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¿Qué son los biorreactores desnitrificantes de virutas de madera y cómo ayudan al medio ambiente?

Hoyo en campo agrícola con astillas de madera que se están instalando
Una instalación de biorreactor en Illinois. La bloguera Hannah Dougherty se encuentra junto a la pipa blanca del medio. Crédito J. Chandrasoma / UIUC

Los biorreactores de viruta de madera son sistemas de tratamiento de agua sofisticados y diseñados. Sin embargo, también son simples trincheras llenas de astillas de madera. Si eso suena complicado, realmente no lo es. 


POR ALIMENTOS SOSTENIBLES

por Hannah Dougherty, Universidad de Illinois, Champaign-Urbana


Estos biorreactores limpian el agua sin impacto negativo en la producción de cultivos. Mi investigación en la Universidad de Illinois-Champaign-Urbana es estudiar esta estructura.

En pocas palabras, un biorreactor desnitrificante es una unidad en tierra de relativamente baja tecnología. Los biorreactores desnitrificantes son trincheras excavadas llenas de un medio de carbón sólido, generalmente astillas de madera, como se muestra en la foto. Su aplicación más común es el agua de drenaje de baldosas agrícolas. 1 También se están investigando para eliminar la contaminación por nitratos de otros tipos de aguas y aguas residuales.

El suelo contiene bacterias y otros microbios de forma natural. De hecho, el suelo es el mejor filtro de agua de la tierra. Los biorreactores mejoran el proceso natural de desnitrificación, la conversión del nitrato en el agua en gas nitrógeno inofensivo, realizado por bacterias que ya están presentes en el suelo circundante. Las astillas de madera proporcionan una fuente de combustible adicional para las bacterias, en forma de carbono. ¡Piense en las astillas de madera como una taza extra de expreso por la mañana! Entonces, si bien la forma real del biorreactor es simple, la química y la biología que ocurre dentro de ellos es compleja.

Infografía de cómo funciona un biorreactor
Ilustración de la ubicación y el tamaño de los biorreactores en el campo agrícola proporcionada por L. Christianson / UIUC

El interés en esta práctica de campo relativamente simple ha crecido durante la última década. Los biorreactores ayudan tanto a la zona hipóxica estacional en el Golfo de México como a las preocupaciones más locales sobre el nitrato en el agua potable. Illinois e Iowa son generalmente los mayores contribuyentes del nitrato que contamina el río Mississippi. Y el Mississippi desemboca en el Golfo de México. Ambos estados tienen una gran cantidad de acres con tejas drenadas, aproximadamente 10 millones de acres con tejas en cada estado.

En 2015, Illinois inició la estrategia de reducción de la pérdida de nutrientes de Illinois. Esto guía la implementación de las prácticas de conservación en el estado. Uno de los objetivos es instalar biorreactores en la mitad de todos los acres con baldosas en Illinois. Dados los aproximadamente 30 biorreactores en el estado actualmente, hay muchas oportunidades para expandir esta práctica. Con base en un promedio a largo plazo, los biorreactores del Medio Oeste eliminan entre el 25 y el 45% de la carga anual de nitrógeno del agua de drenaje.

Algunas de las preguntas más comunes sobre los biorreactores son muy prácticas. La construcción de biorreactores en el borde de las tierras de cultivo no quita tierra de la producción de cultivos. Además, debido a que están en los bordes de los campos, las operaciones de campo no se ven afectadas. Las válvulas especiales y otras estructuras permiten que el agua se dirija correctamente y evitan que el agua retroceda durante las tormentas. Los biorreactores están diseñados para durar al menos 10 años y generalmente están diseñados para campos con drenaje de baldosas de 30 a 80 acres.

Otras preguntas comunes tienen que ver con las astillas de madera utilizadas como relleno del biorreactor. La especie de árbol de la viruta de madera generalmente no importa, con la excepción de las maderas de roble, cedro o con alto contenido de taninos. La lixiviación de ácidos tánicos de este tipo de maderas es un área de investigación actual. Si bien el tipo de madera generalmente no importa, las consideraciones más importantes son que las astillas de madera tengan un tamaño aproximado de ½ ”a 2” y estén relativamente libres de partículas finas o escombros, de modo que el agua pueda pasar fácilmente. Por supuesto, las astillas de madera no son la única fuente de carbono orgánico que existe, y se han utilizado otros medios como relleno del biorreactor. Otras fuentes de carbono investigadas incluyen mazorcas de maíz, tallos de maíz, cartón, paja de trigo, periódicos y escombros de tormenta municipales astillados. Las astillas de madera son el material de relleno recomendado porque duran más y generalmente son más uniformes que estas otras fuentes de carbono. Y sí, las astillas de madera pierden su «poder» durante una década y necesitan ser reemplazadas.

Los biorreactores desnitrificantes son una solución ambiental de baja tecnología pero altamente sofisticada. Tienen un gran potencial de expansión. Si bien no son una solución milagrosa, ofrecen importantes beneficios, ya que no afectan negativamente la producción de cultivos en el campo. ¡Manténgase informado mientras los investigadores mantienen alejados los chips!


Este ciclo especial reproducido por Mundo Agropecuario es patrocinado y escrito por miembros de la  Sociedad Estadounidense de Agronomía  y  Ciencia de los Cultivos de América . Sus miembros son investigadores y profesionales capacitados y certificados en las áreas de crecimiento del suministro de alimentos en el mundo. Trabajan en universidades, centros de investigación gubernamentales y empresas privadas en los Estados Unidos y el mundo.



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