Los suelos son la reserva terrestre de carbono más grande de la Tierra. Es importante saber cómo se almacena el carbono del suelo en un "sumidero" y cómo se libera a la atmósfera como "fuente".

Entender eso requiere estudiar los microorganismos del suelo, incluido el lugar donde viven, y su acceso al carbono almacenado para la alimentación. Cuando los microbios tienen acceso al carbono y al oxígeno, descomponen esos elementos en dióxido de carbono, o CO2, un proceso llamado "mineralización".

Se requiere agua para esta y otras actividades microbianas. Cuando el agua llena los conductos entre los poros del suelo, conecta a los microbios con los recursos creando una red tridimensional de carreteras acuosas.

Espacios de poros

Pero no todo el carbono del suelo está disponible como alimento microbiano. Parte de ella está protegida dentro de espacios porosos microscópicos dentro del suelo, cuyos diminutos diámetros restringen el acceso a microbios hambrientos de carbono. ¿El carbono del suelo será alimento o no? Su destino depende de la actividad hidrológica y la conectividad en los suelos.

Un nuevo artículo en Nature Communications, una colaboración del autor principal A. Peyton Smith y otros en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico y EMSL, investiga la importancia de los patrones de humectación a escala de poros, Condiciones previas de humedad del suelo y otros factores que afectan la dinámica del carbono del suelo en todas las escalas, desde el poro hasta el núcleo y el campo. (La escala del núcleo puede ser una pala llena. La escala de campo puede ser tan grande como un ecosistema).

Smith y sus coautores argumentan que los modelos del sistema terrestre deberían tratar la humedad del suelo como más de un número. Es mejor, ellos dicen, pensar en el suelo como un marco tridimensional, uno que enfatiza las condiciones de humedad que forman los conductos hidrológicos que difunden el carbono y otros recursos del suelo.

Desterrar las incertidumbres

Reconociendo el carácter tridimensional del suelo, además de su hidrología, es un paso significativo hacia la resolución de incertidumbres sobre el carbono del suelo en los modelos actuales del sistema terrestre. Tales modelos predicen si los suelos serán sumideros o fuentes de carbono.

Las sequías y otros eventos extremos relacionados con las precipitaciones continúan aumentando en intensidad, duración y extensión. Esto tiene implicaciones para el almacenamiento de carbono en los suelos tanto a nivel del ecosistema como a escala global.

En suelo, el destino del carbono puede ir de dos maneras, dijo Smith, un postdoctorado de la PNNL, "Es comer o conservar".

Hasta aquí, Los estudios muestran que los suelos afectados por la sequía emiten CO2 a la atmósfera cuando se vuelven a humedecer, un fenómeno conocido como el "efecto Birch". Cuanto más larga sea la sequía, cuanto mayor sea el pulso de este gas de efecto invernadero.

Pero el efecto Birch rara vez se investiga en múltiples escalas espaciales y temporales. Como resultado, Los modelos actuales limitan nuestra capacidad para predecir cómo los ciclos de secado y rehumectación influyen en el carbono del suelo.

Dirección de mojado, Hasta la molécula

En el nuevo periódico, Los investigadores se propusieron desarrollar una comprensión a nivel molecular de la dirección de humectación y la humedad antecedente del suelo. En un entorno de laboratorio, utilizaron 16 núcleos experimentales de suelo arenoso de los Everglades de Florida para investigar la capacidad de los suelos de ser un sumidero de carbono o una fuente de carbono en respuesta a la sequía y la dirección de rehumedecimiento.

Ya sabemos que cuando los suelos están mojados desde arriba, por precipitación, los poros más grandes se llenan primero. También sabemos que cuando el suelo está húmedo desde abajo, por agua subterránea, La acción capilar satura primero los poros más finos.

Esta dinámica arriba-abajo crea condiciones distintivas. Afecta el tipo de carbono disponible para la descomposición microbiana; el tamaño de los poros que se llenan de agua, mejorar la conectividad hidrológica; y el tamaño de los poros que se llenan de aire, que proporciona el oxígeno necesario para la descomposición.

"La conectividad es importante, "dijo Smith, "no solo el tamaño de los poros".

'Legado de la sequía'

El documento demuestra que el "legado de la sequía" y la dirección de humectación de un suelo son más importantes para el almacenamiento de carbono que su contenido de humedad actual. En particular, cuando la rehumectación proviene del aumento de las aguas subterráneas, produce una pérdida de carbono del núcleo al ecosistema más rápida que los eventos de precipitación desde arriba.

Todavía, a escala de campo, tanto la precipitación como las fluctuaciones del agua subterránea interactúan para desestabilizar el carbono del suelo.

Los modelos que simulan los flujos de carbono a escala de ecosistema deben tener en cuenta la dinámica de estos eventos de humectación direccional, dicen los autores, no como un número único, sino como un marco tridimensional.