Gli scienziati guidati da Eliza Harris e Michael Bahn dell'Istituto di ecologia dell'Università di Innsbruck sono riusciti a studiare le emissioni del gas serra N ₂ O sotto l'influenza degli impatti ambientali in un livello di dettaglio senza precedenti. Lo studio, che ora è stato pubblicato in Progressi scientifici , è quindi anche un punto di partenza per la creazione di modelli in grado di prevedere le tendenze future nelle dinamiche delle emissioni di gas serra degli ecosistemi in condizioni di cambiamento climatico globale.

Protossido di azoto (N ₂ O) è un potente gas serra il cui tasso di crescita atmosferica è accelerato nell'ultimo decennio. La quota maggiore di N . antropogenico ₂ O emissioni risulta dalla fertilizzazione dei terreni con azoto, che viene convertito in N ₂ O attraverso vari processi abiotici e biologici. Un team di scienziati guidati da Eliza Harris e Michael Bahn del gruppo di ricerca sull'ecologia funzionale dell'Università di Innsbruck è stato ora in grado di tracciare in dettaglio il N ₂ O percorsi di produzione e consumo che avvengono all'interno del ciclo dell'azoto, e infine portare all'emissione di questo gas serra, come parte del progetto NitroTrace finanziato da FWF. In un allestimento sperimentale presso l'Università di Innsbruck, Sono stati studiati 16 monoliti di prateria intatti del sito subalpino di ricerca sull'ecosistema a lungo termine (LTER) Kaserstattalm nella regione dello Stubaital in Tirolo. I blocchi di terreno sono stati esposti a estrema siccità e successiva bagnatura. Queste condizioni meteorologiche riflettono i cambiamenti climatici a cui molte regioni del mondo, comprese le Alpi, sono sempre più esposti.

"Il nostro obiettivo era quantificare l'effetto netto della siccità e della riumidificazione su N ₂ O processi di formazione ed emissioni, che è attualmente in gran parte inesplorato, " afferma Eliza Harris. Contrariamente alle aspettative dei ricercatori, il processo di denitrificazione, la scomposizione del nitrato in N ₂ O e azoto molecolare (N2) da microrganismi specializzati, è stato trovato per dominare N ₂ O produzione in terreni molto secchi.

Secondo le ipotesi precedenti, questo processo avviene principalmente in ambienti umidi, suoli poveri di ossigeno, e di conseguenza più N ₂ O può essere rilasciato nell'atmosfera durante la siccità del previsto. I ricercatori si aspettavano che il processo di nitrificazione predominasse nei terreni asciutti, produzione di nitrati, che è un importante composto chimico per le piante. "Pensavamo che se il terreno fosse asciutto, ci sarebbe abbastanza ossigeno disponibile per la nitrificazione. Dopo un esame più approfondito, siamo stati in grado di rilevare accumuli indotti dalla siccità di materia organica contenente azoto sulla superficie dei nostri campioni di suolo e identificarli come fattori scatenanti per la denitrificazione nel suolo secco. Ciò suggerisce un ruolo importante per i percorsi di chemodenitrificazione e codenitrificazione precedentemente poco conosciuti, dove ulteriori processi abiotici e biotici portano alla formazione di N ₂ Oh, " spiega Eliza Harris il sorprendente risultato. Nel complesso, n ₂ L'emissione di O è stata maggiore durante la riumidificazione dopo un'estrema siccità.

I risultati forniscono ai ricercatori informazioni senza precedenti sul ciclo dell'azoto e sui processi coinvolti nella formazione del gas serra N ₂ O in risposta a parametri ambientali. Una migliore comprensione delle reazioni di produzione e consumo può aiutare a trovare soluzioni per ridurre le emissioni di gas serra, che sono in aumento da decenni.

Metodo di analisi innovativo

Fondamentale per il successo della ricerca è stato l'uso della spettroscopia isotopica laser, reso possibile attraverso il progetto LTER-CWN finanziato da FFG. "Attraverso questa nuova tecnica analitica, possiamo determinare la composizione isotopica di N ₂ O. Così, otteniamo una sorta di impronta digitale per il processo di formazione del N . emesso ₂ Oh, che a sua volta ci aiuta a capire il suo processo di formazione microbica, " sottolinea Eliza Harris l'importanza di questa procedura. Le analisi di ecologia molecolare hanno anche aiutato a determinare quali geni e microbi erano coinvolti nella trasformazione dell'azoto. Inoltre, le tecniche di analisi spaziale hanno aiutato a determinare la composizione e la distribuzione degli elementi nel suolo. "Ci auguriamo che, continuando ad applicare la combinazione di questi metodi in futuri progetti di ricerca simili, acquisiremo ulteriori informazioni sugli effetti di feedback tra i cambiamenti climatici e il ciclo dell'azoto in diversi ecosistemi e ambienti, " afferma Eliza Harris. L'obiettivo a lungo termine dei ricercatori è utilizzare modelli per prevedere le dinamiche di emissione dell'ecosistema nel contesto del cambiamento climatico.