Technologies for reduced N2O emission from food production

Prosjektets mål har vært å identifisere og forstå faktorer i jord som regulerer emisjon av N2O, for dermed å komme frem til inngrep som kan redusere utslippet av denne klimagassen. Prosjektet tok utgangspunkt i tre "standard" hypoteser: 1) det ek sisterer store forskjeller mellom jordtyper med hensyn til hvor mye N2O de vil slippe ut under ellers like betingelser mht temperatur, substrat-tilgang og konsentrasjon av nitrat og nitritt, og gassdiffusjon. 2) Disse forskjellene mellom jordtyper sky ldes dominans av denitrifiserende bakterier med eller uten aggressivt uttrykk av enzymet N2O reduktase (som reduserer N2O til N2). 3) vi kan på virke denne sammensetningen ved agronomisk praksis, og dermed endre emisjonsmønsteret. Vi tok også utg angspunkt i et annet fenomen som syntes å være av interesse: empiriske målinger av N2 og N2O emisjon fra jord har indikert at N2O/N2 raten stiger med synkende pH. Dette ble første gang oppdaget på 50-tallet, og er gjenoppdaget mange ganger siden, men inge n har forsøkt å finne ut hvorfor. Videre har vi testet hvorvidt ulike nitrogentyper (urea, ammonium, nitrat mm) har en direkte virkning. Vi har sammenlignet en lang rekke jordtyper fra det eurasiske kontinentet (fra Kina til Norge), og finner formi dable forskjeller; noen produserer bortimot rent N2 under «standard anoksiske betingelser», andre produserer bortimot rent N2O. Disse kontrastene kan i all hovedsak tilskrives effekten av pH på organismenes evne til å lage enzymet som reduserer N2O ti l N2. Lav pH gir høy N2O/N2 produkt ratio, og dette kan reverseres umiddelbart om vi hever pH i jorden. Gjennom eksperimenter med modellorganismer har vi avklart at dette er et «post transkripsjonelt» fenomen; organismene «forsøker» å uttrykke det akt uelle genet ved lav pH (transkripsjonen er «normal»), men de klarer ikke å lage et funksjonelt protein. Vi kan ikke forkaste hypotese nr 2, men vi trenger den ikke for å forklare observerte kontraster mellom jordyper. Vi vet med andre ord at N2O/N2 p rodukt ratio under standard anoksiske betingelser påvirkes sterkt av pH, og vi vet langt på vei hvorfor.

N2O emissions represents a serious environmental problem created by agricultural production, and it will probably increase in the decades to come, driven by a growing global population and increasing prosperity. IPCC's guidelines for estimating national N 2O emissions are based on a linear relationship between fertilizer N input and N2O output. The current project challenges this base line assumption, and searches for options to reduce the N2O emission pr unit N input. Denitrification is recognized as th e primary source of N2O, and recent findings (UMB) suggest that its gaseous product ratio (N2O/N2) can be significantly altered by management. As we search for options to reduce the N2O/N2 product ratios at all scales (cellular, community, and whole soils ), knowledge and data are collected, which provide a fertile ground for mathematical modelling of N2O emission. Modelling will be an integrated part of the project, both as a support for experimental design, analyses of results and ultimately for developi ng novel elements for new predictive models of N2O emissions from agroecosystems. Past decades of research on N2O emission has provided few realistic mitigation options, for various reasons; high spatial and temporal variability of fluxes, complexity of controlling factors. Progress has also been limited by lack of adequate technologies as well as a dominance of empirical approaches. The current project draws heavily on expertise and established infrastructure within the team; robotized incubation syste ms to monitor gas production (NO, N2O, N2, O2, CO2), molecular tools to quantify relevant genes and their transcriptions. Yara has already invested substantially into the development of precision farming technologies, which in itself reduce N2O emission s through the obtained increase in nitrogen use efficiency.The present project holds potential for strengthening the N2O dimension of their established precision farming portfolio. In conclusion,