Chaque année, une "zone morte" de la taille du Massachusetts s'étend sur le golfe du Mexique. La rivière Mississippi, qui traverse la ceinture agricole du pays, balaie l'excès d'engrais et déverse les produits chimiques dans le Golfe, où ils se nourrissent d'algues rampantes, épuiser l'oxygène, et tuer la vie marine.

Partout aux États-Unis, des versions plus petites de zones mortes similaires infectent les lacs, étangs, et rivières. Les années où les précipitations sont plus élevées, comme en 2018, la rivière Charles du Massachusetts collecte suffisamment de polluants dans les rues avoisinantes, places de parking, et des campus paysagers pour faire baisser la qualité de l'eau. Croissance incontrôlée des algues, souvent le résultat d'un excès d'engrais, peut endommager la marine, Humain, et même la santé des animaux de compagnie :cette année, plusieurs chiens sont morts après avoir nagé dans une eau étouffée par des algues bleu-vert toxiques.

Maintenant, Des scientifiques de Harvard s'associent à des agents de développement durable et à des experts en aménagement paysager pour tester un nouvel engrais qui ne s'infiltrera pas dans les réserves d'eau. En utilisant le campus de Cambridge comme laboratoire vivant, l'équipe, qui comprend Dilek Dogutan, Quentin Gilly, et Paul Smith, prévoit de piloter le biofertilisant durable sur le terrain de Harvard, à partir de cet hiver. Développé dans le laboratoire de Daniel Nocera, le professeur d'énergie Patterson Rockwood, le biofertilisant vivant, qui fonctionne avec juste la lumière du soleil, air, et de l'eau, reste avec les plantes, produit des spécimens plus gros et plus sains, et est carbone-négatif, absorbant le dioxyde de carbone de l'air et séquestrant le dangereux gaz à effet de serre dans le sol.

L'effort de pionnier a commencé au printemps dernier, quand Dogutan, chercheur principal dans le groupe Nocera, reçu un courriel du Fonds présidentiel pour l'innovation administrative (PAIF). Elle y a vu une opportunité d'appliquer les recherches de son laboratoire au campus juste devant sa fenêtre. Dans les expériences précédentes, l'équipe avait utilisé le biofertilisant pour faire pousser des radis plus de trois fois la taille des témoins cultivés sans engrais. Mais les expériences ont eu lieu dans les conditions stables d'une serre.

"Nous voulions sortir la recherche de l'environnement contrôlé, pour voir l'effet de l'acidité du sol, air, Température, humidité, tout, " a dit Dogutan. Pour ce faire, elle avait besoin d'aide. Grâce au PAIF, elle a formé une équipe collaborative avec Gilly, le responsable de la durabilité et de l'énergie des laboratoires du FAS Green Program au Harvard's Office for Sustainability, et Smith, le directeur associé des services paysagers.

Gilly a déclaré que l'Université est en train de passer à tous les engrais organiques, avec un objectif de 75 pour cent d'aménagement paysager organique d'ici 2020. Mais ces engrais finissent toujours dans l'eau; le biofertilisant du laboratoire Nocera ne le fait pas.

Inventé en 2018, l'engrais biocompatible repose sur une cyanobactérie modifiée appelée Xanthobacter autotrophicus . L'invention intègre des années de recherche, revenir à la technologie des feuilles artificielles de Nocera, qui sépare l'eau pour faire de l'hydrogène et de l'oxygène, effectuer la photosynthèse mieux que n'importe quelle feuille.

Le nouveau traitement utilise l'hydrogène de la division de l'eau et le combine avec l'azote de l'air pour produire de l'ammoniac, que les plantes peuvent absorber dans leurs racines. Étant donné que les engrais inorganiques et organiques donnent souvent aux plantes plus d'azote et de phosphore qu'elles ne peuvent en utiliser à la fois, l'excès est emporté. Mais le biofertilisant reste en sécurité dans les racines des plantes, stockées pour une utilisation future.

L'innovation a une autre astuce écologique :les bactéries absorbent le dioxyde de carbone de l'air. « En utilisant les nouvelles méthodes de biofertilisation à travers les États-Unis, nous pourrions éliminer des quantités importantes de CO 2 par an en séquestrant le carbone dans le sol, " a déclaré Dogutan.

