Fingeraftryk til dannelse af lattergas-emissioner

Forskere ledet af Eliza Harris og Michael Bahn fra Institut for Økologi ved Universitetet i Innsbruck har haft held med at studere emissioner af drivhusgassen N ₂ O under påvirkning af miljøpåvirkninger i en hidtil uset detaljeringsgrad. Studiet, som nu er udgivet i Videnskabens fremskridt , er således også et udgangspunkt for skabelsen af ​​modeller, der kan forudsige fremtidige tendenser i økosystemernes drivhusgasemissionsdynamikker under globale klimaforandringer.

Dinitrogenoxid (N ₂ O) er en potent drivhusgas, hvis atmosfæriske væksthastighed er accelereret i løbet af det sidste årti. Den største andel af menneskeskabt N ₂ O-emissioner stammer fra gødskning af jord med nitrogen, som omdannes til N ₂ O via forskellige abiotiske og biologiske processer. Et team af forskere ledet af Eliza Harris og Michael Bahn fra forskergruppen Functional Ecology ved universitetet i Innsbruck har nu været i stand til i detaljer at spore N ₂ O produktions- og forbrugsveje, der forekommer inden for nitrogenkredsløbet, og i sidste ende føre til emission af denne drivhusgas, som en del af det FWF-finansierede projekt NitroTrace. I en eksperimentel opsætning på universitetet i Innsbruck, 16 intakte græslandsmonolitter fra det subalpine Long-Term Ecosystem Research (LTER) site Kaserstattalm i Stubaital-regionen i Tyrol blev undersøgt. Jordblokkene blev udsat for ekstrem tørke og efterfølgende genvædning. Disse vejrforhold afspejler de klimatiske ændringer, som mange regioner over hele kloden, inklusive Alperne, bliver i stigende grad udsat.

"Vores mål var at kvantificere nettoeffekten af ​​tørke og genbefugtning på N ₂ O-dannelsesprocesser og emissioner, som i øjeblikket stort set er uudforsket, " siger Eliza Harris. I modsætning til forskernes forventninger, processen med denitrifikation, nedbrydning af nitrat til N ₂ O og molekylært nitrogen (N2) af specialiserede mikroorganismer, viste sig at dominere N ₂ O-produktion i meget tørre jorde.

Ifølge tidligere antagelser, denne proces foregår primært i fugtige, iltfattig jord, og som et resultat mere N ₂ O kan frigives til atmosfæren under tørke end forventet. Forskerne havde forventet, at nitrifikationsprocessen ville dominere i tør jord, producerer nitrat, som er en vigtig kemisk forbindelse for planter. "Vi antog, at hvis jorden var tør, der ville være nok ilt til rådighed til nitrifikation. Efter nærmere undersøgelse, vi var i stand til at detektere tørkeinducerede ophobninger af nitrogenholdigt organisk materiale på overfladen af ​​vores jordprøver og identificere dem som udløsere for denitrifikation i tør jord. Dette tyder på en stærk rolle for de tidligere dårligt forståede kemodenitrifikations- og codenitrifikationsveje, hvor yderligere abiotiske og biotiske processer fører til dannelsen af ​​N ₂ Åh, " forklarer Eliza Harris det overraskende resultat. Samlet set, N ₂ O-emissionen var størst under genbefugtning efter ekstrem tørke.

Resultaterne giver forskerne hidtil uset indsigt i kvælstofkredsløbet og de processer, der er involveret i dannelsen af ​​drivhusgassen N ₂ O som svar på miljøparametre. En bedre forståelse af produktions- og forbrugsreaktioner kan hjælpe med at finde løsninger til at reducere drivhusgasemissioner, som har været stigende i årtier.

Innovativ analysemetode

Afgørende for forskningssuccesen var brugen af ​​laserisotopspektroskopi, muliggjort gennem det FFG-finansierede projekt LTER-CWN. "Gennem denne nye analytiske teknik, vi kan bestemme den isotopiske sammensætning af N ₂ O. Således, vi får en slags fingeraftryk for dannelsesprocessen af ​​det udsendte N ₂ Åh, som igen hjælper os med at forstå dens mikrobielle dannelsesproces, " understreger Eliza Harris vigtigheden af ​​denne procedure. Molekylær økologi analyser hjalp dem også med at bestemme, hvilke gener og mikrober der var involveret i nitrogentransformationen. rumlige analyseteknikker hjalp med at bestemme grundstofsammensætning og fordeling i jorden. "Vi håber, at ved at fortsætte med at anvende kombinationen af ​​disse metoder i fremtidige lignende forskningsprojekter, vi vil få yderligere indsigt i feedback-effekter mellem klimaændringer og nitrogenkredsløbet på tværs af forskellige økosystemer og miljøer, " siger Eliza Harris. Forskernes langsigtede mål er at bruge modeller til at forudsige økosystemers emissionsdynamik i sammenhæng med klimaændringer.