En ny studie har kartlagt den biologiska kvävefixeringen på världens kontinenter. I naturliga ekosystem, som skogar och prärier, tycks den vara mindre än tidigare uppskattningar. Detta har följder för dagens klimatmodeller, då växter behöver kväve för att avlägsna koldioxid från atmosfären.

På åkermark kan intensiv odling av baljväxter leda till övergödning av känsliga miljöer. Studien är publicerad i tidskriften Nature.
Kväve är ett livsnödvändigt grundämne för alla levande organismer, men endast ett fåtal typer av bakterier kan omvandla den kvävgas som finns i atmosfären till kväveföreningar som växter och djur kan använda, genom en process som kallas biologisk kvävefixering. Växter behöver sådant ”fixerat” kväve för att tillverka proteiner och klorofyll, det gröna pigment som möjliggör fotosyntes och som styr upptaget av koldioxid från atmosfären.

Resultaten tyder på lägre koldioxidupptag i naturen
– I naturliga ekosystem påverkar kvävefixeringens omfattning jordens bördighet och växtlighetens tillväxt, och därmed kolinlagringen, säger Carla Reis Ely, postdoktor vid Oregon State University College of Forestry, som har lett det arbete som nu redovisas i tidskriften Nature. Vår nya uppskattning, som bygger på en avsevärt förbättrad datasammanställning, tyder på att kvävefixeringen i naturliga ekosystem är mindre än den som tidigare arbeten har kommit fram till.

Det internationella forskarlaget visar alltså att den biologiska kvävefixeringen i naturliga landekosystem är lägre än de uppskattningar som har gjorts tidigare. När forskarna sammanställde 1177 fältstudier av biologisk kvävefixering från hela världen fann de att tidigare analyser hade använt ett snedvridet urval av studier, och därmed överskattat kvävefixeringens omfattning: Fältmätningarna hade gjorts på platser där det fanns 17 gånger mer kvävefixerande organismer än det globala genomsnittet.

– Vår studie kommer sannolikt att påverka förutsägelserna om hur mycket koldioxid som ekosystemen kommer att ta upp i framtiden, säger medförfattaren Michael Gundale, som är professor vid institutionen för skogens ekologi och skötsel vid SLU.

– Många av de modeller som används för att förutsäga hur mycket koldioxid som kommer att tas upp och lagras i landekosystemen i framtiden förlitar sig på antaganden om direkta samband med hur omfattande den biologiska kvävefixeringen är. Vår studie tar bort viss osäkerhet kring dessa samband och kommer sannolikt att leda till något lägre uppskattningar av landekosystemens framtida förmåga att binda kol, fortsätter Gundale.

I jordbruket är kvävefixeringen mer omfattande än man tidigare trott
I jordbruksmark är förhållandena annorlunda. Där har den biologiska kvävefixeringen ökat dramatiskt från förindustriell tid till nutid, främst genom storskalig odling av baljväxter såsom sojabönor och lusern, som lever i symbios med kvävefixerande bakterier.

Omfattningen på kvävefixeringen inom baljväxtodling är anmärkningsvärd, eftersom den nu är nästan lika stor som all naturlig kvävefixering på mark som inte är åkermark.

– Den här ökningen är både positiv och negativ, säger Carla Reis Ely. Å ena sidan hjälper kvävefixeringen till att producera proteinrik mat för en växande befolkning och den är miljömässigt mer hållbar än användningen av syntetiska kvävegödselmedel. Å andra sidan kan kväveförluster från denna livsmedelskedja bidra till övergödning i vissa regioner och medföra utsläpp av den potenta växthusgasen lustgas.

– I känsliga ekosystem som är anpassade till en mycket begränsad tillgång på kväve kan kväveutlakning från jordbruksmark vara ett hot mot biologisk mångfald, säger Michael Gundale.