中西部のバイオリアクターでは硝酸塩が20〜40%減少しましたが、世界中のバイオリアクターでも同じ結果が得られています。

Denitrifying bioreactors come in many shapes and sizes, but in their simplest form, they’re trenches filled with wood chips. Water from fields or aquaculture facilities flows through the trench, where bacteria living in wood chip crevices turn nitrate into a harmless gas that escapes into the air. 

参照元：https://aces.illinois.edu/news/how-humble-woodchip-cleaning-water-worldwide
– イリノイ大学農業・消費者・環境科学部 University of Illinois College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences. April 15, 2021 –

オーストラリアのパイナップル、デンマークのトラウト、米国中西部のトウモロコシ農家は、同じ農業分野で一括りにされることはあまりありません。

しかし、農作物や動物を育てている彼らをはじめとする多くの人々は、排水中の過剰な窒素という共通の問題に直面しています。

排水に含まれる過剰な窒素は、グレートバリアリーフやメキシコ湾に流れ込み、魚や他の生物の酸素を奪う有害な藻類の発生につながります。

しかし、生産システムや場所を問わず、排水中の窒素量を大幅に削減するシンプルな解決策があります。

それが脱窒バイオリアクターです。

イリノイ大学農学部の助教授であり、米国農業生物学会誌（ASABE）に掲載された論文の主執筆者であるLaura Christianson氏は話します。

「農場からの窒素汚染は、ここイリノイ州のトウモロコシや豆類の農場、オーストラリアのサトウキビやパイナップルの農場、ベルギーの側溝に囲まれた多様な農場など、世界中で問題になっています。私たちは皆、この問題に取り組んでいます。バイオリアクターが私たちを一つの解決策に導いてくれるというのは、本当に素晴らしいことです。」

脱窒バイオリアクターにはさまざまな形や大きさがありますが、最もシンプルな形は、溝に木片を敷き詰めたものです。

畑や養殖施設からの水が溝に流れ込み、ウッドチップの隙間に生息するバクテリアが硝酸塩を無害なガスに変えて空気中に放出します。

畑の端に設置するこの方法は、少なくとも十数年前から研究されているが、窒素除去率に関する科学者の知見のほとんどは、実験室での再現や小規模な実験設定に基づくものです。

米国農務省国家資源保全局は、クリスチャンソンの初期のフィールドスケールの研究を基に、2015年に標準化されたバイオリアクターのガイドラインを発表し、現在ではバイオリアクターを導入する米国の農家が増えています。

2021年現在、米国ではバイオリアクターを導入する農家が増えており、海外でも注目されています。

今回のASABE論文は、世界中の農場で使用されている実物大のバイオリアクターのデータをまとめた初めてのものです。

Christianson氏は話します。

「すべてのデータを集めた結果、バイオリアクターは有効であることがわかりました。中西部のバイオリアクターでは硝酸塩が20〜40%減少しましたが、世界中のバイオリアクターでも同じ結果が得られています。また、バイオリアクターには他の保全方法と同様に限界がありますが、亜酸化窒素の排出はその一つではありません。」

「温室効果ガスである亜酸化窒素の代わりに、水に含まれる硝酸塩を利用しているのではないかと懸念されています。バイオリアクターによる亜酸化窒素の全容はまだわかりませんが、大きな亜酸化窒素の問題は発生していないと自信を持って言えます。ただ、そうではありません。」

Christianson氏によると、バイオリアクター内の水のモニタリングについて農家からよく質問を受けるので、共著者とともにASABE論文でそのプロセスを詳しく紹介しています。

また、イリノイ州農業局と協力して、水の検査方法をステップごとに説明したビデオを作成しました。

Christianson氏は話します。

「モニタリングには2つの要素があります。バイオリアクターに流れ込む水の量と、水に含まれる窒素の量です。」

農家や水質ボランティアなど、研究者ではない人を対象にした短いビデオは、プロセスを5つのステップに分けて説明しています。

Christianson氏は、学生、ポスドク研究員、研究室のスタッフが一丸となってこのシリーズを制作したと語っています。

このビデオは、https://go.aces.illinois.edu/MonitoringMagic。

バイオリアクターの世界最大のチアリーダーとも言えるクリスチャンソンは、モニタリングガイドラインとビデオシリーズが少し利己的であることを認めています。

Christianson氏は話します。

「より多くの人にバイオリアクターを作ってもらい、より多くの人にバイオリアクターをモニターしてもらうために、推奨されるモニタリング方法を盛り込みました。そうすれば、バイオリアクターがどれだけうまく機能しているか、どうすればもっとうまく機能するようになるかを示すデータが得られるでしょう。」

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