Att odla hållbara energigrödor utan att öka utsläppen av växthusgaser, kan vara möjligt på säsongsmässigt vått, miljökänsliga landskap, enligt forskare som genomförde en studie på Conservation Reserve Program (CRP) mark.

Debasish Saha, postdoktor i växtvetenskap, Penn State College of Agricultural Sciences och kollegor, mätte mängden dikväveoxid, en stark växthusgas, härrör från tomter med biobränsleproducerande switchgrass – ett inhemskt perennt gräs – och miscanthus – en icke-inhemsk gräsart – som växer i ett experimentområde i östra centrala Pennsylvania och jämförde det med utsläpp från intilliggande, ostörd CRP tunnland. Experimentet ägde rum på en långtidsövervakningsplats som förvaltas av U.S. Department of Agricultures Agricultural Research Service.

Lustgas produceras av mikroorganismer när jordar med överskott av kväve från gödningsmedel och andra källor sammanfaller med en nästan mättad markmiljö efter en storm eller snösmältningshändelse. Det släpps till största delen ut från jordbruksaktiviteter och bidrar med cirka 6 procent av den totala uppvärmningens inverkan på planeten.

En ökning av lustgasutsläppen från CRP-mark som planterats med energigrödor skulle undergräva logiken i att använda CRP-marker för produktion av energigrödor. Övergångsfasen – när energigrödor etableras – är en av de mest känsliga perioderna eftersom plantorna är små och håller på att etablera sitt rotsystem.

Forskarna mätte utsläppen av lustgas i botten av en vattendelare som är ett realistiskt exempel på CRP-marker i ett säsongsmässigt vått landskap. En befintlig CRP-kanal omvandlades delvis till switchgrass och miscanthus och forskarna mätte lustgasutsläpp från maj till september 2013 med gasprovtagningsanordningar.

Provtagningsfrekvensen varierade från veckovis till varannan vecka, och ökade efter befruktning och nederbördshändelser. Forskarna övervakade också kontinuerligt markvatteninnehållet för att förstå markvattendynamiken i landskapet, en kritisk utlösare för lustgasutsläpp. De installerade jordfuktighetssensorer på tre jorddjup i var och en av 48 övervakningspunkter och kopplade var och en till dataloggrar via ett nätverk av nedgrävda kablar.

Saha och kollegor publicerade sina resultat idag (10 mars) i Global Change Biology:Bioenergi , föreslår att CRP och andra marginella, strömkantsmarker avsatta för bevarande är goda kandidater för biomassaproduktion. De fann att även om lustgasutsläppen steg över baslinjen som tillhandahålls av CRP-land, ökningen skedde bara i en liten del av landskapet.

"Luftgasutsläppen var bara högre i fotsluttningarna närmast bäcken som är våta och behåller underjordens fukt under längst tid efter en storm eller snösmältningshändelse, " sa Saha. "Så, är energigrödor ett problem eller en lösning i detta avseende? Klart, en stor del av landskapet planterat med växelgräs och miscanthus släppte inte ut mer lustgas än resten av CRP-marken, och det förväntas att när det väl är etablerat, stora utsläpp från fotbacken kan undertryckas."

Energigrödor kan bidra till att minska koldioxidavtrycket för den amerikanska ekonomin med en inhemsk källa till förnybart bränsle. Utöka energigrödor, dock, kräver att annan befintlig markanvändning förskjuts. De flera miljoner hektar CRP landar i USA, som har avsatts för bevarande, synes vara särskilt lämpade för denna utbyggnad.

Den federala regeringen betalar producenter för att inte odla grödor på CRP-marker.

Att odla biomassagrödor på CRP-marker kan vara bra för miljön, noterade forskargruppsmedlemmen Armen Kemanian, docent i produktionssystem och modellering, Penn State. "I nordöstra USA, dessa CRP-marker tenderar att vara på säsongsmässigt våta eller branta områden i landskapet som är miljökänsliga. I kombination med hög tillgång på mineralkväve från gödningsmedel från intilliggande odlingsmarker och andra källor, våta förhållanden underblåser utsläppen av dikväveoxid.

"Gräsenergigrödor i dessa landskapslägen kan ge ytterligare vattenkvalitetsfördelar. På grund av den höga potentialen för biomassaproduktion, dessa grödor kan använda upp näringsämnen som annars skulle gå till bäcken och hamna i Chesapeake Bay. Således, när dessa fleråriga energigrödor läggs till kraftiga jordbrukslandskap, Resultaten kan bli en win-win-koldioxidsnål energi och renare vatten."