Als je een mier was, je zou zien dat de grond netwerken van poriën en kanalen heeft die als onderling verbonden rietjes door de grond weven. Ze worden ondergronds gevormd door de verschillende mineralen waaruit de bodem bestaat en als gevolg van bewegingen of groei van wortels, insecten, en andere levende organismen. De poriën in de bodem bevatten gassen en vloeistoffen, zoals organische koolstof in de bodem en water.

Bodem organische koolstof, of SOC, speelt een cruciale rol in de koolstofcyclus. Volgens een recente studie van onderzoekers van het Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), en gepubliceerd in Bodembiologie en biochemie , de complexiteit van de koolstof verschilt met de grootte van de porie die het bevat, maar de afbreekbaarheid ervan wordt aangedreven door de nabijheid van micro-organismen, niet zijn chemie. Deze bevindingen kunnen een krachtig raamwerk bieden voor het bouwen van een nieuwe generatie modellen die SOC-dynamiek en -samenstelling simuleren. Het biedt ook een manier om natuurlijke processen te gebruiken om SOC te beschermen, zodat het in de bodem blijft of uiteenvalt in plaats van terug te keren naar de atmosfeer.

In de natuurlijke waterkringloop de hydrologische connectiviteit van bodemporiën stijgt naarmate het bodemwatergehalte toeneemt, en wanneer poriekanalen zich vullen met water, SOC en andere voedingsstoffen kunnen zich vermengen en herverdelen. En als de grond verzadigd is, bodemporiën raken steeds meer verbonden (waardoor ze stroachtig worden) door water, waardoor beweging van opgelost SOC tussen poriën. Dit vergroot de kans dat opgeslagen koolstof wordt getransporteerd naar microbieelrijke locaties die gunstiger zijn voor ontbinding. Deze diverse verspreiding van microbiële afbraakproducten in de bodem geeft aan dat het metabolisme of de persistentie van SOC-verbindingen in hoge mate afhankelijk is van korte afstanden - denk aan "sprints" - van transport tussen poriën, via water, binnen de bodem.

Om dit aan te tonen, PNNL-onderzoekers verzadigden intacte bodemkernen en onttrokken poriewater met toenemende zuigdruk om ze achtereenvolgens te bemonsteren uit steeds fijnere poriedomeinen. Hun doel was tweeledig:karakteriseren van de complexiteit van koolstof in poriewateren die worden vastgehouden bij zwakke en sterke waterspanningen. En dan, de microbiële afbreekbaarheid van deze poriewateren evalueren door massaspectrometrie met hoge resolutie toe te passen om de belangrijkste aanwezige biochemische klassen te profileren.

De grondoplossingen werden achter grove en fijne poriën "keeltjes gehouden, " en onthulde meer complexe oplosbare koolstof in fijnere poriën dan in grovere. Analyse van dezelfde monsters - geïncubeerd met schimmels Cellvibrio japonicus, Streptomyces cellulosae, en Trichoderma reseei - toonde aan dat de meer complexe koolstof in fijne poriën niet stabieler is - dat wil zeggen, het is minstens zo gemakkelijk ontleed als de eenvoudigere vormen van C in grove poriën. In feite, de ontleding van complexe koolstof leidde tot grotere verliezen ervan door ademhaling dan de eenvoudigere koolstof in grof poriewater. Dit suggereert dat herhaalde cycli van drogen en bevochtigen in de bodem gepaard kunnen gaan met herhaalde cycli van verhoogde kooldioxide-emissies. Dit alles roept een vraag op:is SOC-persistentie in de eerste plaats een functie van zijn isolatie in poriën van verschillende grootte?

Alle geïncubeerde monsters van het onderzoek toonden aan dat de schimmels de SOC in poriewateren binnen de eerste 48 uur na colocatie konden afbreken. Dit betekent dat de nabijheid van microben met het substraat, is de controlerende factor bij het beschermen van koolstof in de bodem. De uitdaging is om deze informatie te gebruiken om onze voorspellingen van C-persistentie in de bodem te verbeteren en misschien te bepalen of en hoe we op veel grotere schaal kunnen profiteren van deze natuurlijke processen in de bodem, zodat we koolstof in de atmosfeer verminderen.

"Dit onderzoek heeft ons een aantal kritische informatie opgeleverd die we zullen gebruiken als uitgangspunt voor verdere analyse, " zei PNNL Vanessa Bailey, teamleider in de microbiologiegroep."