Jordbruksmarkens lustgasutsläpp styrs mer av jordtyp än av gröda

Lustgas är en naturligt förekommande atmosfärisk gas som huvudsakligen bildas när jordlevande mikrober omvandlar nitrat till kvävgas. Processen, som kallas denitrifikation, är en självklar del av kvävets kretslopp, men som en följd av jordbrukets övergödning, och därmed överskott på nitrater i marken, ökar lustgaskoncentrationen i atmosfären. Detta är problematiskt eftersom lustgas dels är en mycket kraftfull växthusgas och dels är skadlig för ozonlagret.

Vissa av dessa så kallade denitrifierande mikrober kan utföra hela omvandlingsprocessen från nitrit till kvävgas, under vilken lustgas bildas som en delprodukt. Andra kan endast bryta ner lustgasen. Detta steg är den enda kända lustgasreglerande mekanismen i naturen, och därmed essentiell för vår livsmiljö. Den görs möjlig via enzymet lustgasreduktas, som kan produceras av två varianter, I och II, av en gen som kallas nosZ. Intressant nog har det visats att nosZII är vanligare hos de mikrober som enbart kan bryta ner lustgas. Jordar som domineras av nosZII innehåller således mycket lustgasnedbrytande mikrober, och dessa jordar har mycket riktigt också identifierats som särskilt viktiga lustgassänkor i naturen.

Eftersom sådana jordar skulle kunna vara av betydelse för både den globala uppvärmningen och ozonlagret, vore det önskvärt att förstå vad som avgör om en jord i huvudsak koloniseras av nosZI- eller nosZII-bärande mikrober. Om detta handlar en ny studie från institutionen för skoglig mykologi och växtpatologi vid Sveriges lantbruksuniversitet.

Jordtyp viktigare än gröda

Daniel Graf och Ming Zhao är studiens huvudförfattare. ”Det har tidigare visats i flera studier att  denitrifikationen är högre nära växtrötter än i jorden i övrigt”, säger Daniel Graf. ”I vår studie jämförde vi därför jordar odlade med korn med icke-odlade jordar. Vi mätte denitrifikationen och lustgasproduktionen, och som en funktion av dessa två, hur mycket lustgas jorden släpper ifrån sig. Detta gjordes i såväl jorden runt rötterna som i rötterna själva, och dessutom i två olika jordtyper; en lerjord och en surare sandjord.”

Forskarna kunde konstatera att denitrifikationen och lustgasproduktionen var i princip oförändrade inom respektive jordtyp vare sig där växte korn eller ingenting alls, men att denitrifikationen i lerjorden var högre än i sandjorden.

”När vi sedan undersökte rötterna", fortsätter Daniel, "märkte vi att denitrifikationsnivåerna i kornrötterna liknade de i jorden, men att lustgasproduktionen däremot var betydligt lägre. Våra resultat visar alltså att typen av jord påverkar denitrifikationen, men att lustgasproduktionen minskar nära rötterna.”

Olika mikrober i jord och rot

”Vi ville också kvantifiera förekomsten av nosZI respektive nosZII-generna i samma jordar”, säger Ming Zhao. ”Vi kunde även här se att förekomsten av gröda hade mycket liten inverkan på förekomsten av respektive gen i jorden. Däremot var typen av jord viktig; lerjorden härbärgerade mycket mer mikrober som bar på nosZII än vad sandjorden gjorde. Som man därmed skulle förvänta sig, bildade sandjorden också mer lustgas relativt den totala denitrifikationen”.

När forskarna gjorde samma analys i kornrötterna, upptäckte de en kraftigt ökad förekomst av nosZI-genen, jämfört med vad som uppmätts i jorden. Det tyder på att de olika ekologiska nischerna gynnar respektive genvariant olika. Samtidigt som antalet nosZI gener var högre i rotmiljön var mängden av andra denitrifikationsgener som indikerar potential för lustgasproduktion lägre. 

Professor Sara Hallin har varit studiens forskningsledare. ”Dessa upptäckter indikerar att rötterna kan innehålla mikrobsamhällen med större kapacitet för fullständig denitrifiering än vad jorden gör. Sådana samhällen skulle samtidigt släppa ut mindre lustgas, vilket också stöds av den lustgasproduktion vi kunde uppmäta i kornrötterna jämfört med jordproverna.”

”Sammanfattningsvis”, säger Sara Hallin, ”visar vår studie att det som avgör en jords förmåga till denitrifiering och lustgasproduktion är i första hand jorden själv; vad som växer i den, eller om något gör det, är av underordnad betydelse. Vi kunde också se att lerjorden innehöll mer mikrober med nosZII-genen, medan rötterna snarare innehöll nosZI-genen, vilket tyder på att mikrober med olika förutsättningar för kvävenedbrytning gynnas olika av respektive nisch. Detta är ny viktig kunskap för att förstå vad som gör somliga jordar till viktigare lustgassänkor än andra.”