Muitas complexidades do processo de sequestro de carbono permanecem mal compreendidas, apesar de anos de pesquisa e do impacto significativo desse processo no clima global.

Agora, três cientistas propuseram uma nova abordagem para entender melhor o papel da matéria orgânica do solo no armazenamento de carbono de longo prazo e sua resposta às mudanças no clima global e na química atmosférica. O trio, incluindo Julie Jastrow do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE), publicaram suas idéias na edição de agosto da Nature Microbiology .

O artigo surge em um momento de crescente preocupação com o crescente problema da degradação do solo, e o conceito emergente de segurança do solo (a estabilização e melhoria dos recursos de solo do mundo).

"O solo é importante para a vida na Terra como a conhecemos, "disse Jastrow, um ecologista terrestre sênior e líder de grupo na Divisão de Ciência Ambiental de Argonne. "Solos, e particularmente a matéria orgânica do solo, são a chave para muitos dos serviços e funções essenciais que os solos fornecem. "

"Os especialistas em matéria orgânica do solo acreditaram por muito tempo que os restos de matéria vegetal em decomposição eram os principais componentes do carbono estabilizado do solo, "disse Chao Liang do Instituto de Ecologia Aplicada da Academia Chinesa de Ciências, autor principal do artigo da Nature Microbiology e ex-cientista de pós-doutorado em Argonne. "Mas as abordagens analíticas em evolução levaram os pesquisadores a mudar para a visão de que a biomassa microbiana morta e outros resíduos microbianos podem contribuir ainda mais significativamente para os reservatórios de carbono estáveis."

"Concordo com Chao que estamos vendo uma mudança de paradigma. Podemos não ter as ferramentas ou dados ainda para apoiar totalmente ou quantificar isso, mas nosso pensamento está evoluindo, "Jastrow disse.

As ideias apresentadas no Nature Microbiology artigo foi aprimorado quando co-autor, Joshua Schimel, um importante ecologista microbiano do solo da Universidade da Califórnia, Santa Barbara, visitou o laboratório de Liang em 2015. Liang mais tarde convidou Jastrow para ajudá-los a refinar ainda mais suas ideias.

"A estrutura conceitual e as ideias descritas neste artigo podem nos dar pistas sobre como melhor estabilizar e renovar solos vulneráveis ​​ou degradados, "Liang disse." Ele também fornece uma visão sobre as origens de diferentes formas de matéria orgânica do solo. "

"Esta nova visão é essencial para as nossas discussões nacionais e globais sobre a vulnerabilidade do solo e a sustentabilidade dos solos para a produção de alimentos e biocombustíveis, sustentabilidade ecológica, saúde ambiental e política climática, " ele disse.

No ciclo do carbono, o carbono se move entre as plantas, animais, solos, a crosta terrestre, água fresca, os oceanos e a atmosfera. O carbono sequestrado é o carbono que permanece armazenado por um longo prazo. O carbono do solo aumenta e diminui, dependendo do equilíbrio entre as entradas de novos materiais orgânicos e as saídas. As perdas ocorrem principalmente por meio da decomposição, mas também através da lixiviação para as águas subterrâneas ou erosão superficial.

Os estudos há muito focam em como a serapilheira - principalmente folhas mortas, caules e raízes - se decompõe e se transforma em matéria orgânica do solo. A contribuição da biomassa viva de micróbios para o carbono do solo, que responde por apenas 1 a 5 por cento do carbono total do solo, tem recebido muito menos atenção, Contudo.

"Quando os pesquisadores compararam a quantidade de biomassa microbiana viva com as entradas anuais das plantas, parecia natural pensar que a maior parte da matéria orgânica do solo tinha que vir de detritos de plantas, "Jastrow observou.

Mesmo que a biomassa viva de micróbios seja pequena, esses organismos crescem, viver e morrer em um ritmo rápido. Isso significa que a entrada de micróbios na matéria orgânica do solo pode ser muito maior do que se pensava anteriormente, particularmente quando uma porção significativa dessas entradas é estabilizada em vez de decomposta. Mas mesmo com novos insights e melhorias nas ferramentas usadas para estudar a matéria orgânica do solo, muitas perguntas e incógnitas persistem.

