Các mô hình chu
kỳ carbon hiện tại có lẽ đang đánh giá thấp khối lượng carbon dioxide giải phóng
từ đất trong mùa mưa trong các cánh rừng ôn đới như ở đông bắc nước Mỹ, theo các
nhà nghiên cứu Đại học bang Pennsylvania (Ảnh:
Caitlin Hodges)
Rễ cây và vi khuẩn sử dụng oxy để
chuyển đổi carbon hữu cơ trong đất thành CO2 để lấy năng lượng trong một quy
trình có tên hô hấp sử dụng oxy. Việc giải phóng khí CO2 này từ đất vào khí
quyển là dòng carbon lớn nhất từ các hệ sinh thái mặt đất, khiến nó trở thành
một bộ phận quan trọng của ngân sách carbon toàn cầu. Hô hấp sử dụng khí oxy là
quá trình chiếm ưu thế đóng góp cho dòng chảy này nhưng các nhà nghiên cứu
phát hiện ra rằng dưới điều kiện ẩm ướt, hô hấp kỵ khí – hay hô hấp không cần
oxy – cũng đóng góp đáng kể cho dòng này.
“Trong các mô hình hiện tại,
lượng CO2 và O2 được đối soát bằng mức tiêu thụ oxy và mức sản sinh CO2 thông
qua hô hấp sử dụng khí oxy. Đó thường là mối quan hệ 1-1 giữa tiêu thụ và sản
sinh. Nhưng chúng tôi phát hiện ra rằng, đặc biệt trong mùa hè, có một tín hiệu
đáng kể của hô hấp kỵ khí gây ra bởi rễ cây có nhu cầu oxy cao hơn và dành hết
phần của vi khuẩn. Vi khuẩn do đó phải chuyển sang sử dụng hô hấp kỵ khí”,
nghiên cứu tiến sĩ tại Khoa Khoa học và quản lý hệ sinh thái Caitlin Hodges giải
thích
Một điểm chuẩn cho việc diễn dịch
các quá trình trong đất bị ảnh hưởng bởi CO2 và oxy trong đất là tính toán tỉ số
hô hấp biểu kiến (ARQ) vốn kết hợp nồng độ CO2 và O2 thành một giá trị.
“Nếu ARQ bằng 1, điều đó nghĩa là
hô hấp sử dụng oxy là quy trình chiếm ưu thế. Nếu có độ lệch với giá trị 1 đáng
kể, điều đó cho chúng ta biết điều gì đó khác đang kiểm soát nồng độ khí trong
đất”, Hodges cho biết thêm.
Các nhà khoa học đã nghiên cứu
quá trình hô hấp trong đất ở một dòng nguồn nước đá phiến và một dòng nước sa
thạch ở Đài quan trắc khu vực trọng yếu đồi đá phiến Susquehanna. Họ đã đo nồng
độ carbon dioxide và oxy ở độ cao cách mặt đất khoảng 20 đến 40 cm và ngay trên
lớp đá nền nơi đất thịtkết thúc.
“Caitlin đã diễn dịch khí lấy mẫu
từ đất gần giống như cảnh sát diễn dịch kết quả máy thổi nồng độ cồn của một tài
xế say xỉn. Hóa học của khí bị mắc kẹt trong đất cho ra một bức tranh về những
gì vi khuẩn đang làm”, Susan Brantley, Giáo sư xuất sắc về khoa học địa chất và
là Giám đốc Viện Hệ thống môi trường và Trái đất tại Penn State cho biết.
Nhóm phát hiện ra rằng đôi khi
ARQ là tín hiệu về hô hấp kỵ khí đáng kể của vi khuẩn. Trong quá trình hô hấp kỵ
khí, vi khuẩn chuyển từ sử dụng oxy sang các kim loại oxy hóa nhưng sắt và
mangan để sinh trưởng.
“Khi thấy những con số lớn trong
ARQ, điều đó có nghĩa rằng chúng ta có nhiều carbon dioxide hơn so với hàm oxy
chỉ ra. Làm sao điều đó có thể xảy ra? Có thể xảy ra vì CO2 đang được sản
sinh mà không cần tiêu thụ oxy và đó chính xác là thứ định nghĩa về một quá
trình kỵ khí. Đó là thứ mà những con số lớn đó ám chỉ. Bạn đang thấy nhiều
carbon dioxide hơn mức mà bạn dự đoán từ việc hô hấp sử dụng oxy”, Giáo sư sinh
địa hóa học Jason Kaye giải thích thêm.
Nghiên cứu lần đầu sử dụng ARQ để
tìm bằng chứng về hình mẫu hô hấp kỵ khí theo mùa ở rừng ôn đới. Các nhà nghiên
cứu cũng tính toán được tổng lượng carbon dioxide – 36g/m2 – để lại trong hệ
thống đất mỗi năm do hô hấp kỵ khí. Họ cho rằng các ước tính bảo thủ bao gồm 10%
tổng hô hấp thực hiện bởi vi khuẩn đất tại địa điểm nghiên cứu, vốn là một con
số lớn vì các nhà khoa học không nghĩ những cánh rừng ốn đới ẩm này là nơi
chứa nhiều hô hấp kỵ khí. Brantley cho hay những cách tiếp cận mới lạ như lấy
mẫu khí đất là cần thiết để hiểu đất phản ứng như thế nào với điều kiện khí hậu
đang biến đổi.
LH (New Atlas)