Muchas complejidades del proceso de secuestro de carbono siguen siendo poco conocidas, a pesar de años de investigación y el impacto significativo de este proceso en el clima global.

Ahora, tres científicos han propuesto un nuevo enfoque para comprender mejor el papel de la materia orgánica del suelo en el almacenamiento de carbono a largo plazo y su respuesta a los cambios en el clima global y la química atmosférica. El trío, incluida Julie Jastrow del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), publicaron sus ideas en la edición de agosto de Microbiología de la naturaleza .

El artículo llega en un momento de creciente preocupación por el creciente problema de la degradación del suelo, y el concepto emergente de seguridad del suelo (la estabilización y mejora de los recursos del suelo del mundo).

"El suelo es importante para la vida en la Tierra tal como la conocemos, "dijo Jastrow, un ecólogo terrestre senior y líder de grupo en la División de Ciencias Ambientales de Argonne. "Suelos, y particularmente materia orgánica del suelo, son clave para muchos de los servicios y funciones esenciales que brindan los suelos ".

"Los especialistas en materia orgánica del suelo creyeron durante mucho tiempo que los restos de materia vegetal en descomposición eran los componentes principales del carbono estabilizado del suelo, "dijo Chao Liang del Instituto de Ecología Aplicada de la Academia de Ciencias de China, autor principal del artículo de Nature Microbiology y ex científico postdoctoral en Argonne. "Pero los enfoques analíticos en evolución han llevado a los investigadores a cambiar hacia la opinión de que la biomasa microbiana muerta y otros residuos microbianos podrían contribuir de manera aún más significativa a las reservas de carbono estables".

"Estoy de acuerdo con Chao en que estamos viendo un cambio de paradigma. Es posible que aún no tengamos las herramientas o los datos para respaldar o cuantificar completamente esto, pero nuestro pensamiento está evolucionando, "Dijo Jastrow.

Las ideas presentadas en el Microbiología de la naturaleza el artículo se perfeccionó cuando fue coautor, Joshua Schimel, un ecologista microbiano del suelo líder de la Universidad de California, Santa Bárbara, visitó el laboratorio de Liang en 2015. Posteriormente, Liang invitó a Jastrow para que los ayudara a perfeccionar sus ideas.

"El marco conceptual y las ideas descritas en este artículo pueden darnos pistas sobre cómo estabilizar y renovar mejor los suelos vulnerables o degradados, ", Dijo Liang." También proporciona información sobre los orígenes de diferentes formas de materia orgánica del suelo ".

"Esta nueva perspectiva es esencial para nuestras discusiones nacionales y globales sobre la vulnerabilidad del suelo y la sostenibilidad de los suelos para la producción de alimentos y biocombustibles, sostenibilidad ecológica, salud ambiental y política climática, " él dijo.

En el ciclo del carbono, el carbono se mueve entre las plantas, animales suelos la corteza terrestre, agua dulce, los océanos y la atmósfera. El carbono secuestrado es el carbono que permanece almacenado a largo plazo. El carbono del suelo aumenta y disminuye, dependiendo del equilibrio entre los insumos de nuevos materiales orgánicos y los productos. Las pérdidas ocurren principalmente por descomposición, pero también a través de la lixiviación en las aguas subterráneas o la erosión de la superficie.

Los estudios se han centrado durante mucho tiempo en cómo la basura de las plantas, en su mayoría hojas muertas, tallos y raíces:se descompone y se transforma en materia orgánica del suelo. La contribución de la biomasa viva de microbios al carbono del suelo, que representa solo del 1 al 5 por ciento del carbono total del suelo, ha recibido mucha menos atención, sin embargo.

"Cuando los investigadores compararon la cantidad de biomasa microbiana viva con los aportes anuales de las plantas, simplemente parecía natural pensar que la mayor parte de la materia orgánica del suelo tenía que provenir de la hojarasca de las plantas, "Señaló Jastrow.

Aunque la biomasa viva de microbios es pequeña, estos organismos crecen, vive y muere a un ritmo rápido. Esto significa que los aportes microbianos a la materia orgánica del suelo pueden ser mucho mayores de lo que se pensaba anteriormente. particularmente cuando una parte significativa de esos insumos se estabiliza en lugar de descomponerse. Pero incluso con nuevos conocimientos y mejoras en las herramientas utilizadas para estudiar la materia orgánica del suelo, persisten muchas preguntas e incógnitas.

