Nová štúdia skúmala interakcie medzi biomolekulami a ílovými minerálmi v pôde a objasnila faktory, ktoré ovplyvňujú zachytávanie uhlíka na rastlinnej báze v pôde. Zistilo sa, že náboj na biomolekulách a ílových mineráloch, štruktúra biomolekúl, prírodné kovové zložky v pôde a párovanie medzi biomolekulami hrajú kľúčovú úlohu pri sekvestrácii uhlíka v pôde. Zatiaľ čo prítomnosť kladne nabitých kovových iónov v pôde podporovala zachytávanie uhlíka, elektrostatické párovanie medzi biomolekulami inhibovalo adsorpciu biomolekúl na ílové minerály. Zistenia by mohli byť užitočné pri predpovedaní pôdnej chémie, ktorá je najúčinnejšia pri zachytávaní uhlíka v pôde, čo by zase mohlo pripraviť pôdu pre riešenia na zníženie uhlíka v atmosfére a pre globálne otepľovanie. zmena klímy.
Cyklus uhlíka zahŕňa pohyb uhlíka z atmosféry do rastlín a živočíchov na Zemi a späť do atmosféry. Oceán, atmosféra a živé organizmy sú hlavnými rezervoármi alebo záchytmi, ktorými uhlík koluje. Veľa uhlík je uložený/sekvestrovaný v horninách, sedimentoch a pôdach. Mŕtve organizmy v horninách a sedimentoch sa môžu stať fosílnymi palivami v priebehu miliónov rokov. Spaľovanie fosílnych palív na uspokojenie energetických potrieb uvoľňuje veľké množstvo uhlíka v atmosfére, čo narušilo atmosférickú uhlíkovú rovnováhu a prispelo ku globálnemu otepľovaniu a následnému zmena klímy.
Vyvíjajú sa snahy obmedziť globálne otepľovanie na 1.5 °C v porovnaní s predindustriálnymi úrovňami do roku 2050. Aby sa globálne otepľovanie obmedzilo na 1.5 °C, emisie skleníkových plynov musia dosiahnuť vrchol pred rokom 2025 a do roku 2030 sa musia znížiť na polovicu. odhalil, že svet nie je na ceste obmedziť nárast teploty na 1.5 °C do konca tohto storočia. Prechod nie je dostatočne rýchly na to, aby do roku 43 dosiahol 2030 % zníženie emisií skleníkových plynov, čo by mohlo obmedziť globálne otepľovanie v rámci súčasných ambícií.
V tomto kontexte zohráva úlohu pôda organický uhlík (SOC) v zmena klímy získava na dôležitosti ako potenciálny zdroj emisií uhlíka v reakcii na globálne otepľovanie, ako aj ako prirodzený zachytávač atmosférického uhlíka.
Bez ohľadu na historické dedičné zaťaženie uhlíka (tj emisie približne 1,000 1750 miliárd ton uhlíka od roku XNUMX, keď sa začala priemyselná revolúcia), akékoľvek zvýšenie globálnej teploty má potenciál uvoľniť viac uhlíka z pôdy v atmosfére, a preto je nevyhnutné zachovať existujúci zásoby uhlíka v pôde.
Pôda ako výlevka organický uhlík
Pôda je stále druhou najväčšou zemou (po oceáne). organický uhlíka. Obsahuje asi 2,500 0.90 miliárd ton uhlíka, čo je asi desaťnásobok množstva zadržiavaného v atmosfére, no napriek tomu má obrovský nevyužitý potenciál sekvestrovať atmosférický uhlík. Plodiny by mohli zachytiť 1.85 až 1 petagramov (10 Pg = XNUMX15 gramov) uhlíka (Pg C) ročne, čo je približne 26 – 53 % cieľa „4 na 1000 XNUMX iniciatív“ (to znamená 0.4 % ročná miera rastu stojacej globálnej pôdy organický zásoby uhlíka môžu kompenzovať súčasný nárast emisií uhlíka v atmosfére a prispieť k splneniu podnebie cieľ). Avšak súhra faktorov ovplyvňujúcich odchyt rastlinných organický hmota v pôde nie je veľmi dobre pochopená.
Čo ovplyvňuje uzamykanie uhlíka v pôde
Nová štúdia vrhá svetlo na to, čo určuje, či je rastlinný organický hmota sa zachytí, keď vstúpi do pôdy, alebo či skončí kŕmením mikróbov a vráti uhlík do atmosféry vo forme CO2. Po preskúmaní interakcií medzi biomolekulami a ílovými minerálmi výskumníci zistili, že náboj na biomolekulách a ílových mineráloch, štruktúra biomolekúl, prírodné kovové zložky v pôde a párovanie medzi biomolekulami zohrávajú kľúčovú úlohu pri sekvestrácii uhlíka v pôde.
Skúmanie interakcií medzi ílovými minerálmi a jednotlivými biomolekulami odhalilo, že väzba bola predvídateľná. Keďže ílové minerály sú negatívne nabité, biomolekuly s kladne nabitými zložkami (lyzín, histidín a treonín) sa silne viažu. Väzba je tiež ovplyvnená tým, či je biomolekula dostatočne flexibilná, aby zosúladila svoje kladne nabité zložky so záporne nabitými ílovými minerálmi.
Okrem elektrostatického náboja a štrukturálnych vlastností biomolekúl sa zistilo, že prírodné kovové zložky v pôde zohrávajú dôležitú úlohu pri viazaní prostredníctvom tvorby mostov. Napríklad kladne nabitý horčík a vápnik vytvorili most medzi záporne nabitými biomolekulami a ílovými minerálmi na vytvorenie väzby, čo naznačuje, že prírodné kovové zložky v pôde môžu uľahčiť zachytávanie uhlíka v pôde.
Na druhej strane elektrostatická príťažlivosť medzi samotnými biomolekulami negatívne ovplyvnila väzbu. V skutočnosti sa zistilo, že energia príťažlivosti medzi biomolekulami je vyššia ako energia príťažlivosti biomolekuly k ílovému minerálu. To znamenalo zníženú adsorpciu biomolekúl do hliny. Zatiaľ čo prítomnosť kladne nabitých kovových iónov v pôde uprednostňovala zachytávanie uhlíka, elektrostatické párovanie medzi biomolekulami inhibovalo adsorpciu biomolekúl na ílové minerály.
Tieto nové zistenia o tom, ako organický uhlíkové biomolekuly sa viažu na ílové minerály v pôde by mohli pomôcť vhodne upraviť chemické zloženie pôdy tak, aby podporovali zachytávanie uhlíka, a tak pripraviť pôdu pre riešenia na báze pôdy. zmena klímy.
***
Referencie:
- Zomer, RJ, Bossio, DA, Sommer, R. a kol. Globálny potenciál sekvestrácie zvýšeného organického uhlíka v pôdach na ornej pôde. Sci Rep 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8
- Rumpel, C., Amiraslani, F., Chenu, C. a kol. Iniciatíva 4p1000: Príležitosti, obmedzenia a výzvy na implementáciu sekvestrácie organického uhlíka v pôde ako stratégie trvalo udržateľného rozvoja. Ambio 49, 350 – 360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2
- Wang J., Wilson RS a Aristilde L., 2024. Elektrostatická väzba a vodné premostenie v hierarchii adsorpcie biomolekúl na rozhraniach voda-íl. PNAS. 8. februára 2024.121 (7) e2316569121. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121
***
