Forskere måler verdensomspændende nitrogenniveauer i græsarealer

Jordens nitrogen i græsarealer, der dækker næsten en tredjedel af jordens overflade, er en kritisk ingrediens for at producere mad og dæmme klimaændringer.

Ved at bruge resultater fra et første eksperiment i global skala nogensinde, et internationalt forskerhold, der omfatter en økolog fra University of Guelph, er ved at få et klarere billede af, hvordan nitrogen i græsarealer driver plantevækst til fødevareproduktion og økosystemsundhed.

Dette globale feltstudie giver en mere detaljeret basislinje for verdensomspændende nitrogenniveauer og forbedrer vores forståelse af naturlige kvælstofkredsløb samt virkningerne af udbredt overbefrugtning gennem landbrug, sagde professor i integrativ biologi Andrew MacDougall.

Sammen med andre medlemmer af det globale Nutrient Network (NutNet), han er en af ​​næsten 40 internationale medforfattere verden over til et nyt papir, der for nylig blev offentliggjort i Naturkommunikation .

MacDougall sagde, at holdets feltmålinger udført over en enkelt vækstsæson på seks kontinenter vil give forskerne mere nøjagtig information om nitrogencyklus og dets tilgængelighed for planter end mere konventionelle laboratoriebaserede estimater.

Selvom laboratorieundersøgelser typisk er billigere end feltarbejde, han sagde, "Laboratoriemålinger fanger muligvis ikke processer i den virkelige verden. At forstå nitrogenkredsløb er afgørende for at forstå global planteproduktion, kulstofkredsløbet, virkningerne af atmosfærisk kulstof, fødevareproduktion."

Kvælstof er et af de vigtigste plantenæringsstoffer. Gennem en proces kaldet mineralisering, jordmikrober omdanner naturligt organisk nitrogen til en uorganisk form, som planter kan bruge. Landmænd verden over tilføjer også nitrogen til afgrøder som en nøgleingrediens i gødning.

Arbejder på 30 græsarealer, inklusive MacDougalls markplot på Vancouver Island, teammedlemmerne isolerede jordprøver ved hjælp af metalcylindre indsat i jorden. Forskerne sporede jordegenskaber og klimavariabler såsom temperatur og fugt i en enkelt vækstsæson.

Disse prøvekerner blev gravet op og analyseret af hovedforfatter Anita Risch, en videnskabsmand ved det schweiziske føderale institut for skov, Sne- og landskabsforskning.

Som en procentdel af jordvolumen, nitrogenniveauer blandt de 30 steder varierede fra spormængder i New Mexicos ørkener i USA til 1,4 procent af det samlede jordvolumen i Lancaster i Storbritannien. Nitrogenmineraliseringshastigheder var så høje som 1,4 milligram af grundstoffet pr. kg jord pr. dag.

Ved at kontrollere plantevækst og produktivitet af græsarealer, kvælstof styrer, hvor meget græs der gror, og hvor mange dyr – inklusive husdyr – der kan leve der.

Fra Canadas Prairie-provinser til de argentinske pampas til Krim-halvøen, MacDougall sagde, "60 procent af verdens græsarealer understøtter husdyrgræsning." Efterhånden som en voksende befolkning indtager mere mad, han sagde, menneskelige påvirkninger vil kun stige - fra direkte græsning af husdyr til omlægning af græsarealer til afgrøder som majs og soja, der er nødvendige for at fodre disse dyr.

Kvælstof kan også påvirke, hvor meget af drivhusgassen kuldioxid, der opbevares i græsarealer i stedet for at undslippe til atmosfæren. Hvorvidt CO ₂ er sekvestreret i jord eller frigivet afhænger af aktiviteten af ​​jordmikrober, der gør nitrogen tilgængeligt for planter.

Den nitrogenmineraliseringsproces bruger jordens kulstof. Varmere temperaturer og vådere forhold, der forventes under klimaændringer, kan fremskynde denne proces og resultere i, at mere kulstof frigives til atmosfæren. "Carbon lagres i jord, så længe det ikke nedbrydes af mikrober, " sagde MacDougall.

Forskere ved, at naturlige græsarealer indeholder meget mindre nitrogen end i områder, der er gødet af mennesker. NutNet-teamets medlemmer udførte også gødningsforsøg på deres græsarealer, selvom disse resultater endnu ikke er tilgængelige.

Med henvisning til landbrugspraksis, MacDougall sagde:"Vi har en tendens til at overforbruge nitrogen. At kende mineraliseringshastigheder og hvor meget nitrogen der allerede er i jorden, kan hjælpe os med at kalibrere, hvor meget vi tilføjer."

At kalde studienetværket for et "globalt observatorium, " han tilføjede, "Vi forsøger at bestemme græsarealernes produktivitet, og hvordan det er formet af jord og klima og menneskelige påvirkninger."

NutNet er et internationalt forskningssamarbejde påbegyndt i 2007 og baseret på University of Minnesota. Et stiftende medlem af netværket, MacDougall har arbejdet siden 1999 på Vancouver Island undersøgelsessted ejet af Nature Conservancy of Canada.