Една нова студија ги испита интеракциите помеѓу биомолекулите и глинените минерали во почвата и фрли светлина врз факторите кои влијаат на заробувањето на јаглерод од растително потекло во почвата. Откриено е дека полнењето на биомолекулите и глинените минерали, структурата на биомолекулите, природните метални состојки во почвата и спарувањето помеѓу биомолекулите играат клучна улога во секвестрацијата на јаглеродот во почвата. Додека присуството на позитивно наелектризираните метални јони во почвите го фаворизираше заробувањето на јаглеродот, електростатското спарување помеѓу биомолекулите ја инхибираше адсорпцијата на биомолекулите во глинените минерали. Наодите би можеле да бидат корисни во предвидувањето на хемијата на почвата најефективна во заробувањето на јаглеродот во почвата, што пак може да го отвори патот за решенија засновани на почва за намалување на јаглеродот во атмосферата и за глобалното затоплување и климатските промени.
Јаглеродниот циклус вклучува движење на јаглерод од атмосферата во растенијата и животните на Земјата и назад во атмосферата. Океанот, атмосферата и живите организми се главни резервоари или мијалници низ кои циклусот на јаглеродот. Многу јаглерод се складира/секвестрира во карпи, седименти и почви. Мртвите организми во карпите и седиментите може да станат фосилни горива во текот на милиони години. Согорувањето на фосилните горива за да се задоволат енергетските потреби ослободуваат големо количество јаглерод во атмосферата што го наруши балансот на јаглеродот во атмосферата и придонесе за глобалното затоплување и следствено климатските промени.
Се прават напори да се ограничи глобалното затоплување на 1.5 °C во споредба со прединдустриските нивоа до 2050 година. За да се ограничи глобалното затоплување на 1.5 °C, емисиите на стакленички гасови мора да достигнат врв пред 2025 година и да се преполоват до 2030 година. Сепак, неодамнешното глобално преземање откри дека светот не е на пат да го ограничи порастот на температурата на 1.5°C до крајот на овој век. Транзицијата не е доволно брза за да се постигне 43% намалување на емисијата на стакленички гасови до 2030 година, што би можело да го ограничи глобалното затоплување во рамките на сегашните амбиции.
Токму во овој контекст улогата на почвата органски јаглерод (SOC) во климатските промени добива на значење и како потенцијален извор на емисија на јаглерод како одговор на глобалното затоплување, како и како природно потопување на атмосферскиот јаглерод.
Историскиот наследен товар на јаглерод (т.е. емисија на околу 1,000 милијарди тони јаглерод од 1750 година кога започна индустриската револуција) и покрај тоа, секое зголемување на глобалната температура има потенцијал да ослободи повеќе јаглерод од почвата во атмосферата, оттука и императивот да се зачува постојната залихи на јаглерод во почвата.
Почвата како мијалник на органски јаглерод
Почвата сè уште е второто по големина (по океаните) потоне на Земјата органски јаглерод. Содржи околу 2,500 милијарди тони јаглерод, што е околу десет пати повеќе од количеството што се чува во атмосферата, но сепак има огромен неискористен потенцијал да го одвои атмосферскиот јаглерод. Посевите може да заробат помеѓу 0.90 и 1.85 петаграми (1 стр = 1015 грами) јаглерод (Pg C) годишно, што е околу 26-53% од целта на „4 на 1000 Иницијатива“ (односно, 0.4% годишна стапка на раст на постојаната глобална почва органски залихите на јаглерод може да го неутрализираат сегашното зголемување на емисијата на јаглерод во атмосферата и да придонесат за исполнување на клима цел). Сепак, интеракцијата на фактори кои влијаат на апсењето на растителна основа органски материјата во почвата не е многу добро разбрана.
Што влијае на блокирањето на јаглеродот во почвата
Една нова студија фрла светлина на она што одредува дали е растителна основа органски материјата ќе биде заробена кога ќе влезе во почвата или дали на крајот ќе храни микроби и ќе го врати јаглеродот во атмосферата во форма на CO2. По испитувањето на интеракциите помеѓу биомолекулите и глинените минерали, истражувачите открија дека полнењето на биомолекулите и глинените минерали, структурата на биомолекулите, природните метални состојки во почвата и спарувањето помеѓу биомолекулите играат клучна улога во секвестрацијата на јаглеродот во почвата.
Испитувањето на интеракциите помеѓу глинените минерали и поединечните биомолекули откри дека врзувањето било предвидливо. Бидејќи глинените минерали се негативно наелектризирани, биомолекулите со позитивно наелектризирани компоненти (лизин, хистидин и треонин) доживеале силно врзување. Врзувањето е исто така под влијание на тоа дали биомолекулата е доволно флексибилна за да ги усогласи нејзините позитивно наелектризирани компоненти со негативно наелектризираните глинени минерали.
Покрај електростатското полнење и структурните карактеристики на биомолекулите, откриено е дека природните метални состојки во почвата играат важна улога во врзувањето преку формирањето на мостот. На пример, позитивно наелектризираните магнезиум и калциум, формираа мост помеѓу негативно наелектризираните биомолекули и глинените минерали за да создадат врска што сугерира дека природните метални состојки во почвата можат да го олеснат заробувањето на јаглеродот во почвата.
Од друга страна, електростатската привлечност помеѓу самите биомолекули влијаеше негативно на врзувањето. Всушност, беше откриено дека енергијата на привлекување помеѓу биомолекулите е поголема од енергијата на привлекување на биомолекула кон глинениот минерал. Ова значеше намалена адсорпција на биомолекули во глината. Така, додека присуството на позитивно наелектризираните метални јони во почвите го фаворизираше заробувањето на јаглеродот, електростатското спарување помеѓу биомолекулите ја инхибираше адсорпцијата на биомолекулите во глинените минерали.
Овие нови сознанија за тоа како органски јаглеродните биомолекули кои се врзуваат за глинените минерали во почвата би можеле да помогнат да се модифицираат хемијата на почвата соодветно за да се фаворизира заробувањето на јаглеродот, со што се отвора патот за решенија засновани на почва за климатските промени.
***
Референци:
- Zomer, RJ, Bossio, DA, Sommer, R. et al. Глобален потенцијал за секвестрација на зголемен органски јаглерод во почвите на земјоделските површини. Sci Rep 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8
- Румпел, Ц., Амираслани, Ф., Чену, Ц. и сор. Иницијативата 4p1000: Можности, ограничувања и предизвици за спроведување на секвестрација на органски јаглерод во почвата како стратегија за одржлив развој. Ambio 49, 350-360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2
- Ванг Ј., Вилсон РС и Аристилде Л., 2024. Електростатско спојување и премостување на вода во хиерархијата на адсорпција на биомолекули на интерфејси вода-глина. PNAS. 8 февруари 2024.121 година.7 (2316569121) eXNUMX. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121
***
