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 NO 3 - er bevegelig i jordmarix NH 4 + sitter fast på jordpartikler Åpen åker: lange perioder uten aktive planter NO 3 akkumulerer NO 3 vaskes ut med vanntransp.
Jordbruk innebærer inngrep i den naturlige N omsetning Oksidering av NH 4 til NO 3 kalles nitrifikasjon og er en nøkkelfunksjon i N-syklus: - Autotrofe bakterier og arker - langsomme og sensitive, få arter - lager N 2 O og leverer NO 3 til denitrifiserende bakterier som også lager N 2 O
N 2 O, 0.1-0,3% av oksidert N O 2 O 2 NH 3 NO 2 - NO 3 - Ammoniakk oksidasjon -AOB/AOA - to stegs oksidasjon via hydroxylamin (NH 2 OH) -Kan inhiberes ved kjemikalier (Nserve el.l.) Har gener for denitrifikasjon => kan produsere N2O under mikroaerobe betingelser Nitritt-oksidasjon - NOB - mer robust funksjon enn amox -Har noen av genene for denitrifikasjon N-serve: 2-klor 6-triklor-metyl-pyridin
Kan bakterier reversere nitrifikasjon? O 2 O 2 NH 3 NO 2 - NO 3 - N2O NO Svært mange bakterer gjør det.. Hvorfor? N 2
Denitrifikasjon er en overlevings-strategi: når oksygenet er brukt opp vil strikt aerobe organismer ha behov for alterntive elektronakseptorer NO 3 - O 2? NO 2 - NO N2 O N 2 DNA: nar nir nor nos
NO 2 - NO N2 O NO - 3 NAR NIR NOR N2OR N 2
NO 2 - NO N2 O NO - 3 NAR NIR NOR 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?
NO 2 - NO N2 O NO - 3 NAR NIR NOR N2OR N 2 Produkt-ratio N 2 O/(N 2 O+N 2 ) avgjøres av relativ N2OR aktivitet. N 2 O/(N 2 O+N 2 ) kan være nær 1 (100% N 2 O!) under ugunstige forhold => stort utslipp av N 2 O Hva er gunstig og hva kan vi gjøre for å sikre dette?
Po 2 nar nir nor nos NO 3 NO 2 NO N 2 O N 2
Kanskje vi kan kalke bort N 2 O-problemet? Ikke så enkelt ph-reguleringen av N 2 O/N 2 -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 N 2 O emisjon.
COUP Snow cover lantevekst ord-prosesser C- & N modell N2O modell Driving data Water stress Frost/thaw Soil moisture 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 N 2 O Årlig endring i jordens innhold av organiske karbon -Omregnet til CO 2 -ekvivalenter - mg CO 2 -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)
N 2 N 2 +NO+N 2 0 Biosphere nitrogen equilibrium? Denitrification equals nitrogen fixati The stoichiometry N 2 O/N 2 matter atmospheric N 2 O depends on regu networks in denitrifying bacteria nar nir nor nos NO 3 NO 2 NO N 2 O N 2
Don Quijote & Sancho Panza (Daumier) Quo vadis?