Nghiên cứu khám phá cách protein đất và vật chất hữu cơ ổn định cacbon qua hàng thiên niên kỷ
Tác giả: Li Yali, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc
Sơ đồ khu vực nghiên cứu. Nguồn: Mou et al
Trong bối cảnh những thách thức ngày càng gia tăng của biến đổi khí hậu toàn cầu, việc hiểu sâu hơn về cơ chế cô lập cacbon trong đất là điều cần thiết để cải thiện chức năng bồn chứa cacbon và tính ổn định của hệ sinh thái trên cạn.
Vật chất hữu cơ hòa tan (DOM) và protein đất liên quan đến glomalin (GRSP) là những thành phần quan trọng của bể chứa cacbon trong đất, đóng vai trò quan trọng trong quá trình tích tụ và ổn định cacbon hữu cơ. Tuy nhiên, các mô hình phân bố, đặc điểm động và cơ chế điều tiết ảnh hưởng đến các thành phần này trong quá trình phát triển hệ sinh thái lâu dài vẫn chưa được hiểu rõ.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu từ Vườn thực vật Nam Trung Quốc thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã chọn hai chuỗi thời gian cồn cát ven biển kéo dài 2 triệu năm—Vịnh Jurien, đặc trưng bởi khí hậu nóng, khô cằn và Warren, đặc trưng bởi khí hậu ẩm ướt, lạnh giá.
Mục đích của họ là phân tích một cách có hệ thống cách khí hậu và quá trình hình thành đất ảnh hưởng đến các đặc điểm của DOM và GRSP, cũng như tác động tiếp theo của chúng đối với động lực cacbon hữu cơ trong đất. Các phát hiện đã được công bố trên các tạp chí khoa học đất quốc tế CATENA và Plant and Soil.
Sử dụng phổ ma trận phát xạ kích thích huỳnh quang (EEM) kết hợp với phân tích nhân tố song song (PARAFAC), các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng mức độ tích tụ DOM và chỉ số mùn hóa của nó trong khí hậu lạnh, ẩm ướt của Warren cao hơn đáng kể so với vùng khô cằn, nóng của Vịnh Jurien, cho thấy tính ổn định cao hơn của vật chất hữu cơ. Sự khác biệt này chủ yếu phát sinh từ sự thay đổi trong lượng thực vật đầu vào, nguồn cung cấp cacbon và môi trường đất.
Phân tích sâu hơn cho thấy rằng trong giai đoạn đầu của quá trình phát triển hệ sinh thái, nồng độ DOM cao hơn và giàu các thành phần giống protein và có nguồn gốc từ vi khuẩn, đóng vai trò là nguồn dinh dưỡng quan trọng cho thực vật và vi sinh vật. Ngược lại, trong giai đoạn phân hủy, DOM dần chuyển sang các thành phần ổn định hơn như axit humic và axit fulvic, chuyển từ thúc đẩy quá trình chuyển hóa chất dinh dưỡng sang tăng cường tính ổn định của nhóm cacbon.
Đặc điểm tích lũy của protein đất liên quan đến glomalin và các yếu tố ảnh hưởng của nó. Nguồn: Mou et al
Sự tiến hóa của vật chất hữu cơ hòa tan trong quá trình phát triển hệ sinh thái cồn cát. Nguồn: Mou et al
Nghiên cứu đã xác định rằng GRSP, đặc biệt là EE-GRSP, tích tụ đáng kể trong đất thiếu phốt pho cổ đại, mặc dù sinh khối nấm rễ cộng sinh (AMF) giảm. "Sự tích tụ phản trực giác" này xảy ra vì thực vật tăng phân bổ carbon dưới lòng đất, kích thích sự luân chuyển sinh khối AMF, một quá trình được điều chỉnh đồng thời bởi độ chua của đất, tỷ lệ dinh dưỡng và sự đa dạng của thực vật rễ cộng sinh.
Nghiên cứu đã xác nhận rằng GRSP đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sự tích tụ và ổn định carbon hữu cơ trong đất (SOC), giúp duy trì chức năng bồn chứa carbon quan trọng của nó, ngay cả trong điều kiện hạn chế chất dinh dưỡng lâu dài.
Nghiên cứu này là nghiên cứu đầu tiên tiết lộ các cơ chế khác biệt mà khí hậu và quá trình hình thành đất điều chỉnh sự tích tụ DOM và GRSP, cũng như chức năng của chúng như bồn chứa carbon. Nó cung cấp những hiểu biết lý thuyết mới về sự tiến hóa theo không gian và thời gian của quá trình tích tụ và ổn định carbon trong đất trong bối cảnh biến đổi toàn cầu.