"Los investigadores saben desde hace varias décadas que la materia orgánica del suelo incluye residuos microbianos, pero se dieron cuenta de la magnitud potencial de esas contribuciones más recientemente, Jastrow dijo. Ella y sus colegas sugieren que dos tipos de actividad metabólica microbiana controlan en gran medida la magnitud de las contribuciones microbianas a la formación de materia orgánica del suelo.

A través de la actividad catabólica, los microbios descomponen moléculas complejas para formar otras más simples, que libera carbono en forma de dióxido de carbono. A través de la actividad anabólica, los microbios sintetizan moléculas complejas a partir de otras más simples, que contribuye al almacenamiento de carbono.

Los científicos sugieren adoptar un enfoque basado en un concepto llamado bomba de carbono microbiano del suelo para ayudar a estimular nuevas investigaciones fructíferas en esta área. Los investigadores marinos plantearon por primera vez el concepto de bomba de carbono microbiano. La bomba de carbono microbiano marino secuestra el carbono transfiriéndolo a las profundidades de los océanos. A través de este proceso, Las bacterias contribuyen significativamente al almacenamiento de carbono a largo plazo y a la regulación del dióxido de carbono atmosférico.

"Aprovechar el concepto de bomba de carbono microbiano que se originó en la literatura marina simplemente proporciona una forma de organizar y pensar en todas las diversas complejidades asociadas con el papel del anabolismo microbiano en la formación de materia orgánica del suelo, "Dijo Jastrow.

En su papel Jastrow y sus colegas relacionan la bomba de carbono microbiano con la capacidad de los compuestos sintetizados microbianamente para estabilizarse mediante asociaciones físicas y químicas íntimas con los minerales del suelo. Llaman a este último fenómeno el "efecto de sepultura". La bomba de carbono microbiano del suelo mejora este efecto, especialmente a través del proceso de renovación in vivo, sostienen los científicos. Con recambio in vivo, los microorganismos procesan metabólicamente los materiales vegetales para generar biomasa. Cuando esos microbios mueren, sus residuos tienen más probabilidades de quedar "sepultados" que los residuos vegetales, mejorando la reserva de carbono persistente del suelo.

La interacción entre los procesos catabólico y anabólico juega un factor clave para inclinar el equilibrio entre el efecto de sepultura y su otro lado, el efecto de imprimación, que ayuda a liberar carbono de la materia orgánica estable. Cuando fresco, residuos fáciles de descomponer entran en el suelo, esta fuente de energía fácilmente disponible puede "cebar" las actividades catabólicas de los microbios y estimular la descomposición de depósitos de materia orgánica del suelo más complejos y estables.

Por lo tanto, adición de nuevo, El carbono producido externamente puede aumentar la producción de dióxido de carbono al cebar la descomposición microbiana de la materia orgánica del suelo existente. y al mismo tiempo puede conducir a un mayor enterramiento de residuos microbianos.

"Pero, Los investigadores necesitarán mejores herramientas analíticas para cuantificar con mayor precisión la masa de material microbiano muerto y residuos en los suelos. y comprender los factores que controlan el equilibrio entre los efectos de sepultura y cebado, "Señaló Liang.

"Actualmente existen pocos datos que informen directamente nuestra cuantificación y comprensión de los mecanismos detrás del concepto de bomba de carbono microbiano del suelo, " él dijo.

Incluso ahora, muchos de los métodos e instrumentos analíticos que proporcionan nuevos conocimientos sobre la materia orgánica del suelo siguen siendo insuficientes.

"Sin embargo, los nuevos conocimientos están comenzando a cambiar la forma en que pensamos sobre la materia orgánica del suelo y su formación, degradación y dinámica, "Dijo Jastrow.

"Al organizar estos conocimientos en torno al concepto de una bomba de carbono microbiana del suelo, "agregó Liang, "Esperamos inspirar nuevas investigaciones dirigidas al papel de los microorganismos en la creación de materia orgánica del suelo y su resistencia a las alteraciones o condiciones ambientales cambiantes".