城市農業有潛力通過本地、高效和可持續的糧食生產來改善糧食安全。城市糧食系統的例子包括水培法(植物在沒有土壤的營養液中生長)和魚菜共生法(將水培法與水箱養魚相結合)。

伊利諾伊大學香檳分校的一項新研究考察了水培廢水作為水培系統中生菜生長介質的用途。這種做法有可能為有機廢物回收和食品生產創造一個循環生態系統。

研究人員測試了兩種水產養殖系統的廢水和熱液液化 (HTL) 產生的液體殘余物，熱液液化是一種新興技術，通過高溫高壓工藝將濕生物質轉化為生物原油。HTL 產生的廢水稱為熱液液化水相 (HTL-AP)，富含營養物質，可用作肥料。

“我們想看看水產養殖系統中魚糞中自然產生的微生物是否有助于將 HTL-AP 中的營養物質轉化為植物可以吸收的形式。我們專注于利用廢水進行生菜種子發芽。最終，我們將觀察作物生長的不同階段，包括成熟生菜和其他作物，”主要作者Liam Reynolds說道，他是農業和生物工程系(ABE)的博士生，該系隸屬于伊利諾伊州農業、消費者和環境科學學院和格蘭杰工程學院。

雷諾茲在 ABE 讀本科時進行了這項研究。他在內布拉斯加州奧馬哈舉行的 2023 年美國農業和生物工程師學會年度國際會議上的KK Barnes 學生論文獎競賽中獲得了第二名。

為了進行這項研究，雷諾茲將 Buttercrunch 生菜種子放在 Ziploc 塑料袋中，放在浸透廢水處理液的紙巾上放置 10 天，測量種子的發芽率和生長情況。

他測試了 32 種試驗溶液，將不同比例的 HTL-AP 與伊利諾伊大學貝維爾咖啡館和芝加哥農業科學高中的水產養殖系統廢水混合。試驗還包括標準水培肥料和去離子水作為對照溶液。

“我們之前已經證明，使用處理過的廢水進行水培生菜是可行的;但是，它的生長速度和效率并不如預期那么快?？赡苡幸恍┯卸净衔飼种浦参锏纳L，而且植物可利用的養分也不足，”論文合著者、ABE 副教授Paul Davidson說道。

在早期的研究中，戴維森的研究團隊使用了 2.5% 的 HTL-AP;然而，雷諾茲測試的解決方案范圍從 1% 到 10%。

“我們發現，含有高達 8% HTL-AP 的溶液仍然有利于植物生長，至少在發芽階段是如此。這是之前任何人證明過的 HTL-AP 百分比都比現在高，”戴維森表示。“這使得回收廢物流成為可能，否則廢物流將進入廢水處理廠，這會占用資源，或者會排放到環境中造成污染。”

雖然研究人員沒有發現魚糞微生物在種子發芽階段對生菜有益的證據，但他們預計在生菜生長過程中會看到效果。目前，他們得出結論，HTL-AP 和水產養殖廢水的組合不會抑制生菜種子的發芽。

水培廢水最終可以補充甚至取代標準液體肥料，盡管還需要做更多的工作來確保廢水的正確組合，為水培作物生產提供足夠的營養。戴維森的團隊還將解決食品安全問題，因為一些廢水源可能含有對人體有毒的重金屬。

研究人員得出結論，找到替代營養來源對于提高全球糧食生產系統的循環性以及減少對化石燃料衍生的化學肥料的依賴至關重要。