Wetenschappers onder leiding van Eliza Harris en Michael Bahn van het Instituut voor Ecologie van de Universiteit van Innsbruck zijn erin geslaagd de uitstoot van het broeikasgas N te bestuderen ₂ O onder invloed van milieueffecten in een ongekend detailniveau. De studie, die nu is gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , is dus ook een startpunt voor het creëren van modellen die toekomstige trends in de dynamiek van de uitstoot van broeikasgassen van ecosystemen onder wereldwijde klimaatverandering kunnen voorspellen.

Lachgas (N ₂ O) is een krachtig broeikasgas waarvan de atmosferische groei het afgelopen decennium is versneld. Het grootste aandeel antropogene N ₂ O-emissies ontstaan ​​door bemesting van bodems met stikstof, die wordt omgezet in N ₂ O via verschillende abiotische en biologische processen. Een team van wetenschappers onder leiding van Eliza Harris en Michael Bahn van de onderzoeksgroep Functionele Ecologie aan de Universiteit van Innsbruck heeft nu in detail de N kunnen traceren. ₂ O productie- en consumptieroutes die plaatsvinden binnen de stikstofcyclus, en uiteindelijk leiden tot de uitstoot van dit broeikasgas, als onderdeel van het door FWF gefinancierde project NitroTrace. In een experimentele opstelling aan de Universiteit van Innsbruck, 16 intacte graslandmonolieten van de subalpiene Long-Term Ecosystem Research (LTER)-site Kaserstattalm in de Stubaital-regio van Tirol werden bestudeerd. De grondblokken werden blootgesteld aan extreme droogte en daaropvolgende herbevochtiging. Deze weersomstandigheden weerspiegelen de klimaatveranderingen waar veel regio's over de hele wereld, inclusief de Alpen, worden steeds meer blootgesteld.

"Ons doel was om het netto-effect van droogte en herbevochtiging op N . te kwantificeren ₂ O vormingsprocessen en emissies, die momenteel grotendeels onontgonnen is, ", zegt Eliza Harris. In tegenstelling tot de verwachtingen van de onderzoekers, het proces van denitrificatie, de afbraak van nitraat tot N ₂ O en moleculaire stikstof (N2) door gespecialiseerde micro-organismen, bleek N . te domineren ₂ O productie in zeer droge bodems.

Volgens eerdere veronderstellingen, dit proces vindt voornamelijk plaats in vochtige, zuurstofarme bodems, en daardoor meer N ₂ O kan tijdens droogte dan verwacht in de atmosfeer vrijkomen. De onderzoekers hadden verwacht dat het proces van nitrificatie de overhand zou hebben in droge bodems, nitraat produceren, wat een belangrijke chemische verbinding is voor planten. "We gingen ervan uit dat als de grond droog was, er zou voldoende zuurstof beschikbaar zijn voor nitrificatie. Na nader onderzoek, we waren in staat om door droogte veroorzaakte accumulaties van stikstofhoudend organisch materiaal op het oppervlak van onze bodemmonsters te detecteren en deze te identificeren als triggers voor denitrificatie in droge grond. Dit suggereert een sterke rol voor de voorheen slecht begrepen chemodenitrificatie- en codenitrificatieroutes, waar aanvullende abiotische en biotische processen leiden tot de vorming van N ₂ O, " legt Eliza Harris het verrassende resultaat uit. Al met al, N ₂ De O-emissie was het grootst tijdens herbevochtiging na extreme droogte.

De resultaten geven onderzoekers ongekende inzichten in de stikstofcyclus en de processen die betrokken zijn bij de vorming van het broeikasgas N ₂ O als reactie op omgevingsparameters. Een beter begrip van productie- en consumptiereacties kan helpen bij het vinden van oplossingen om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen, die al tientallen jaren toenemen.

Innovatieve analysemethode

Cruciaal voor het onderzoekssucces was het gebruik van laserisotoopspectroscopie, mogelijk gemaakt door het FFG-gefinancierde project LTER-CWN. "Door deze nieuwe analytische techniek, we kunnen de isotopensamenstelling van N . bepalen ₂ O. Dus, we krijgen een soort vingerafdruk voor het vormingsproces van de uitgezonden N ₂ O, wat ons op zijn beurt helpt om het microbiële vormingsproces te begrijpen, " benadrukt Eliza Harris het belang van deze procedure. Moleculaire ecologie-analyses hielpen hen ook te bepalen welke genen en microben betrokken waren bij de stikstoftransformatie. Bovendien, ruimtelijke analysetechnieken hielpen bij het bepalen van de samenstelling en verdeling van elementen in de bodem. "We hopen dat door de combinatie van deze methoden in toekomstige soortgelijke onderzoeksprojecten te blijven toepassen, we zullen meer inzicht krijgen in de terugkoppelingseffecten tussen klimaatverandering en de stikstofcyclus in verschillende ecosystemen en omgevingen, ", zegt Eliza Harris. Het langetermijndoel van de onderzoekers is om modellen te gebruiken om de emissiedynamiek van ecosystemen in de context van klimaatverandering te voorspellen.