Hvordan en biobrændstofafgrøde kan afbøde klimaændringer

Nyudgivet forskning fra Michigan State University beskriver, hvordan switchgrass, en biobrændstofafgrøde, kan afbøde virkningerne af klimaændringer, når de dyrkes på marginal jord - landbrugsjord af ringe værdi. For landmændene kan det også give økonomisk afkast i disse ellers uproduktive rum.

Forskningen blev offentliggjort i Environmental Research Letters .

Holdet blev ledet af Bruno Basso, en MSU Foundation-professor i afdelingerne for jord- og miljøvidenskab og plante-, jord- og mikrobielvidenskab, samt W.K. Kellogg Biologiske Station. Seungdo Kim, en lektor i forskning ved MSU College of Engineering, og Rafael Martinez-Feria, en postdoc-forsker i Bassos laboratorium, var også involveret.

Vedvarende energi er et emne for betydelig diskussion verden over. Klimaforskere advarer om katastrofale resultater, hvis fossile brændstoffer forbliver den primære energikilde i fremtiden. Derudover regner lande som USA med de etiske og økonomiske dilemmaer ved at stole på udenlandsk olie.

Lignocelluloseholdige biobrændstoffer, som er fremstillet af plantebiomasse, er en af ​​de eneste nuværende vedvarende energikilder med potentiale som brændstofalternativ til køretøjer. Men problemer med fossile brændstoffer løses ikke let ved blot at plante flere biobrændstofafgrøder som f.eks. skiftegræs.

"At dyrke nok til at bruge biobrændstofafgrøder til transportsektoren i stor skala ville kræve massive ændringer i arealanvendelsen," sagde Basso. "Dette er et problem med mange lag. Der er bekymringer for fødevaresikkerheden, hvis jord, der tidligere blev brugt til fødevareafgrøder, blev flyttet til biobrændstofafgrøder. Der er også bekymringer om drivhusgasemissioner, hvis jord, der ikke i øjeblikket bruges til landbrug, såsom dyrelivshabitat, bliver overhalet af afgrødeproduktionssystemer."

Udfordringen bliver større, når landmænd overvejer, hvad de skal gøre med marginale, mindre produktive jorder. Med stigende inputomkostninger er der ofte ringe eller ingen fordele ved at plante i disse områder. Hvis avlerne beslutter sig for at plante, er der mange miljøproblemer, da disse marker ofte mangler nitrogen og kan kræve stor brug af gødning.

"For at få landmændene til at ændre deres adfærd, skal ændringen først og fremmest give mening for dem økonomisk," sagde Basso. "Vores mål var at undersøge, om marginale jorder kunne være både rentable og miljøbevidste, noget der ville være en sejr for alle involverede."

Til dette projekt brugte Basso og hans team et multi-model ensemble af afgrødesimuleringssystemer, der tager hensyn til jord, vejr og forvaltningsdata. Disse omfattede tre modeller fra tidligere undersøgelser og Basso's System Approach to Land Use Sustainability (SALUS) program, som simulerer daglig afgrødeproduktion over mange år ved hjælp af forskellige forvaltningsstrategier.

Multimodel-ensemblet er designet til bedre at forstå og kvantificere usikkerheden, der kommer fra modelinput og parametre, der er unikke for hver model. Basso sagde, at dette er den første undersøgelse, der bruger et modelensemble forbundet med kunstig intelligens til switchgrass, der bruges til bioenergiproduktion.

Bassos team opdagede, at lave mængder af nitrogengødning gav langsigtede stigninger i udbyttet, der opvejede drivhusgasemissioner, en konstatering, der strider mod andre undersøgelser. Forskere mener, at fordelen kan være meget større på landområder, der er begrænset af nitrogenmangel, hvilket er tilfældet i flere områder af Michigan. Basso bemærkede, at brugen af ​​denne strategi ikke er så effektiv i områder med rigt organisk kulstof i jorden eller områder med lav nedbør og korte vækstsæsoner.

"Dette viser, at nogle marginale jorder, der mangler nitrogen, har potentiel værdi for biobrændstofafgrødeproduktion, hvilket er af interesse for landmænd, der ønsker at øge rentabiliteten og af miljømæssig betydning ved at reducere CO2-fodaftrykket af operationen," sagde Basso. "Det er vigtigt, at når vi forsøger at løse et problem, vi ikke skaber et andet, så niveauerne af tilsat kvælstofgødning er afgørende for at opretholde det samlede netto-positive klimaresultat."