Welkom bij
Moderne landbouw
!
Rijstteelt is een belangrijk item in de uitstoot van broeikasgassen. Rijst is een hoofdvoedsel voor meer dan de helft van de wereldbevolking en wordt bijna altijd verbouwd in overstroomde rijstvelden, wat 11 procent van al het menselijke methaan in de atmosfeer bijdraagt. Dit komt neer op bijna 40 miljoen ton methaan per jaar.
De bron van dat methaan wordt geproduceerd door bacteriën die gedijen in rijstvelden, maar wetenschappers hebben een vreemde elektrische levensvorm ontdekt die de huidige milieu-impact aanzienlijk zou kunnen verminderen. Deze levensvorm, bekend als kabelbacteriën, werd voor het eerst geïdentificeerd in de oceaan en recentelijk is gevonden dat hij van nature groeit in velden tussen rijstwortels in Azië en de VS. Wetenschappers zijn nu aan het uitzoeken welke omstandigheden kabelbacteriën bevoordelen, wat een game-changer kan zijn voor het verminderen van emissies.
Kabelbacteriën, die elektriciteit geleiden, remmen de methaanproductie in de bodem. In 2020 ontdekten onderzoekers dat kabelbacteriën de methaanuitstoot met 93 procent verminderden in laboratoriumgrond waar rijst werd verbouwd. De kabelbacteriën verstoorden de machtsverhoudingen in de gemeenschap van bodemmicroben en methaanproducerende bacteriën waren de overweldigende verliezers.
Methaanproductie is inefficiënt voor bacteriën; als er een alternatief is, zullen ze het grijpen.
“Methaanproductie is het laatste redmiddel van de microbiële gemeenschap. Wanneer [microben] niets anders kunnen, maken ze methaan”, zegt microbioloog Derek Lovley van UMass Amherst.
Kabelbacteriën zijn lang en dun, hun lichaam slechts één cel breed. Als ze onder een microscoop worden bekeken, gloeien ze als spookachtig haar dat uit rijstwortels stroomt. De manier waarop ze methaan beheersen, is door de bodemchemie te veranderen. Kabelbacteriën verhogen nuttige sulfaten in de bodem en houden dat niveau stabiel - geen sulfaatsuppletie nodig. Ze schaden de methaanproducenten niet direct, maar ze creëren omstandigheden die hen verdringen.
Microben zijn zeer competitief met elkaar, en wanneer één type bloeit, sterven andere vaak uit. Als het gras op uw gazon gezond is, is het moeilijker voor onkruid om zich vast te houden dan in kale grond - hetzelfde geldt voor microben. Daarom nemen sommige mensen probiotische supplementen om hun darmen gezond te houden. Evenzo, wanneer kabelbacteriën gedijen in de bodem, voeden ze de bacteriën die sulfaten consumeren, waardoor concurrenten worden uitgesloten die anders methaan zouden produceren.
Een bijkomend voordeel is dat kabelbacteriën rijstvriendelijk zijn omdat ze sulfiden uit de grond verwijderen. Vincent Scholz is een elektromicrobioloog aan de Universiteit van Aarhus in Denemarken die aan beide bovengenoemde onderzoeken heeft deelgenomen. Hoewel sulfaat een voedingsstof voor planten is, zegt Scholz, is sulfide een plantentoxine en verlaagt het de graanopbrengst. En het is tweerichtingsverkeer:rijstplanten helpen ook kabelbacteriën door opgeloste zuurstof door hun wortelstructuren naar kabelbacteriën te leiden.
Maar weten hoe kabelbacteriën hun magie werken, is slechts een deel van de oplossing. Welke omstandigheden maken een rijstveld kabelklaar?
Onderzoekers onderzoeken omstandigheden die kabelbacteriën begunstigen. Doen kabelbacteriën het bijvoorbeeld beter als rijstvelden continu onder water staan - standaardpraktijk in de VS - of wanneer rijstvelden af en toe droogvallen en onder water komen te staan? Hoeveel zuurstof hebben ze nodig?
De kwestie van intermitterende overstroming van rijstvelden ligt al enkele jaren op tafel, niet alleen vanwege kabelbacteriën. Afwisselend bevochtigen en drogen verminderde de methaanuitstoot tot 90 procent in een onderzoek uit 2018. Een studie uit 2020 wees uit dat afwisselend bevochtigen en drogen de netto broeikasgassen, niet alleen methaan, met ongeveer 22 procent verminderde. Als dit voordeel zou kunnen worden gecombineerd met een gezonde populatie kabelbacteriën, zou het rijst veel klimaatvriendelijker maken.
Volgens Scholz is waterbeheer cruciaal. Kabelbacteriën zijn kieskeurig over blootstelling aan zuurstof. Ze zijn gestrest als ze in de open lucht worden achtergelaten, maar hebben wat zuurstof nodig om te overleven. De truc is om een gulden middenweg te vinden die gunstig is voor kabelbacteriën en robuuste rijstopbrengsten. Verder onderzoek naar waterbeheer is waarschijnlijk de volgende weg voor landbouwkundig onderzoek naar kabelbacteriën.
Een nieuwe studie uit China toont aan dat kabelbacteriën gedijen als er meer zuurstof in het water aanwezig is. Kabelbacteriën in zuurstofrijk water waren robuuster, vermenigvuldigden zich sneller en groeiden dieper in de bodem. Veldstudies kunnen voortbouwen op dit veelbelovende resultaat om te testen hoe zuurstof aan het water van rijstvelden wordt toegevoegd. Water kan op low-tech manieren worden geoxygeneerd, dus de methode hoeft niet duur te zijn. Alternatieve bevochtiging en droging kunnen ook het zuurstofgehalte in de bodem verhogen.
Zodra wetenschappers de ideale water- en zuurstofcondities hebben gevonden, zouden er weinig technische uitdagingen moeten zijn om kabelbacteriën te gebruiken om de methaanemissies in de rijstteelt te verminderen. Boeren wiens rijstvelden inheemse kabelbacteriën bevatten, zouden omstandigheden kunnen creëren die deze nuttige bacteriën helpen groeien. Boeren zonder kabelbacteriën zouden ze tijdens de veldvoorbereiding in de grond kunnen zaaien.
Scholz, die kabelbacteriën heeft gekweekt in Duitsland en Denemarken, zegt dat ze "heel gemakkelijk" te kweken zijn. Zijn collega Lars Peter Nielsen, die kabelbacteriën ontdekte, voegt eraan toe dat je "een kilometer kabelbacteriën in een kubieke centimeter kunt kweken, en dat is veel."
Nielsen waarschuwt echter om het onderzoek niet voor te lopen. Er valt nog veel te leren over kabelbacteriën. "En," zegt Nielsen, "we worden nog steeds geschokt."
