I takt med en stigende global efterspørgsel efter bioraffinerede fødevarer, fibre og bioenergi, stiger også efterspørgslen på bæredygtige proteinkilder. Men bæredygtig bioraffinering kræver et højt biomasseudbytte på eksisterende landbrugsjord. Det kan vise sig at være vanskeligt, når målet på samme tid også er at reducere miljø- og klimaaftrykket.

”De globale krav til biomasseproduktion af fødevarer, fiber og bioenergi vil mindst være fordoblet i 2050. Til den tid forventer vi også, at vi har reduceret udledningen af ​​drivhusgasser markant. Det er en stor opgave, vi står over for, og for at imødekomme denne udfordring søger vi innovative afgrødesystemer, der kan øge produktionen af biomasse og samtidig reducere drivhusgasemissionerne,” siger Tenure Track-forsker Ji Chen fra Institut for Agroøkologi ved Aarhus Universitet.

Flerårige afgrøder fremmer mikrobielle metaboliske aktiviteter

I et nyt projekt finansieret af Danmarks Frie Forskningsfond planlægger Ji Chen at undersøge, hvordan man kan håndtere mikroorganismer i jorden, så de kan hjælpe med at skabe større biomasseudbytter og samtidig sænke drivhusgasemissionerne.

”Hovedidéen med projektet er at analysere aktiviteten af de ​​enzymer, der er rettet mod kulstof-, kvælstof- og fosforkredsløb. Vi vil undersøge, hvordan de producerer mere kvælstof og fosfor, så det er tilgængeligt for planterne og mikroorganismerne, samt hvordan de hjælper med at sænke drivhusgasudledningen,” siger Ji Chen.

Andre undersøgelser viser, at mikroorganismerne i jorden spiller en bemærkelsesværdig rolle i at forbedre plantevæksten, øge stresstolerancen samt beskytte mod patogener.

"Man har tidligere forsøgt at styre og tilføre jordmikrober i bæredygtigt landbrug, men størstedelen af ​​forsøgene er mislykkedes på grund af manglende akklimatisering af mikroberne, ligesom der har været stor konkurrence mellem de tilføjede og hjemmehørende mikrober. Så til trods for det store potentiale er det stadig en stor opgave at bruge mikroorganismer til at øge biomasseproduktionen og reducere drivhusgasemissioner. Men hvis vi benytter de ekstracellulære enzymer i jorden, har vi måske en bedre chance,” forklarer Ji Chen, og fortsætter:

"Ekstracellulære enzymer produceres inde i planternes eller mikrobernes celler, hvorefter de udskilles fra cellen. Deres funktioner er at nedbryde komplekse makromolekyler til mindre mikromolekyler, som så er tilgængelige for planter og mikroorganismer. Faktisk ser det ud til, at de ekstracellulære enzymer kan gå ind og stimulere jordens ressourcer, så de ikke hæmmer eller begrænser plante- og mikrobiel vækst. For eksempel viste vores tidligere arbejde, at planter og mikrober kan stimulere jordens produktion af fosfatase, når deres vækst er begrænset af jordens fosfortilgængelighed,” forklarer Ji Chen.

Ekstracellulære enzymer

Ifølge Ji Chen er mikrobielt medieret biomasseproduktion og drivhusgasemissioner fundamentalt forbundet med jordens ekstracellulære enzymer. Det giver os helt nye måder at forstå jordens mikroorganismer på, og måske kan det endda bane vejen for at håndtere og benytte dem bedre.

"CoreEEs-projektet vil være det første af sin slags. Her vil vi undersøge otte slags ekstracellulære enzymer rettet mod kulstof-, kvælstof- og fosfor-cyklusser under forskellige årlige og flerårige afgrødesystemer. Vi vil kombinere jordens ekstracellulære enzymer med in situ og laboratoriemålinger af drivhusgasser, samt sammenligne med de langsigtede biomasseudbytter fra 10 års forsøg på Foulumgaard i Danmark,” siger Ji Chen.

Projektet vil give en unik mulighed for at udforske de enzymatiske funktioner på biomasseudbytte og drivhusgasemissioner samt de underliggende mekanismer.

"Med hensyn til at hjælpe landbrugets grønne omstilling vil vi udvikle nye enzymindikatorer så vi kan udvikle afgrødesystemer, der ikke alene har en højere biomasseproduktion, men også lavere drivhusgasemissioner," siger Ji Chen.