Os modelos atuais de ciclo de carbono podem subestimar a quantidade de dióxido de carbono liberado do solo durante as estações chuvosas em florestas temperadas como as encontradas no nordeste dos Estados Unidos, segundo pesquisadores da Penn State.

As raízes das árvores e os micróbios usam oxigênio para converter carbono orgânico no solo em dióxido de carbono (CO 2 ) para energia através de um processo chamado respiração aeróbica . Essa liberação de CO 2 dos solos para a atmosfera representa o maior fluxo de carbono dos ecossistemas terrestres, tornando-o um componente essencial do orçamento global de carbono. A respiração aeróbica é o processo dominante que contribui para esse fluxo, mas os pesquisadores descobriram que, em condições úmidas, a respiração anaeróbica – ou respiração sem oxigênio – também contribui significativamente para o fluxo.

“Nos modelos atuais, quantidades de dióxido de carbono e oxigênio são controladas pelo consumo de oxigênio e pela produção de dióxido de carbono através da respiração aeróbica”, disse Caitlin Hodges, candidata a doutorado no Departamento de Ciência e Gerenciamento de Ecossistemas. “Geralmente, é uma relação individual de consumo e produção. Mas descobrimos que, especialmente no verão, havia um sinal significativo de respiração anaeróbica causada pelas raízes com uma maior demanda por oxigênio e superando os micróbios. Os micróbios então tem que passar a usar respiração anaeróbica “.

Uma referência para interpretar os processos do solo afetados pelo dióxido de carbono e oxigênio do solo é calcular o quociente respiratório aparente (ARQ), que combina as concentrações de dióxido de carbono e oxigênio em um valor.

“Se o ARQ é igual a um, isso significa que a respiração aeróbica é o processo de controle”, disse Hodges. “Se houver um desvio significativo de um, isso nos diz que outra coisa está controlando as concentrações de gás no solo”.

Os cientistas estudaram a respiração do solo em uma bacia de xisto e em arenito no Observatório da Zona Crítica de Susquehanna Shale Hills, financiado pela National Science Foundation. Eles mediram os níveis de dióxido de carbono e oxigênio no solo cerca de 20 a 30 cm abaixo do solo e logo acima da camada de rocha onde o solo termina.

“Caitlin interpretou o gás amostrado no solo como um policial interpreta o teste do bafômetro de um motorista embriagado”, disse Susan Brantley, professora de geociências e diretora do Instituto de Sistemas Terrestres e Ambientais (EESI) da Penn State. “A química do gás preso no solo fornece uma imagem do que as bactérias estão fazendo”.

A equipe descobriu que o ARQ às vezes sinalizava respiração anaeróbica significativa pelos micróbios. Durante a respiração anaeróbica, os micróbios deixaram de usar oxigênio para metais oxidados, como ferro e manganês, para crescimento.

“Quando vemos um grande número no ARQ, significa que temos mais dióxido de carbono do que os níveis de oxigênio sugerem”, disse Jason Kaye, professor de biogeoquímica do solo. “Como isso pode acontecer? Isso pode acontecer porque o CO 2 está sendo produzido sem consumo de oxigênio, e é exatamente isso que é um processo anaeróbico. É isso que esses grandes números significam. Você está vendo mais dióxido de carbono do que esperaria da respiração aeróbica. “

A pesquisa da equipe da Penn State, relatada no Soil Science Society of America Journal , é a primeira a usar o ARQ para encontrar evidências de um padrão sazonal de respiração anaeróbica em florestas temperadas.

Os pesquisadores também calcularam a quantidade total de dióxido de carbono – 36 gramas por metro quadrado – que sai do sistema do solo todos os anos devido à respiração anaeróbica. Eles disseram que a estimativa conservadora constitui 10% de toda a respiração feita por micróbios do solo em seus locais de pesquisa, o que é um grande número, já que os cientistas não pensam nessas florestas úmidas e temperadas como postando muita respiração anaeróbica.

“Espera-se que o nordeste dos Estados Unidos tenha aumentado a precipitação com as mudanças climáticas”, disse Hodges. “Esperamos que essa respiração anaeróbica se torne um processo mais dominante nesses sistemas florestais, e nossos modelos de carbono no solo ainda não levam isso em conta”.

Brantley disse que novas abordagens, como a amostragem de gás no solo, são necessárias para entender como os solos responderão às mudanças climáticas.