Когда в 2011 году лесной пожар уничтожил более 3000 акров лесных угодий, принадлежащих Университету Райса, биогеохимик Кэрри Масиелло увидела в почерневших деревьях луч надежды.
Масиелло является экспертом по поведению углерода в почве, и она заметила неприятную проблему как в научной литературе, так и в результатах своей лаборатории: древесного угля много в почве, особенно в плодородных регионах, таких как житница Европы и кукурузный пояс Америки., но хотя ясно, что большая часть почвенного угля образовалась в результате лесных пожаров, было совершенно неясно, почему он оставался там так долго или как он попал в почву после пожара.
В недавно опубликованном исследовании в Журнале геофизических исследований Масиелло и его коллеги, в том числе нынешние и бывшие аспиранты Лейси Пайл и Кейт Маги, проанализировали образцы почвы, собранные после пожара, и обнаружили, что поведение древесного угля сильно отличается от других форм. почвенного углерода, когда земля отскочила от огня.
Мы изучили все формы углерода в почве, как сразу после пожара, так и в течение двухлетнего периода, и обнаружили, что со временем он стал более равномерно распределяться, что является признаком того, что земля возвращается к исходному состоянию», - сказал Масиелло.
"Древесный уголь ведет себя как раз наоборот. Его распределение со временем стало более неравномерным, и мы думаем, что это связано с тем, что он плавучий, перемещается водой и концентрируется в низких местах ландшафта."
Масиелло сказал, что неудивительно, что уголь оказался на плаву. Фактически, исследовательская группа специально выбрала плоские участки для исследований, потому что предыдущие исследования показали, что почвенный углерод со временем имеет тенденцию мигрировать вниз по склону. Удивительно было то, до какой степени сконцентрировался древесный уголь от огня, даже при отсутствии заметного топографического рельефа.
«Он был довольно эффективно перераспределен по ландшафту», - сказал Пайл, ведущий автор исследования. «Вместо того, чтобы оставаться там, где он был первоначально отложен, он имел тенденцию перемещаться горизонтально по ландшафту. Общее содержание древесного угля на участках нашего исследования не изменилось так резко за период времени, но там, где мы обнаружили, оно изменилось довольно сильно. бит."
Древесный уголь в качестве удобрения для почвы обладает четырьмя преимуществами: он снижает содержание углекислого газа в атмосфере и загрязнение, повышает урожайность сельскохозяйственных культур, позволяет заниматься сельским хозяйством в районах с малоплодородными почвами и делает почву более устойчивой как к засухе, так и к наводнениям.
В 2008 году Масиелло и соавтор исследования Уильям Хокадей, работавший тогда в Райсе, а в настоящее время в Университете Бейлора, начали серьезно изучать почвенный уголь после того, как выиграли приз в размере 10 000 долларов в городском Хьюстонском конкурсе «Recycle Ike» в рамках после урагана Айк. Ураган оставил в Хьюстоне 5,6 миллиона кубических ярдов упавших деревьев, сломанных ветвей и мертвой зелени, и команда Райс заняла первое место в конкурсе со своим планом превратить древесину в древесный уголь из биомассы, или «биоуголь», для использования в качестве углекислого газа. улавливание поправки к почве.
В последующих исследованиях лаборатория Масиелло изучала производство биоугля, микробное воздействие, гидрологические характеристики и эффекты снижения загрязнения.
«Больше углерода в почве - это хорошо, и когда мы думаем о способах стабилизации и увеличения запасов углерода в почве, древесный уголь - очевидный вариант», - сказал Масиелло..
Чтобы получить максимальную пользу от биоугля, сказал Масиелло, ученым и землевладельцам необходимо лучше понять судьбу и транспорт почвенного угля, и изучение встречающегося в природе почвенного угля - отличный способ получить это понимание.
«Мы знаем, что много углерода в почве является старым», - сказала она, добавив, что возраст почвенного древесного угля, измеренный с помощью радиоуглеродного датирования, «предполагает, что он трудно разлагается. Но когда мы приносим его в лабораторию, он оказывается, его не так уж сложно разложить."
Результаты исследования лесных пожаров дают новый ключ к пониманию того, как встречающийся в природе древесный уголь может оставаться стабильным в течение длительных периодов времени, сказал Масиелло.
"Возможно, что подвижность древесного угля в ландшафте и его тенденция концентрироваться в низменных местах могут повысить вероятность того, что древесный уголь от лесных пожаров захоронится и закроется глубоко в почве, и что эти отложения действуют как вид резервуара для древесного угля, из которого древесный уголь попадает в почву в течение длительного времени."