Satu kajian baru mengkaji interaksi antara biomolekul dan mineral tanah liat di dalam tanah dan menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi penangkapan karbon berasaskan tumbuhan di dalam tanah. Didapati bahawa cas pada biomolekul dan mineral tanah liat, struktur biomolekul, juzuk logam semula jadi dalam tanah dan pasangan antara biomolekul memainkan peranan penting dalam penyerapan karbon dalam tanah. Walaupun kehadiran ion logam bercas positif di dalam tanah mengutamakan perangkap karbon, pasangan elektrostatik antara biomolekul menghalang penjerapan biomolekul ke mineral tanah liat. Penemuan ini boleh membantu dalam meramalkan kimia tanah yang paling berkesan dalam memerangkap karbon dalam tanah yang seterusnya, boleh membuka jalan kepada penyelesaian berasaskan tanah untuk mengurangkan karbon dalam atmosfera dan untuk pemanasan global dan perubahan iklim.
Kitaran karbon melibatkan pergerakan karbon dari atmosfera ke dalam tumbuhan dan haiwan di Bumi dan kembali ke atmosfera. Lautan, atmosfera dan organisma hidup adalah takungan atau tenggelam utama yang melaluinya kitaran karbon. Banyak karbon disimpan/diasingkan dalam batuan, sedimen dan tanah. Organisma mati dalam batuan dan sedimen mungkin menjadi bahan api fosil selama berjuta-juta tahun. Pembakaran bahan api fosil untuk memenuhi keperluan tenaga membebaskan sejumlah besar karbon di atmosfera yang telah menjejaskan keseimbangan karbon atmosfera dan menyumbang kepada pemanasan global dan akibatnya. perubahan iklim.
Usaha sedang dibuat untuk mengehadkan pemanasan global kepada 1.5°C berbanding tahap pra-industri menjelang 2050. Untuk mengehadkan pemanasan global kepada 1.5°C, pelepasan gas rumah hijau mesti memuncak sebelum 2025 dan dikurangkan separuh menjelang 2030. Walau bagaimanapun, stok global baru-baru ini telah mendedahkan bahawa dunia tidak berada di landasan untuk mengehadkan kenaikan suhu kepada 1.5°C menjelang akhir abad ini. Peralihan ini tidak cukup pantas untuk mencapai pengurangan 43% dalam pelepasan gas rumah hijau menjelang 2030 yang boleh mengehadkan pemanasan global dalam cita-cita semasa.
Dalam konteks inilah peranan tanah karbon organik (SOC) dalam perubahan iklim semakin penting sebagai sumber pelepasan karbon yang berpotensi sebagai tindak balas kepada pemanasan global serta sinki semula jadi karbon atmosfera.
Beban warisan sejarah karbon (iaitu, pelepasan kira-kira 1,000 bilion tan karbon sejak 1750 apabila revolusi perindustrian bermula) walau bagaimanapun, sebarang peningkatan suhu global berpotensi untuk membebaskan lebih banyak karbon daripada tanah di atmosfera oleh itu adalah penting untuk memulihara yang sedia ada. stok karbon tanah.
Tanah sebagai sinki organik karbon
Tanah masih merupakan tenggelam kedua terbesar di Bumi (selepas lautan). organik karbon. Ia mengandungi kira-kira 2,500 bilion tan karbon iaitu kira-kira sepuluh kali ganda jumlah yang disimpan di atmosfera, namun ia mempunyai potensi besar yang belum diterokai untuk mengasingkan karbon atmosfera. Tanah tanaman boleh memerangkap antara 0.90 dan 1.85 petagram (1 Pg = 1015 gram) karbon (Pg C) setahun, iaitu kira-kira 26–53% daripada sasaran4 per 1000 Initiative” (iaitu, 0.4% kadar pertumbuhan tahunan tanah global yang berdiri organik stok karbon boleh mengimbangi peningkatan semasa dalam pelepasan karbon di atmosfera dan menyumbang untuk memenuhi iklim sasaran). Walau bagaimanapun, interaksi faktor yang mempengaruhi perangkap berasaskan tumbuhan organik jirim dalam tanah tidak begitu difahami dengan baik.
Apakah yang mempengaruhi penguncian karbon dalam tanah
Satu kajian baru memberi penerangan tentang perkara yang menentukan sama ada berasaskan tumbuhan organik jirim akan terperangkap apabila ia memasuki tanah atau sama ada ia akan memberi makan kepada mikrob dan mengembalikan karbon ke atmosfera dalam bentuk CO.2. Selepas pemeriksaan interaksi antara biomolekul dan mineral tanah liat, para penyelidik mendapati bahawa caj pada biomolekul dan mineral tanah liat, struktur biomolekul, juzuk logam semula jadi dalam tanah dan pasangan antara biomolekul memainkan peranan penting dalam penyerapan karbon dalam tanah.
Pemeriksaan interaksi antara mineral tanah liat dan biomolekul individu mendedahkan bahawa pengikatan itu boleh diramal. Oleh kerana mineral tanah liat bercas negatif, biomolekul dengan komponen bercas positif (lisin, histidin dan threonine) mengalami pengikatan yang kuat. Pengikatan juga dipengaruhi oleh sama ada biomolekul cukup fleksibel untuk menyelaraskan komponen bercas positifnya dengan mineral tanah liat bercas negatif.
Sebagai tambahan kepada cas elektrostatik dan ciri-ciri struktur biomolekul, juzuk logam semula jadi dalam tanah didapati memainkan peranan penting dalam mengikat melalui pembentukan jambatan. Sebagai contoh, magnesium dan kalsium yang bercas positif, membentuk jambatan antara biomolekul bercas negatif dan mineral tanah liat untuk mencipta ikatan yang mencadangkan juzuk logam semula jadi dalam tanah boleh memudahkan perangkap karbon di dalam tanah.
Sebaliknya, tarikan elektrostatik antara biomolekul itu sendiri memberi kesan buruk kepada pengikatan. Malah, tenaga tarikan antara biomolekul didapati lebih tinggi daripada tenaga tarikan biomolekul kepada mineral tanah liat. Ini bermakna penurunan penjerapan biomolekul ke tanah liat. Oleh itu, sementara kehadiran ion logam bercas positif dalam tanah mengutamakan perangkap karbon, pasangan elektrostatik antara biomolekul menghalang penjerapan biomolekul kepada mineral tanah liat.
Penemuan baru ini tentang bagaimana organik biomolekul karbon mengikat mineral tanah liat di dalam tanah boleh membantu mengubah suai kimia tanah sesuai untuk memihak kepada perangkap karbon, sekali gus membuka jalan kepada penyelesaian berasaskan tanah untuk perubahan iklim.
***
Rujukan:
- Zomer, RJ, Bossio, DA, Sommer, R. et al. Potensi Penyerapan Global Karbon Organik Bertambah dalam Tanah Ladang. Sci Rep 7, 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8
- Rumpel, C., Amiraslani, F., Chenu, C. et al. Inisiatif 4p1000: Peluang, had dan cabaran untuk melaksanakan penyerapan karbon organik tanah sebagai strategi pembangunan mampan. Ambio 49, 350–360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2
- Wang J., Wilson RS, dan Aristilde L., 2024. Gandingan elektrostatik dan penyambung air dalam hierarki penjerapan biomolekul pada antara muka air-tanah liat. PNAS. 8 Februari 2024.121 (7) e2316569121. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121
***
