Ny forskning afslører mysterierne bag kulstof i dyb jord

Energisultede mikrober kan være den kraft, der får store mængder kulstof til at blive lagret i dybe jordarter, ifølge en undersøgelse fra Dartmouth College. Forskningen viser, at mindre fødevareenergi i dybden gør det sværere at nedbryde forekomster af organisk kulstof, skabe et underjordisk lagerhus for det klimadestabiliserende kemiske element.

Studiet, udgivet i Jordens biologi og biokemi , skitserer de forhold, der ligger til grund for, om dyb jord fungerer som en kilde eller et dræn for kulstof.

Skæbnen for dybt jordkulstof har stor betydning for forskere, der studerer klimaændringer. Det anslås, at 2400 gigaton kulstof er lagret i jorden, med to tredjedele af det, der ligger under 20 cm dybden. Mængden af ​​dyb jordkulstof alene er omtrent det dobbelte af mængden af ​​kulstof i form af kuldioxid, der findes i Jordens atmosfære.

Hvis nedbrydningshastigheden stiger som følge af klimaændringer, så vil kulstof lagret i dybe jorde blive frigivet til atmosfæren som drivhusgassen kuldioxid. Forskningen testede, hvordan nedbrydning ændres med jorddybde for at hjælpe med at forudsige, om dybt jordkulstof ville være sårbart over for sådanne klimainducerede ændringer.

"Kulstof i dyb jord er en rigtig stor ting for at forstå fremtiden for klimaændringer, " sagde Caitlin Hicks Pries, en adjunkt i biologi i Dartmouth. "At forstå de kræfter, der forårsager, at så meget kulstof og hele dets drivhusgaspotentiale bliver lagret under jorden, hjælper os med at forudsige, hvordan vores fremtidige klima vil se ud."

Jordens organiske kulstof kommer fra nedbrydning af døde planter og kan forblive i jorden i tusinder af år. Forskergruppen satte sig for at se, hvordan rodaffald nedbrydes i forskellige dybder for at forstå, hvorfor noget dybt jordkulstof kan lagres i så lang tid, og hvorfor andet kul frigives til atmosfæren.

Holdet inkuberede rødder i dybder fra 15 cm til 95 cm i en 80 år gammel bevoksning af nåletræer ved foden af ​​Californiens Sierra Nevada-bjerge. Ifølge undersøgelsen tabet af rodaffaldskulstof i de første seks måneder var ens på tværs af alle dybder. Imidlertid, efter 30 måneder, kulstoftab var betydeligt langsommere på de større dybder.

Teamet fandt ud af, at den mindre mængde energi, der er let tilgængelig for mikrober i form af opløst kulstof, kunne være årsagen til langsommere nedbrydning. Som et resultat af de langsommere nedbrydningshastigheder, kulstof er mere tilbøjelige til at blive lagret på lang sigt.

"Levende fine rødder fodrer jorden med substrater, der ligner slik til mikrober. Manglen på denne energikilde i dybden nægter mikrober den energi, de har brug for for effektivt at nedbryde døde rødder, " sagde Hicks Pries.

For at gennemføre undersøgelsen, holdet stolede også på Carbon Organisms Rhizosphere and Protection in the Soil Environment-modellen udviklet ved Princeton University og University of California, Merced. Kendt som CORPSE, programmet forudsiger mikrobiel aktivitet og giver forskerne mulighed for at se, hvordan mængden af ​​tilgængelig energi omsættes til biologiske processer til nedbrydning af rødder.

CORPSE viste, at nedbrydning foregår relativt hurtigt, når fødevarenergi er tilgængelig, men det uden en ekstern energikilde, mikrober i dybden mister evnen til at nedbryde rødder.

"CORPSE giver os mulighed for at fokusere på de levende væseners rolle i nedbrydningsprocessen, når vi studerer kulstof i jorden, i stedet for bare at se på det materiale, der bliver nedbrudt, " sagde Benjamin Sulman, en projektforsker ved University of California, Merced. "Denne undersøgelse viser, hvorfor det er vigtigt at inkludere de biologiske processer i de computermodeller, vi bruger til at lave forudsigelser om, hvordan økosystemer og klima vil ændre sig i fremtiden."

Selvom resultaterne ikke forudsiger, hvor meget kul der vil blive frigivet fra dyb jord i en given mængde tid, resultaterne gør det muligt for forskere at forstå, hvordan en ændring i klimatiske forhold kan påvirke skæbnen for kulstof i dyb jord.

For eksempel, øget nedbør kan transportere mere energi i form af opløst organisk kulstof til dybere jorder og resultere i mere kulstof frigivet til atmosfæren. En ændring i dominerende planter til arter med dybt voksende fine rødder, kunne også tvinge mere kulstof ud i atmosfæren, hvorimod planter med grove rødder kan have den omvendte virkning.

"Vi burde være bekymrede, for når temperaturen bliver varm, dette organiske kulstof i dyb jord har potentialet til at blive frigivet som kuldioxid, hvilket tvinger en positiv feedback til klimaændringer, " sagde Hicks Pries.

Ifølge avisen, de processer, der styrer kredsløbet af organisk kulstof i dyb jord, har fået lidt opmærksomhed, selvom over halvdelen af ​​verdens kulstof i jorden er lagret under 20 cm.

"Denne tilgang går glip af den enorme mængde kulstof, der findes i dyb jord, "sagde Hicks Pries.

Forskningen indikerer, at fugtniveau og temperatur ikke direkte påvirker nedbrydningshastigheden i dyb jord, og at mikrobiel overflod sandsynligvis heller ikke gør det. Lavere nitrogenniveauer kan være en faktor, men yderligere test ville være nødvendig.