Door energie uitgehongerde microben kunnen de kracht zijn die ervoor zorgt dat enorme hoeveelheden koolstof worden opgeslagen in diepe bodems, volgens een studie van Dartmouth College. Uit het onderzoek blijkt dat minder voedselenergie op diepte het moeilijker maakt om afzettingen van organische koolstof af te breken, het creëren van een ondergronds pakhuis voor het klimaat destabiliserende chemische element.

De studie, gepubliceerd in Bodembiologie en biochemie , schetst de voorwaarden die ten grondslag liggen aan de vraag of diepe grond fungeert als een bron of een opslagplaats voor koolstof.

Het lot van koolstof in de diepe bodem is van groot belang voor onderzoekers die klimaatverandering bestuderen. Geschat wordt dat 2400 gigaton koolstof in de bodem is opgeslagen, waarvan tweederde onder de 20 cm diepte ligt. De hoeveelheid koolstof in de diepe bodem alleen al is ongeveer het dubbele van de hoeveelheid koolstof in de vorm van koolstofdioxide die in de atmosfeer van de aarde bestaat.

Als de afbraaksnelheid toeneemt als gevolg van klimaatverandering, dan zal koolstof die is opgeslagen in diepe bodems in de atmosfeer worden vrijgegeven als het broeikasgas koolstofdioxide. Het onderzoek testte hoe de ontbinding verandert met de bodemdiepte om te helpen voorspellen of koolstof in de diepe bodem kwetsbaar zou zijn voor dergelijke klimaat-geïnduceerde veranderingen.

"Diepe koolstof in de bodem is van groot belang om de toekomst van klimaatverandering te begrijpen, " zei Caitlin Hicks Pries, een assistent-professor biologie in Dartmouth. "Het begrijpen van de krachten die ervoor zorgen dat zoveel koolstof en al zijn broeikasgaspotentieel ondergronds wordt opgeslagen, helpt ons te voorspellen hoe ons toekomstige klimaat eruit zal zien."

Organische koolstof in de bodem is afkomstig van de ontbinding van dode planten en kan duizenden jaren in de bodem blijven. Het onderzoeksteam ging op zoek naar hoe wortelafval op verschillende diepten uiteenvalt om te begrijpen waarom sommige koolstof in de diepe bodem zo lang kan worden opgeslagen en waarom andere koolstof in de atmosfeer vrijkomt.

Het team heeft wortels uitgebroed op dieptes van 15 cm tot 95 cm in een 80 jaar oude coniferenboom in de uitlopers van de Californische Sierra Nevada-bergen. Volgens de studie, het verlies aan koolstof van de wortelstrooisel gedurende de eerste zes maanden was gelijk over alle diepten. Echter, na 30 maanden, koolstofverlies was aanzienlijk langzamer op grotere diepten.

Het team ontdekte dat de kleinere hoeveelheid energie die gemakkelijk beschikbaar is voor microben in de vorm van opgeloste koolstof, de reden kan zijn voor langzamere ontbinding. Als gevolg van de lagere afbraaksnelheden, koolstof wordt eerder op lange termijn opgeslagen.

"Levende fijne wortels voeden de grond met substraten die als snoep voor microben zijn. Het ontbreken van deze energiebron op diepte ontneemt microben de energie die ze nodig hebben om dode wortels efficiënt af te breken, ' zei Hicks Pries.

Om de studie uit te voeren, het team vertrouwde ook op het Carbon Organisms Rhizosphere and Protection in the Soil Environment-model, ontwikkeld aan de Princeton University en de University of California, Merced. Bekend als CORPSE, het programma voorspelt microbiële activiteit en laat onderzoekers zien hoe de hoeveelheid beschikbare energie zich vertaalt in biologische processen om wortels af te breken.

CORPSE toonde aan dat de ontbinding relatief snel verloopt wanneer voedselenergie beschikbaar is, maar dat zonder een externe energiebron, microben op diepte verliezen het vermogen om wortels af te breken.

"CORPSE stelt ons in staat om ons te concentreren op de rol van levende wezens in het ontbindingsproces bij het bestuderen van bodemkoolstof, in plaats van alleen te kijken naar het materiaal dat wordt afgebroken, " zei Benjamin Sulman, een projectwetenschapper aan de Universiteit van Californië, Merced. "Deze studie laat zien waarom het belangrijk is om die biologische processen op te nemen in de computermodellen die we gebruiken om voorspellingen te doen over hoe ecosystemen en het klimaat in de toekomst zullen veranderen."

Hoewel de bevindingen niet voorspellen hoeveel koolstof er in een bepaalde tijd uit diepe grond zal vrijkomen, de resultaten stellen onderzoekers in staat te begrijpen hoe een verandering in klimatologische omstandigheden het lot van koolstof in de diepe bodem kan beïnvloeden.

Bijvoorbeeld, meer regen zou meer energie in de vorm van opgeloste organische koolstof naar diepere bodems kunnen transporteren en resulteren in meer koolstof die in de atmosfeer vrijkomt. Een verandering van dominante planten naar soorten met diepgroeiende fijne wortels, zou ook meer koolstof in de atmosfeer kunnen dwingen, terwijl planten met grove wortels een omgekeerd effect kunnen hebben.

"We moeten ons zorgen maken, want naarmate de temperaturen warmer worden, deze organische koolstof in de diepe bodem heeft het potentieel om vrij te komen als koolstofdioxide, waardoor een positieve feedback op klimaatverandering ontstaat, ' zei Hicks Pries.

Volgens het blad, de processen die de kringloop van organische koolstof in de diepe bodem beheersen, hebben weinig aandacht gekregen, hoewel meer dan de helft van 's werelds koolstof in de bodem wordt opgeslagen onder de 20 cm.

"Deze aanpak mist de enorme hoeveelheid koolstof die zich in de diepe grond bevindt, ' zei Hicks Pries.

Het onderzoek geeft aan dat het vochtgehalte en de temperatuur geen directe invloed hebben op de afbraaksnelheid in diepe grond en dat microbiële overvloed waarschijnlijk ook niet. Lagere stikstofniveaus kunnen een factor zijn, maar verder testen zou nodig zijn.