Avec l'aide du Bureau du développement technologique, Nocera, Paméla Argent, le professeur Elliot T. et Onie H. Adams de biochimie et de biologie des systèmes à la Harvard Medical School, et Xiaowen Feng, un ancien membre de son laboratoire, a fondé une société appelée Kula Bio, qui a organisé un premier test sur le terrain hors campus. En marche vers la commercialisation, Kula Bio espère que son produit remplacera tous les engrais azotés synthétiques, ceux qui sont responsables des niveaux élevés de ruissellement et de CO 2 émissions—avec un biofertilisant organique à faible coût.

Sur le campus, avec le financement du PAIF, Dogutan et son équipe effectueront des tests à grande échelle de l'engrais à partir de l'hiver 2020 jusqu'à l'automne suivant. Mais, avec une subvention antérieure du Campus Sustainability Innovation Fund, elle a déjà planté deux petites parcelles d'essai. Dans une, elle et Daniel Loh, un doctorat étudiant au Département de chimie de la Graduate School of Arts and Sciences et membre du Nocera Lab, a dégagé deux jardins de la taille d'une place de stationnement avec une zone tampon d'herbe de deux pieds entre les deux. Loh a planté des radis, navets, et épinards dans chacun. Puis, toutes les semaines, il en a fertilisé un avec 100 millilitres de cyanobactéries modifiées mélangées à de l'eau et l'a pulvérisé sur les plantes. L'autre parcelle a reçu autant d'eau, sans les bactéries.

D'avril à août, Loh et les chercheurs de premier cycle Ellen Deng et Lauren Church ont surveillé les plantes et collecté des données. Les mesures de Loh ont montré que non seulement le biofertilisant aidait ses plantes à devenir plus grosses que celles de la parcelle non fertilisée, les bactéries n'ont pas pénétré les plantes environnantes. "Les nutriments sont absorbés par les plantes avant de pouvoir diffuser sur de grandes distances, " il a dit.

Une fois la collecte des données terminée, Loh a mangé ses recherches :il a récolté et partagé ses légumes avec tout le groupe Nocera.

Prochain, Deng veut planter des roses roses, sa fleur préférée. Gilly espère utiliser le biofertilisant dans les jardins pluviaux du campus, qui sont conçus par des étudiants de premier cycle pour mieux absorber l'eau de pluie et éviter la mise en commun. "Chaque année, les nouvelles premières années qui arrivent sont de plus en plus passionnées par les causes environnementales, " Gilly a déclaré. "Ils sont une force toujours croissante de la durabilité."

Au cours de l'année suivante, Les services d'aménagement paysager de Dogutan et de Harvard remplaceront les engrais organiques par des biofertilisants dans les zones du campus de Cambridge à Harvard. La taille des parcelles ne dépend que de la quantité de nouveau traitement qu'ils peuvent obtenir de Kula Bio, qui en fait don. Le plus, le meilleur, dit Dogutan. Plus de données l'aideront, ainsi que l'équipe, à perfectionner leur produit pour une utilisation à grande échelle.

"C'est encore une recherche très récente, " a déclaré Dogutan. "Nous essayons toujours de comprendre les détails:le chargement, la séquence, peut-être que nous devons concevoir les bactéries d'une manière différente. » Une fois qu'ils le font, ils espèrent encourager tous les campus de Harvard à envisager de passer aux biofertilisants comme moyen d'améliorer l'engagement de l'université envers la durabilité et éventuellement de gagner une plus large acceptation et peut-être de mettre fin aux "zones mortes".

"Nous devons faire quelque chose parce que, vraiment, nous détruisons le monde, " a déclaré Dogutan. " Venir au travail tous les jours est génial, mais quel est notre but supérieur ? Il ne s'agit pas seulement d'envoyer ces e-mails. Le but supérieur, au moins pour moi, est de redonner à la communauté de Harvard de la meilleure façon possible."

Cette histoire est publiée avec l'aimable autorisation de la Harvard Gazette, Journal officiel de l'université Harvard. Pour des nouvelles universitaires supplémentaires, visitez Harvard.edu.