Lo que cuenta es el poro: la distribución espacial de los poros ayuda a determinar dónde se almacena el carbono en el suelo

Los suelos almacenan más carbono que toda la vegetación de la superficie terrestre. Sin embargo, aún quedan muchas preguntas sin respuesta sobre qué procesos precisamente favorecen la acumulación en el suelo. Bajo el liderazgo del Centro Helmholtz para la Investigación Ambiental (UFZ), un equipo de científicos del suelo ha desarrollado un nuevo método para mostrar dónde y en qué condiciones se almacena el carbono en el suelo. Como escriben en Comunicaciones de la naturalezaes principalmente la red de poros del suelo la que controla la distribución espacial del carbono.

En el debate público sobre la protección del clima, a menudo se olvida la importancia del suelo. Sin embargo, los suelos almacenan considerablemente más carbono a nivel mundial que los bosques o la atmósfera. El almacenamiento a largo plazo de carbono puede ser bastante complejo. Por un lado, depende de la cantidad de carbono atmosférico que ingresa al suelo a través del crecimiento de las raíces, varios procesos de mezcla (por ejemplo, el cultivo del suelo o la actividad de las lombrices) y la filtración de compuestos orgánicos disueltos. Por otro lado, depende de si el carbono existente en el suelo se puede estabilizar o es descompuesto por bacterias y hongos. Qué proceso es más eficiente, almacenamiento o descomposición, está determinado principalmente por la estructura del suelo (por ejemplo, el tamaño de la red de poros que ayudan a transportar aire, agua y nutrientes).

«El carbono almacenado en los residuos vegetales y el humus no se descompone si las bacterias o las hifas fúngicas son más grandes que los poros del suelo donde se almacenan», dice el Dr. Steffen Schlüter, físico del suelo de la UFZ y autor principal del estudio. Además, si los poros están permanentemente llenos de agua y, por lo tanto, sin suministro de oxígeno (p. ej., en suelos de turba intactos), a las bacterias les resulta más difícil utilizar el carbono. «Uno de los factores decisivos de dónde se almacena el carbono en el suelo es, por lo tanto, la distribución espacial de los poros», dice Schlüter. Anteriormente no había sido posible estudiar el patrón de distribución del carbono orgánico dentro de los poros de tamaño milimétrico y micrométrico.

Pero los científicos de la UFZ ahora han logrado hacer esto. Con su nuevo método, pueden localizar con precisión el carbono en el suelo. Se basa en la tinción de los compuestos orgánicos con tetróxido de osmio, que se filtra en los dobles enlaces que contienen carbono y luego se visualiza mediante tomografía computarizada (TC) de rayos X. Al escanear la muestra de suelo antes y después de la tinción, los investigadores pueden inferir la distribución del carbono a partir de las diferencias en las imágenes. Hasta ahora, esto solo era posible con la ayuda de elaborados métodos de TC de sincrotrón. Sin embargo, debido a que solo hay dos aceleradores de partículas de este tipo en Alemania, el acceso es muy limitado. Por el contrario, la tomografía computarizada de rayos X está más extendida en los institutos de ciencias del suelo en Alemania.

El nuevo enfoque facilita así la investigación. «Normalmente no se puede mirar dentro del suelo. Pero esta innovación metodológica nos permite sacar conclusiones sobre dónde y qué tan bien se enriquece el carbono en el suelo según el sistema de poros y el material orgánico como las raíces y la hojarasca», dice el profesor Hans- Jörg Vogel, jefe del Departamento de Ciencias del Sistema del Suelo de la UFZ. Esto proporciona información importante sobre los procesos en el suelo y, por lo tanto, también sobre las consecuencias que tienen para la estabilización y descomposición del carbono en el suelo.

Como ejemplo, los científicos del suelo probaron su metodología en tres sitios con diferentes tipos de suelo y diferentes regímenes de humedad: un sitio de Chernozem con baja precipitación anual en la estación de investigación UFZ en Bad Lauchstädt, un sitio de Luvisol de textura fina con anegamiento estacional en el estribaciones de los Alpes, y un sitio de Gleysol permanentemente húmedo influenciado por aguas subterráneas cerca de Gießen. El resultado: En las inmediaciones de los poros (es decir, en un margen de 50 a 100 micrómetros), la concentración de carbono es menor que en el resto del suelo. Esto se debe principalmente a que la actividad microbiana disminuye al aumentar la distancia a los poros.

«Este patrón se ha observado en los tres sitios independientemente del régimen de humedad. La proximidad al sistema de poros favorece la descomposición de la materia orgánica, y la distancia a estos poros promueve la estabilización del carbono en la capa superior del suelo, la capa que es particularmente importante para la agricultura», dice Schlüter. Por el contrario, existen diferencias en el contenido de carbono alrededor de la materia orgánica, como los residuos vegetales. En el suelo seco de Chernozem, el carbono disminuye con la distancia a los residuos vegetales. Las bacterias y los hongos se adhieren a los residuos de las plantas para que puedan acceder fácilmente al carbono y metabolizarlo. Los productos de descomposición se acumulan entonces alrededor de los residuos vegetales. En el Gleysol, sucedió lo contrario. Los científicos no encontraron ningún enriquecimiento de productos alrededor de los residuos vegetales. Una explicación es que los productos de descomposición disueltos se transportan más fácilmente a distancias más largas en condiciones húmedas. «El régimen de humedad influye fuertemente en los patrones de estabilización del carbono en el suelo porque controla el alcance de la reubicación del carbono de los residuos de las plantas al suelo circundante», dice Schlüter.

El nuevo enfoque metodológico abre ahora interesantes perspectivas de investigación, como por ejemplo, cómo se distribuye el carbono en el subsuelo (es decir, las capas más profundas del suelo hasta un metro). Hasta el momento, solo hay evidencia circunstancial de que los patrones de distribución de carbono en el subsuelo son diferentes a los de la capa superior del suelo. Esto se debe a que este último no está influenciado por la labranza y no está tan intensamente mezclado por los animales de madriguera. El carbono puede alcanzar capas más profundas solo mediante la acumulación en las pocas raíces o la difusión de sustancias orgánicas disueltas.

«Sería emocionante saber más sobre estos procesos. Debido al cambio climático y las frecuentes sequías resultantes en la capa superior del suelo, las plantas carecen cada vez más de agua. Por lo tanto, la importancia del subsuelo para el crecimiento de las plantas está aumentando», dice Vogel. Con el nuevo método, los investigadores esperan comprender mejor los procesos de almacenamiento de carbono en capas más profundas, así como las causas de las diferencias en el balance de carbono entre diferentes formas de gestión de la tierra (p. ej., uso de pastizales y agricultura).