Lystgass fra jordbruk.
Lars Bakken
- Hva er jordbruk?
- N-strømmer i jordbruk/matproduksjon
- Hvordan dannes lystgass?
- nitrifikasjon
- denitrifikasjon
- regulering
- Hva kan vi gjøre?
- på prosessnivå
- på økosystemnivå
- gjødsling
- maten vi spiser
UMB Nitrogen Group: http://www.umb.no/nitrogengroup/
http://www.umb.no/nitrogengroup/
Core members:
Åsa Frostegård, Peter Dörsch,
Linda Bergaust, Binbin LIU
Hanna Silvennoinen, Alice Budai,
Shahid Nadeem, Jing ZHU,
Qu ZHI, Daniel Mania,
Signe Borgen, Lars Molstad,
Junaid Hassan, Trygve Fredriksen
Hva er jordbruk?
- Domestisering av planter og dyr
- ”Voldtekt” av naturlige økosystem
- sivilisasjonens vugge
Agroøkosystem:
- redusert diversitet (?)
- ”juvenilisert”
- endret biogeokjemi, N, P først og fremst..
”Samfunn”:
- Tette samfunn, merverdi, lagdelte samfunn, rik elite
fattige ”slaver”, skrift, matematikk, teknologi , krig
(les J Diamond: Guns germs and steel)
Jordbruk innebærer inngrep i den naturlige N omsetning
Juvenilisering av økosystemet:
en stor andel av mineralisert
nitrogen oksideres før det tas
opp av planter.
I motsetning til et uberørt
system hvor N sirkulerer
i redusert form.
Jordbruk innebærer inngrep i den naturlige N omsetning
NO3- er bevegelig i jordmarix
NH4+ sitter fast på jordpartikler
Åpen åker: lange perioder uten
aktive planter
⇒NO3 akkumulerer
⇒NO3 vaskes ut med vanntransp.
Jordbruk innebærer inngrep i den naturlige N omsetning
Oksidering av NH4 til NO3 kalles
nitrifikasjon og er en ”nøkkelfunksjon ” i N-syklus:
- Autotrofe bakterier og ”arker”
- langsomme og sensitive, få arter
- lager N2O og leverer NO3 til
denitrifiserende bakterier
… som også lager N2O
N2O, 0.1-0,3% av oksidert N
O2
NH3
O2
NO2 -
Ammoniakk oksidasjon
-AOB/AOA
- to stegs oksidasjon via
hydroxylamin (NH2OH)
-Kan inhiberes ved
kjemikalier (Nserve el.l.)
Har gener for
denitrifikasjon => kan
produsere N2O under
mikroaerobe betingelser
N-serve: 2-klor 6-triklor-metyl-pyridin
NO3 Nitritt-oksidasjon
- NOB
- mer robust funksjon enn
amox
-Har noen av genene for
denitrifikasjon
Kan bakterier ”reversere” nitrifikasjon?
O2
O2
NO2 -
NH3
NO3 -
NO
Svært mange bakterer gjør det..
N2O
Hvorfor?
N2
Denitrifikasjon er en overlevings-strategi: når oksygenet er brukt opp
vil strikt aerobe organismer ha behov for alterntive elektronakseptorer
NO3
-
NO2-
NO
N2O
N2
O2?
DNA: nar nir nor nos
NO3
NO2-
- NAR
NO
NIR
NOR
N2O
N2OR
N2
NO3
NO2-
- NAR
NO
NIR
NOR
N2O
nosZ+/-??
Bakterier uten nos-genet finnes i naturen
Mange som har genet, ”velger” ofte å ikke uttrykke det
- Er nos et vesentlig bidrag til ”fitness”?
NO3
NO2-
- NAR
NO
NIR
NOR
N2O
N2OR
N2
Produkt-ratio N2O/(N2O+N2) avgjøres av relativ N2OR
aktivitet.
N2O/(N2O+N2) kan være nær 1 (100% N2O!) under
ugunstige forhold => stort utslipp av N2O
Hva er ”gunstig” og hva kan vi gjøre for å sikre
dette?
Po2
nar
nir
nor
nos
NO3 Æ NO2 ÆNO ÆN2O ÆN2
Kanskje vi kan kalke bort N2O-problemet?
Ikke så enkelt… pH-reguleringen av N2O/N2-produktratio
er observert under standard anoksiske betingelser
… forholdene varierer mer under naturlige forhold
…. Vi trenger bevis under naturlige forhold
=> Må ut på åkeren og måle N2O emisjon.
UP
CO
Plantevekst
Jord-prosesser
- C- & N modell
- N2O modell
Snow cover
Water
stress
Driving data
Soil moisture
Frost/thaw
Soil temp.
Water transport
SPN-modellen for beregning av nitratutvaskingen:
”Driver”: innstråling, nedbør,
temperatur (været!)
Beregnet økologisk ”fotavtrykk” av kornproduksjon.
(Signe Kynding Borgen, upublisert)
Simulering av 30 års økologisk ”stockless” korn-produksjon med varierende innslag
av eng i omløpet. Foreløpige beregninger for økologisk kornproduksjon
uten husdyr (”stockless”), basert på simulering med SPN-modellen
(30 års periode simulert, kalibrering mot målte NO3 innhold i jorden gjennom flere år)
Varabler beregnet:
Produksjon av korn
Årlig emisjon av N2O
Årlig endring i jordens innhold av organiske karbon
-Omregnet til CO2-ekvivalenter
- mg CO2-ekvivalenter pr kg korn beregnet => ”matens fotavtrykk”.
Virkning av endret driftsform på
”klimapådrivet”,
gCO2-ekvivalenter pr kg korn *:
• HUMUS-balansen (C-sekvestrering):
~ -100 (ganske sikker!)
• N2O-emisjon:
~ -1000 (svært usikker!)
* = virkning av mer eng i omløpet (1-2 år med eng pr 5årig vekstksifte) .
Matfatets betydning:
Mennesket er en omnivor
Vi velger trofisk nivå
Andelen kjøtt bestemmer hvor mye gjødsel-N som brukes
for vårt diett
⇒Andelen kjøtt bestemmer hvor mye lystgass som produseres,
(på gården eller andre steder hvor nitrogenet havner)
N2
Biosphere nitrogen equilibrium?
Denitrification equals nitrogen fixati
⇒The stoichiometry N2O/N2 matter
⇒ atmospheric N2O depends on regu
networks in denitrifying bacteria
N2+NO+N20
nar
nir
nor
nos
NO3 Æ NO2 ÆNO ÆN2O ÆN2
Quo vadis?
Don Quijote & Sancho Panza (Daumier)