Des chercheurs du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) ont récemment étudié comment l'humidité influence la respiration hétérotrophe du sol. C'est le processus semblable à la respiration par lequel les microbes convertissent le carbone organique mort du sol en dioxyde de carbone.

Globalement, les sols stockent d'énormes quantités de carbone organique, dont une partie est consommée par les microbes et exhalée sous forme de dioxyde de carbone. De cette façon, les sols produisent chaque année un important flux naturel de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. (La quantité est importante :environ six fois plus que les émissions humaines du même gaz à effet de serre.)

Comprendre ce qui influence ce flux a d'énormes implications pour comprendre le changement climatique et le cycle du carbone, et pour fixer des objectifs d'émissions.

L'étude de biogéochimie offre une stratégie de modélisation rentable qui est la première à étudier l'effet de l'humidité sur ces taux de respiration critiques pour le climat à l'échelle des pores difficiles à simuler. L'article soutient également que les simulations doivent reconnaître la diversité des espaces poreux du sol, et aller au-delà de l'hypothèse de modélisation selon laquelle les sols sont homogènes.

Il est déjà bien connu que les conditions d'humidité dans le sol affectent les taux de respiration des microbes hétérotrophes. Mais considérez le complexe, des mondes minuscules dans lesquels l'humidité habite et fait son travail. Les sols sont faits de sable, limon, argiles, et la matière organique formée en "porosphères" miniatures. À son tour, ces habitats microbiens imbriqués sont déchirés par l'eau et les gaz.

La modélisation de la respiration hétérotrophe à ce que les scientifiques appellent « l'échelle des pores » est difficile. Pour un, la modélisation des fluides à une échelle aussi petite pose de grands défis informatiques. Pour un autre, la modélisation à l'échelle des pores est difficile en raison des différences microscopiques dans le sol. Il s'avère que la distribution du carbone organique dans les sols est très localisée. La quantité de carbone organique va où dépend de la protection physique, résistance chimique, connectivité des pores, colonies microbiennes non uniformes, et la teneur en humidité locale.

Cette étude, rédigée par Zhifeng Yan, Vanessa Bailey, et quatre autres scientifiques du PNNL - est le premier à effectuer une étude à l'échelle des pores sur la façon dont les taux de respiration induits par l'humidité sont affectés par des facteurs tels que l'hétérogénéité de la structure des pores du sol, biodisponibilité du carbone organique du sol, répartition du taux d'humidité, et le transport du substrat. Il donne également un aperçu des processus physiques qui contrôlent la façon dont la respiration du sol réagit aux changements des conditions d'humidité. De plus, les analyses numériques du document représentent une approche rentable pour étudier la minéralisation du carbone dans les sols.

Les simulations de cette étude confirment généralement plusieurs hypothèses précédentes :que le taux de respiration du carbone du sol est fonction de la teneur en eau; que ces taux augmentent à mesure que l'humidité (et donc la disponibilité du substrat) augmente ; et que la respiration du carbone du sol diminue après un certain optimum en raison de la limitation de l'oxygène.

Les résultats du modèle de l'étude, reproduit par la recherche sur le terrain, confirment également que les taux de respiration augmentent avec la porosité du sol plus élevée, et que les sols compactés - ceux qui ont moins de porosité parce qu'ils ne sont pas labourés et non perturbés - réduisent la vitesse à laquelle le dioxyde de carbone s'échappe dans l'atmosphère.

Le long du chemin, l'étude met en garde contre le danger de supposer que les sols modélisés ont une porosité uniforme. Il est préférable, disent les chercheurs, essayer de simuler l'hétérogénéité structurelle - la diversité - des sols tels qu'ils existent dans la nature.

Des recherches supplémentaires sont nécessaires, ils ajoutent, sur la façon dont les processus aérobies et anaérobies couplés accéléreraient ou ralentiraient la quantité de carbone organique séquestré dans le sol. Ces processus couplés n'étaient pas dans la conception de l'étude.