Broeikasgassen

Een teveel aan broeikasgassen in de atmosfeer draagt bij aan de opwarming van de aarde. Een manier om dit te verminderen is om bodem- en watersystemen zodanig te sturen dat ze minder broeikasgassen uitstoten en meer opnemen. Onderzoekers van het NIOO proberen inzicht te krijgen in de biologische processen die dat mogelijk maken. Zo dragen ze met fundamentele kennis bij aan concrete oplossingsrichtingen voor boeren en overheden.

Microbieel ecologen van het NIOO onderzoeken hoe bodemorganismen in de landbouw kunnen bijdragen aan het opslaan van koolstof in de bodem enerzijds en minder stikstofuitstoot anderzijds, terwijl de opbrengst voor boeren hetzelfde blijft. De microbiologen werken daarbij intensief samen met belanghebbenden, zoals plantenveredelaars, overheden en andere kennisinstellingen.

Methaanetende bacteriën

Paul Bodelier is gespecialiseerd in de afbraak van methaan. “Micro-organismen in de bodem kunnen van nature leven van methaan als bron van energie en van koolstof. Landbouwbodems zijn minder goed in staat om methaan microbieel af te breken. Door ‘groene’ compost met methaanetende micro-organismen toe te voegen aan de bodem versterken we de bijdrage van landbouwbodems aan het verminderen van methaan in de atmosfeer. We richten ons daarbij op de mechanismen, met vragen als: “Om welke organismen gaat het en welke eigenschappen zijn van belang om het proces te sturen?”

Zo heeft de onderzoeksgroep van Bodelier in groene compost methaanetende bacteriën ontdekt die zeer goed methaan uit de lucht kunnen halen en ook in de bodem zelf dominant worden na langdurig gebruik van de compost. Dat is dus een vorm van sturen van het microbioom – de gemeenschap van micro-organismen – in de bodem. 

Stikstofuitstoot verminderen

Bodeliers collega Eiko Kuramae houdt zich bezig met het verminderen van de stikstofuitstoot in de landbouw. “Stikstofuitstoot is het directe gevolg van bemesting. Ongeveer 70% van de stikstof die de landbouw aan het systeem toevoegt, spoelt uit naar grond- en oppervlaktewater. Bodembacteriën en archaea (die we ook wel eens oerbacteriën noemen) zetten niet-organisch stikstof om in lachgas, N₂O. Dat proces heet nitrificatie, waarna stikstof in de lucht verdwijnt.”

Kuramae wil de microbiële processen begrijpen die een rol spelen bij de productie van lachgas in de bodem, vooral in de landbouw. In een onderzoeksproject naar de uitstoot van N₂O in de suikerrietproductie in Brazilië ontdekte ze dat nitrificatie door bodembacteriën het belangrijkste proces is dat verantwoordelijk is voor het verlies van stikstof naar de lucht. Haar team kon een managementmethode introduceren. Kuramae: "Die aanpak vertraagt de activiteiten van de bodemmicroben die verantwoordelijk zijn voor de uitstoot van N₂O, terwijl de productiviteit van de gewassen gelijk blijft. De Braziliaanse overheid heeft deze productiepraktijk geïmplementeerd als beleid voor duurzame suikerrietproductie. Boeren gebruiken nu aanzienlijk minder anorganische stikstof en recyclen organische reststoffen als voedingsbron."

Ook richt Kuramae haar onderzoek op de interactie tussen planten en bodemmicroben bij het produceren van lachgas. Sommige planten scheiden van nature stoffen uit via hun wortels die de nitrificatie door bacteriën kunnen remmen. Deze zogeheten biologische nitrificatie-inhibitors (BNI) komen bijvoorbeeld voor in grassen, suikerriet, rijst, sorghum, maïs en vanggewassen. Kuramae: "Als we begrijpen welke verbindingen deze planten produceren, kan dit de weg vrijmaken om planten te kweken die goed de activiteit kunnen remmen van microben die stikstof omzetten in N₂O en zo de uitstoot van stikstofoxide in de landbouw in het algemeen verminderen."

Uitstoot uit water berekenen

Ook onderzoekers van de afdeling Aquatische Ecologie houden zich bezig met de opname en de uitstoot van dezelfde broeikasgassen methaan en lachgas, maar dan door zoet water. “Pas redelijk kort bestaat internationaal de verplichting om, naast uitstoot door landbouw en industrie, ook de uitstoot uit zoet water te berekenen,” vertelt aquatisch ecoloog Sven Teurlincx. “Daardoor is het onderzoek daarnaar relatief recent in een stroomversnelling gekomen.”

De aquatisch ecologen van het NIOO modelleren ecosystemen om te bekijken wat de verschillen in uitstoot zijn bij verschillende typen meren en sloten in Nederland. Teurlincx: “Een ondiepe sloot vangt op een heel andere manier koolstof in dan een diep meer. Ook is de invloed van veranderende omstandigheden van belang, zoals door klimaatverandering of veranderend beheer. Vooral met beheer kun je veel invloed uitoefenen op een ecosysteem: maaien, baggeren en het doorspoelen van meren beïnvloeden de hoeveelheid organisch materiaal en zuurstof in het water. Die twee factoren bepalen voor een groot deel welke en hoeveel broeikasgassen het zoete water uitstoot.”

Voorkomen dat methaan ontstaat

In water draait het er vooral om het ontstaan van methaan in plaats van koolstofdioxide tegen te gaan. Teurlincx: “Onder zuurstofrijke omstandigheden in zoet water is koolstofdioxide het product van de afbraak van organisch materiaal. Waar de zuurstof op is, gebruiken de micro-organismen een andere afbraakmethode en ontstaat uiteindelijk methaan. Dat stijgt op en komt in de lucht terecht.”

Het doel is dan ook om te voorkómen dat het water zuurstofloos wordt. “De belangrijkste voorwaarde daarvoor is dat er niet te veel organisch materiaal tegelijk binnen komt, bijvoorbeeld door afstervende planten,” verduidelijkt Teurlincx. “Door een overmaat aan voedingsstoffen in het water, die uitspoelen uit de landbouw of een riool, ontstaat een instabiel waterecosysteem. Dat kan snel doorslaan naar een bron van broeikasgassen.”