| Baljväxters kvävefixering i symbios med rhizobium-bakterier bidrar både till baljväxternas egna kvävebehov och kan tas upp av samodlade och efterföljande grödor. Men kväverika baljväxtrötter och andra växtdelar kan också leda till risk för kväveförluster, genom till exempel nitratläckage och lustgasavgång via mikrobiell aktivitet. Detalljerad kunskap om rotzonens kväveomsättning är därför nödvändig för att kunna optimera utnyttjandet av baljväxters kvävefixering och minimera riskerna för negativa miljöeffekter orsakade av kväveförluster. Det föreslagna projektet kombinerar detaljerade mätningar och geografiska analyser på millimeternivå för att med hög upplösning kartlägga olika kemiska och biologiska faktorers roll för kväveomsättningen och kväveförlusternas omfattning vid odling av baljväxter. Den centrala hypotesen är att det är stor rumslig variation i kväveomsättning i baljväxters rotzon, med särskilt stor risk för lustgasproduktion i den syrefattiga miljön som uppstår runt aktiva rotknölar, och att denna heterogena miljön är kopplad till rumslig variation i förekomst av olika mikroorganismer involverade i kväveomsättningen.
Detaljerade och icke-destruktiva studier av den markkemiska miljön och kväveomsättningen i jord olika nära rötter och rotknölar genomförs genom odling i rhizoboxar – odlingslådor försedda med en plexiglasfront som gör det möjligt att noggrant följa rottillväxt och rotknölars förekomst och aktivitet. Ammoniak- och ammoniumhalt, pH och syrgashalt mäts med tvådimensionella optiska sensorer, optoder, som placeras på insidan av plexiglaset i kontakt med jord och rötter. Mätningarna kan upprepas många gånger med samma optod, så att kväveomsättning och variationer i pH och syresättning kan följas över tiden. Vid odlingens slut kommer små jordprover samlas från det kartlagda området och förekomsten av mikroorganismer som genomför olika steg i markens kväveomsättning analyseras med DNA-teknik. Vi kommer vidare att använda GIS och multivariat dataanalys för att testa olika samband mellan förekomst av rötter och kvävefixerande rotknölar, kartlagda markkemiska parametrar, och markmikroflorans sammansättning.
Preliminära resultat från ett likande experiment nyligen genomfört under sökandens postdokvistelse visade mycket intressanta samband mellan rot- och mykorrhiza-utbredning, pH, och förekomst av olika bakteriegrupper i jord från unga tallplantiors rotzon, men biogeografin med avseende på kväveomsättningen i baljväxters rotzon är ännu inte studerad. Det föreslagna projektet är alltså nyskapande i ansatsen att kombinera optod-teknik, molekylärbiologisk kartläggning av mark-mikrofloran och GIS i relation till kvävefixeringsaktiviteten i baljväxters rotzon. Resultaten kommer att ha stor betydelse för strävan att definiera skötselåtgärder som optimerar utnyttjandet av kvävefixering och minimerar risken för miljöstörande kväveförluster i baljväxtbaserade odlingssystem. Ansökan avser medel för att köpa in nödvändiga instrument och under ett år genomföra nydanande experiment. Projektet förväntas få stort genomslag via konferensdeltagande och internationell vetenskaplig publicering, och kommer att följas upp med nya ansökningar för utökade studier av rotzonens kväveomsättning. |