Degenen die zich bezighouden met de gezondheid van Chesapeake Bay zijn bekend met stikstof als een belangrijke verontreinigende stof waarvan de overtollige afvoer naar het baaiwater kan leiden tot algenbloei en zuurstofarme dode zones. Misschien minder bekend is de belangrijke rol die een vorm van stikstofgas speelt bij de opwarming van de aarde en de vernietiging van de ozonlaag van de aarde.

Nutsvoorzieningen, een internationale groep wetenschappers waaronder B.K. Song of William &Mary's Virginia Institute of Marine Science heeft ontdekt dat de productie van dit krachtige broeikasgas - bekend als N2O of lachgas - kan worden omzeild als complexe stikstofverbindingen in de bodem, water en meststoffen worden afgebroken tot het niet-reactieve stikstofgas (N2) dat het grootste deel van onze atmosfeer vormt.

Hun ontdekking, gepubliceerd in een recente editie van Wetenschappelijke rapporten , onthult een geheel nieuwe weg in de wereldwijde stikstofcyclus en kan leiden tot nieuwe manieren voor boeren en anderen om hun uitstoot van schadelijke gassen te verminderen. De hoofdauteur van de studie is Rebecca Phillips van het Landcare Research Institute in Nieuw-Zeeland, samen met Landcare-collega's Andrew McMillan, Gwen Grelet, Bevan Weir en Palmada Thilak. Ook een bijdrage aan de studie was Craig Tobias van de Universiteit van Connecticut.

Landbouw draagt ​​meer stikstofoxide bij aan de atmosfeer dan enige andere menselijke activiteit, voornamelijk door stikstofbemesting. Dit broeikasgas is 300 keer effectiever in het vasthouden van warmte dan kooldioxide en 10 keer effectiever dan methaan. Lachgas verplaatst zich ook naar de stratosfeer en vernietigt ozon.

De huidige wijsheid houdt in dat lachgas onvermijdelijk wordt geproduceerd wanneer stikstof in de bodem - inclusief meststoffen zoals ammoniak, ammonium, en ureum - breekt af. Er wordt ook gedacht dat dit afbraakproces, bekend als denitrificatie, vereist de werking van microben en kan alleen optreden in afwezigheid van zuurstof.

Het huidige onderzoek is in tegenspraak met elk van deze lang gekoesterde ideeën.

"Onze bevindingen twijfelen aan de veronderstelling dat lachgas een tussenproduct is dat nodig is voor de vorming van stikstofgas, " zegt Phillips. "Ze werpen ook twijfel op of microbiële productie van lachgas moet plaatsvinden in afwezigheid van zuurstof."

"We hebben nu een pad dat geen microben nodig heeft, " voegt Song toe. "Het proces van denitrificatie kan abiotisch gebeuren, zonder de noodzaak van bacteriën of schimmels."

De ontdekking van het team kan leiden tot praktische toepassingen voor het verminderen van de effecten van een teveel aan stikstof in het milieu, een onderwerp waarop ze zich concentreerden tijdens de presentatie van hun bevindingen tijdens een recente bijeenkomst in Washington, gelijkstroom, gesponsord door het Amerikaanse ministerie van landbouw en het National Integrated Water Quality Program.

"Het zou ons een manier kunnen geven om het systeem zo te ontwerpen dat het de niveaus van vaste stikstof verlaagt, ", zegt Song. "Door de soorten en verhoudingen van stikstofverbindingen in kunstmest te veranderen, heb je misschien een betere manier om overtollig stikstof te verminderen, en om eutrofiëring of nutriëntenverrijking in nabijgelegen wateren te verminderen."

Philips voegt eraan toe, "Verder onderzoek zou boeren kunnen informeren over het telen van organische stof in de bodem die nuttig is voor stikstofbeheer. Organische vormen van bodemstikstof, zoals afvalproducten van planten en schimmels, zou kunnen helpen overtollige anorganische stikstof - die anders zou worden uitgeloogd in water of uitgestoten als lachgas - om te zetten in een vorm die niet schadelijk is voor het milieu."

Echter, de wetenschappers zeggen dat er meer onderzoek nodig is om precies te testen welke vormen van organische stikstof het meest effectief zijn. Het team ontwikkelt nu voorstellen voor verdere financiering waarmee ze toepassingen op boerderijen kunnen onderzoeken om overtollige stikstof uit bodem en water om te zetten in niet-reactief atmosferisch N2-gas zonder N2O te produceren. Dit kan wetenschappers in staat stellen opties te ontwikkelen om het lot van stikstof uit de landbouw te beheersen en tegelijkertijd de uitstoot van broeikasgassen te vermijden.