Gazons in de Salt Lake Valley tot 100 jaar oud zijn nog niet verzadigd met de nutriëntenstikstof, die wordt toegevoegd door kunstmest, volgens een nieuwe studie van onderzoekers van de Universiteit van Utah. Het resultaat is verrassend, aangezien eerdere studies in het oosten van de VS suggereerden dat bemeste grond binnen enkele decennia verzadigd zou raken met stikstof.

Er gebeurt iets anders in de bodem van Salt Lake, volgens postdoctoraal onderzoeker Rose Smith, hoofdauteur van de nieuwe studie. Verschillende natuurlijke processen kunnen het ongebruikelijke patroon van stikstofaccumulatie verklaren, hoewel Smith nog niet zeker weet welke in dit geval verantwoordelijk zijn. Het werk is gepubliceerd in Oecologie en werd gefinancierd door de National Science Foundation. De paper maakt deel uit van een speciale uitgave ter ere van de carrière van de Amerikaanse biologieprofessor en co-auteur James Ehleringer.

Stikstofbronnen en -putten

Stikstof is een van de belangrijkste voedingsstoffen voor planten, en de stikstofcyclus is hoe stikstof in de atmosfeer (die overvloedig is en, helaas, biologisch nutteloos) wordt omgezet in vormen die planten kunnen gebruiken. Bacteriën zetten gasvormige stikstof om in nitraten, die door planten kunnen worden opgenomen. De cyclus gaat verder terwijl ontbindende bacteriën de stikstof ofwel terugbrengen in de bodem of deze in de atmosfeer afgeven waar het als een verontreinigende stof kan werken. In sommige gevallen, stikstof kan uit de bodem verloren gaan omdat het via het grondwater wordt uitgeloogd naar meren of beken, wat ook als een vervuilende stof fungeert.

"We hebben de stikstofcyclus enorm veranderd, "zegt Smith. Nu doen industriële processen het werk van het fixeren van stikstof, het pompen van een enorme instroom van de voedingsstoffen in gazons en velden. "Wat zijn de onbedoelde gevolgen van al die extra stikstof?" ze zegt. Als onderdeel van haar grotere onderzoeksprogramma naar de effecten van stikstof in de Jordaan in Utah, Smith en haar collega's keken eerst naar één mogelijke stikstofbron:de gazons van Salt Lake.

Geen plateau

In 2007, afgestudeerde student Jebediah Williamson en U-biologieprofessor James Ehleringer namen bodemmonsters van 40 grasvelden in de Salt Lake-vallei, grenzend aan huizen die tussen 1900 en 2000 waren gebouwd om koolstof in de bodem te bestuderen. Smith gebruikte deze monsters vervolgens om de accumulatie van stikstof in de loop van de tijd beter te begrijpen. Het idee was om te kijken naar een reeks van hoeveel stikstof er in gazons van verschillende leeftijden zat en vervolgens de snelheid van stikstofaccumulatie in de loop van de tijd te berekenen. met de algemene veronderstelling dat de gazons allemaal relatief hetzelfde zijn behandeld en bemest. 'Dus er is een veronderstelling, toch?' zegt Smit. "Een ander voorbehoud bij deze studie is dat we niet weten hoeveel mensen bemesten." De studie vroeg huiseigenaren niet hoeveel kunstmest ze gebruikten, maar vergeleken in plaats daarvan een reeks mogelijke bemestingsgedragingen met de snelheid van stikstofophoping die ze zagen.

Ze verwachtten dat de stikstofniveaus in de loop van de tijd zouden stijgen en dan zouden stabiliseren, waaruit blijkt dat de grond verzadigd was. Dat is wat andere studies hadden gevonden - dat het stikstofgehalte de eerste 30 jaar of zo stijgt, en dan afvlakken. En als de grond verzadigd raakt, anderen gevonden, de overtollige stikstof kan worden uitgeloogd, als water dat uit een overvolle badkuip loopt.

Maar in plaats daarvan, Smith en haar collega's vonden een ruwweg lineaire relatie tussen stikstofgehalte en tijd, wat erop wijst dat zelfs na 100 jaar, Salt Lake-bodems accumuleren nog steeds stikstof. De reden is niet duidelijk. En alleen opslag in de bodem kan de stikstof niet verklaren die in de loop van de tijd waarschijnlijk aan de bodem is toegevoegd. Onder alle, behalve de meest conservatieve bemestingsscenario's, aanzienlijke hoeveelheden stikstof zijn gewoon verdwenen.

"Er kunnen echt grote verliezen zijn op hetzelfde moment als accumulatie, "Smit zegt, "wat eigenlijk een simpel idee is, maar het is een idee dat ons begrip van hoe bodems omgaan met stikstof in twijfel trekt." Dus in plaats van een overvolle badkuip, het bodemstikstofsysteem lijkt misschien meer op een lekkende zeef, nooit verzadiging bereiken.

Een aanwijzing voor waar de stikstof naartoe ging, kan in de bodem zelf zijn. De onderzoekers maten verhoudingen van stabiele isotopen van stikstof in de bodem. Denitrificerende bacteriën gebruiken liever lichtere stikstof-14 isotopen, de zwaardere stikstof-15-isotopen achterlatend. Grondwateruitspoeling van stikstof lijkt geen voorkeur te hebben, het zonder onderscheid verwijderen van beide isotopen. Smith ontdekte dat de verhouding van stikstof-15 toenam met de leeftijd van de bodem, wat suggereert dat stikstofverlies aan de lucht waarschijnlijker is dan uitspoeling. Veel van de bemonsterde gronden waren rijk aan klei, die de waterafvoer en uitloging remt, versterking van deze hypothese.

Verbindingen met de waterwegen van Utah

Maar de stikstof vindt misschien nog steeds zijn weg naar de meren en rivieren van het Wasatch Front. De rivier de Jordaan is verontreinigd met de voedingsstof. Smith hoopt te onderzoeken of er een verband is tussen de rivier en stikstof in het gazon. Ze neemt ook deel aan een aankomend project om technieken voor nutriëntenbeheer in regenwater te ontwikkelen op een experimenteel perceel in de buurt van het U's Williams Building. Samen, deze studies zijn bedoeld om de vraag te beantwoorden die volgens Smith wordt opgeroepen door de verrassende resultaten van deze studie:"Zijn de bodems een belangrijke bron van stikstof voor onze waterwegen, " ze zegt, "of niet?"