Uutiset Ilmasto, Maatalous

Tuoreen tutkimuksen mukaan hapellisessa maaperässä tapahtuva nitraatin mikrobiologinen pelkistys tuottaa merkittävästi typpihapoketta (HONO). Näin maaekosysteemit, joissa hapelliset olosuhteet ovat vallitsevia, voivat olla merkittäviä HONO-päästölähteitä, ja ne voivat vaikuttaa ilmakehän kemiaan. Tutkimus julkaistiin maaliskuussa Nature Communications Earth & Environment -lehdessä.

Maailmanlaajuisesti puolet asuinkelpoisesta maasta on maatalouden käytössä, ja maatalouden HONO-päästöt voivat vaikuttaa ilmakehän kemialliseen tasapainoon. Toisin kuin typpioksiduuli (N2O), HONO ei ole kasvihuonekaasu, mutta kumpaakin kaasua syntyy maaperän typenkierrossa. ”Kuten tiedämme, maatalousmaat ovat merkittävä typpioksiduulilähde, johtuen mineraalitypen käytöstä lannoitteena. Maatalousmaiden HONO-päästöistä ja HONOn tuotantoreiteistä on kuitenkin saatavilla vain vähän tutkimustietoa”, sanoo Luonnonvarakeskuksen tutkija Hem Raj Bhattarai.

HONO on typpikaasu, joka muodostaa hydroksyyliradikaalia (OH) ilmakehässä. ”Hydroksyyliradikaali on vahva oksidantti, joka osallistuu ilmakehässä moniin kemiallisiin reaktioihin, kuten pilvien muodostumiseen ja metaanin poistoon”, Bhattarai kertoo. Maaperä on merkittävä HONO-päästölähde, mutta sen muodostumistavat maaperässä ja niiden suhteellinen merkitys tunnetaan huonosti. Tutkimuksessa arvioitiin maaperän mikrobien roolia ja määritettiin maaperän mikrobien osuutta HONO-päästöihin käyttämällä typen stabiileja isotooppeja (15N) merkkiaineina.

Tutkimuksen mukaan olosuhteiltaan nitraatin mikrobiologista kulutusta tukevat maaperät ovat tärkeitä HONOn muodostumisen ja maaperästä ilmakehään muodostuvan HONO-päästön kannalta. Nitraatin pelkistystä ja maaperän HONO-päästöjä voivat edistää esimerkiksi pohjoisella havumetsävyöhykkeellä roudan vaiheittainen sulaminen keväällä sekä ilman lämpötilan kohoaminen kesää kohti. Nykyisessä HONO-budjetissa maaperää ei ole otettu huomioon HONO-lähteenä. Siksi maaperän prosessien ja etenkin mikrobiologisten prosessien selvittäminen auttaa ymmärtämään paremmin HONO-budjettia ja siihen liittyviä ilmakehän reaktioita.

Tutkimus osoittaa mikrobiologisten muodostusreittien merkityksen maaperän HONO-päästössä

Tutkimuksessa käytettiin kahta erilaista Maaningalta kerättyä maatalousmaata (kivennäis- ja turvemaata). Tutkimus osoittaa, että mineraalityppeä kuluttavat maaperän mikrobit vaikuttavat HONOn muodostumiseen ja vapautumiseen.

Tutkimuksessa kävi ilmi, että viljelykelpoisissa maatalousmaissa nitraattia kuluttava prosessi (denitrifikaatio) tuotti typpihapoketta enemmän kuin ammoniumia käyttävä reitti (nitrifikaatio). Denitrifikaatio on hapeton prosessi, jossa nitraatti pelkistyy, kun taas nitrifikaatio on hapellinen prosessi, jossa ammonium hapettuu. Denitrifikaation osuus oli suurempi kuin nitrifikaation tutkituissa maanäytteissä. ”Nämä havainnot ovat erittäin merkittäviä erityisesti kahdesta syystä: tämä on ensimmäinen tutkimus, jossa mikrobiologisten muodostumisreittien merkitystä maaperän HONO-päästöön on arvioitu ja niiden suhteellinen merkitys on osoitettu stabiili-isotooppitekniikoiden avulla. Lisäksi osoitimme selvästi, että maatalousmaissa, hapellisissa olosuhteissa, HONO-päästöä muodostui erityisesti denitrifikaation kautta. Yleensä tällaiset maaperät ja niiden vallitsevat olosuhteet suosivat nitrifikaatiota denitrifikaation sijaan.”

Vaikka maaperän ja ilmakehän HONOn välisestä mahdollisesta yhteydestä raportoitiin ensimmäisen kerran jo vuoden 1960 lopulla, ilmakehän HONO yhdistettiin vahvasti maaperän typenkiertoon vasta vuonna 2013. HONOn muodostumiseen monissa ekosysteemeissä, kuten boreaalisen alueen maatalousekosysteemeissä, vaikuttavia maaperän typenkierron prosesseja ei ole kuitenkaan tutkittu. ”Tämän tutkimuksen myötä voimme nyt todeta, että mineraalityppeä käyttävät maaperän mikrobit ovat keskeisiä hydroksyyliradikaalin esiasteen eli HONOn muodostumisessa maatalousmaalla. Jatkossa tarvitaan lisää HONO-päästöihin keskittyvää tutkimusta, jotta ymmärrämme paremmin maaperän vaikutuksen ilmakehän kemiaan HONO-päästön ja niistä syntyvien hydroksyyliradikaalien kautta”, Bhattarai sanoo.