Nieuw onderzoek van de Noorse Universiteit voor Levenswetenschappen (NMBU) en het Internationale Instituut voor Toegepaste Systeemanalyse (IIASA) stelt voor om bodembacteriën te gebruiken om de uitstoot van broeikasgassen door de voedselproductie te verminderen. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Nature .

Stikstofbemesting leidt tot de uitstoot van het broeikasgas lachgas (N₂ O) uit landbouwgronden, die verantwoordelijk zijn voor een aanzienlijk deel van de totale uitstoot van broeikasgassen door de landbouw. Er is lang aangenomen dat deze N₂ O-uitstoot is onvermijdelijk.

Een internationaal team van onderzoekers onder leiding van NMBU heeft echter een methode ontdekt om deze uitstoot te verminderen. Ze hebben bacteriën geïdentificeerd die lachgas kunnen ‘consumeren’ terwijl het zich in de bodem vormt, waardoor wordt voorkomen dat het gas in de atmosfeer ontsnapt. De onderzoekers zijn van mening dat deze methode alleen al het potentieel heeft om de stikstofoxide-uitstoot in de landbouw in Europa met een derde te verminderen.

De N₂ O probleem

Planten hebben veel stikstof nodig om te groeien. Een productieve landbouw vereist daarom een ​​overvloedige aanvoer van stikstofhoudende kunstmest. Dit was een knelpunt in de landbouw totdat Fritz Haber een pionier was in de technologie voor de industriële productie van stikstofkunstmest uit atmosferische stikstof. Deze technologie heeft ertoe bijgedragen dat de wereldvoedselproductie al 120 jaar gelijke tred houdt met de bevolkingsgroei.

Er zitten echter micro-organismen in de bodem die het broeikasgas N₂ produceren O, en bemesting stimuleert deze productie.

"Dit broeikasgas heeft een effect dat ongeveer 300 keer sterker is dan CO₂ , en de landbouw is goed voor ongeveer driekwart van de Europese N₂ O-emissies", legt Wilfried Winiwarter uit, een van de co-auteurs van het onderzoek en senior onderzoeker bij de Pollution Management Research Group van het IIASA Energy, Climate, and Environment Program.

"Bovendien is de landbouw wereldwijd de belangrijkste bron van lachgas in de atmosfeer. De uitstoot van lachgas wordt voornamelijk gereguleerd door bodembacteriën, wat reductie-inspanningen een uitdaging maakt vanwege hun ongrijpbare aard", voegt hij eraan toe.

Bacteriën kunnen het werk doen

Onderzoekers van NMBU doen al ruim twintig jaar fundamenteel onderzoek naar de manier waarop micro-organismen in de bodem stikstof omzetten. Ze hebben onder meer grondig bestudeerd wat er gebeurt als de microben geen toegang hebben tot voldoende zuurstof, een aandoening die hypoxie wordt genoemd.

Wanneer bemesting plaatsvindt (en tijdens regenval) worden sommige delen van de bodem hypoxisch. Omdat de microben dan geen toegang hebben tot zuurstof, zijn ze gedwongen andere manieren te vinden om aan energie te komen. Veel microben kunnen nitraat gebruiken in plaats van zuurstof, en via een proces dat denitrificatie wordt genoemd, zetten ze het nitraat om in andere gassen. Eén daarvan is lachgas, en op deze manier dragen de micro-organismen bij aan de uitstoot van broeikasgassen.

De onderzoekers hebben belangrijke ontdekkingen gedaan met betrekking tot de regulering van dit proces, en ze hebben een unieke manier ontwikkeld om denitrificatie te bestuderen. Zij maken onder meer gebruik van robotoplossingen zowel in het laboratorium als in het veld en hebben een speciale robot ontwikkeld die realtime metingen kan doen aan de lachgasuitstoot uit de bodem.

De oplossing om N₂ te verminderen O-emissies zijn het gebruik van een speciaal type bacteriën die niet in staat zijn lachgas te produceren, maar lachgas kunnen reduceren tot onschadelijk stikstofgas (N₂ ).

"Als we deze microben kweken in organisch afval dat als meststof wordt gebruikt, kunnen we N₂ verminderen O-uitstoot. Dit zou een oplossing kunnen betekenen voor het probleem van N₂ O-emissies uit de landbouw”, zegt Lars Bakken, hoofdauteur van het onderzoek en hoogleraar aan de NMBU.

"Maar het was niet eenvoudig om de juiste bacterie te vinden. Hij moet snel kunnen groeien in organisch afval, goed kunnen functioneren in de bodem en lang genoeg kunnen leven om N₂ te verminderen. O-uitstoot gedurende een heel groeiseizoen. Het was ook een uitdaging om van het testen in het laboratorium naar het uitproberen in de natuur te gaan, en ervoor te zorgen dat het N₂ daadwerkelijk zou verminderen. O-emissies in het veld”, voegt Bakken toe.

Het onderzoeksteam werkt nu aan het vinden van meer bacteriën die lachgas consumeren en deze te testen in verschillende soorten organisch afval dat wereldwijd als meststof wordt gebruikt. Het doel is om een ​​breed scala aan bacteriën te vinden die kunnen functioneren in verschillende grondsoorten en met verschillende mestmengsels.

Meer informatie: Elisabeth G. Hiis et al, Ontsluiten van bacterieel potentieel om landbouwgrond N₂ te verminderen O emissies, Natuur (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07464-3

Journaalinformatie: Natuur

Aangeboden door International Institute for Applied Systems Analysis