De som är bekymrade över hälsan i Chesapeake Bay är bekanta med kväve som en viktig förorening vars överskott av avrinning till buktens vatten kan leda till algblomning och döda zoner med låg syrehalt. Kanske mindre bekant är den betydelsefulla roll som en form av kvävgas spelar i uppvärmningen av växthus och förstörelsen av jordens ozonskikt.

Nu, en internationell grupp av forskare inklusive B.K. Song of William &Mary's Virginia Institute of Marine Science har upptäckt att produktionen av denna potenta växthusgas – känd som N2O eller dikväveoxid – kan kringgås som komplexa kväveföreningar i marken, vatten och gödningsmedel bryts ner till den oreaktiva kvävgasen (N2) som utgör det mesta av vår atmosfär.

Deras upptäckt, publicerad i en ny upplaga av Vetenskapliga rapporter , avslöjar en helt ny väg i det globala kvävekretsloppet och kan leda till nya sätt för bönder och andra att minska sina utsläpp av skadliga gaser. Studiens huvudförfattare är Rebecca Phillips från Nya Zeelands Landcare Research Institute, tillsammans med Landcare-kollegorna Andrew McMillan, Gwen Grelet, Bevan Weir och Palmada Thilak. Craig Tobias från University of Connecticut bidrog också till studien.

Jordbruket bidrar med mer lustgas till atmosfären än någon annan mänsklig aktivitet – främst genom kvävegödsling. Denna växthusgas är 300 gånger effektivare för att fånga värme än koldioxid och 10 gånger effektivare än metan. Lustgas rör sig också in i stratosfären och förstör ozon.

Nuvarande visdom säger att dikväveoxid oundvikligen produceras när marken kväve - inklusive gödselkomponenter som ammoniak, ammonium, och urea - bryts ner. Man tror också att den här nedbrytningsprocessen, känd som denitrifikation, kräver inverkan av mikrober och kan endast ske i frånvaro av syre.

Den aktuella forskningen motsäger var och en av dessa långvariga idéer.

"Våra resultat ifrågasätter antagandet att dikväveoxid är en mellanprodukt som krävs för bildning av kvävgas, ", säger Phillips. "De tvivlar också på om mikrobiell produktion av dikväveoxid måste ske i frånvaro av syre."

"Vi har nu en väg som inte kräver mikrober, ", tillägger Song. "Denitrifieringsprocessen kan ske abiotiskt, utan behov av bakterier eller svamp."

Teamets upptäckt kan leda till praktiska tillämpningar för att minska effekterna av överskott av kväve i miljön, ett ämne som de fokuserade på när de presenterade sina resultat under ett nyligen genomfört möte i Washington, D.C., sponsrad av det amerikanska jordbruksdepartementet och National Integrated Water Quality Program.

"Det kan ge oss ett sätt att konstruera systemet för att minska nivåerna av fixerat kväve, " säger Song. "Genom att ändra typerna och förhållandena av kväveföreningar i gödselmedel, du kanske har ett bättre sätt att minska överskottet av kväve, och för att mildra övergödning eller näringsberikning i närliggande vatten."

Phillips tillägger, "Ytterligare forskning kan informera jordbrukare om hur man odlar markorganiskt material som är användbart för kvävehantering. Organiska former av markkväve, såsom restprodukter från växter och svampar, kan hjälpa till att omvandla överskott av oorganiskt kväve - som annars skulle läcka ut i vatten eller släppas ut som lustgas - till en form som inte är skadlig för miljön."

Dock, forskarna säger att det behövs mer forskning för att testa exakt vilka former av organiskt kväve som är mest effektiva. Teamet utvecklar nu förslag för ytterligare finansiering som gör det möjligt för dem att undersöka tillämpningar på gården för att omvandla överskott av kväve från mark och vatten till oreaktiv atmosfärisk N2-gas utan att producera N2O. Detta kan göra det möjligt för forskare att utveckla alternativ för att hantera ödet för jordbrukskväve samtidigt som de undviker utsläpp av växthusgaser.