Uues uuringus uuriti biomolekulide ja savimineraalide vahelisi koostoimeid pinnases ning valgustati tegureid, mis mõjutavad taimse süsiniku püüdmist pinnasesse. Leiti, et süsiniku sidumisel pinnases mängivad võtmerolli biomolekulide ja savimineraalide laeng, biomolekulide struktuur, looduslikud metalli koostisosad pinnases ja biomolekulide vaheline paaristumine. Kui positiivselt laetud metalliioonide olemasolu pinnases soodustas süsiniku püüdmist, siis biomolekulide elektrostaatiline sidumine pärssis biomolekulide adsorptsiooni savimineraalidele. Leiud võivad olla abiks mulla keemiliste omaduste ennustamisel, mis on kõige tõhusamad süsiniku mulda püüdmisel, mis omakorda võib sillutada teed mullapõhistele lahendustele süsiniku vähendamiseks atmosfääris ning globaalse soojenemise ja kliimamuutused.
Süsinikuring hõlmab süsiniku liikumist atmosfäärist Maa taimedesse ja loomadesse ning tagasi atmosfääri. Ookean, atmosfäär ja elusorganismid on peamised reservuaarid või neeldajad, mille kaudu süsinik ringleb. Palju süsinik hoitakse/sekvestreeritakse kivimites, setetes ja pinnases. Kivimites ja setetes olevad surnud organismid võivad miljonite aastate jooksul muutuda fossiilkütusteks. Fossiilkütuste põletamine energiavajaduse rahuldamiseks vabastab atmosfääri suurel hulgal süsinikku, mis on muutnud atmosfääri süsiniku tasakaalu ning aidanud kaasa globaalsele soojenemisele ja sellest tulenevale kliimamuutused.
Tehakse jõupingutusi, et piirata globaalset soojenemist 1.5 °C-ni võrreldes industriaalajastu eelse tasemega 2050. aastaks. Globaalse soojenemise piiramiseks 1.5 °C-ni peavad kasvuhoonegaaside heitkogused saavutama haripunkti enne 2025. aastat ja vähenema poole võrra 2030. aastaks. Hiljutine globaalne ülevaade näitas, et maailm ei ole õigel teel, et piirata temperatuuri tõusu selle sajandi lõpuks 1.5 °C-ni. Üleminek ei ole piisavalt kiire, et saavutada 43. aastaks kasvuhoonegaaside heitkoguste 2030% vähendamine, mis võiks praeguste ambitsioonide raames piirata globaalset soojenemist.
Selles kontekstis on mulla roll orgaaniline süsinik (SOC) sisse kliimamuutused muutub üha olulisemaks nii globaalsele soojenemisele reageeriva võimaliku süsinikuheite allikana kui ka atmosfääri süsiniku loodusliku neeldajana.
Vaatamata ajaloolisele pärand süsinikukoormusele (st umbes 1,000 miljardi tonni süsiniku emissioon alates 1750. aastast, mil algas tööstusrevolutsioon) võib iga globaalse temperatuuri tõus potentsiaali vabastada atmosfääri pinnasest rohkem süsinikku, mistõttu on hädavajalik säilitada olemasolev mulla süsinikuvarud.
Muld kui valamu orgaaniline süsinik
Muld on endiselt Maa suuruselt teine (ookeani järel) neeldaja orgaaniline süsinik. Selles on umbes 2,500 miljardit tonni süsinikku, mis on umbes kümme korda suurem kui atmosfääris hoitav kogus, kuid sellel on tohutu kasutamata potentsiaal atmosfääri süsiniku sidumiseks. Põllumaad võivad lõksu jääda 0.90–1.85 petagrammi (1 pg = 1015 grammi) süsinikku (Pg C) aastas, mis on umbes 26–53% eesmärgist.4 1000 algatuse kohta” (st 0.4% aastane kasvumäär globaalsest pinnasest orgaaniline süsinikuvarud võivad kompenseerida praegust süsinikuheite suurenemist atmosfääri ja aidata kaasa selle saavutamisele kliima sihtmärk). Kuid taimepõhiste püünist mõjutavate tegurite koosmõju orgaaniline pinnases leiduvat ainet ei mõisteta kuigi hästi.
Mis mõjutab süsiniku lukustumist pinnases
Uus uuring heidab valgust sellele, mis määrab, kas taimne orgaaniline aine jääb mulda sattudes lõksu või kas see hakkab toitma mikroobe ja tagastab süsiniku CO kujul atmosfääri2. Pärast biomolekulide ja savimineraalide interaktsioonide uurimist leidsid teadlased, et süsiniku sidumisel pinnases on võtmerolli biomolekulide ja savimineraalide laeng, biomolekulide struktuur, looduslikud metalli koostisosad pinnases ja biomolekulide vaheline sidumine.
Savimineraalide ja üksikute biomolekulide interaktsioonide uurimine näitas, et seondumine oli etteaimatav. Kuna savi mineraalid on negatiivselt laetud, kogesid positiivselt laetud komponentidega (lüsiin, histidiin ja treoniin) biomolekulid tugevat seondumist. Seondumist mõjutab ka see, kas biomolekul on piisavalt paindlik, et joondada oma positiivselt laetud komponente negatiivselt laetud savimineraalidega.
Lisaks elektrostaatilisele laengule ja biomolekulide struktuursetele omadustele leiti, et pinnases leiduvatel looduslikel metallidel on oluline roll sidumisel silla moodustumise kaudu. Näiteks positiivselt laetud magneesium ja kaltsium moodustasid silla negatiivselt laetud biomolekulide ja savimineraalide vahel, et luua side, mis viitab sellele, et mullas leiduvad looduslikud metallikomponendid võivad hõlbustada süsiniku püüdmist pinnasesse.
Teisest küljest mõjutas biomolekulide endi elektrostaatiline külgetõmme seondumist negatiivselt. Tegelikult leiti, et biomolekulide vaheline tõmbeenergia on suurem kui biomolekuli tõmbeenergia savi mineraali külge. See tähendas biomolekulide savile adsorptsiooni vähenemist. Seega, kuigi positiivselt laetud metalliioonide olemasolu pinnases soodustas süsiniku püüdmist, pidurdas biomolekulide elektrostaatiline sidumine biomolekulide adsorptsiooni savimineraalidele.
Need uued leiud selle kohta, kuidas orgaaniline süsiniku biomolekulid seonduvad mullas leiduvate savimineraalidega võivad aidata muuta mulla keemiat sobivalt, et soodustada süsiniku püüdmist, sillutades seega teed mullapõhistele lahendustele. kliimamuutused.
***
viited:
- Zomer, RJ, Bossio, DA, Sommer, R. et al. Suurenenud orgaanilise süsiniku ülemaailmne sidumispotentsiaal põllumaade muldades. Sci Rep 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8
- Rumpel, C., Amiraslani, F., Chenu, C. et al. Algatus 4p1000: võimalused, piirangud ja väljakutsed mulla orgaanilise süsiniku sidumise rakendamiseks säästva arengu strateegiana. Ambio 49, 350–360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2
- Wang J., Wilson RS ja Aristilde L., 2024. Elektrostaatiline sidestus ja veesillad biomolekulide adsorptsioonihierarhias vee-savi liidestel. PNAS. 8. veebruar 2024.121 (7) e2316569121. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121
***
