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O solo abaixo de seus pés contém cerca de 2.500 gigatoneladas de carbono, aproximadamente três vezes a quantidade de carbono mantida em nossa atmosfera e quatro vezes mais do que é armazenado em todos os seres vivos – árvores, formigas, baleias e humanos incluídos – em nosso planeta. .
Apesar disso, a dinâmica que impulsiona os ciclos de carbono do solo é menos compreendida do que a dinâmica de outros estoques de carbono.
Agora, pesquisadores de toda a Virginia Tech, em colaboração com cientistas do Serviço Florestal do Departamento de Agricultura dos EUA, da National Science Foundation’s National Ecological Observatory Network (NEON) e de outras universidades, estão oferecendo uma nova perspectiva sobre esses processos, revelando que a umidade é um fator crítico na regulação e sequestro dos estoques de carbono do solo.
“Estamos demonstrando, no nível molecular, que há uma grande divisão em como o carbono no solo é ciclado entre sistemas de solo úmido e árido”, disse Brian Strahm, professor do Departamento de Recursos Florestais da Faculdade de Recursos Naturais e Meio Ambiente. e Conservação Ambiental e investigador principal da bolsa que financiou esta pesquisa. “Isso é útil para nos permitir imaginar dois modelos fundamentalmente diferentes de como o carbono se concentra e se move no solo”.
Essas descobertas, publicadas na revista Proceedings of the National Academy of Sciences, estão em desacordo com a expectativa inicial do grupo sobre quais fatores tornam o solo eficiente no sequestro de carbono.
“A grande conclusão é que a maioria das coisas que pensávamos que sabíamos sobre o carbono do solo estavam erradas”, disse Kate Heckman, cientista biológica pesquisadora do Serviço Florestal e principal autora do artigo. “Nossa hipótese inicial centrou-se na importância de certos tipos de minerais do solo que assumimos serem importantes na persistência do carbono, ou quanto tempo o carbono permanece no solo. Também pensamos que os padrões de temperatura nos locais seriam um forte regulador da idade do carbono, mas não vimos os sinais que esperávamos ver associados à temperatura ou à minerologia do solo.”
A extensão de amostras de solo de um continente
Para entender a inter-relação entre carbono e umidade do solo, o grupo utilizou amostras coletadas pelo NEON, uma rede de observação que está trabalhando para coletar dados ecológicos de longo prazo em todo o continente norte-americano para entender melhor como os ecossistemas estão mudando.
Como parte desse esforço, a instalação instalou centenas de sensores no solo para monitorar a dinâmica do solo. Os núcleos de um metro de profundidade que eles cavaram – 400 dos quais foram utilizados neste estudo – ofereceram aos pesquisadores um instantâneo crítico de milhares de “horizontes” únicos do solo, ou camadas de solo que mostram características diferentes com base na idade e composição.
“Abrir os núcleos foi como ver diferentes partes do país através de um instantâneo de solo de 8 por 200 milímetros”, disse Adrian Gallo, que foi encarregado de fazer muitas das análises iniciais do núcleo e que recentemente concluiu seu Ph.D. em ciência do solo na Oregon State University. “Não era incomum abrir os núcleos e pensar: ‘O que diabos está acontecendo aqui com as cores, rochas e raízes?’ E então eu teria que olhar para imagens aéreas, mapas topográficos e descritores de solo de locais próximos para me ajudar a entender a história da paisagem.”
A partir dessas amostras centrais, os pesquisadores usaram uma combinação de análises de radiocarbono e composição molecular para revelar a relação entre a abundância e persistência de carbono no solo e a disponibilidade de umidade na região onde as amostras foram coletadas.
“Eu me concentrei especificamente em como a decomposição do carbono do solo pode diferir em gradientes climáticos de grande escala”, disse a professora assistente Angela Possinger, que estuda ciência do solo na Escola de Plantas e Ciências Ambientais da Faculdade de Agricultura e Ciências da Vida. “Acabamos dividindo os locais em sistemas que podem ser amplamente agrupados como climas ‘úmidos’ e ‘áridos’, o que acompanha muitas outras diferenças nas propriedades do ecossistema e do solo. Essa divisão acabou nos ajudando a descrever melhor as diferenças nas taxas de decomposição em todos os EUA”
O professor associado Brian Badgley, também da Escola de Plantas e Ciências Ambientais, ajudou na interpretação dos dados, principalmente ao considerar as implicações biológicas dessas descobertas. Ele disse que a pesquisa preenche uma lacuna de conhecimento em nossa compreensão da microbiologia do solo em larga escala.
“A lacuna entre a maneira como analisamos as comunidades microbianas do solo usando amostras de apenas alguns gramas, para as escalas regional e global em que o ciclo do carbono é frequentemente considerado, representa um imenso desafio”, disse Badgley. “A identificação de subsistemas continentais neste trabalho fornece uma estrutura conceitual interessante de como podemos considerar processos microbianos em uma vasta paisagem”.
O principal autor Heckman, que trabalhou com pesquisadores da Michigan Technological University, espera que os cientistas aproveitem essas descobertas. Uma área de investigação futura que ela sugere seria estudos de manipulação de campos e terras agrícolas, o que permitiria aos cientistas ver em primeira mão como a mudança de umidade afeta os processos de carbono do solo.
“O carbono orgânico do solo está sendo considerado uma das abordagens mais promissoras de captura e sequestro de carbono que temos, e entender o papel que a umidade desempenha nesse processo é fundamental para nos ajudar a realizar esse potencial”. Heckman disse. “Minha esperança é que este estudo encoraje muito da nossa comunidade científica a examinar o papel da umidade no ciclo do carbono terrestre”.
Strahm enfatiza que é fundamental para os cientistas que investigam o carbono global entender que diferentes sistemas de solo requerem diferentes modelos para prever mudanças nos estoques de carbono do solo.
“Não podemos usar a visão e o modelo contemporâneos para prever como esses sistemas de solo mudarão no futuro”, disse Strahm, professor afiliado do Global Change Center. “Quando prevemos que os sistemas ficarão mais úmidos ou mais secos, estamos movendo os sistemas de um balde para outro. Mas esse tipo de mudança carrega todos os tipos de implicações, portanto, uma apreciação de dois sistemas distintos será um salto conceitual crítico.”
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