Alexandra Kravchenko, Professore della Michigan State University presso il Dipartimento di piante, Scienze del suolo e microbiche, e molti dei suoi colleghi hanno recentemente scoperto un nuovo meccanismo che determina come il carbonio viene immagazzinato nei suoli che potrebbe migliorare la resilienza climatica dei sistemi di coltivazione e anche ridurre le loro impronte di carbonio.

Le scoperte, pubblicato la scorsa settimana sulla rivista scientifica Comunicazioni sulla natura , rivelano l'importanza della struttura dei pori del suolo per stimolare l'accumulo e la protezione del carbonio nel suolo.

"Capire come viene immagazzinato il carbonio nei suoli è importante per pensare a soluzioni per il cambiamento climatico, " ha detto Phil Robertson, Illustre professore universitario di piante, Scienze del suolo e microbiche, e coautore dello studio. "È anche piuttosto importante per i modi di pensare alla fertilità del suolo e quindi, produzione agricola».

Lo studio è stato condotto attraverso il MSU Great Lakes Bioenergy Research Center, finanziato dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, e il programma di ricerca ecologica a lungo termine della stazione biologica Kellogg finanziato dalla National Science Foundation, o NSF, ed è stato sostenuto dalla Divisione di Scienze della Terra della NSF.

In un periodo di nove anni, i ricercatori hanno studiato cinque diversi sistemi di coltivazione in un esperimento sul campo replicato nel sud-ovest del Michigan. Dei cinque sistemi di coltivazione, solo i due con un'elevata diversità vegetale hanno portato a livelli più elevati di carbonio nel suolo. Kravchenko e i suoi colleghi hanno utilizzato la microtomografia a raggi X e la mappatura enzimatica su microscala per mostrare come le strutture dei pori influenzino l'attività microbica e la protezione del carbonio in questi sistemi, e come la diversità delle piante influisca quindi sullo sviluppo dei pori del suolo, favorendo un maggiore stoccaggio del carbonio.

John Schade, dalla Divisione NSF di Biologia Ambientale, ha affermato che i risultati possono trasformare la comprensione di come il carbonio e il clima possono interagire nelle comunità microbiche delle piante e del suolo.

"Questa è una chiara dimostrazione di un meccanismo unico attraverso il quale le comunità biologiche possono alterare l'ambiente, con conseguenze fondamentali per il ciclo del carbonio, " ha detto Schade.

"Una cosa che gli scienziati tendono sempre a presumere è che i luoghi in cui il nuovo carbonio entra nel suolo sono anche i luoghi in cui viene elaborato dai microbi e successivamente immagazzinato e protetto, "Ha detto Kravchenko. "Quello che abbiamo scoperto è che per essere protetti, il carbonio deve muoversi; non può essere protetto nello stesso luogo in cui entra".

Gli scienziati hanno tradizionalmente creduto che gli aggregati del suolo, grappoli di particelle di terreno, erano i luoghi principali per lo stoccaggio stabile del carbonio.

Evidenze recenti, però, mostra che il carbonio più stabile sembra essere il risultato di microbi che producono composti organici che vengono poi adsorbiti sulle particelle minerali del suolo. La ricerca rivela inoltre che i pori del suolo creati dai sistemi di radici forniscono un habitat ideale dove ciò può verificarsi.

Di particolare importanza sono i suoli provenienti da ecosistemi con una maggiore diversità vegetale. Suoli da ecosistemi di praterie ripristinati, con molte specie vegetali diverse, aveva molti più pori della giusta dimensione per lo stoccaggio stabile del carbonio rispetto a un puro stand di erbaccia.

"Ciò che abbiamo trovato nella prateria nativa, probabilmente a causa di tutte le interazioni tra le radici di specie diverse, è che l'intera matrice del suolo è ricoperta da una rete di pori, " Kravchenko ha detto. "Così, la distanza tra i luoghi in cui si verifica l'immissione di carbonio, e le superfici minerali su cui può essere protetto sono molto brevi.

"Così, molto carbonio viene guadagnato dal suolo. Nella monocoltura switchgrass la rete dei pori era molto più debole, quindi i metaboliti microbici avevano un modo molto più lungo di viaggiare verso le superfici minerali protettive, " ha spiegato Kravchenko.

Robertson ha affermato che la ricerca potrebbe spingere gli agricoltori a concentrarsi sulla diversità delle piante quando si tenta di aumentare lo stoccaggio del carbonio nel suolo.

"Pensavamo che il modo principale per immettere più carbonio nel suolo fosse far sì che le piante producessero più biomassa come radici o come residuo lasciato sulla superficie del suolo per decomporsi, " ha detto Robertson.

"Ciò che questa ricerca sottolinea è che ci sono modi più intelligenti di immagazzinare carbonio rispetto a tali approcci di forza bruta. Se possiamo progettare o allevare colture con caratteristiche di radicazione che favoriscono questo tipo di porosità del suolo e quindi che favoriscono la stabilizzazione del carbonio nel suolo, sarebbe un modo piuttosto intelligente per progettare sistemi in grado di produrre carbonio più velocemente".

Nick Haddad, direttore del programma di ricerca ecologica a lungo termine della stazione biologica Kellogg, ha detto che la ricerca che si basa su questi risultati continuerà a scoprire modi per migliorare la sostenibilità degli ecosistemi agricoli e dei paesaggi.

"La ricerca a lungo termine mostra modi sorprendenti in cui una diversità di piante può avvantaggiare i microbi necessari per un sistema agricolo resiliente, "ha aggiunto Haddad.