Descubriendo el impacto de la humedad en los procesos de carbono del suelo


El suelo debajo de sus pies contiene unas 2500 gigatoneladas de carbono, aproximadamente tres veces la cantidad de carbono contenida en nuestra atmósfera y cuatro veces más de lo que se almacena en todos los seres vivos (árboles, hormigas, ballenas y humanos incluidos) en nuestro planeta.


por Virginia Tech


A pesar de esto, la dinámica que impulsa los ciclos de carbono del suelo se entiende menos que la dinámica de otras reservas de carbono.

Ahora, investigadores de todo Virginia Tech, en colaboración con científicos del Servicio Forestal del Departamento de Agricultura de EE. UU., la Red Nacional del Observatorio Ecológico (NEON) de la Fundación Nacional de Ciencias y otras universidades, están ofreciendo una nueva perspectiva sobre esos procesos, revelando que la humedad es un impulsor crítico en la regulación y el secuestro de las reservas de carbono del suelo.

“Estamos demostrando, a nivel molecular , que existe una gran división en la forma en que el carbono en el suelo se cicla entre los sistemas de suelo húmedo y árido”, dijo Brian Strahm, profesor del Departamento de Recursos Forestales de la Facultad de Recursos Naturales y Medio Ambiente. y Conservación Ambiental e investigadora principal en esta investigación. “Esto es útil para permitirnos imaginar dos modelos fundamentalmente diferentes de cómo se concentra y se mueve el carbono dentro del suelo”.

Estos hallazgos, publicados en Proceedings of the National Academy of Sciences , contradicen la expectativa inicial del grupo sobre qué factores hacen que el suelo sea eficiente en el secuestro de carbono.

“La gran conclusión es que la mayoría de las cosas que creíamos saber sobre el carbono del suelo estaban equivocadas”, dijo Kate Heckman, científica biológica investigadora del Servicio Forestal y autora principal del artículo.

“Nuestra hipótesis inicial se centró en la importancia de ciertos tipos de minerales del suelo que asumimos que eran importantes en la persistencia del carbono, o cuánto tiempo permanece el carbono en el suelo. También pensamos que los patrones de temperatura en los sitios serían un fuerte regulador de la edad del carbono, pero no vimos las señales que esperábamos ver asociadas con la temperatura o la mineralogía del suelo”.

La extensión de muestras de suelo de un continente

Para comprender mejor la interrelación entre el carbono del suelo y la humedad, el grupo utilizó muestras de núcleo recopiladas por NEON, una red de observación que trabaja para recopilar datos ecológicos a largo plazo en todo el continente de América del Norte para comprender mejor cómo están cambiando los ecosistemas.

Como parte de ese esfuerzo, la instalación ha instalado cientos de sensores en el suelo para monitorear la dinámica del suelo. Los núcleos de un metro de profundidad que excavaron, 400 de los cuales se utilizaron en este estudio, ofrecieron a los investigadores una instantánea crítica de miles de “horizontes” de suelo únicos, o capas de suelo que muestran diferentes características según la edad y la composición.

“Abrir los núcleos fue como ver diferentes partes del país a través de una instantánea del suelo de 8 por 200 milímetros”, dijo Adrián Gallo, quien se encargó de realizar muchos de los análisis iniciales de los núcleos y recientemente completó su doctorado. en ciencia del suelo en la Universidad Estatal de Oregón. “No era raro abrir los núcleos y pensar: ‘¿Qué diablos está pasando aquí con los colores, las rocas y las raíces?’ Y luego tendría que mirar imágenes aéreas, mapas topográficos y descriptores del suelo de lugares cercanos para ayudarme a comprender la historia del paisaje”.

Comenzando con esas muestras de núcleo , los investigadores utilizaron una combinación de análisis de radiocarbono y composición molecular para revelar la relación entre la abundancia y persistencia de carbono en el suelo y la disponibilidad de humedad en la región donde se tomaron las muestras.

“Me centré específicamente en cómo la descomposición del carbono del suelo podría diferir en gradientes climáticos a gran escala”, dijo la profesora asistente Angela Possinger, que estudia ciencias del suelo en la Facultad de Ciencias Ambientales y Vegetales de la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida. “Terminamos dividiendo los sitios en sistemas que pueden agruparse ampliamente como climas ‘húmedos’ y ‘áridos’, lo que va junto con muchas otras diferencias en las propiedades del ecosistema y del suelo. Esta división terminó ayudándonos a describir mejor las diferencias en las tasas de descomposición a través de los Estados Unidos”

El profesor asociado Brian Badgley, también de la Facultad de Ciencias Ambientales y Vegetales, ayudó en la interpretación de los datos, particularmente al considerar las implicaciones biológicas de estos hallazgos. Dijo que la investigación llena un vacío de conocimiento en nuestra comprensión de la microbiología del suelo a gran escala.

“La brecha entre la forma en que analizamos las comunidades microbianas del suelo utilizando muestras de solo unos pocos gramos, a las escalas regionales y globales en las que a menudo se considera el ciclo del carbono, representa un desafío inmenso”, dijo Badgley. “La identificación de los subsistemas continentales en este trabajo proporciona un marco conceptual emocionante sobre cómo podemos considerar los procesos microbianos en un vasto paisaje”.

El autor principal, Heckman, que trabajó con investigadores de la Universidad Tecnológica de Michigan, espera que los científicos se basen en estos hallazgos. Ella sugiere que un área de investigación futura serían los estudios de manipulación de campos y tierras de cultivo, lo que permitiría a los científicos ver de primera mano cómo el cambio de humedad afecta los procesos de carbono del suelo.

“El carbono orgánico del suelo se está considerando como uno de los enfoques de captura y secuestro de carbono más prometedores que tenemos, y comprender el papel que juega la humedad en ese proceso es fundamental para ayudarnos a alcanzar ese potencial”. dijo Heckman. “Mi esperanza es que este estudio aliente a gran parte de nuestra comunidad científica a examinar el papel de la humedad en el ciclo del carbono terrestre”.

Strahm enfatiza que es fundamental que los científicos que investigan el carbono global entiendan que diferentes sistemas de suelo requieren diferentes modelos para predecir cambios en las reservas de carbono del suelo.

“No podemos usar la vista y el modelo contemporáneos para predecir cómo cambiarán estos sistemas de suelo en el futuro”, dijo Strahm, quien es profesor afiliado del Centro de Cambio Global. “Cuando predecimos que los sistemas se volverán más húmedos o secos, estamos moviendo los sistemas de un cubo a otro. Pero ese tipo de cambio conlleva todo tipo de implicaciones, por lo que una apreciación de dos sistemas distintos será un salto conceptual crítico”.

Más información: Katherine A. Heckman et al, Divergencia impulsada por la humedad en la persistencia del carbono del suelo asociado a minerales, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2023). DOI: 10.1073/pnas.2210044120



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