At holde mere ammonium i jorden kan mindske forureningen, øge afgrøderne

Moderne landbrug står over for to store dilemmaer:hvordan man producerer nok mad til at brødføde den voksende menneskelige befolkning, og hvordan man minimerer miljøskader forbundet med intensivt landbrug. At holde mere nitrogen i jorden som ammonium kan være en vigtig måde at løse begge udfordringer på, ifølge et nyt papir i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) .

Dagens brug af kvælstofgødning bidrager i høj grad til udledningen af ​​drivhusgasser, luftforurening, og vandforurening, men de er også afgørende for dyrkning af afgrøder. At reducere denne forurening er afgørende, men kvælstofforbruget vil sandsynligvis vokse med øget fødevareproduktion. På samme tid, verdens menneskelige befolkning stiger, og landbruget skal effektivt producere nok mad til at brødføde alle uden at ty til at rydde flere skove til landbruget.

I fortiden, landmænd har formået at øge fødevareproduktionen ved at tilføje mere kvælstofgødning til deres landbrugsjord, men at gøre det er ikke længere en holdbar eller acceptabel løsning. I stedet, landmænd bør overveje at skifte til en blanding af nitrat og ammonium, forskerne hævder, som kan mindske forureningen og øge fødevareproduktionen. Ammonium, en form for nitrogen, binder til jorden og er derfor mindre tilbøjelige til at udvaskes i vandvejene.

"Nuværende gødningssystemer forurener, ineffektiv, og skadelig for økosystemernes sundhed, " sagde papirets medforfatter Guntur Subbarao, en seniorforsker ved Japan International Research Center for Agricultural Sciences (JIRCAS). "Hvis landbruget kan skifte fra udelukkende at være afhængig af nitrat i jord til et system med en blanding af nitrat og ammonium, det kan have vidtrækkende konsekvenser for at begrænse kvælstofforurening og samtidig øge afgrødeudbyttet."

"Nye værktøjer til at opretholde mere eksisterende jordkvælstof i form af ammonium kunne også muliggøre udvælgelse af afgrødesorter, der opnår højere udbytter gennem en blanding af nitrogenformer, " sagde medforfatter Tim Searchinger, en seniorforsker ved Center for Politisk Forskning om Energi og Miljø, som er baseret på Princeton University's School of Public and International Affairs. "Der er udsigt til en dobbelt fordel, der reducerer nitrogenforurening, herunder drivhusgasemissioner, og hjælper verden med at redde skove ved at producere væsentligt mere mad på den samme jord."

De fleste strategier til at afbøde nitrogenforurening er afhængige af at begrænse forureningen ved "frontenden" - ved at forsøge at påføre gødning mere omhyggeligt. Imidlertid, Forfatterne forklarer, at uanset hvor omhyggeligt gødning påføres, der er altid en lækage af nitrogen i "bagenden". Denne lækage opstår, fordi jordens kvælstof i dyrkede arealer hurtigt bliver til nitrat, en form for kvælstof, der let udvaskes til grundvand og vandveje, og hvis nedbrydning frigiver lattergas, en kraftig drivhusgas.

Det er her ammonium kommer ind, siger forfatterne. Det nedbrydes ikke til dinitrogenoxid, medmindre det først bliver til nitrat. Artiklen viser, at mens høje niveauer af ammonium er giftige for de fleste planter, en lidt værdsat forskningslinje har vist, at en blanding af nitrat og ammonium har en tendens til at øge afgrødeudbyttet væsentligt, selv med 50 % eller mere, sammenlignet med de almindelige jordbundsforhold i dag, der næsten udelukkende består af nitrat.

Denne akademiske opdagelse var irrelevant indtil for nylig, fordi mikroorganismer i afgrødemarker hurtigt omdanner nitrogen til nitrat i en proces kendt som nitrifikation. Imidlertid, forfatterne identificerer to nye måder at holde en større balance mellem nitrogenformer i jord. Den ene er at bruge syntetiske nitrifikationshæmmere med belægninger for at begrænse nitrifikation i længere perioder. Den anden er at udnytte nogle planters naturlige evne til at forhindre nitrifikation. En planteegenskab, der forhindrer mikrober i at omdanne ammonium til nitrat, blev først opdaget i et almindeligt plantet tropisk græs, men forskere er for nylig begyndt at forædle sorter af alle de vigtigste kornsorter, som hvede, at have denne ejendom.

Ved at dyrke planter, der har gavn af ammonium, og som hjælper ammoniumretention i jorden ved at hæmme nitrifikation, landmænd, videnskabsmænd, og politiske beslutningstagere kunne effektivt øge fødevareproduktionen og samtidig minimere miljøforringelsen. Forfatterne anbefaler yderligere forskningsindsats, da der på nuværende tidspunkt ikke er nogen storstilet finansieringsstøtte til disse indsatser. De anbefaler også politikker, der flytter gødningstilskud mod gødningsformer eller afgrødesorter, der hæmmer nitrifikation.

"En vigtig fordel ved denne forskning er, at når først disse sorter er skabt, alle landmænd rundt om i verden burde være i stand til at bruge dem uden ekstra omkostninger og med fordelen ved højere udbytter, " sagde Subbarao.