Uma nova estimativa do carbono orgânico do solo dos EUA para melhorar os modelos do sistema terrestre
Crédito:Domínio Público CC0 O solo contém cerca de duas vezes mais carbono que a atmosfera e as plantas juntas. É um importante sumidouro de carbono, capaz de absorver mais dióxido de carbono da atmosfera do que liberta. A gestão do carbono do solo é fundamental nos esforços para mitigar as alterações climáticas, além de ser vital para a saúde do solo e a produtividade agrícola.
Medir o carbono do solo, no entanto, é um processo trabalhoso e caro. As amostras devem ser retiradas do solo e enviadas a um laboratório para análise, o que torna desafiador o aumento de escala em grande escala espacial.
Agora, os cientistas ambientais combinaram dados de campo com técnicas de aprendizagem automática para estimar o carbono orgânico do solo à escala continental dos EUA. O Jornal de Pesquisa Geofísica:Biogeociências publicou a nova estimativa de carbono orgânico do solo, que melhora a estimativa geral para os Estados Unidos e fornece novos insights sobre os efeitos das variáveis ambientais no carbono orgânico do solo.
“Há um reconhecimento crescente de que o carbono orgânico do solo é importante e que devemos investir na sua construção através de práticas sustentáveis de gestão da terra”, diz Debjani Sihi, autora sénior do estudo e professora assistente de ciências ambientais na Emory University. “A nossa estimativa é mais precisa do que as estimativas existentes e fornece uma melhor referência para orientar os decisores políticos e os gestores de terras na adoção de práticas climaticamente inteligentes”.
A terra é muito mais eficiente do que o oceano na retenção de carbono, observa Sihi, e oferece uma solução possível baseada na natureza para ajudar a mitigar as alterações climáticas.
“Poderíamos potencialmente criar condições”, explica ela, “que sejam favoráveis para o solo capturar dióxido de carbono da atmosfera e prendê-lo lá por um tempo muito longo – ao longo de milénios”.
Sihi é um biogeoquímico que estuda questões ambientais e de sustentabilidade na relação entre solo e clima.
O primeiro autor do artigo atual é Zhuonan Wang, ex-bolsista de pós-doutorado no laboratório de Sihi que agora está na Colorado State University.
Investigando dados do solo
O carbono orgânico do solo é composto de matéria vegetal e animal em vários estados de decomposição. Embora o carbono inorgânico também seja encontrado no solo na forma de minerais carbonáticos, o carbono orgânico é geralmente a maior proporção e o fator mais importante da biologia e qualidade do solo.
O Departamento de Agricultura dos EUA mantém o banco de dados de caracterização do solo do National Cooperative Soil Survey. Esses dados foram coletados ao longo de décadas, tanto caminhando pela terra e observando, quanto desenterrando amostras básicas e enviando-as a laboratórios para análise. Medir o carbono orgânico do solo, por exemplo, requer cavar um núcleo até a zona da raiz, com cerca de 30 centímetros de profundidade para obter um perfil do solo superficial e até que o núcleo atinja a rocha para obter um perfil completo do solo.
A amostragem de solo também é feita em outras partes do mundo. A Rede Internacional de Carbono Orgânico do Solo abrange mais de 430.000 perfis de solo, extraídos de todo o mundo. Os cientistas usam esses dados para criar “mapas de solos”, ou estimativas das características do solo em várias regiões. Um mapa de solos bem conhecido é o Banco de Dados Mundial Harmonizado de Solos, desenvolvido pela Organização das Nações Unidas para Agricultura e Alimentação e colaboradores. Outro é o SoilGrids, apoiado pelo Centro Internacional de Referência e Informação sobre Solos na Holanda.
Existem inconsistências significativas nas estimativas de carbono orgânico do solo tanto no Harmonized World Soil Database como no SoilGrids. Sihi e a sua equipa decidiram ver se conseguiriam resolver estas inconsistências nas estimativas dos Estados Unidos, encontrando formas mais eficazes de aumentar a escala dos dados de amostragem do solo.
Os pesquisadores dividiram os Estados Unidos – incluindo todos os 50 estados e Porto Rico – em 20 regiões diferentes e criaram modelos de aprendizado de máquina para cada região. Eles obtiveram quase 50 mil amostras de solo, variando de 30 centímetros a um metro de profundidade, dessas regiões. Eles construíram seus algoritmos usando essas amostras de dados para carbono orgânico do solo, combinadas com localizações precisas do sistema de informações geográficas.
Também recorreram a dados adicionais de código aberto para alimentar os seus modelos com 36 variáveis ambientais, incluindo detalhes sobre o clima, características topográficas do terreno, propriedades biogeoquímicas do solo e a quantidade de vegetação na paisagem.
Uma melhor referência para modelar sistemas terrestres
Os resultados mostraram que o novo método forneceu estimativas mais precisas do que o Harmonized World Soil Database e o SoilGrids para os 30 centímetros superiores do solo, onde o carbono orgânico do solo mais biologicamente ativo tende a se concentrar.
O novo método também revelou como os efeitos das variáveis ambientais no carbono orgânico do solo variam entre as regiões. Embora o clima fosse o preditor mais comum do carbono orgânico do solo na maioria das regiões, o índice de vegetação tendia a ser mais importante nas áreas áridas do sudoeste. A elevação era uma variável chave em regiões montanhosas ou que incluíam um grande delta de rio.
Os investigadores esperam que outros apliquem a sua abordagem a outros países e continentes onde existam dados no terreno suficientes.
“A beleza da nossa abordagem é que ela nos dá o poder de identificar regiões com elevada incerteza nas nossas estimativas e isso nos ajuda a orientar futuros esforços de amostragem”, diz Sihi.
A consideração das variáveis ambientais também aumenta a flexibilidade do novo modelo à medida que as temperaturas globais aumentam devido às alterações climáticas, provocando o aquecimento dos solos e alterando os padrões de precipitação. Ainda não está claro, observa Sihi, se os solos continuarão a servir como sumidouros de carbono ou se transformarão em fonte de carbono.
“Para compreender como o carbono do solo mudará sob um clima em mudança, primeiro precisamos de estimativas precisas dos atuais níveis de carbono orgânico do solo e dos principais fatores que os influenciam”, diz Sihi. “Nossa nova estimativa é um passo em direção à obtenção de dados de base mais precisos para melhorar os modelos do sistema Terra para as mudanças climáticas.”
Os co-autores da nova estimativa incluem Jitendra Kumar (Laboratório Nacional de Oak Ridge), Samantha Weintraub-Leff (Rede do Observatório Ecológico Nacional), Katherine Todd-Brown (Universidade da Flórida) e Umakant Mishra (Laboratórios Nacionais Sandia).
