Към базирано на почвата решение за изменението на климата 

Ново проучване изследва взаимодействията между биомолекулите и глинестите минерали в почвата и хвърля светлина върху факторите, които влияят върху улавянето на растителен въглерод в почвата. Установено е, че зарядът върху биомолекулите и глинестите минерали, структурата на биомолекулите, естествените метални съставки в почвата и сдвояването между биомолекулите играят ключова роля в секвестирането на въглерод в почвата. Докато наличието на положително заредени метални йони в почвите благоприятства улавянето на въглерод, електростатичното сдвояване между биомолекулите инхибира адсорбцията на биомолекулите към глинестите минерали. Констатациите биха могли да бъдат полезни при прогнозиране на химичния състав на почвата, който е най-ефективен при улавянето на въглерод в почвата, което от своя страна може да проправи път за основани на почвата решения за намаляване на въглерода в атмосферата и за глобалното затопляне и изменението на климата.   

Въглеродният цикъл включва движение на въглерода от атмосферата в растенията и животните на Земята и обратно в атмосферата. Океанът, атмосферата и живите организми са основните резервоари или поглътители, през които въглеродът се движи. Много въглероден се съхранява/отделя в скали, седименти и почви. Мъртвите организми в скалите и седиментите могат да се превърнат в изкопаеми горива след милиони години. Изгарянето на изкопаеми горива за задоволяване на енергийните нужди освобождава голямо количество въглерод в атмосферата, което наруши атмосферния въглероден баланс и допринесе за глобалното затопляне и последващото изменението на климата.  

Полагат се усилия за ограничаване на глобалното затопляне до 1.5°C в сравнение с прединдустриалните нива до 2050 г. За да се ограничи глобалното затопляне до 1.5°C, емисиите на парникови газове трябва да достигнат своя връх преди 2025 г. и да бъдат намалени наполовина до 2030 г. Въпреки това, скорошната глобална равносметка е разкри, че светът не е на път да ограничи покачването на температурата до 1.5°C до края на този век. Преходът не е достатъчно бърз, за ​​да постигне 43% намаление на емисиите на парникови газове до 2030 г., което би могло да ограничи глобалното затопляне в рамките на настоящите амбиции. 

Именно в този контекст ролята на почвата органичен въглерод (SOC) в изменението на климата придобива значение както като потенциален източник на въглеродни емисии в отговор на глобалното затопляне, така и като естествен поглътител на атмосферен въглерод.  

Независимо от историческото наследено натоварване от въглерод (т.е. емисии от около 1,000 милиарда тона въглерод от 1750 г., когато започна индустриалната революция), всяко повишаване на глобалната температура има потенциала да освободи повече въглерод от почвата в атмосферата, следователно е наложително да се запази съществуващото въглеродни запаси в почвата.   

Почва като мивка на органичен въглероден 

Почвата все още е вторият по големина (след океана) поглътител на Земята органичен въглерод. Той съдържа около 2,500 милиарда тона въглерод, което е около десет пъти повече от количеството, съдържащо се в атмосферата, но въпреки това има огромен неизползван потенциал за отделяне на атмосферния въглерод. Посадителните площи могат да уловят между 0.90 и 1.85 петаграма (1 Pg = 10¹⁵ грама) въглерод (Pg C) годишно, което е около 26–53% от целта на „4 на 1000 инициатива” (т.е. 0.4% годишен темп на растеж на неподвижната глобална почва органичен въглеродните запаси могат да компенсират настоящото увеличение на въглеродните емисии в атмосферата и да допринесат за посрещане на климат мишена). Въпреки това, взаимодействието на факторите, влияещи върху улавянето на растителна основа органичен веществото в почвата не е много добре разбрано. 

Какво влияе върху задържането на въглерод в почвата  

Ново проучване хвърля светлина върху това, което определя дали на растителна основа органичен материята ще бъде уловена, когато навлезе в почвата или дали ще се храни с микроби и ще върне въглерода в атмосферата под формата на CO₂. След изследване на взаимодействията между биомолекулите и глинестите минерали, изследователите установиха, че зарядът върху биомолекулите и глинестите минерали, структурата на биомолекулите, естествените метални съставки в почвата и сдвояването между биомолекулите играят ключова роля в улавянето на въглерод в почвата.  

Изследването на взаимодействията между глинените минерали и отделните биомолекули разкри, че свързването е предвидимо. Тъй като глинестите минерали са отрицателно заредени, биомолекулите с положително заредени компоненти (лизин, хистидин и треонин) изпитват силно свързване. Свързването също се влияе от това дали дадена биомолекула е достатъчно гъвкава, за да подреди своите положително заредени компоненти с отрицателно заредените глинести минерали.  

В допълнение към електростатичния заряд и структурните характеристики на биомолекулите, е установено, че естествените метални съставки в почвата играят важна роля в свързването чрез образуване на мост. Например, положително заредените магнезий и калций образуват мост между отрицателно заредените биомолекули и глинените минерали, за да създадат връзка, което предполага, че естествените метални съставки в почвата могат да улеснят улавянето на въглерод в почвата.  

От друга страна, електростатичното привличане между самите биомолекули повлия неблагоприятно на свързването. Всъщност беше установено, че енергията на привличане между биомолекулите е по-висока от енергията на привличане на биомолекула към глинестия минерал. Това означава намалена адсорбция на биомолекули към глината. По този начин, докато присъствието на положително заредени метални йони в почвите благоприятства улавянето на въглерода, електростатичното сдвояване между биомолекулите инхибира адсорбцията на биомолекулите към глинестите минерали.  

Тези нови открития за това как органичен биомолекулите на въглерода, които се свързват с глинестите минерали в почвата, биха могли да помогнат за модифициране на почвените химикали по подходящ начин, за да благоприятстват улавянето на въглерод, като по този начин проправят път за базирани на почвата решения за изменението на климата. 

*** 

Литература:  

1. Zomer, RJ, Bossio, DA, Sommer, R. et al. Глобален потенциал за поглъщане на повишен органичен въглерод в почвите на обработваеми земи. Sci Rep 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8 

2. Rumpel, C., Amiraslani, F., Chenu, C. et al. Инициативата 4p1000: Възможности, ограничения и предизвикателства за прилагане на улавянето на органичен въглерод в почвата като стратегия за устойчиво развитие. Ambio 49, 350–360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2  

3. Wang J., Wilson RS и Aristilde L., 2024 г. Електростатично свързване и водно преодоляване в йерархията на адсорбция на биомолекули при интерфейси вода-глина. PNAS. 8 февруари 2024.121 г. 7 (2316569121) eXNUMX. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121  

***