Tra microbi e ciclo del carbonio una relazione più complicata del previsto

In alcune circostanze, spiega un nuovo studio, la respirazione microbica, con conseguente rilascio di carbonio, può aumentare anche a fronte di una produzione di biomassa costante. Un aspetto che deve essere integrato nei modelli di proiezione climatica

di Matteo Cavallito

I microbi del suolo, come noto, hanno un ruolo chiave nella regolazione del ciclo del carbonio. Ma le dinamiche che condizionano la respirazione dei microorganismi da una parte e la capacità del terreno di stoccare l’elemento dall’altra non sono ancora del tutto chiare. Al punto che alcune delle ipotesi maggiormente consolidate nella spiegazione di questi meccanismi potrebbero ora essere messe in discussione da una nuova interpretazione.

Ad avanzarla, nelle scorse settimane, i ricercatori dell’Istituto di Scienze Ambientali della Terra dell’Accademia Cinese delle Scienze che, in uno studio pubblicato su Science Advances, offrono una nuova prospettiva per i modelli di proiezione dei cambiamenti climatici. Ribaltando le precedenti ipotesi sul rapporto tra respirazione e cattura del carbonio.

Il nesso tra efficienza, stoccaggio e respirazione

L’influenza dei microrganismi sul ciclo del carbonio nel suolo è comprensibile tenendo conto di due valori essenziali: il tasso di respirazione eterotrofica (Rh) e l’efficienza di utilizzo del carbonio microbico (CUE). La prima grandezza misura la quantità di CO2 rilasciata nell’atmosfera quando i microbi degradano il materiale vegetale. La seconda misura l’efficienza con cui i microrganismi convertono il carbonio organico assorbito nella propria biomassa invece di rilasciarlo sotto forma di anidride carbonica. Questi aspetti, ovviamente, sono strettamente correlati.

Semplificando: quando l’efficienza di utilizzo è elevata, infatti, il carbonio viene fissato maggiormente nella biomassa e, successivamente, nel terreno. Quando è bassa, al contrario, la maggior parte dell’elemento viene rilasciata attraverso la respirazione.

Gli scienziati, evidenzia una nota, hanno tradizionalmente ipotizzato che il CUE diminuisca linearmente all’aumentare del Rh in tutti gli ecosistemi. L’ultimo studio, tuttavia, ha dimostrato che la relazione tra le due grandezze non è in realtà uniforme. Variando in modo non lineare con la produttività dell’ecosistema.

Il disaccoppiamento

“Quando l’assorbimento totale di carbonio microbico è costante, una maggiore assimilazione per la crescita combinata con una minore respirazione eterotrofica indica una produzione di biomassa più efficiente che migliora la ritenzione di carbonio organico nel suolo”, spiega lo studio. In condizioni ambientali mutevoli, tuttavia, l’efficienza della crescita microbica è più stabile rispetto ai livelli di respirazione. Ulteriori valutazioni, inoltre, suggeriscono che il riscaldamento accelera la respirazione stessa ma non ha un effetto chiaro o coerente sull’incremento della biomassa dei microorganismi.

“Le differenze nelle risposte”, continua la ricerca, “implicano uno sganciamento tra l’efficienza di assimilazione e la respirazione eterotrofica in specifiche condizioni ambientali”.

Questo disaccoppiamento “mette in discussione l’ipotesi consolidata secondo cui il CUE diminuisce in modo uniforme all’aumentare del Rh“. Esso, inoltre, ”potrebbe anche rappresentare un fattore di incertezza nel collegamento del CUE con lo stoccaggio e le dinamiche del carbonio nel suolo”. Lo studio ha permesso per la prima volta di testare empiricamente questo fenomeno evidenziando i meccanismi che lo regolano.

Dallo studio una prima conferma empirica

L’équipe di ricerca ha utilizzato un totale di 1.094 osservazioni accoppiate provenienti da una serie di ecosistemi naturali globali che hanno rivelato modelli distinti in diverse zone. Nelle regioni a bassa produttività, come le aree aride e fredde ad esempio, il CUE è diminuito con l’aumento del Rh, in linea con l’ipotesi tradizionale.

Nelle aree ad alta produttività, come gli ecosistemi tropicali e temperati, al contrario, l’efficienza d’uso del carbonio si è sganciata dal tasso di respirazione una volta che quest’ultimo ha superato una soglia critica.

Secondo gli autori, in particolare, in condizioni di limitata disponibilità di nutrienti come azoto e fosforo, i microrganismi possono sostenere la crescita investendo nella produzione di enzimi con un forte impiego energetico e in un efficiente riciclo dei nutrienti. Queste dinamiche incidono sul ciclo del carbonio.

La stabilizzazione a quota 27%

Nel dettaglio, quando il tasso di respirazione eterotrofica supera circa 340 grammi di carbonio per metro quadrato all’anno, spiega la ricerca, l’efficienza d’uso del carbonio microbico smette di diminuire secondo lo schema tradizionale e mostra una stabilizzazione attorno a un valore medio di circa 0,27. Ciò significa, in altre parole, che ulteriori aumenti dell’intensità della respirazione non risultano associati a una riduzione significativa della quota di carbonio organico assimilato convertita in nuova biomassa microbica che si mantiene mediamente intorno al 27% del totale mentre la parte restante (73%) viene prevalentemente restituita all’atmosfera sotto forma di CO₂.

Il meccanismo, inoltre, spiega perché l’inverdimento della vegetazione possa accelerare la perdita del carbonio nel suolo, mentre l’apporto di nutrienti sarebbe in grado di migliorarne il sequestro.

Le conclusioni dello studio hanno importanti implicazioni suggerendo la necessità di aggiornare i modelli predittivi per migliorare l’accuratezza delle proiezioni climatiche. I risultati della ricerca, infatti, “suggeriscono un potenziale limitato degli ecosistemi naturali di fungere da efficaci serbatoi di carbonio nel suolo in un contesto di cambiamento globale (ad esempio, l’inverdimento della vegetazione)”. E sottolineano, quindi, “l’importanza di integrare l’adattabilità metabolica microbica nelle future valutazioni meccanicistiche delle dinamiche dell’elemento nel terreno”.