Naujas tyrimas ištyrė biomolekulių ir molio mineralų sąveiką dirvožemyje ir atskleidė veiksnius, turinčius įtakos augalinės anglies sulaikymui dirvožemyje. Nustatyta, kad biomolekulių ir molio mineralų krūvis, biomolekulių struktūra, natūralūs metalo komponentai dirvožemyje ir biomolekulių poravimas vaidina pagrindinį vaidmenį sekvestruojant anglį dirvožemyje. Nors teigiamai įkrautų metalų jonų buvimas dirvožemyje paskatino anglies gaudymą, elektrostatinis poravimas tarp biomolekulių slopino biomolekulių adsorbciją į molio mineralus. Išvados gali būti naudingos prognozuojant dirvožemio chemikalus, kurie efektyviausiai sulaiko anglį dirvožemyje, o tai savo ruožtu gali sudaryti sąlygas dirvožemio sprendimams, mažinantiems anglies kiekį atmosferoje ir visuotinį atšilimą bei klimato kaita.
Anglies ciklas apima anglies judėjimą iš atmosferos į augalus ir gyvūnus Žemėje ir atgal į atmosferą. Vandenynas, atmosfera ir gyvi organizmai yra pagrindiniai rezervuarai arba kriauklės, per kurias cirkuliuoja anglis. Daug anglis yra saugomas/sekvestruojamas uolienose, nuosėdose ir dirvožemyje. Negyvi organizmai uolienose ir nuosėdose gali tapti iškastiniu kuru per milijonus metų. Deginant iškastinį kurą, kad būtų patenkinti energijos poreikiai, į atmosferą išskiriamas didelis anglies kiekis, kuris iškreipė atmosferos anglies balansą ir prisidėjo prie visuotinio atšilimo ir dėl to klimato kaita.
Dedamos pastangos iki 1.5 m. apriboti visuotinį atšilimą iki 2050 °C, palyginti su ikiindustriniu lygiu. Norint apriboti visuotinį atšilimą iki 1.5 °C, šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisija turi būti didžiausia iki 2025 m., o iki 2030 m. – perpus. atskleidė, kad pasaulis nesiruošia apriboti temperatūros kilimo iki 1.5 °C iki šio amžiaus pabaigos. Perėjimas nėra pakankamai greitas, kad iki 43 m. šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisija būtų sumažinta 2030 proc., o tai galėtų apriboti visuotinį atšilimą pagal dabartinius siekius.
Šiame kontekste dirvožemio vaidmuo organinės anglies (SOC) in klimato kaita įgyja svarbą ir kaip galimas anglies emisijos šaltinis reaguojant į visuotinį atšilimą, ir kaip natūralus atmosferos anglies absorbentas.
Nepaisant istorinės anglies apkrovos (ty apie 1,000 1750 milijardų tonų anglies išmetimo nuo XNUMX m., kai prasidėjo pramonės revoliucija), bet koks pasaulinės temperatūros kilimas gali išleisti daugiau anglies iš dirvožemio į atmosferą, todėl būtina išsaugoti esamą dirvožemio anglies atsargos.
Dirvožemis kaip kriauklė organinis anglis
Dirvožemis vis dar yra antras pagal dydį (po vandenyno) Žemėje įdubimas organinis anglies. Jame yra apie 2,500 milijardų tonų anglies, ty maždaug dešimt kartų daugiau nei atmosferoje, tačiau jis turi didžiulį nepanaudotą potencialą atskirti atmosferos anglį. Pasėliai gali sugauti nuo 0.90 iki 1.85 petagramų (1 pg = 1015 gramų) anglies (Pg C) per metus, o tai sudaro apie 26–53 %4 iš 1000 iniciatyva“ (tai yra 0.4% metinis nuolatinio pasaulio dirvožemio augimo tempas organinis anglies atsargos gali kompensuoti dabartinį anglies išmetimo į atmosferą padidėjimą ir padėti patenkinti klimatas tikslas). Tačiau veiksnių, turinčių įtakos augalų gaudymui spąstais, sąveika organinis medžiaga dirvožemyje nėra labai gerai suprantama.
Kas turi įtakos anglies blokavimui dirvožemyje
Naujas tyrimas atskleidžia, kas lemia, ar augalinė organinis medžiaga bus įstrigusi, kai pateks į dirvožemį, ar ji maitins mikrobus ir grąžins anglį į atmosferą CO pavidalu2. Ištyrę biomolekulių ir molio mineralų sąveiką, mokslininkai nustatė, kad biomolekulių ir molio mineralų krūvis, biomolekulių struktūra, natūralūs metalo komponentai dirvožemyje ir biomolekulių poravimas atlieka pagrindinį vaidmenį sekvestruojant anglį dirvožemyje.
Molio mineralų ir atskirų biomolekulių sąveikos tyrimas parodė, kad surišimas buvo nuspėjamas. Kadangi molio mineralai yra neigiamai įkrauti, biomolekulės su teigiamai įkrautais komponentais (lizinu, histidinu ir treoninu) stipriai susirišo. Surišimui taip pat turi įtakos tai, ar biomolekulė yra pakankamai lanksti, kad jos teigiamai įkrauti komponentai būtų suderinti su neigiamai įkrautais molio mineralais.
Be elektrostatinio krūvio ir struktūrinių biomolekulių ypatybių, buvo nustatyta, kad natūralūs metalo komponentai dirvožemyje atlieka svarbų vaidmenį jungiantis formuojant tiltus. Pavyzdžiui, teigiamai įkrautas magnis ir kalcis sudarė tiltą tarp neigiamą krūvį turinčių biomolekulių ir molio mineralų, kad sukurtų ryšį, o tai rodo, kad natūralūs metalo komponentai dirvožemyje gali palengvinti anglies gaudymą dirvožemyje.
Kita vertus, elektrostatinė trauka tarp pačių biomolekulių neigiamai paveikė surišimą. Tiesą sakant, buvo nustatyta, kad traukos energija tarp biomolekulių yra didesnė nei biomolekulės pritraukimo prie molio mineralo energija. Tai reiškė sumažėjusią biomolekulių adsorbciją į molį. Taigi, nors teigiamai įkrautų metalų jonų buvimas dirvožemyje paskatino anglies gaudymą, elektrostatinis poravimas tarp biomolekulių slopino biomolekulių adsorbciją į molio mineralus.
Šios naujos išvados apie tai, kaip organinis anglies biomolekulės jungiasi su molio mineralais dirvožemyje gali padėti pakeisti dirvožemio chemiją taip, kad būtų sudarytos palankesnės sąlygos anglies gaudymui, taip atveriant kelią dirvožemio tirpalams klimato kaita.
***
Nuorodos:
- Zomer, RJ, Bossio, DA, Sommer, R. ir kt. Pasaulinis padidėjusio organinės anglies sekvestracijos potencialas pasėlių dirvožemyje. Sci Rep 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8
- Rumpel, C., Amiraslani, F., Chenu, C. ir kt. 4p1000 iniciatyva: galimybės, apribojimai ir iššūkiai įgyvendinant dirvožemio organinės anglies sekvestraciją kaip darnaus vystymosi strategiją. Ambio 49, 350–360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2
- Wang J., Wilson RS ir Aristilde L., 2024. Elektrostatinis sujungimas ir vandens tiltas biomolekulių adsorbcijos hierarchijoje vandens ir molio sąsajose. PNAS. 8 m. vasario 2024.121 d. 7 (2316569121) eXNUMX. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121
***
