Nypublicerad forskning från Michigan State University beskriver hur switchgrass, en biobränslegröda, kan mildra effekterna av klimatförändringar när de odlas på marginell mark - jordbruksmark av ringa värde. För jordbrukare kan det också ge ekonomisk avkastning i dessa annars improduktiva utrymmen.

Forskningen publicerades i Environmental Research Letters .

Teamet leddes av Bruno Basso, en MSU Foundation-professor vid avdelningarna för jord- och miljövetenskap, och växt-, jord- och mikrobiologiska vetenskaper, samt W.K. Kellogg biologiska station. Seungdo Kim, en docent forskarprofessor vid MSU College of Engineering, och Rafael Martinez-Feria, en postdoktor vid Bassos laboratorium, var också involverade.

Förnybar energi är ett ämne för stor diskussion världen över. Klimatforskare varnar för katastrofala utfall om fossila bränslen förblir den primära energikällan i framtiden. Dessutom räknar länder som USA med de etiska och finansiella dilemman att förlita sig på utländsk olja.

Lignocellulosabaserade biobränslen, som är gjorda av växtbiomassa, är en av de enda förnybara energikällorna för närvarande med potential som bränslealternativ för fordon. Men problem med fossila bränslen är inte lätta att lösa genom att helt enkelt plantera fler biobränslegrödor som t.ex. växelgräs.

"Att växa tillräckligt för att använda biobränslegrödor för transportsektorn i stor skala skulle kräva massiva markanvändningsförändringar," sa Basso. "Detta är ett problem med många lager. Det finns farhågor om livsmedelssäkerhet om mark som tidigare använts för livsmedelsgrödor flyttades till biobränslegrödor. Det finns också farhågor om utsläpp av växthusgaser om mark som för närvarande inte används för jordbruk, såsom vilda livsmiljöer, övertas av växtproduktionssystem."

Utmaningen förstärks när bönder funderar på vad de ska göra med marginell, mindre produktiv mark. Med stigande insatskostnader är det ofta liten eller ingen fördel att plantera i dessa områden. Om odlare bestämmer sig för att plantera finns det många miljöproblem, eftersom dessa åkrar ofta har kvävebrist och kan kräva stor användning av gödningsmedel.

"För att få bönder att ändra sitt beteende måste förändringen först och främst vara ekonomisk för dem", sa Basso. "Vårt mål var att undersöka om marginalmarker kunde vara både lönsamma och miljömedvetna, något som skulle vara en seger för alla inblandade."

För detta projekt använde Basso och hans team en multimodellensemble av grödesimuleringssystem som tar hänsyn till jord-, väder- och förvaltningsdata. Dessa inkluderade tre modeller från tidigare studier och Bassos System Approach to Land Use Sustainability (SALUS)-program, som simulerar daglig växtodling under många år med hjälp av olika förvaltningsstrategier.

Ensemblen med flera modeller är utformad för att bättre förstå och kvantifiera osäkerheterna som kommer från modellinmatning och parametrar som är unika för varje modell. Basso sa att detta är den första studien som använder en modellensemble kopplad till artificiell intelligens för switchgrass som används för bioenergiproduktion.

Bassos team upptäckte att låga mängder kvävegödsel gav långsiktiga ökningar i avkastning som uppvägde utsläppen av växthusgaser, ett fynd som strider mot andra studier. Forskare tror att fördelen kan vara mycket större på landområden som begränsas av kvävebrist, vilket är fallet i flera områden i Michigan. Basso noterade att användningen av denna strategi inte är lika effektiv i områden med rikt organiskt kol i marken eller de med låg nederbörd och korta växtsäsonger.

"Detta visar att vissa marginella marker som saknar kväve har potentiellt värde för produktion av biobränslegrödor, vilket är av intresse för bönder som vill öka lönsamheten och av miljövikt genom att minska verksamhetens koldioxidavtryck", sa Basso. "Det är viktigt att vi inte skapar ett annat när vi försöker lösa ett problem, så nivåerna av tillsatt kvävegödsel är avgörande för att bibehålla det totala nettopositiva klimatresultatet."