Nieuw gepubliceerd onderzoek van de Michigan State University laat zien hoe switchgrass, een gewas op biobrandstof, de effecten van klimaatverandering kan verzachten wanneer het wordt verbouwd op marginaal land - landbouwgrond van weinig waarde. Voor boeren kan het ook economisch rendement opleveren in deze anders onproductieve ruimtes.

Het onderzoek is gepubliceerd in Environmental Research Letters .

Het team werd geleid door Bruno Basso, een MSU Foundation Professor in de afdelingen Aard- en Milieuwetenschappen en Planten-, Bodem- en Microbiële Wetenschappen, evenals de W.K. Kellogg biologisch station. Seungdo Kim, universitair hoofddocent onderzoek aan het MSU College of Engineering, en Rafael Martinez-Feria, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Basso, waren ook betrokken.

Hernieuwbare energie is wereldwijd een belangrijk onderwerp van discussie. Klimaatwetenschappers waarschuwen voor catastrofale gevolgen als fossiele brandstoffen in de toekomst de primaire energiebron blijven. Bovendien houden landen als de VS rekening met de ethische en financiële dilemma's van het vertrouwen op buitenlandse olie.

Lignocellulosische biobrandstoffen, gemaakt van plantaardige biomassa, zijn een van de weinige huidige hernieuwbare energiebronnen met potentieel als brandstofalternatief voor voertuigen. Maar problemen met fossiele brandstoffen zijn niet eenvoudig op te lossen door simpelweg meer gewassen op biobrandstof te planten, zoals switchgrass.

"Voldoende telen om op grote schaal biobrandstofgewassen voor de transportsector te gebruiken, zou enorme veranderingen in landgebruik vereisen", zei Basso. "Dit is een probleem met veel lagen. Er zijn zorgen over de voedselzekerheid als land dat voorheen werd gebruikt voor voedselgewassen, werd verschoven naar gewassen voor biobrandstof. Er zijn ook zorgen over de uitstoot van broeikasgassen als land dat momenteel niet wordt gebruikt voor landbouw, zoals leefgebieden voor wilde dieren, wordt ingehaald door gewasproductiesystemen."

De uitdaging wordt nog groter als boeren nadenken over wat ze moeten doen met marginale, minder productieve grond. Met stijgende inputkosten is er vaak weinig tot geen voordeel om in deze gebieden te planten. Als telers besluiten om te planten, zijn er veel milieuproblemen, aangezien deze velden vaak stikstofarm zijn en mogelijk veel meststoffen vereisen.

"Om boeren ertoe aan te zetten hun gedrag te veranderen, moet de verandering in de eerste plaats economisch logisch voor hen zijn", zei Basso. "Ons doel was om te onderzoeken of marginale gronden zowel winstgevend als milieubewust kunnen zijn, iets dat een overwinning zou zijn voor alle betrokkenen."

Voor dit project gebruikten Basso en zijn team een ​​multi-model ensemble van gewassimulatiesystemen die rekening houden met bodem-, weers- en managementgegevens. Deze omvatten drie modellen uit eerdere onderzoeken en Basso's System Approach to Land Use Sustainability (SALUS)-programma, dat de dagelijkse gewasproductie gedurende vele jaren simuleert met behulp van verschillende beheerstrategieën.

Het multimodelensemble is ontworpen om de onzekerheden die voortkomen uit modelinvoer en parameters die uniek zijn voor elk model beter te begrijpen en te kwantificeren. Basso zei dat dit de eerste studie is die een modelensemble gebruikt dat is gekoppeld aan kunstmatige intelligentie voor switchgrass dat wordt gebruikt voor de productie van bio-energie.

Basso's team ontdekte dat lage hoeveelheden stikstofkunstmest op lange termijn een verhoging van de opbrengst opleverden die groter was dan de uitstoot van broeikasgassen, een bevinding die in strijd is met andere onderzoeken. Onderzoekers geloven dat het voordeel veel groter kan zijn op land dat wordt beperkt door stikstofgebrek, wat het geval is in verschillende delen van Michigan. Basso merkte op dat het gebruik van deze strategie niet zo effectief is in gebieden met een rijke bodem organische koolstof of die met weinig neerslag en korte groeiseizoenen.

"Dit toont aan dat sommige marginale gronden zonder stikstof potentiële waarde hebben voor de productie van biobrandstoffen, wat interessant is voor boeren die de winstgevendheid willen vergroten en van het belang van het milieu door de ecologische voetafdruk van de operatie te verkleinen," zei Basso. "Het is belangrijk dat wanneer we een probleem proberen op te lossen, we geen nieuw probleem creëren, dus de niveaus van toegevoegde stikstofmest zijn cruciaal om het algehele netto-positieve klimaatresultaat te behouden."