Bacteriile care folosesc azot pot reduce emisiile de gaze cu efect de seră ale fermelor

Păstrarea culturilor din seră –

Îngrășămintele cu azot sunt transformate în protoxid de azot, un gaz cu efect de seră puternic.

Fritz Haber: tip bun sau tip rău? A câștigat Premiul Nobel pentru Chimie în 1918 pentru rolul său în dezvoltarea procesului Haber-Bosch, o metodă de generare a amoniacului folosind gazul de azot din aer. Tehnica a eliberat agricultura de constrângerea de a avea nevoie de guano sau gunoi de grajd pentru îngrășământ cu azot și este recunoscută pe scară largă pentru a salva milioane de oameni de la foame. Aproximativ jumătate din aprovizionarea actuală cu alimente a lumii se bazează pe îngrășămintele obținute folosindu-l și aproximativ jumătate din atomii de azot din corpul nostru pot fi urmăriți până la aceasta.

Dar, de asemenea, a permis fermierilor să folosească acest îngrășământ sintetic nou abundent cu azot cu abandon. Acest lucru a accentuat rolul agriculturii ca contributor semnificativ la încălzirea globală, deoarece emisiile care rezultă din aceste îngrășăminte sunt un gaz cu efect de seră – unul care are un potențial de încălzire de aproape 300 de ori mai mare decât cel al dioxidului de carbon și rămâne în atmosferă timp de 100 de ani. Microbii din sol transformă îngrășământul cu azot în protoxid de azot și, cu cât trebuie să lucreze cu mai mult îngrășământ cu azot, cu atât produc mai mult oxid de azot.

Agricultura, de asemenea, scurge o mulțime de exces de azot în căile navigabile sub formă de nitrați, generând înfloriri de alge care creează „zone moarte” cu oxigen scăzut în care nicio viață marina nu poate trăi.

O modalitate de a reduce emisiile de azot din ferme ar fi pur și simplu utilizarea mai eficientă a îngrășămintelor. Dar, așa cum am văzut cu combustibilii fosili (și antibioticele și materialele plastice), atunci când oamenii au o substanță miraculoasă pe mâini, pur și simplu nu putem să o folosim la niveluri care să îi minimizeze impactul. În schimb, părem obligați să aruncăm cât mai multe lucruri. Dar chiar dacă ar fi să începem să folosim mai puțin îngrășământ acum, am trecut timpul să alegem o singură tehnică pentru a reduce emisiile de gaze cu efect de seră; trebuie să le punem pe toate în acțiune.

Bacteriile denitrificatoare reduc nivelurile de protoxid de azot din sol prin transformarea acestuia în forma moleculară a azotului găsită în aer. Îl folosesc ca oxidant pentru respirație în condiții cu oxigen scăzut sau lipsit de oxigen. Prin urmare, adăugarea acestor bacterii care respiră azotul în sol ar putea ajuta la scăderea emisiilor de protoxid de azot.

Modificarea microbiomului solului este la fel de dificilă ca și modificarea microbiomului din corpurile noastre. Așa că, în loc să încerce să promoveze creșterea oricăror bacterii denitrificatoare care s-ar putea întâmpla să fie deja în sol, cercetătorii au decis să le crească extern și apoi să le adauge în interior. Sursa lor a fost parțial epurată, numită digestat, care oricum era destinată ca îngrășământ organic. . Menținerea digestatului în condiții lipsite de oxigen a îmbogățit nivelul lor de o tulpină de bacterii care respiră azot.

Cercetătorii s-au concentrat asupra acestei tulpini, deoarece are enzima necesară pentru a descompune protoxidul de azot, dar nu și enzimele folosite pentru a o produce din alți compuși de azot. Și deși nu este cea mai rapidă și mai eficientă tulpină la respirația azotului, a câștigat pentru că este cea mai tenace: crește până la concentrații mari chiar și atunci când oxigenul este prezent și funcționează bine în sol.

Când acest digestat a fost amestecat în sol, emisiile induse de îngrășăminte au fost reduse cu 50-95 la sută, în funcție de pH-ul și conținutul de carbon organic al solurilor. Efectul a durat pe parcursul întregului sezon de vegetație. Prezența bacteriilor care inhibă azotul adăugate nu părea să afecteze microbiota indigenă deja prezentă în sol, iar bacteriile adăugate nu poartă gene pentru rezistența la antibiotice sau patogenitatea, ceea ce este evident esențial dacă urmează să fie utilizate în agricultură. Ceea ce nu a fost încă testat, însă, este dacă prezența acestor bacterii influențează creșterea culturilor.

Folosind modelarea matematică a emisiilor viitoare, cercetătorii au concluzionat că adăugarea acestor bacterii în sol ar putea reduce emisiile de protoxid de azot cu 60 la sută, iar dacă acestea sunt adăugate la toate sistemele de gunoi de grajd lichid din Europa, Europa ar putea reduce emisiile de protoxid de azot antropice cu 3 până la 4. la sută.

Natura, 2024. DOI: 10.1038/s41586-024-07464-3