Bæredygtig bioenergi fra indfødte prærier på forladte landbrugsjord

I en løbende indsats for at opdage de ideelle betingelser for at dyrke alternative biobrændstoffer, der giver flere miljøfordele, Forskere fra University of Minnesota anvendte deres forskning om indfødte prærier i Upper Midwest for at forstå marginale lande - især forladte og forringede landbrugsmarker.

"Hjemmehørende, flerårige græsser og forladte marker er blevet foreslået som en måde at øge de miljømæssige fordele ved biobrændstoffer. Første generations biobrændstoffer, såsom majsethanol, kræver intensiv brug af nitrogengødning og tager jord væk fra fødevareproduktion. Vi ville se, om præriegræs kunne vise sig at være en bedre afgrøde, "sagde hovedforsker David Tilman, professor i College of Biological Sciences (CBS) og direktør for Cedar Creek Ecosystem Science Reserve.

En anden potentiel fordel ved flerårige græsser er knyttet til deres dybe rodsystemer. Ifølge forskere, dybere rodsystemer - i modsætning til dem, der ses i årlige afgrøder som majs - er i stand til at lagre store mængder kulstof under jorden, som ellers ville blive frigivet til atmosfæren. Imidlertid, fordi flerårige græsser på marginale marker kan have lave udbytter på grund af mindre frugtbar jord, forskere undersøgte måder at maksimere væksten af ​​græsserne uden negative virkninger på miljøet.

I den 10-årige undersøgelse offentliggjort i Naturens bæredygtighed , forskere udnyttede 36 parceller på et forladt landbrugssted i Cedar Creek Ecosystem Science Reserve til at plante 32 arter af prærie- og savanneplanter, der er hjemmehørende i Minnesota. I 2007, forskere opdelte parcellerne i flere grupper og tildelte dem en kombination af to behandlinger:vandtilsætning (dvs. vandet eller ikke-vandet) og nitrogengødskning (dvs. 0 g/m ² , 7 g/m ² , 14 g/m ² ).

I løbet af det næste årti, forskere fandt ud af, at:

• moderate behandlinger (kunstvanding og 7 g/m ² kvælstof) havde de bedste biomasseudbytter og kulstoflagring i jorden, mens den har ubetydelige virkninger på stabiliteten, mangfoldighed og tab af næringsstoffer til grundvand;
• sammenlignet med kontrollen (ikke-vandet og uden ekstra nitrogen), moderate behandlinger resulterede i næsten det dobbelte af udbyttet og lagring af kulstof i jorden og - hvis planterne blev omdannet til bioenergi for at fortrænge fossile brændstoffer - ville det resultere i dobbelt så store drivhusgasbesparelser;
• sammenlignet med moderat behandling, den mere intensive behandling (kunstvanding og 14 g/m ² kvælstof) havde 30 procent lavere drivhusgasbesparelser, 10 gange større nitratudvaskning og 120 procent større tab i plantemangfoldighed.

"Vores resultater indikerer, at forskellige intensiveringsniveauer har forskellige miljømæssige fordele og omkostninger, "sagde Yi Yang, hovedforfatteren af ​​undersøgelsen og nu en postdoktoral forsker ved Institut for Bioprodukter og Biosystemteknik ved University of Minnesota. "Vores undersøgelse tyder på, at optimering af flere miljøfordele kræver bæredygtig intensiveringspraksis, der er egnet til jordbunden, klima og plantearter i en region. "

Sammenlignet med majsetanol, forskere fandt, at biomasseudbyttet fra de bedst præsterende indfødte præriegræs var moderat lavere (seks tons pr. hektar kontra det gennemsnitlige majsudbytte på otte tons pr. hektar i USA). Imidlertid, forskere fandt ud af, at på grund af lavere nitrogenforbrug og større mængder jordlagring af kulstof, de indfødte prærier ville resultere i større samlede drivhusgasbesparelser, når de konverteres til bioenergi.

"Dyrkning af præriegræs med stor mangfoldighed og alle de beslægtede prærieblomster på forladte landbrugsjord og brug af dem til bioenergi kan genoprette økologien for dyrelivet og i sidste ende forbedre Jordens klima ved at hjælpe med at fortrænge fossile brændstoffer, "sagde hovedforsker og CBS -fakultetsmedlem Clarence Lehman.

Yderligere undersøgelser i andre regioner med forskellige jordkarakteristika og klimaer bør udføres for at udvide disse fund.