De moderne landbouw staat voor twee grote dilemma's:hoe kan voldoende voedsel worden geproduceerd om de groeiende menselijke bevolking te voeden en hoe kan de milieuschade die gepaard gaat met intensieve landbouw tot een minimum worden beperkt. Het vasthouden van meer stikstof in de bodem als ammonium kan een belangrijke manier zijn om beide uitdagingen aan te pakken, volgens een nieuwe krant in de Proceedings van de National Academy of Sciences (PNAS) .

Het huidige gebruik van stikstofmeststoffen draagt ​​in hoge mate bij aan de uitstoot van broeikasgassen, luchtvervuiling, en watervervuiling, maar ze zijn ook essentieel voor het verbouwen van gewassen. Het verminderen van deze vervuiling is van cruciaal belang, maar het gebruik van stikstof zal waarschijnlijk toenemen met een verhoogde voedselproductie. Tegelijkertijd, de wereldbevolking neemt toe, en de landbouw moet efficiënt genoeg voedsel produceren om iedereen te voeden zonder toevlucht te nemen tot het kappen van meer bossen voor landbouw.

Vroeger, boeren zijn erin geslaagd de voedselproductie te verhogen door meer stikstofmeststoffen aan hun landbouwgrond toe te voegen, maar dit is niet langer een haalbare of acceptabele oplossing. In plaats daarvan, boeren zouden moeten overwegen over te stappen op een mengsel van nitraat en ammonium, de onderzoekers beweren, wat de vervuiling kan verminderen en de voedselproductie kan verhogen. Ammonium, een vorm van stikstof, bindt zich aan de bodem en zal dus minder snel uitspoelen naar waterlopen.

"De huidige bemestingssystemen zijn vervuilend, inefficiënt, en schadelijk voor de gezondheid van ecosystemen, " zei mede-auteur Guntur Subbarao, een senior onderzoeker bij het Japan International Research Center for Agricultural Sciences (JIRCAS). "Als de landbouw kan verschuiven van volledig afhankelijk zijn van nitraat in de bodem naar een systeem met een mengsel van nitraat en ammonium, het zou verstrekkende gevolgen kunnen hebben bij het beperken van de stikstofvervuiling en het verhogen van de gewasopbrengsten."

"Nieuwe hulpmiddelen om meer bestaande bodemstikstof in de vorm van ammonium te behouden, kunnen ook de selectie van gewasvariëteiten mogelijk maken die hogere opbrengsten behalen door een mengsel van stikstofvormen, " zei co-auteur Tim Searchinger, een senior onderzoeker bij het Centre for Policy Research on Energy and the Environment, die is gebaseerd op de School of Public and International Affairs van Princeton University. "Het vooruitzicht bestaat op een dubbel voordeel dat de stikstofvervuiling vermindert, inclusief de uitstoot van broeikasgassen, en helpt de wereld om bossen te redden door substantieel meer voedsel te produceren op hetzelfde land."

De meeste strategieën voor het verminderen van stikstofvervuiling zijn gebaseerd op het beperken van de vervuiling aan de "voorkant" - door te proberen mest zorgvuldiger toe te passen. Echter, de auteurs leggen uit dat hoe zorgvuldig kunstmest ook wordt toegepast, er is altijd een lekkage van stikstof aan de "achterkant". Deze lekkage treedt op doordat bodemstikstof in akkerlanden snel overgaat in nitraat, een vorm van stikstof die gemakkelijk uitspoelt naar grondwater en waterwegen en bij de afbraak daarvan lachgas vrijkomt, een krachtig broeikasgas.

Dit is waar ammonium binnenkomt, zeggen de auteurs. Het wordt niet afgebroken tot lachgas, tenzij het eerst in nitraat wordt omgezet. Het artikel laat zien dat hoewel hoge niveaus van ammonium giftig zijn voor de meeste planten, een weinig gewaardeerde onderzoekslijn heeft aangetoond dat een mengsel van nitraat en ammonium de gewasopbrengst aanzienlijk verhoogt, zelfs met 50% of meer, vergeleken met de huidige bodemgesteldheid die bijna allemaal nitraat is.

Deze academische bevinding was tot voor kort niet relevant omdat micro-organismen in akkers stikstof snel omzetten in nitraat in een proces dat bekend staat als nitrificatie. Echter, de auteurs identificeren twee nieuwe manieren om een ​​grotere balans van stikstofvormen in de bodem te behouden. Een daarvan is het gebruik van synthetische nitrificatieremmers met coatings om nitrificatie voor langere tijd te beperken. De andere is om te profiteren van het natuurlijke vermogen van sommige planten om nitrificatie te voorkomen. Een planteigenschap die voorkomt dat microben ammonium in nitraat omzetten, werd voor het eerst ontdekt in een algemeen geplant tropisch gras, maar onderzoekers zijn onlangs begonnen met het kweken van variëteiten van alle belangrijke granen, zoals tarwe, dit pand te hebben.

Door planten te kweken die baat hebben bij ammonium en die de ammoniumretentie in de bodem bevorderen door nitrificatie te remmen, boeren, wetenschappers, en beleidsmakers zouden de voedselproductie effectief kunnen verhogen en tegelijkertijd de aantasting van het milieu kunnen minimaliseren. De auteurs bevelen aanvullende onderzoeksinspanningen aan, aangezien er momenteel geen grootschalige financiële steun is voor deze inspanningen. Ze bevelen ook beleid aan dat mestsubsidies verschuift naar kunstmestvormen of gewasvariëteiten die nitrificatie remmen.

"Een belangrijk voordeel van dit onderzoek is dat als deze rassen eenmaal zijn gemaakt, alle boeren over de hele wereld zouden ze moeten kunnen gebruiken zonder extra kosten en met het voordeel van hogere opbrengsten, ' zei Subbarao.