image: Iron minerals and bacteria can be the main agents of carbon dioxide emissions from the soil. A soil scientist from RUDN University made this conclusion after studying the process of organic plant waste decomposition of the micro-level. Iron and hydrogen peroxide enter into a reaction, as a result of which active oxygen forms (oxygen radicals) are formed. The radicals destroy plant waste in the soil and promote carbon dioxide emissions. view more
Credit: RUDN University
Minerales de hierro y bacterias pueden ser los principales agentes de emisión de dióxido de carbono a la atmósfera desde el suelo. Esta es la conclusión a la que ha llegado un edafólogo de RUDN University como resultado del estudio del proceso de descomposición de los residuos vegetales orgánicos a microescala. Sucede que el hierro y el peróxido de hidrógeno de las bacterias reaccionan y forman especies reactivas de oxígeno (radicales de oxígeno), que destruyen los residuos vegetales en el suelo y contribuyen a la liberación de dióxido de carbono. Los resultados han sido publicados en la revista Geoderma. El dióxido de carbono es una de las principales causas del calentamiento global. Casi la mitad de todo el dióxido de carbono se libera a la atmósfera debido a la "respiración" del suelo. Los focos de emisión de gases más intensos del suelo son los residuos vegetales en descomposición. Pero estos focos también tienen sus propios "puntos calientes": zonas locales con un tamaño de hasta 1 cm3, donde las plantas se descomponen casi 100 veces más rápido. En estos puntos se producen condiciones favorables para los microorganismos del suelo, es decir, una combinación de alta humedad y buena aireación. Anteriormente, se creía que la actividad microbiana es el motivo de la intensa emisión de dióxido de carbono, pero un edafólogo de RUDN University demostró que la causa está en las transiciones redox del hierro del que está compuesto el suelo.
"Antes se pensaba que la principal razón de la emisión de dióxido de carbono de los puntos calientes son los microorganismos que actúan sobre los residuos de las plantas con enzimas especiales y los convierten en gas. Sin embargo, hemos demostrado que gran parte del trabajo no solo lo realizan las enzimas. El hierro contribuye a la formación de especies reactivas de oxígeno (radicales), que afectan químicamente a la materia orgánica insoluble, la destruyen y la convierten en una forma soluble", expresó Yakov Kuzyakov, Doctor en Ciencias Biológicas, director del Centro de Modelado y Diseño Matemático de Ecosistemas Sostenibles de RUDN University.
El edafólogo de RUDN University hizo énfasis sobre el hecho de que los microorganismos aceleran la descomposición de los residuos vegetales, pero solo varias veces: la actividad microbiana no puede conducir a una aceleración cien veces mayor. En este caso, las bacterias liberan peróxido de hidrógeno, que puede reaccionar con el hierro y quitarle un electrón. Como resultado, se forman especies reactivas de oxígeno, sustancias con un electrón libre desapareado. Dicho oxígeno es químicamente activo y oxida rápidamente a la materia orgánica, lo que finalmente conduce a la destrucción de la materia orgánica.
Para demostrar si las especies reactivas de oxígeno son realmente responsables de la emisión de gas, los edafólogos han creado "puntos calientes" artificiales. Colocaron 300 gramos de tierra en un recipiente, agregaron restos de plantas (heno) y una solución de sulfato ferroso, y mantuvieron la humedad constante al 90%. Durante 40 días, midieron la cantidad de dióxido de carbono emitido y luego compararon los indicadores con la cantidad de gas que se libera de suelos sin hierro, sin heno y de suelos con baja humedad (45%). Resulta que, en el primer caso, se liberaron 22 mg de dióxido de carbono por cada kg de suelo, esto es aproximadamente 22 veces más que con baja humedad y sin residuos de plantas. Luego se analizó cómo cambia la cantidad de hierro, carbono, peróxido de hidrógeno y especies reactivas de oxígeno cerca del "punto caliente". A partir de la proporción de estas sustancias, se concluyó que el hierro y el peróxido de hidrógeno reaccionan entre sí y producen oxígeno activo.
"A diferencia de las teorías antiguas, las especies reactivas de oxígeno juegan un papel importante en la nuestra. El escenario es simple: todo comienza con el hecho de que los propios residuos vegetales estimulan el crecimiento de bacterias. Luego, las bacterias, habiéndose multiplicado, consumen casi todo el oxígeno: en tales condiciones, se concentra el hierro, que generalmente se oxida en el aire. Además, hay una reacción con el peróxido y la disolución de la materia orgánica por especies reactivas de oxígeno. En forma disuelta, la materia orgánica atrae aún más bacterias y la intensidad del proceso aumenta significativamente", explicó Yakov Kuzyakov, director del Centro de Modelado y Diseño Matemático de Ecosistemas Sostenibles de RUDN University.
Los resultados de la investigación mostraron por primera vez que los procesos biológicos en los puntos calientes del suelo son causados por la acción de radicales libres, sustancias con un electrón libre. Los edafólogos creen que este mecanismo también puede tener lugar en otros "puntos calientes", por ejemplo, en el suelo adyacente a las raíces: la rizosfera. En adelante, estos datos se pueden utilizar para reducir las emisiones de dióxido de carbono del suelo.
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Geoderma