Los modelos actuales del ciclo del carbono pueden subestimar la cantidad de dióxido de carbono liberado del suelo durante las temporadas de lluvias en los bosques templados como los que se encuentran en el noreste de los Estados Unidos. según los investigadores de Penn State.

Las raíces de los árboles y los microbios utilizan oxígeno para convertir el carbono orgánico del suelo en dióxido de carbono (CO ₂ ) para obtener energía a través de un proceso llamado respiración aeróbica. Esta liberación de CO ₂ de los suelos a la atmósfera representa el mayor flujo de carbono de los ecosistemas terrestres, convirtiéndolo en un componente clave del presupuesto global de carbono. La respiración aeróbica es el proceso dominante que contribuye a este flujo, pero los investigadores encontraron que en condiciones húmedas, La respiración anaeróbica, o respiración sin oxígeno, también contribuye significativamente al flujo.

"En los modelos actuales, las cantidades de dióxido de carbono y oxígeno están controladas por el consumo de oxígeno y la producción de dióxido de carbono a través de la respiración aeróbica, "dijo Caitlin Hodges, candidato a doctorado en el Departamento de Ciencia y Gestión de Ecosistemas. "Por lo general, es una relación uno a uno de consumo y producción. Pero descubrimos que, especialmente en verano, hubo una señal significativa de respiración anaeróbica causada por las raíces que tenían una mayor demanda de oxígeno y superaban a los microbios. Luego, los microbios tienen que cambiar al uso de la respiración anaeróbica ".

Un punto de referencia para interpretar los procesos del suelo afectados por el dióxido de carbono y el oxígeno del suelo es calcular el cociente respiratorio aparente (ARQ), que combina las concentraciones de dióxido de carbono y oxígeno en un valor.

"Si ARQ es igual a uno, eso significa que la respiración aeróbica es el proceso de control, "dijo Hodges." Si hay una desviación significativa de uno, entonces eso nos dice que algo más está controlando las concentraciones de gas del suelo ".

Los científicos estudiaron la respiración del suelo en una cuenca hidrográfica de esquisto y una cuenca hidrográfica de arenisca en el Observatorio de la Zona Crítica Susquehanna Shale Hills, financiado por la Fundación Nacional de Ciencias. Midieron los niveles de dióxido de carbono y oxígeno del suelo a unas ocho y 16 pulgadas bajo tierra y justo por encima de la capa de lecho de roca donde termina el suelo.

"Caitlin interpretó el gas extraído del suelo como un policía interpreta la prueba del alcoholímetro de un conductor borracho, "dijo Susan Brantley, profesor distinguido de geociencias y director del Earth and Environmental Systems Institute (EESI) en Penn State. "La química del gas atascado en el suelo da una imagen de lo que están haciendo las bacterias".

El equipo descubrió que ARQ a veces indicaba una respiración anaeróbica significativa por parte de los microbios. Durante la respiración anaeróbica, los microbios pasaron de usar oxígeno a metales oxidados, como el hierro y el manganeso, para el crecimiento.

"Cuando vemos grandes números en el ARQ, significa que tenemos más dióxido de carbono de lo que sugerirían los niveles de oxígeno, "dijo Jason Kaye, profesor de biogeoquímica de suelos. "¿Cómo puede suceder eso? Puede suceder porque CO ₂ se produce sin consumo de oxígeno, y eso es exactamente lo que es un proceso anaeróbico. Eso es lo que significan estos grandes números. Está viendo más dióxido de carbono de lo que esperaría de la respiración aeróbica ".

La investigación del equipo de Penn State, reportado en el Revista de la Sociedad de Ciencias del Suelo de América , es el primero en usar ARQ para encontrar evidencia de un patrón estacional de respiración anaeróbica en bosques templados.

Los investigadores también calcularon la cantidad total de dióxido de carbono (36 gramos por metro cuadrado) que sale del sistema del suelo cada año debido a la respiración anaeróbica. Dijeron que la estimación conservadora constituye el 10% de toda la respiración realizada por los microbios del suelo en sus sitios de investigación. que es un gran número ya que los científicos no creen que estos bosques templados húmedos exhiban mucha respiración anaeróbica.

"Se espera que el noreste de Estados Unidos haya aumentado las lluvias con el cambio climático, ", dijo Hodges." Esperamos que esta respiración anaeróbica se convierta en un proceso más dominante en estos sistemas forestales, y nuestros modelos de carbono del suelo aún no tienen esto en cuenta ".

Brantley dijo que se necesitan enfoques novedosos como el muestreo de gases del suelo para comprender cómo responderán los suelos al cambio climático.