Поскольку планета нагревается из-за избытка углекислого газа в атмосфере, решение для удаления этого углерода - или, по крайней мере, его основной части - скрыто под нами.
Почвенное органическое вещество, состоящее из разлагающихся тканей растений, животных и микробов, отличает здоровую, живую почву от обычной грязи. Органическое вещество почвы, составляющее около 3% продуктивных сельскохозяйственных почв, является эффективным «поглотителем углерода», который может накапливать в земле углекислый газ, который растения поглощают из атмосферы. Наряду с сокращением выбросов ископаемого топлива использование почв в качестве обширных поглотителей углерода считается ключевой стратегией в борьбе с изменением климата.
Для эффективного и устойчивого накопления органического вещества почвы требуется более глубокое понимание его формирования, устойчивости и функции. И, по мнению ученых Университета штата Колорадо, не все органические вещества почвы созданы одинаковыми.
Ряд исследований под руководством почвоведа Франчески Котруфо из CSU предлагает новое тонкое понимание различных компонентов органического вещества почвы, которое может быть увеличено с помощью различных стратегий управления. Публикация в Global Change Biology, Cotrufo и соавторы Джоселин Лавалли и Дженнифер Сунг создают основу для классификации органического вещества почвы на две широкие категории, которые принципиально различаются по происхождению и составу. В связанном исследовании в журнале Nature Geoscience Котруфо провел экспериментальное и статистическое исследование этих компонентов органического вещества почвы в европейских лесах и лугах.
Только признавая разнообразие органического вещества почвы, наука, правительство и сельское хозяйство могут продвинуться вперед в области связывания углерода, чтобы помочь обратить вспять волну изменения климата и улучшить здоровье наших почв, говорят ученые.
«Из-за тысяч лет исторического землепользования и традиционного сельского хозяйства мы внесли свой вклад в потребление органического вещества почвы и выбросы углерода из почвы в атмосферу», - говорит Котруфо, профессор кафедры почв и сельскохозяйственных культур. наук и старший научный сотрудник лаборатории экологии природных ресурсов. «Теперь у нас есть возможность вернуть его обратно».
Эта возможность, по словам Котруфо и его коллег, приходит, если рассматривать органическое вещество почвы как состоящее из двух основных компонентов.
Первый называется «твердые органические вещества», состоящие из легких, частично разложившихся остатков растений и грибов, которые недолговечны и плохо защищены.
Второй - это «органическое вещество, связанное с минералами», в основном состоящее из побочных продуктов разложения микробов, которые химически связываются с минералами в почве. Этот тип материи более устойчив и способен сохраняться в земле веками.
Понимание формирования этих различных классов почв вытекает из предыдущей работы Cotrufo, опубликованной в 2013 году, в которой была создана «основа стабилизации минералов с микробной эффективностью», которая изменила то, как ученые понимают, как органическое вещество сохраняется в почвах. Котруфо и его коллеги предположили, что микробное разложение растительного вещества может действовать как стабилизатор органического вещества почвы; ранее считалось, что сохранение углерода в почве потребует прекращения разложения.
Котруфо называет твердые органические вещества «расчетным счетом» почв. Он непрерывно переворачивается и поддерживает круговорот питательных веществ, но требует регулярных отложений, чтобы оставаться жизненно важным. Таким образом, органическое вещество, связанное с минералами, является «сберегательным счетом»: оно получает меньшую долю отложений, но по своей природе более стабильно.
Традиционное сельское хозяйство, говорит Котруфо, заставило нас исчерпать наш расчетный счет и начать жить за счет наших сбережений. Это происходит из-за того, что фермы выбирают несколько культур с минимальной корневой системой, собирают большую часть надземной биомассы и поддерживают небольшое количество химически однородных растений в почве.
Принимая во внимание природу и понимая, как естественные прерии и леса управляют своими почвенными счетами и сберегательными счетами, возможны более дальновидные стратегии для повышения устойчивости сельского хозяйства и землепользования, говорит Котруфо. Она добавляет, что для регенерации здоровой почвы, способной улавливать избыток углерода, оба типа почвенных пулов должны быть увеличены.
В статье, опубликованной в Nature Geoscience, исследователи показали, что европейские пастбища и леса с симбиотическим партнерством между грибами и растениями хранят больше почвенного углерода в виде требующего азота связанного с минералами органического вещества. Но леса, которые зависят от симбиоза с другими видами грибов, хранят больше углерода в виде твердых частиц органического вещества, которое более уязвимо для нарушений, но имеет более низкую потребность в азоте и может накапливать углерод бесконечно.
Котруфо продолжит исследовать, как распределяются органические вещества в почве, связанные с твердыми частицами и минералами, и планирует включить в свои наборы данных данные геодезической съемки США. Котруфо также недавно был удостоен звания выдающегося ученого в области сельскохозяйственных наук Nutrien в CSU. Годовая награда в размере 12 000 долларов предназначена для выдающихся преподавателей, которые вносят значительный вклад в свои области.
Котруфо недавно выступила с докладом о почве как «столице человечества» в The Land Institute, где рассказала о своем раннем интересе к почвоведению и о том, как эта область развивалась на протяжении ее карьеры.