SLU-nyhet

Växthusgasnedbrytande bakterier gynnas av växlande syresättning och sandiga bottensediment

Publicerad: 23 november 2017

Människans överproduktion av ammoniak för med sig svåra miljöproblem. Endast särskilda mikroorganismer kan omvandla kväveföreningar tillbaka till kvävgas, men kan i processen bilda den farliga växthusgasen lustgas. I en ny avhandling från SLU studeras i vilka habitat och under vilka förhållanden dessa mikroorganismer gynnas mest.

Kväve är nödvändigt för allt liv på jorden, men är i sin vanligast förekommande form, atomsfärisk kvävgas, otillgänglig för de flesta organismer. Kvävgas fixeras dock till tillgängligt ammonium, i en process som i naturen uteslutande kan drivas av mikroorganismer.

År 1913 erövrade människan kontrollen över denna process, då hon lärde sig att industriellt framställa ammoniak ur kvävgas och vätgas genom Haber-Bosch-metoden.  Ammoniak används främst som konstgödsel i lantbruket, och är sannolikt den enskilt starkast bidragande orsaken till att jordens befolkning på 100 år ökade från 1,6 miljarder till 7 miljarder. Numera framställs ca 450 miljoner ton ammoniak årligen på detta sätt. Dessvärre tas knappt 50 % av ammoniak i konstgödsel upp av växterna. Resten av kvävet hamnar så småningom i vattendrag, där det orsakar miljöproblem av många olika slag.

Lea Wittorf. Photo: Cajsa Lithell.

Denitrifierande bakterier

Tyvärr är det inte lika lätt att tillverka kvävgas av kväveföreningar i vattnet som att göra ammoniak av kvävgas i luften. Processen som för kvävet tillbaka till atmosfären kallas denitrifikation, och drivs även den primärt av mikroorganismer. När detta sker bildas emellertid lustgas, N2O. Lustgas är en 300 gånger starkare växthusgas än koldioxid, och dessutom skadlig för ozonlagret. Sedan förindustriell tid har mängden av denna gas i atmosfären ökat med 20 %. Vissa denitrifierande mikroorganismer bryter även ner lustgasen, medan andra inte gör det. En tredje grupp kan bara bryta ner lustgas, men inte bilda den.

Denitrifierande mikroorganismer är alltså nödvändiga inte bara för att hantera kväveöverskottet i miljön, utan också för att detta i sin tur inte ska leda till ökad produktion av lustgas med atmosfäriska problem som följd. Det ligger därför i mänsklighetens intresse att veta vilka av dessa grupper som är mest betydelsefulla för kvävets kretslopp, och vilka sorters habitat som är viktigast för förekomsten av dem. Om detta handlar en ny avhandling från institutionen för skoglig mykologi och växtpatologi vid Sveriges lantbruksuniversitet, skriven av Lea Wittorf.

Fullständiga denitrifierare starkast

– Våra studier visade att de mikroorganismer som är kapabla att både denitrifiera kväveföreningar och bryta ner den resulterande lustgasen kan konkurrera ut de som bara förmår det ena eller det andra, säger Lea Wittorf.

– Detta gällde för samtliga miljöer vi undersökte - slam och djupt eller ytligt havsbottensediment, exempelvis - och innebär sannolikt att denna grupp är betydelsefull både för att avlägsna ackumulerade kväveföreningar och för att begränsa mängden lustgas i atmosfären.

Växlande syresättning

Lea Wittorf studerade också vilken inverkan syretillgången har på de tre grupperna av denitrifierande mikrober i kustnära havsbottensediment; ett område som är kraftigt påverkat av mänskliga kväveutsläpp. Det visade sig även här att de kompletta denitrifierarna var de dominerande oavsett syretillgång, men även att dessa gynnades kraftigt av en växlande syrerik och syrefattig miljö.

– Detta var inte oväntat, säger Lea, eftersom kusternas bottensediment har en naturligt växlande syretillgång. Men vi såg också att denitrifierande mikrobsamhällen är mer förekommande i sand- och siltbottnar än i andra sedimenttyper.

– Sammanfattningsvis visar min avhandling att mikroorganismer som kan både denitrifiera kväveföreningar och bryta ner lustgas är konkurrenskraftiga och därmed betydelsefulla lustgassänkor i naturen, samt att dessa vill ha en omväxlande syretillförsel och habitat med sand- eller siltbotten. För att mängden kväveföroreningar i våra vatten ska minska, och lustgasen i atmosfären inte öka, ligger det alltså i vårt intresse att ekosystem med sådana förutsättningar bevaras, avslutar Lea.

Skrivet av Mårten Lind

Sidansvarig: cajsa.lithell@slu.se