Российские исследователи предложили использовать полностью окисленную солому пшеницы, чтобы восполнять минеральные элементы в почвоподобном субстрате системы жизнеобеспечения в космосе. Авторы выяснили, что такой подход позволяет обеспечить растения необходимыми питательными веществами и повысить их урожайность. Результаты исследования опубликованы в журнале Life Sciences in Space Research.

Биолого-технические замкнутые системы жизнеобеспечения (СЖО) позволяют поддерживать благоприятные условия для жизни на других планетах или в длительных космических полетах без необходимости доставки жизненно необходимых ресурсов. В таких системах налажен круговорот всех необходимых соединений: кислорода, воды и пищи.

Получать энергию и углеводы в СЖО человек может из пшеницы. Проблема состоит в том, что довольно большая часть биомассы этого растения не используется в пищу. Из-за этого в уже проведенных экспериментах с СЖО — БИОС-3 в России и «Лунный дворец» в Китае — солома пшеницы оказалась одним из основных растительных отходов. Ее довольно сложно переработать из-за высокого содержания лигнина — «одеревеневших» растительных клеток. Из-за этого крайне тяжело использовать содержащиеся в ней минералы для питания растений.

В замкнутых системах жизнеобеспечения растительные отходы можно использовать для создания почвоподобного субстрата. Более ранние эксперименты показали, что такой субстрат способен поддерживать жизнь растений, если сохраняется баланс между скоростями потребления минеральных элементов растениями из субстрата и их восстановления микроорганизмами из растительных остатков. Однако в СЖО такой баланс трудно контролировать из-за особенностей субстрата.

Ученые из Института биофизики Красноярского научного центра СО РАН предложили применять полностью окисленную до растворимых минеральных элементов солому пшеницы в качестве минеральной добавки к почвенному субстрату. Такой метод позволил увеличить продуктивность растений и создать новую стратегию переработки растительных отходов в замкнутых системах жизнеобеспечения.

Перед тем как добавить солому в почвоподобный субстрат, ее окисляли до усвояемых форм с помощью электрического тока в водном растворе перекиси водорода. Исследователи проанализировали солому с разной степенью разложения. Выяснилось, что недостаточно окисленная солома снижает урожайность культивируемых растений в девять раз. Согласно исследователям, это происходит из-за образования недоокисленных продуктов реакции, которые подавляют рост культур. И чем больше была недоокислена солома, тем выше концентрация таких веществ в продуктах окисления. Если же пшеничная солома окислилась полностью, ее добавление повышало урожайность в три раза. Это связано с большим количеством доступного азота, калия, фосфора и серы в субстрате.

Такой подход при создании долго работающей СЖО создает еще одну проблему. Для окисления такого количества соломы требуется много перекиси водорода, производить которую не так-то просто в космических условиях. К тому же добавление полностью окисленной соломы может повредить основу почвоподобного субстрата, так как он состоит из смеси растительных отходов на различных стадиях своего разложения.

«Теперь мы думаем разделить солому на две части: одну можно полностью минерализовать перекисью водорода, а другую добавлять в субстрат для сохранения его структуры. Реализация этой стратегии станет целью дальнейших исследований по улучшению корневого питания растений, культивируемых на многократно используемых субстратах в системах жизнеобеспечения», — рассказал ведущий автор работы, научный сотрудник Института биофизики КНЦ СО РАН Владимир Величко.