Nová studie zkoumala interakce mezi biomolekulami a jílovými minerály v půdě a vrhla světlo na faktory, které ovlivňují zachycování rostlinného uhlíku v půdě. Bylo zjištěno, že náboj na biomolekulách a jílových minerálech, struktura biomolekul, přírodní kovové složky v půdě a párování mezi biomolekulami hrají klíčovou roli při sekvestraci uhlíku v půdě. Zatímco přítomnost kladně nabitých kovových iontů v půdách podporovala zachycování uhlíku, elektrostatické párování mezi biomolekulami inhibovalo adsorpci biomolekul na jílové minerály. Zjištění by mohla být užitečná při předpovídání půdních chemických látek nejúčinnějších při zachycování uhlíku v půdě, což by zase mohlo připravit půdu pro půdní řešení pro snížení uhlíku v atmosféře a pro globální oteplování a změna klimatu.
Cyklus uhlíku zahrnuje pohyb uhlíku z atmosféry do rostlin a zvířat na Zemi a zpět do atmosféry. Oceán, atmosféra a živé organismy jsou hlavními rezervoáry nebo jímkami, kterými uhlík koluje. Hodně uhlík je uložen/sekvestrován v horninách, sedimentech a půdách. Mrtvé organismy v horninách a sedimentech se mohou během milionů let stát fosilními palivy. Spalování fosilních paliv za účelem pokrytí energetických potřeb uvolňuje velké množství uhlíku v atmosféře, což narušilo atmosférickou uhlíkovou bilanci a přispělo ke globálnímu oteplování a následnému změna klimatu.
Vyvíjejí se snahy omezit globální oteplování na 1.5 °C ve srovnání s předindustriální úrovní do roku 2050. Aby se globální oteplování omezilo na 1.5 °C, musí emise skleníkových plynů dosáhnout vrcholu před rokem 2025 a do roku 2030 se musí snížit na polovinu. odhalil, že svět není na cestě k omezení nárůstu teploty na 1.5 °C do konce tohoto století. Přechod není dostatečně rychlý, aby do roku 43 dosáhl 2030% snížení emisí skleníkových plynů, což by mohlo v rámci současných ambicí omezit globální oteplování.
V tomto kontextu hraje roli půda organický uhlík (SOC) v změna klimatu nabývá na významu jak jako potenciální zdroj uhlíkových emisí v reakci na globální oteplování, tak i jako přirozené úložiště uhlíku v atmosféře.
Bez ohledu na historickou zátěž uhlíku (tj. emise asi 1,000 1750 miliard tun uhlíku od roku XNUMX, kdy začala průmyslová revoluce), jakékoli zvýšení globální teploty má potenciál uvolnit více uhlíku z půdy v atmosféře, a proto je nutné zachovat stávající zásoby uhlíku v půdě.
Půda jako jímka organický uhlík
Půda je stále druhým největším propadem Země (po oceánu). organický uhlík. Obsahuje asi 2,500 0.90 miliard tun uhlíku, což je asi desetinásobek množství v atmosféře, přesto má obrovský nevyužitý potenciál vázat atmosférický uhlík. Plodiny by mohly zachytit 1.85 až 1 petagramů (10 Pg = XNUMX15 gramů) uhlíku (Pg C) ročně, což je asi 26–53 % cíle „4 na 1000 iniciativ“ (to znamená 0.4% roční tempo růstu stojící globální půdy organický zásoby uhlíku mohou kompenzovat současný nárůst emisí uhlíku v atmosféře a přispět k jejich splnění podnebí cílová). Nicméně souhra faktorů ovlivňujících odchyt rostlin na bázi organický hmota v půdě není příliš dobře pochopena.
Co ovlivňuje uzamykání uhlíku v půdě
Nová studie vrhá světlo na to, co určuje, zda je rostlinný organický hmota bude zachycena, když vstoupí do půdy, nebo zda skončí krmením mikroby a vrátí uhlík do atmosféry ve formě CO2. Po zkoumání interakcí mezi biomolekulami a jílovými minerály vědci zjistili, že náboj na biomolekulách a jílových minerálech, struktura biomolekul, přírodní kovové složky v půdě a párování mezi biomolekulami hrají klíčovou roli při sekvestraci uhlíku v půdě.
Zkoumání interakcí mezi jílovými minerály a jednotlivými biomolekulami ukázalo, že vazba byla předvídatelná. Protože jílové minerály jsou záporně nabité, biomolekuly s kladně nabitými složkami (lysin, histidin a threonin) zaznamenaly silnou vazbu. Vazba je také ovlivněna tím, zda je biomolekula dostatečně flexibilní, aby vyrovnala své kladně nabité složky se záporně nabitými jílovými minerály.
Kromě elektrostatického náboje a strukturních vlastností biomolekul bylo zjištěno, že přírodní kovové složky v půdě hrají důležitou roli při vázání prostřednictvím tvorby mostů. Například kladně nabitý hořčík a vápník vytvořily most mezi záporně nabitými biomolekulami a jílovými minerály, aby vytvořily vazbu, což naznačuje, že přírodní kovové složky v půdě mohou usnadnit zachycování uhlíku v půdě.
Na druhé straně elektrostatická přitažlivost mezi samotnými biomolekulami ovlivňovala vazbu nepříznivě. Ve skutečnosti bylo zjištěno, že energie přitažlivosti mezi biomolekulami je vyšší než energie přitažlivosti biomolekuly k jílovému minerálu. To znamenalo sníženou adsorpci biomolekul do jílu. Zatímco přítomnost kladně nabitých kovových iontů v půdách podporovala zachycování uhlíku, elektrostatické párování mezi biomolekulami inhibovalo adsorpci biomolekul na jílové minerály.
Tyto nové poznatky o tom, jak organický uhlíkové biomolekuly se vážou na jílové minerály v půdě by mohly pomoci vhodně upravit chemické složení půdy tak, aby podporovaly zachycování uhlíku, a tak připravit cestu pro půdní řešení pro změna klimatu.
***
Reference:
- Zomer, RJ, Bossio, DA, Sommer, R. a kol. Globální potenciál sekvestrace zvýšeného organického uhlíku v půdách obilí. Sci Rep 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8
- Rumpel, C., Amiraslani, F., Chenu, C. et al. Iniciativa 4p1000: Příležitosti, omezení a výzvy pro implementaci sekvestrace organického uhlíku v půdě jako strategie udržitelného rozvoje. Ambio 49, 350–360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2
- Wang J., Wilson RS a Aristilde L., 2024. Elektrostatická vazba a vodní přemostění v hierarchii adsorpce biomolekul na rozhraních voda-jíl. PNAS. 8. února 2024.121 (7) e2316569121. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121
***