"Os pesquisadores sabem há várias décadas que a matéria orgânica do solo inclui resíduos microbianos, mas eles perceberam a magnitude potencial dessas contribuições mais recentemente, "Disse Jastrow. Ela e seus colegas sugerem que dois tipos de atividade metabólica microbiana controlam amplamente a magnitude das contribuições microbianas para a formação de matéria orgânica do solo.

Por meio da atividade catabólica, micróbios quebram moléculas complexas para formar outras mais simples, que libera carbono como dióxido de carbono. Por meio da atividade anabólica, micróbios sintetizam moléculas complexas a partir de outras mais simples, que contribui para o armazenamento de carbono.

Os cientistas sugerem a adoção de uma abordagem baseada em um conceito chamado bomba de carbono microbiana do solo para ajudar a estimular novas pesquisas frutíferas nessa área. Os pesquisadores marinhos levantaram primeiro o conceito da bomba de carbono microbiana. A bomba de carbono microbiano marinho sequestra o carbono transferindo-o para as profundezas dos oceanos. Através deste processo, as bactérias contribuem significativamente para o armazenamento de carbono a longo prazo e a regulação do dióxido de carbono atmosférico.

"Explorar o conceito de bomba de carbono microbiana que se originou na literatura marinha simplesmente fornece uma maneira de organizar e pensar sobre todas as várias complexidades associadas ao papel do anabolismo microbiano na formação de matéria orgânica do solo, "Jastrow disse.

Em seu jornal, Jastrow e seus colegas ligam a bomba de carbono microbiana à capacidade dos compostos sintetizados microbianamente de se tornarem estabilizados por associações físicas e químicas íntimas com os minerais do solo. Eles chamam este último fenômeno de "efeito de sepultamento". A bomba de carbono microbiano do solo aumenta esse efeito, especialmente por meio do processo de renovação in vivo, os cientistas afirmam. Com rotatividade in vivo, microrganismos processam metabolicamente materiais vegetais para gerar biomassa. Quando esses micróbios morrem, seus resíduos são mais propensos a se tornarem "sepultados" do que os resíduos vegetais, aumentando a reserva de carbono persistente do solo.

A interação entre os processos catabólicos e anabólicos desempenha um fator chave na inclinação do equilíbrio entre o efeito de sepultamento e seu outro lado, o efeito priming, que ajuda a liberar carbono da matéria orgânica estável. Quando fresco, resíduos fáceis de decompor entram no solo, esta fonte de energia prontamente disponível pode "preparar" as atividades catabólicas dos micróbios e estimular a decomposição de reservatórios de matéria orgânica do solo mais complexos e estáveis.

Assim, adição de novo, o carbono produzido externamente pode aumentar a produção de dióxido de carbono, iniciando a decomposição microbiana da matéria orgânica existente no solo, e ao mesmo tempo pode levar a um maior sepultamento de resíduos microbianos.

"Mas, os pesquisadores precisarão de melhores ferramentas analíticas para quantificar com mais precisão a massa de material microbiano morto e resíduos nos solos, e compreender os fatores que controlam o equilíbrio entre os efeitos de sepultamento e priming, "Liang observou.

"Existem atualmente poucos dados que informam diretamente a nossa quantificação e compreensão dos mecanismos por trás do conceito da bomba de carbono microbiana do solo, " ele disse.

Mesmo agora, muitos dos métodos e instrumentos analíticos que fornecem novos insights sobre a matéria orgânica do solo ainda são insuficientes.

"No entanto, os novos insights estão começando a mudar a forma como pensamos sobre a matéria orgânica do solo e sua formação, degradação e dinâmica, "Jastrow disse.

"Ao organizar esses insights em torno do conceito de uma bomba de carbono microbiana do solo, "acrescentou Liang, "Esperamos inspirar novas pesquisas voltadas para o papel dos microrganismos na criação de matéria orgânica do solo e sua resiliência a perturbações ou mudanças nas condições ambientais."