_ Noul model integrează solul microbi, ierburi perene mari

Din tot carbonul stocat în ecosistemele din întreaga lume, aproximativ jumătate poate fi găsit în sol. În funcție de climă, vegetație și management, solurile pot fi fie o sursă de carbon, fie un absorbant.

Soluțiile climatice naturale (NCS) oferă o oportunitate promițătoare de a ne aduce mai aproape de obiectivele noastre de emisii nete zero prin eliminarea dioxid de carbon din atmosferă și depozitarea acestuia în biomasa vegetală și sol. Creșterea materiilor prime bioenergetice are un potențial mare în acest sens, deoarece aceste ierburi construiesc carbon din sol și au potențialul de a fi utilizate pentru a produce biocombustibili și bioproduse neutre din punct de vedere carbon.

În ultimii 40 de ani, modelele biogeochimice au avut a fost un instrument crucial pe care cercetătorii îl folosesc pentru a înțelege modul în care clima, perturbările ecologice și gestionarea terenurilor afectează carbonul și alte fluxuri dintr-un ecosistem. Datorită succesului lor, modelele biogeochimice câștigă tracțiune ca instrumente importante pentru a evalua eficacitatea NCS. Aceste modele pot fi folosite pentru a informa deciziile de management și politici.

Unul dintre aceste modele, numit DayCent, simulează fluxurile zilnice de carbon, azot și apă între atmosferă, vegetație și sol. Cu toate acestea, proiectarea potențialului culturilor mari de bioenergie perene ca NCS a fost o provocare din cauza a două limitări ale versiunilor anterioare ale modelului DayCent. La fel ca multe modele de ecosistem, DayCent nu a modelat în mod explicit microbii din sol și rolul pe care aceștia îl joacă ca factori determinanți ai ciclului carbonului din sol. În plus, ierburile perene mari, cum ar fi miscanthus și switchgrass, au trăsături fiziologice distincte, care nu sunt luate în considerare în multe cadre de model.

Pentru a remedia această problemă, o echipă de cercetare CABBI din tema Sustainability a dezvoltat DayCent-CABBI, un model care integrează microbii solului și trăsăturile fiziologice distincte ale ierburilor perene mari în DayCent.

Într-o nouă lucrare publicată în Geoderma, cercetătorii discută despre dezvoltarea și validarea DayCent-CABBI – și pun puterea sa predictivă la testul.

„Adăugarea de noi componente de plante și microbi la modelul DayCent-CABBI îmbunătățește reprezentarea acestuia a dinamicii ecosistemului”, a spus Melannie Hartman, autor principal al studiului și asociat principal de cercetare la Universitatea de Stat din Colorado. „Aceste progrese îmbunătățesc capacitatea modelului de a evalua sustenabilitatea cultivării diferitelor tipuri de culturi bioenergetice.”

Microbii din sol contribuie la stocarea și fluxurile semnificative de carbon, așa că echipa de cercetare a actualizat DayCent pentru a include un microbian viu. bazin de biomasă. Această caracteristică reglează eliberarea de dioxid de carbon în atmosferă în funcție de dimensiunea piscinei sale. Ei au adăugat, de asemenea, un bazin de biomasă microbiană moartă care permite o reprezentare mai realistă a fluxului de carbon dintr-un bazin în altul, ceea ce va simula mai bine stocarea carbonului în sol.

„Microbii sunt importanți de inclus în model. pentru că, de exemplu, carbonul mort din biomasă microbiană este mai probabil să fie reținut în sistemul solului de zeci de ani până la milenii dacă are o legătură puternică cu suprafețele minerale ale solului”, a spus Danielle Berardi, autor principal și proaspăt absolvent cu un doctorat în ecologie. . de la Universitatea din Idaho.

„Capacitatea maximă a acestui tip de carbon din sol într-un sistem dat se bazează pe textura solului, care determină suprafața disponibilă de care se lipește carbonul. Am îmbunătățit modul în care Materia organică asociată cu minerale este reprezentată în DayCent, ceea ce este crucial pentru modelarea bazinelor măsurabile de materie organică din sol.”

Cealaltă schimbare semnificativă făcută de echipa sa concentrat pe modelarea mai precisă a diferitelor părți ale plantelor perene. Modelele tradiționale au adunat frunzele și tulpinile ca „componente ale plantelor de deasupra pământului”. Împărțirea acestor părți ale plantelor și modelarea lor separat permite DayCent-CABBI să simuleze cu mai multă acuratețe conținutul de carbon, azot și lignină pentru fiecare, atât îmbunătățind modul în care este simulată creșterea plantelor, cât și oferind o chimie mai realistă a așternutului și opțiuni de recoltare mai versatile, cu implicații pentru Ciclul carbonului și azotului din sol.

În plus, echipa a adăugat modelului o componentă de rizom. Rizomii sunt rădăcini perene de mică adâncime care stochează carbohidrați și azot în timpul sezonului de repaus, când părțile plantelor supraterane s-au ofilit. Deoarece aceste sisteme radiculare din culturile bioenergetice, cum ar fi miscanthus, nu sunt adaptate pentru iernile aspre cu care se pot confrunta în centrul SUA, cercetătorii au adăugat un prag de temperatură pentru rizomi - odată ce temperaturile scad suficient de mult, modelul va simula deteriorarea rizomilor.

Cu aceste modificări, cercetătorii au pus DayCent-CABBI la încercare prin simularea ierbii și miscanthus la Universitatea din Illinois Energy Farm din 2008 până în 2049. Modelul a fost calibrat și evaluat folosind date de teren din 2008 până în 2019. .

În comparație cu datele istorice, versiunea modelului cu noul model de sol explicit microbian a avut un acord mai bun model-date cu fluxurile zilnice de carbon din ecosistem, în special în primăvară, ceea ce indică faptul că această modificare are într-adevăr. să îmbunătățească capacitatea DayCent de a evalua cu precizie potențialul ierburilor perene ca NCS.

În cadrul simulărilor viitoare (2020-2049), versiunea DayCent folosind modelul de sol anterior a simulat creșterea continuă a carbonului din sol în viitor pentru ambele culturi. , în timp ce noua versiune a simulat un eventual platou al carbonului din sol înainte de 2049. Acest platou reprezintă cea mai bună înțelegere de către cercetători a viitoarelor fluxuri de carbon din sol și stabilizarea în miscanthus și iarbă comutată.

„Aceste progrese de modelare atât de necesare beneficiază nu numai CABBI, ci și comunitatea mai mare de cercetători și părți interesate care doresc să estimeze intensitatea carbonului în creșterea ierburilor perene cu randament ridicat pentru producția de biocombustibili și bioproduse", a declarat coautorul Wendy Yang, liderul temei de durabilitate al CABBI și profesor de biologie vegetală. la Universitatea din Illinois Urbana-Champaign.

(Fluierul)