Over het stikstofdebat is al veel inkt gevloeid. De uitdaging is groot: tegen 2030 moet de uitstoot van ammoniak in Vlaanderen, een bron van stikstof, met 40% dalen. Naast heel wat maatschappelijke bekommernissen, wordt het drastische terugdringen van de stikstofuitstoot geen sinecure. Onderzoekers van het VIB-UGent Centrum voor Planten Systeembiologie komen nu met concrete onderzoeksresultaten om het stikstofgebruik te verlagen door in te werken op micro-organismen in de bodem. Hun resultaten zijn in verscheidene wetenschappelijke magazines gepubliceerd.

Stikstof en het bodemmicrobioom

Gewassen hebben stikstof in de bodem nodig om te groeien. Deze planten staan echter in concurrentie met bepaalde bacteriën en archaea, twee verschillende soorten micro-organismen die ook de stikstof in de bodem kunnen gebruiken. Via een proces dat nitrificatie heet, zetten deze micro-organismen de stikstof – in de vorm van ammoniak – om in nitrieten en nitraten. Deze stoffen lekken weg in de bodem, het grondwater en recreatiewater, waardoor ze niet meer bruikbaar zijn voor de landbouwgewassen en negatieve gevolgen hebben voor de biodiversiteit. Daarnaast kunnen nitraten op hun beurt weer omgezet worden in het sterke broeikasgas lachgas. Landbouwers bemesten vaak extra om zeker te zijn dat hun gewassen voldoende stikstof ter beschikking hebben en zo hun gewasopbrengst te maximaliseren, met negatieve gevolgen voor het milieu.

Nitrificatie stoppen

Het vinden van stoffen die de nitrificatie door micro-organismen blokkeren (zogeheten nitrificatie-inhibitoren) is de sleutel tot een efficiënter gebruik van stikstof in de landbouw. Wanneer deze microscopische bodemorganismen minder stikstof verbruiken, blijft er meer over voor planten en is er minder bemesting nodig. Eerder onderzoek naar nitrificatie had vooral een sterke focus op bacteriën, en liet de archaea buiten beschouwing. Onderzoekers van het VIB-UGent Centrum voor Planten Systeembiologie schijnen nu hun licht op deze mysterieuze micro-organismen, en vervolledigen zo het plaatje.

Het belang van de zogenaamde archaea voor het stikstofverbuik in de bodem werd lang genegeerd. Het huidige aanbod van commerciële inhibitoren tegen bacteriën is niet alleen beperkt, ze zijn ook weinig of niet doeltreffend tegen archaea. Om de efficiëntie van nitrificatie-inhibitie te verhogen, gingen we dus ook op zoek naar nitrificatie-inhibitoren tegen archaea.,” ​ – Dr. Fabian Beeckman, postdoctoraal onderzoeker in het lab van Tom Beeckman. ​
De onderzoeksgroep ontwikkelde twee testmethodes om nitrificatie-inhibitoren bij archaea te identificeren, en ging voor bijna 50.000 moleculen na of ze functioneel kunnen worden ingezet. ​

“Niet enkel hebben we nitrificatie-inhibitoren voor archaea kunnen beschrijven, we hebben ook aangetoond dat een combinatie van inhibitoren tegen bacteriën en archaea het beste resultaat oplevert.Dit resultaat is zeer hoopvol. We hebben nu de tools in handen om de beste inhibitoren te vinden, te combineren, en zo het stikstofgebruik in de landbouw echt te reduceren”. – Dr. Hans Motte, coördinator van het onderzoeksproject.

Een duurzame toekomst

Efficiënter omgaan met stikstof is niet enkel in Vlaanderen een doelstelling; ook op Europees niveau werd een klimaatwet met het oog op een doortastend stikstofbeleid ingevoerd. De onderzoekers gaan daarom nog een stap verder naar verduurzaming. ​

“Momenteel zijn de beschikbare nitrificatie-inhibitoren allemaal synthetische moleculen. Met onze nieuwe testmethoden kunnen we nu op zoek gaan naar natuurlijke moleculen die ook kunnen dienen als nitrificatie inhibitoren. In een volgende stap kunnen we gaan kijken naar planten die zelf inhibitoren aanmaken en uitscheiden in de bodem. Zo zetten we de deur open naar een efficiëntere bio-landbouw en duurzame landbouwsystemen.” – Professor Tom Beeckman, groepsleider van het Beeckman lab

Over het VIB-UGent Centrum voor Planten Systeembiologie

Het VIB-UGent Centrum voor Planten Systeembiologie wil inzicht krijgen in hoe planten groeien en reageren op de omgeving. Hun wetenschappers bestuderen hoe bladeren en wortels worden gevormd, welke micro-organismen er op en rond de plant leven en welke stoffen planten aanmaken. Ze brengen de genetische verscheidenheid van het plantenrijk in kaart. Deze kennis kan leiden tot duurzame innovaties in landbouw en voeding.

Over VIB

Basisonderzoek in de levenswetenschappen, dat is de kernactiviteit van VIB. Enerzijds de grenzen verleggen van wat we weten over moleculaire mechanismen, hoe deze mechanismen levende wezens zoals mensen, dieren, planten en micro-organismen regelen, en anderzijds zorgen voor tastbare resultaten die bijdragen aan een betere samenleving. Gestoeld op een partnerschap met vijf Vlaamse universiteiten – UGent, KU Leuven, Universiteit Antwerpen, Vrije Universiteit Brussel en Universiteit Hasselt – en een stevig investeringsprogramma, bundelt VIB de expertise van 81 onderzoeksgroepen in één instituut. Het techtransfer-team van VIB vertaalt proactief biologische inzichten in nieuwe economische activiteiten die op hun beurt weer kunnen leiden tot nieuwe producten, medicijnen e.d. die kunnen gebruikt worden in de geneeskunde, landbouw en tal van andere toepassingen. VIB neemt ook actief deel aan het publieke debat over biotechnologie door het ontwikkelen en verspreiden van een breed scala aan wetenschappelijk onderbouwde informatie over alle aspecten van de biotechnologie.