In een voortdurende poging om de ideale omstandigheden te vinden om alternatieve biobrandstoffen te verbouwen die meer milieuvoordelen bieden, Wetenschappers van de Universiteit van Minnesota pasten hun onderzoek toe op inheemse prairies in de Upper Midwest om marginale gronden te begrijpen, met name verlaten en gedegradeerde landbouwgebieden.

"Oorspronkelijk, overblijvende grassen en verlaten velden zijn voorgesteld als een manier om de milieuvoordelen van biobrandstoffen te vergroten. Biobrandstoffen van de eerste generatie, zoals maïsethanol, vereisen intensief gebruik van stikstofmeststoffen en nemen land weg van de voedselproductie. We wilden zien of prairiegrassen een beter gewas zouden kunnen zijn, " zei hoofdonderzoeker David Tilman, professor aan het College of Biological Sciences (CBS) en directeur van het Cedar Creek Ecosystem Science Reserve.

Een ander potentieel voordeel van overblijvende grassen is gebonden aan hun diepe wortelstelsel. Volgens onderzoekers, diepere wortelsystemen - in tegenstelling tot die in eenjarige gewassen zoals maïs - zijn in staat om grote hoeveelheden koolstof onder de grond op te slaan die anders in de atmosfeer zou vrijkomen. Echter, omdat overblijvende grassen op marginale gronden een lage opbrengst kunnen hebben vanwege minder vruchtbare grond, onderzoekers onderzochten manieren om de groei van de grassen te maximaliseren zonder negatieve effecten op het milieu.

In de 10-jarige studie gepubliceerd in Natuur Duurzaamheid , onderzoekers gebruikten 36 percelen op een verlaten landbouwgebied in het Cedar Creek Ecosystem Science Reserve om 32 soorten prairie- en savanneplanten te planten die inheems zijn in Minnesota. In 2007, onderzoekers verdeelden de plots in verschillende groepen en gaven ze een combinatie van twee behandelingen:watertoevoeging (d.w.z. geïrrigeerd of niet-geïrrigeerd) en stikstofbemesting (d.w.z. 0 g/m ² , 7 g/m ² , 14 g/m ² ).

In het volgende decennium zal onderzoekers vonden dat:

• matige behandelingen (irrigatie en 7 g/m ² van stikstof) de beste biomassaopbrengsten en koolstofopslag in de bodem hadden, terwijl het verwaarloosbare effecten heeft op de stabiliteit, diversiteit en verlies van nutriënten aan grondwater;
• vergeleken met de controle (niet geïrrigeerd en geen extra stikstof), matige behandelingen resulteerden in bijna twee keer de opbrengst en koolstofopslag in de bodem en - als de planten zouden worden omgezet in bio-energie om fossiele brandstoffen te verdringen - zou dit resulteren in twee keer zoveel broeikasgasbesparing;
• vergeleken met de matige behandeling, de intensievere behandeling (irrigatie en 14 g/m ² stikstof) hadden een besparing van 30 procent op broeikasgassen, 10 keer grotere nitraatuitspoeling en 120 procent groter verlies aan plantendiversiteit.

"Onze resultaten geven aan dat verschillende intensiveringsniveaus verschillende milieuvoordelen en -kosten hebben, " zei Yi Yang, de hoofdauteur van de studie en nu een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Bioproducts and Biosystems Engineering aan de Universiteit van Minnesota. "Onze studie suggereert dat het optimaliseren van meerdere milieuvoordelen duurzame intensiveringspraktijken vereist die geschikt zijn voor de bodem, klimaat en plantensoorten van een regio."

Vergeleken met maïsethanol, onderzoekers ontdekten dat de biomassaopbrengst van de best presterende inheemse prairiegrassen matig lager was (zes ton per hectare versus de gemiddelde maïsopbrengst van acht ton per hectare in de VS). Echter, onderzoekers ontdekten dat door een lager stikstofgebruik en grotere hoeveelheden koolstofopslag in de bodem, de inheemse prairies zouden resulteren in een grotere totale besparing op broeikasgassen wanneer ze worden omgezet in bio-energie.

"Het kweken van prairiegrassen met een hoge diversiteit en alle gerelateerde prairiebloemen op verlaten landbouwgronden en het gebruik ervan voor bio-energie kan de ecologie voor dieren in het wild herstellen en uiteindelijk het klimaat op aarde verbeteren door fossiele brandstoffen te helpen verdringen, ", zegt hoofdonderzoeker en CBS-faculteitslid Clarence Lehman.

Verdere studies in andere regio's met andere bodemkenmerken en klimaten moeten worden uitgevoerd om deze bevindingen uit te breiden.