I ett pågående försök att upptäcka de idealiska förutsättningarna för att odla alternativa biobränslen som erbjuder fler miljöfördelar, Forskare från University of Minnesota tillämpade sin forskning på inhemska prärier i övre Mellanvästern för att förstå marginalområden - särskilt övergivna och försämrade jordbruksfält.

"Inföding, fleråriga gräs och övergivna åkrar har föreslagits som ett sätt att öka miljöfördelarna med biobränslen. Första generationens biobränslen, såsom majs etanol, kräva intensiv användning av kvävegödselmedel och ta mark från livsmedelsproduktion. Vi ville se om präriegräs kunde visa sig vara en bättre gröda, " sa ledande forskare David Tilman, professor vid College of Biological Sciences (CBS) och chef för Cedar Creek Ecosystem Science Reserve.

En annan potentiell fördel med fleråriga gräs är knuten till deras djupa rotsystem. Enligt forskare, djupare rotsystem - till skillnad från dem som ses i ettåriga grödor som majs - kan lagra stora mängder kol under marken som annars skulle släppas ut i atmosfären. Dock, eftersom fleråriga gräs på marginella marker kan ha låg avkastning på grund av mindre bördig jord, forskare undersökte sätt att maximera tillväxten av gräset utan negativa effekter på miljön.

I den 10-åriga studien publicerad i Naturens hållbarhet , forskare använde 36 tomter på en övergiven jordbruksplats i Cedar Creek Ecosystem Science Reserve för att plantera 32 arter av prärie- och savannväxter som är inhemska i Minnesota. Under 2007, forskare delade in tomterna i flera grupper och tilldelade dem en kombination av två behandlingar:vattentillsats (dvs. bevattnade eller icke-bevattnade) och kvävegödsling (d.v.s. 0 g/m ² , 7 g/m ² , 14 g/m ² ).

Under det kommande decenniet, forskare fann att:

• måttliga behandlingar (bevattning och 7 g/m ² av kväve) hade de bästa biomassautbytena och markens kollagring, samtidigt som det har försumbara effekter på stabiliteten, mångfald och näringsförlust till grundvatten;
• jämfört med kontrollen (icke-bevattnade och inget extra kväve), måttliga behandlingar resulterade i nästan dubbelt så mycket utbyte och kollagring i marken och – om växterna omvandlades till bioenergi för att tränga undan fossila bränslen – skulle det resultera i dubbelt så mycket växthusgasbesparingar;
• jämfört med måttlig behandling, den mer intensiva behandlingen (bevattning och 14 g/m ² kväve) hade 30 procent lägre besparingar på växthusgaser, 10 gånger större nitratläckage och 120 procent större förlust i växtmångfald.

"Våra resultat indikerar att olika intensifieringsnivåer har olika miljöfördelar och kostnader, " sa Yi Yang, huvudförfattaren till studien och nu postdoktor vid Institutionen för bioprodukter och biosystemteknik vid University of Minnesota. "Vår studie tyder på att optimering av flera miljöfördelar kräver hållbara intensifieringsmetoder som är lämpliga för marken, klimat och växtarter i en region."

Jämfört med majsetanol, forskare fann att biomassaskörden från de bäst presterande inhemska präriegräsen var måttligt lägre (sex ton per hektar jämfört med den genomsnittliga majsskörden på åtta ton per hektar i USA). Dock, forskare fann att på grund av lägre kväveanvändning och större mängder kollagring i marken, de inhemska prärierna skulle resultera i högre totala besparingar av växthusgaser när de konverterades till bioenergi.

"Att odla präriegräs med hög mångfald och alla relaterade prärieblommor på övergivna jordbruksmarker och använda dem för bioenergi kan återställa ekologin för vilda djur och i slutändan förbättra jordens klimat genom att hjälpa till att tränga undan fossila bränslen, " sa ledande forskare och CBS-fakultetsmedlem Clarence Lehman.

Ytterligare studier i andra regioner med olika markegenskaper och klimat bör genomföras för att utöka dessa fynd.