Ny forskning från Norges biovetenskapliga universitet (NMBU) och International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA) föreslår att man använder jordbakterier för att minska utsläppen av växthusgaser från livsmedelsproduktion. Forskningen är publicerad i tidskriften Nature .
Kvävegödsling leder till utsläpp av växthusgasen dikväveoxid (N2 O) från jordbruksmark, som står för en betydande del av de totala växthusgasutsläppen från jordbruket. Det har länge antagits att dessa N2 O-utsläpp är oundvikliga.
Ett internationellt team av forskare under ledning av NMBU har dock upptäckt en metod för att minska dessa utsläpp. De har identifierat bakterier som kan "konsumera" lustgas när den bildas i jorden, vilket hindrar gasen från att fly ut i atmosfären. Forskarna tror att denna metod ensam har potential att minska jordbrukets dikväveoxidutsläpp i Europa med en tredjedel.
N2 O problem
Växter behöver mycket kväve för att växa. Ett produktivt jordbruk kräver därför en riklig tillgång på kvävehaltiga gödselmedel. Detta var en flaskhals inom jordbruket tills Fritz Haber var pionjär med teknik för industriell produktion av kvävegödsel från atmosfäriskt kväve. Denna teknik har bidragit till att världens livsmedelsproduktion har hållit jämna steg med befolkningstillväxten i 120 år.
Det finns dock mikroorganismer i marken som producerar växthusgasen N2 O, och befruktning stimulerar denna produktion.
"Denna växthusgas har en effekt som är cirka 300 gånger starkare än CO2 , och jordbruket står för ungefär tre fjärdedelar av Europas N2 O-utsläpp", förklarar Wilfried Winiwarter, en av medförfattarna till studien och senior forskare i Pollution Management Research Group i IIASA Energy, Climate, and Environment Program.
"Också globalt är jordbruk den primära källan till dikväveoxid i atmosfären. Lustgasutsläppen regleras främst av markbakterier, vilket gör reduktionsarbetet utmanande på grund av deras svårfångade natur", tillägger han.
Forskare vid NMBU har i över 20 år bedrivit grundforskning om hur mikroorganismer i marken omvandlar kväve. De har bland annat grundligt studerat vad som händer när mikroberna inte har tillgång till tillräckligt med syre, ett tillstånd som kallas hypoxi.
När gödsling sker (och under regn) blir vissa delar av jorden hypoxisk. Eftersom mikroberna då inte har tillgång till syre tvingas de hitta andra sätt att få energi. Många mikrober kan använda nitrat istället för syre, och genom en process som kallas denitrifikation omvandlar de nitratet till andra gaser. En av dessa är lustgas och på så sätt bidrar mikroorganismerna till utsläppen av växthusgaser.
Forskarna har gjort betydande upptäckter angående regleringen av denna process, och de har utvecklat ett unikt sätt att studera denitrifikation. De använder bland annat robotlösningar både i laboratoriet och på fältet och har utvecklat en speciell robot som kan göra realtidsmätningar av lustgasutsläpp från marken.
Lösningen för att minska N2 O-utsläpp är att använda en speciell typ av bakterier som saknar förmåga att producera lustgas men som kan reducera lustgas till ofarlig kvävgas (N2 ).
"Om vi odlar dessa mikrober i organiskt avfall som används som gödningsmedel kan vi minska N2 O-utsläpp. Detta kan innebära en lösning på problemet med N2 O-utsläpp från jordbruket, säger Lars Bakken, huvudförfattare till studien och professor vid NMBU.
"Men det var inte lätt att hitta rätt bakterie. Den måste kunna växa snabbt i organiskt avfall, fungera bra i marken och leva tillräckligt länge för att minska N2 O-utsläpp genom en hel växtsäsong. Det var också en utmaning att gå från att testa detta i laboratoriet till att testa det i naturen, och att säkerställa att det faktiskt minskade N2 O-utsläpp i fält", tillägger Bakken.
Forskargruppen arbetar nu med att hitta fler bakterier som konsumerar lustgas och att testa dessa i olika typer av organiskt avfall som används som gödningsmedel världen över. Målet är att hitta ett brett spektrum av bakterier som kan fungera i olika typer av jord och med olika gödselblandningar.
Mer information: Elisabeth G. Hiis et al, Unlocking bacterial potential to reduce farmland N2 O-utsläpp, Natur (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07464-3
Journalinformation: Natur
Tillhandahålls av International Institute for Applied Systems Analysis
