At forstyrre følsom jord kan gøre klimaændringerne værre, finder forskere

Næsten en tredjedel af den kuldioxid, der årligt frigives til atmosfæren, kan spores tilbage til bakterier, der lever i jorden, hvor de nedbryder plante- og dyrestoffer til energi.

For de fleste jordmikrober, denne transformation kræver ilt. Men en ny undersøgelse finder, at lille, spredte populationer af bakterier, der lever i jorden, er iltudsultede og har en undervurderet effekt på mængden af ​​denne potente drivhusgas, der frigives til luften.

Forskningen, udgivet fredag ​​d. 24. november i journalen Naturkommunikation og ledet af Stanfords Scott Fendorf og tidligere postdoc Marco Keiluweit, konstaterer, at disse iltfrie jordlommer er sårbare over for forstyrrelser fra klimaændringer og visse landbrugsmetoder. Forskerne sagde, at dette arbejde kunne hjælpe med at modellere fremtidige kulstofemissioner ved at give bedre forudsigelser om, hvor meget CO2 der kan frigives fra jorden.

"Heldigvis, klimamodellerne er parallelt med os, sagde Fendorf, hvem er Huffington-familieprofessor i geovidenskab ved Stanford's School of Earth, Energi- og miljøvidenskab. "De skal værdsætte dette, og det er de."

Kulstofbeskyttelse

Jorden indeholder tre gange mere kulstof end atmosfæren. Noget af det kulstof forbliver fanget under jorden gennem kemiske reaktioner med mineraler. Imidlertid, det meste er i form af nedbrydning af plante- og dyrestoffer, hvilke mikroorganismer nedbryder for at skabe energi og CO2 – svarende til vores spisning og vejrtrækning.

Denne nedbrydningsproces kræver normalt ilt, men i de små jordlommer, der mangler ilt, kaldet anaerobe mikrositter, bakterier har udviklet sig til at udvinde energi fra organisk stof uden ilt, omend mindre effektivt. Disse iltudsultede mikrober producerer betydeligt mindre CO2 og er heller ikke i stand til at nedbryde visse kulstofrige biomolekyler såsom voks og lipider.

"Anaerobe mikrositter spiller en beskyttende rolle ved, at de bevarer visse organiske forbindelser, der er rigelige i jord på verdensplan, øget kulstoflagring og faldende CO2-emissioner fra jord, " sagde Keiluweit, som nu er assisterende professor ved University of Massachusetts i Amherst.

Men selvom forskerne længe har kendt til eksistensen af ​​anaerobe mikrositter, deres udbredelse og deres samlede bidrag til det globale kulstofkredsløb – udvekslingen af ​​kulstof mellem Jordens atmosfære, oceaner og landsystemer – var ikke godt forstået og blev ikke taget højde for i økosystemmodeller, der indgår i fremtidige klimafremskrivninger.

"Den generelle opfattelse har været, at levesteder, der er fuldstændig under vandet, såsom vådområder og sumpe, er anaerobe, og det uoversvømmede, eller opland, jorden er for det meste aerob, "Fendorf sagde. "Hvad vi viser i denne undersøgelse er, at der faktisk er en meget betydelig mængde bjergjord, der sidder i anaerobe miljøer."

Mikrosites i laboratoriet

I den nye undersøgelse, Keiluweit og hans kolleger skabte anaerobe mikrosteder i laboratoriet ved omhyggeligt at manipulere iltstrømmen til jordprøver og derefter målte deres CO2-output samt deres lipid- og vokskoncentrationer.

Hvad de fandt var, at da ilt blev knap, jordmikroberne skiftede fra aerob til stadigt mindre effektiv anaerob respiration. Som resultat, færre kulstofrige lipid- og voksmolekyler blev nedbrudt, og CO2-produktionen faldt med en faktor 10.

Som et tjek i den virkelige verden af ​​deres resultater, forskerne undersøgte også jord fra landbrugsområder i Oregon. Både laboratorie- og feltresultaterne viste bemærkelsesværdigt konsistente tendenser, indikerer, at i modsætning til konventionel visdom, bjergjorde indeholder faktisk store mængder af anaerobe mikrosteder, der beskytter specifikke typer kulstofmolekyler.

"Baseret på vores laboratorieresultater, vi ville forvente, at jord, der er rig på anaerobe mikrositter, ville have masser af lipider og voks tilovers, og det er hvad vi fandt på markerne, " sagde Keiluweit.

Følsom over for forstyrrelser

De nye resultater fremhæver de mange måder, hvorpå klimaændringer og visse landbrugsmetoder kan ændre disse mikrosteder og flytte mængden af ​​CO2, der frigives fra jorden.

Varmende jord, for eksempel, vil sandsynligvis øge mængden af ​​CO2, der frigives til atmosfæren. "Ligesom hos os, når du opvarmer mikrober, du øger deres metaboliske aktivitet, " sagde Fendorf. I jordområder med ilt, de herboende bakterier vil forbruge mere af den rigelige mængde ilt og producere CO2 hurtigere og mere effektivt.

Klimaændringer forventes at gøre nogle regioner vådere og andre tørrere, efterhånden som vejrmønstrene ændrer sig. Disse to tendenser har forskellige indvirkninger på jordmikrober. Områder, der modtager mere regn – eller mere kunstvanding gennem landbrug – vil indeholde mindre ilt og derfor sandsynligvis producere mindre CO2.

Tørre jord har generelt mere ilt, og de mikrober, den indeholder, vil producere mere CO2. Imidlertid, under meget tørre forhold falder produktiviteten for både aerobe og anaerobe mikrober, fordi vand er afgørende for livet.

"Ændringer i jordfugtigheden som følge af kunstvanding eller fra klimatiske mønstre vil derfor ændre fordelingen af ​​mikrobielle metabolisme og hastigheden af ​​CO2-produktion, " sagde Fendorf.

Ud over, hyppig løsning, eller jordbearbejdning, af jord belufter jorden, at gøre anaerobe mikrosites aerobe og øge frigivelsen af ​​CO2. "Vores resultater fremhæver en fordel ved praksisser med lav jordbearbejdning og andre praksisser for arealanvendelse, der begrænser øget jordbeluftning, " sagde Fendorf.