Bodemstikstof in graslanden die bijna een derde van het aardoppervlak beslaan, is een essentieel ingrediënt voor de productie van voedsel en het tegengaan van klimaatverandering.

Met behulp van resultaten van een allereerste experiment op wereldschaal, een internationaal onderzoeksteam met een ecoloog van de Universiteit van Guelph krijgt een duidelijker beeld van hoe stikstof in graslandbodems de plantengroei stimuleert voor voedselproductie en de gezondheid van ecosystemen.

Deze wereldwijde veldstudie biedt een meer gedetailleerde basislijn van wereldwijde stikstofniveaus en verbetert ons begrip van natuurlijke stikstofcycli en de effecten van wijdverbreide overbemesting door landbouw, zei integratieve biologieprofessor Andrew MacDougall.

Samen met andere leden van het wereldwijde Nutrient Network (NutNet), hij is een van de bijna 40 internationale co-auteurs wereldwijd van een nieuw artikel dat onlangs is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

MacDougall zei dat de veldmetingen van het team, uitgevoerd gedurende een enkel groeiseizoen op zes continenten, onderzoekers nauwkeurigere informatie zullen geven over stikstofcycli en de beschikbaarheid ervan voor planten dan meer conventionele laboratoriumgebaseerde schattingen.

Hoewel laboratoriumbodemonderzoek doorgaans goedkoper is dan veldwerk, hij zei, "Labmetingen vangen mogelijk geen echte processen op. Het begrijpen van stikstofcycli is van cruciaal belang voor het begrijpen van de wereldwijde plantenproductie, de koolstofcyclus, de effecten van atmosferische koolstof, voedselproductie."

Stikstof is een van de belangrijkste voedingsstoffen voor planten. Door een proces genaamd mineralisatie, bodemmicroben zetten van nature organische stikstof om in een anorganische vorm die planten kunnen gebruiken. Boeren over de hele wereld voegen ook stikstof toe aan gewassen als een belangrijk ingrediënt in meststoffen.

Werken op 30 graslandlocaties, inclusief het veldperceel van MacDougall op Vancouver Island, de teamleden isoleerden bodemmonsters met behulp van metalen cilinders die in de aarde werden gestoken. De onderzoekers volgden bodemeigenschappen en klimaatvariabelen zoals temperatuur en vocht in één groeiseizoen.

Die monsterkernen werden opgegraven en geanalyseerd door hoofdauteur Anita Risch, een wetenschapper aan het Zwitserse Federale Instituut voor Bos, Sneeuw- en landschapsonderzoek.

Als percentage van het bodemvolume, stikstofniveaus op de 30 locaties varieerden van sporenhoeveelheden in de woestijnen van New Mexico in de Verenigde Staten tot 1,4 procent van het totale bodemvolume in Lancaster in het Verenigd Koninkrijk. Stikstofmineralisatiesnelheden waren zo hoog als 1,4 milligram van het element per kilogram grond per dag.

Door de plantengroei en productiviteit van graslanden te beheersen, stikstof bepaalt hoeveel gras er groeit en hoeveel dieren, inclusief vee, er kunnen leven.

Van de Canadese prairieprovincies tot de Argentijnse pampa's tot het Krim-schiereiland, MacDougall zei, "60 procent van 's werelds graslanden ondersteunt begrazing door vee." Omdat een groeiende bevolking meer voedsel consumeert, hij zei, de menselijke impact zal alleen maar toenemen - van directe begrazing door vee tot het ombouwen van graslanden voor gewassen zoals maïs en soja die nodig zijn om die dieren te voeden.

Stikstof kan ook beïnvloeden hoeveel van het broeikasgas koolstofdioxide in graslandbodems wordt vastgehouden in plaats van naar de atmosfeer te ontsnappen. Of CO ₂ wordt gesekwestreerd in de bodem of vrijkomt, hangt af van de activiteit van bodemmicroben die stikstof beschikbaar maken voor planten.

Dat stikstofmineralisatieproces maakt gebruik van bodemkoolstof. Warmere temperaturen en nattere omstandigheden die onder klimaatverandering worden verwacht, kunnen dat proces versnellen en ertoe leiden dat er meer koolstof in de atmosfeer terechtkomt. "Koolstof wordt in de bodem opgeslagen zolang het niet wordt afgebroken door microben, ' zei MacDougall.

Onderzoekers weten dat natuurlijke graslanden veel minder stikstof bevatten dan in door mensen bemeste gebieden. De NutNet-teamleden voerden ook bemestingsexperimenten uit op hun graslandpercelen, hoewel die resultaten nog niet beschikbaar zijn.

Verwijzend naar landbouwpraktijken, MacDougall zei:"We hebben de neiging om te veel stikstof aan te bieden. Als we de mineralisatiesnelheden kennen en hoeveel stikstof er al in de bodem zit, kunnen we misschien bepalen hoeveel we toevoegen."

Het studienetwerk een "global observatory, " hij voegde toe, "We proberen de productiviteit van grasland te bepalen en hoe die wordt gevormd door bodem en klimaat en menselijke invloeden."

NutNet is een internationale onderzoekssamenwerking die in 2007 is begonnen en is gebaseerd op de Universiteit van Minnesota. Een eerste lid van het netwerk, MacDougall werkt sinds 1999 op het studiegebied van Vancouver Island dat eigendom is van de Nature Conservancy of Canada.