Huella dactilar para la formación de emisiones de óxido nitroso

Los científicos dirigidos por Eliza Harris y Michael Bahn del Instituto de Ecología de la Universidad de Innsbruck han logrado estudiar las emisiones del gas de efecto invernadero N₂O bajo la influencia de impactos ambientales con un nivel de detalle sin precedentes. El estudio, que ahora se ha publicado en Avances científicos, es por tanto también un punto de partida para la creación de modelos que podrían predecir las tendencias futuras en la dinámica de emisión de gases de efecto invernadero de los ecosistemas bajo el cambio climático global.

Óxido nitroso (N₂O) es un potente gas de efecto invernadero cuya tasa de crecimiento atmosférico se ha acelerado durante la última década. La mayor parte de N antropogénico₂Las emisiones de O resultan de la fertilización de suelos con nitrógeno, que se convierte en N₂O a través de varios procesos abióticos y biológicos. Un equipo de científicos dirigido por Eliza Harris y Michael Bahn del grupo de investigación de Ecología Funcional de la Universidad de Innsbruck ha podido rastrear en detalle la N₂O vías de producción y consumo que ocurren dentro del ciclo del nitrógeno y, en última instancia, conducen a la emisión de este gas de efecto invernadero, como parte del proyecto NitroTrace, financiado por FWF. En una instalación experimental en la Universidad de Innsbruck, se estudiaron 16 monolitos de pastizales intactos del sitio subalpino de Investigación de Ecosistemas a Largo Plazo (LTER) Kaserstattalm en la región de Stubaital de Tirol. Los bloques de suelo estuvieron expuestos a sequías extremas y posterior rehumectación. Estas condiciones climáticas reflejan los cambios climáticos a los que muchas regiones del mundo, incluidos los Alpes, están cada vez más expuestas.

“Nuestro objetivo era cuantificar el efecto neto de la sequía y la rehumectación en N₂O procesos de formación y emisiones, que actualmente está en gran parte inexplorado “, dice Eliza Harris. Contrariamente a las expectativas de los investigadores, el proceso de desnitrificación, la descomposición del nitrato en N₂O y nitrógeno molecular (N2) por microorganismos especializados, se encontró que domina el N₂O producción en suelos muy secos.

De acuerdo con supuestos anteriores, este proceso tiene lugar principalmente en suelos húmedos y pobres en oxígeno y, como resultado, más N₂O puede liberarse a la atmósfera durante la sequía de lo esperado. Los investigadores esperaban que el proceso de nitrificación predominara en suelos secos, produciendo nitrato, que es un importante compuesto químico para las plantas. “Supusimos que si el suelo estaba seco, habría suficiente oxígeno disponible para la nitrificación. Después de un examen más detenido, pudimos detectar acumulaciones de materia orgánica que contienen nitrógeno inducidas por la sequía en la superficie de nuestras muestras de suelo e identificarlas como desencadenantes para la desnitrificación en suelo seco. Esto sugiere un papel importante para las vías de quimiodenitrificación y codenitrificación previamente poco entendidas, donde procesos abióticos y bióticos adicionales conducen a la formación de N₂O “, explica Eliza Harris el sorprendente resultado. En general, N₂La emisión de O fue mayor durante la rehumectación tras una sequía extrema.

Los resultados brindan a los investigadores información sin precedentes sobre el ciclo del nitrógeno y los procesos involucrados en la formación del gas de efecto invernadero N₂O en respuesta a parámetros ambientales. Una mejor comprensión de las reacciones de producción y consumo puede ayudar a encontrar soluciones para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, que han ido aumentando durante décadas.

Método de análisis innovador

Para el éxito de la investigación fue crucial el uso de la espectroscopia isotópica láser, que fue posible gracias al proyecto LTER-CWN, financiado por FFG. “A través de esta novedosa técnica analítica, podemos determinar la composición isotópica de N₂O. Así, obtenemos una especie de huella dactilar para el proceso de formación del N emitido₂O, que a su vez nos ayuda a comprender su proceso de formación microbiana “, enfatiza Eliza Harris en la importancia de este procedimiento. Los análisis de ecología molecular también les ayudaron a determinar qué genes y microbios estaban involucrados en la transformación del nitrógeno. Además, las técnicas de análisis espacial ayudaron a determinar composición elemental y distribución en el suelo. “Esperamos que al continuar aplicando la combinación de estos métodos en futuros proyectos de investigación similares, obtengamos más conocimientos sobre los efectos de retroalimentación entre el cambio climático y el ciclo del nitrógeno en diferentes ecosistemas y entornos”, dice Eliza Harris El objetivo a largo plazo de los investigadores es utilizar modelos para predecir la dinámica de las emisiones de los ecosistemas en el contexto del cambio climático.