Mikroorganizmusok jelentősége a szén körforgásában

A szén minden élő szervezetben megtalálható, ugyanakkor jelentős mennyiségben fordul elő az élettelen környezetben is (lásd: kőzetek, széndioxid, elhalt szerves anyag, stb.)

Nagy mennyiségű szén található az élőlények, elsősorban a növények biomasszájában. Némileg eltérő adatokat kapunk az élőlényekben tárolt szén mennyiségét illetően az elérhető irodalmi forrásokból, azonban kijelenthető, hogy a légkörben található CO2 mennyisége hasonló mértékű a bioszféra növényzetében tárolt szénkészletével – ugyanakkor ennél jóval több a talajban található szén mennyisége. A szárazföldi bioszféra szénkészletét viszont szinte kizárólagosan az erdők tárolják.

Egy újabb kutatás (Resnick 2018) a növényekben tárolt szén mennyiségét 450 Gt-ra (Giga tonna= 1 milliárd tonna) teszi, mely értéket nagyságrendileg a baktériumokban tárolt 70 Gt szén követ. Ha hozzávesszük, hogy a bolygó összes ízeltlábújában tárolt szén alig éri el az 1 Gt-t, az embereké pedig a 0,06 Gt-t, – kis túlzással kijelenthetjük, ez a bolygó jóval inkább a baktériumoké, mint az embereké.

Évente hozzávetőlegesen 130 Gt légköri szén kötődik meg széndioxid formájában a fotoszintetizáló szervezetek révén Földünkön. Az így megkötött szén közel fele visszakerül az élőlények légzése során a légkörbe. Hasonló mennyiségben kerülhet a légkörbe széndioxid az elhalt élőlények mikrobiális lebontása során is.

A lebontási folyamatok jelentős mértékben függenek a talajban élő mikroorganizmusoktól. A talajba került növényi és állati maradványok széntartalma biológiai folyamatok során bomlik le és CO2 formájában kerül vissza a körforgásba. E folyamat is része a mineralizációnak (ásványosodásnak), amikor is mikroorganizmusok segítségével a bonyolultabb szerves anyagokból először egyszerűbb szerves anyagok, majd végső soron a növények számára is felvehető szervetlen anyagok jönnek létre.

A mineralizáció jelentőségéhez fogható a humifikáció folyamata, mely a legfontosabb szintetizáló (felépítő) folyamatok összességét foglalja magába.

A könnyen bontható szerves anyagok gyorsan ásványosodnak (mineralizálódnak), a nehezen bontható bomlástermékek pedig újra egymáshoz, és N tartalmú anyagokhoz kapcsolódnak (polimerizálódnak). Az így létrejött speciális szerkezetű, nagy molekulájú és sötét színű, stabil vegyületeket nevezzük humuszanyagoknak. Látnunk kell azonban, hogy e speciális szerves anyag (mely bőséges nitrogén, mikroelem és szén forrás) hosszú évszázadokon, évezredeken át történő kialakulásához – tudomány mai állása szerint – szükség van a lebontó tevékenység valamilyen módón létrejövő szüneteltetésére is, mely leginkább egy levegőtlen, anaerob környezet kialakulását jelenti. A már kialakult stabil humuszanyagok a szerves anyag lebontásnak viszonylag ellenálló, tartós szerves tápforrás készletekké alakulnak.

Említést érdemel azonban egy közelmúltban megjelent tanulmány (Kallenbach 2016), melyben a kutatók azt állítják, hogy a talaj szerves szénkészlete az elhalt mikrobiális sejtekből és melléktermékekből halmozódik fel, nem pedig az elhalt növényekből, mint azt korábban feltételezték. Sőt megállapításuk szerint a szerves anyag felhalmozódása a legintenzívebb akkor volt, amikor a legnagyobb számban – ellentétben a fentebb leírtaktól – volt kimutatható az aktív mikrobiális biomassza.

A humusz – ez a csodálatosan összetett, bonyolult szerkezetű képződmény – napjainkban is őrzi még titkait. Nem csak pontos kémiai szerkezetét nem ismerjük, de kialakulásának körülményei sem tisztázottak teljes mértékben.

Mindezek ismeretében a mi feladatunk az, hogy a talajok szén készletének, szerves anyag készletének csökkenését megakadályozzuk. Számos (elsősorban antropogén) tényező, mint például az intenzív talajművelés, a mélyszántás, a szerves anyagok gyors mineralizációját kiváltó nitrogén műtrágyák, és az erózió nagymértékben csökkentheti talajaink szerves anyag tartalmát, mely nem csak a mezőgazdaságnak jelent mind nagyobb kihívást, de a légkörbe távozó széndioxid okán a klímavédelmi célok megvalósítását is ellehetetleníti.

A talaj szerves anyag készletének csökkenésével a talaj nedvességtartalmának csökkenésére is számítanunk kell, a kitettebb talajfelszín extrém felmelegedésével együtt e folyamatok a mikrobiális talajéletet is kedvezőtlenül befolyásolják. A fenti folyamatok összességükben a biológiai sokféleség ellen hatnak, a hasznos mikrobák, talajlakó szervezetek eltűnése mellett a kártevő mikroszervezetek szaporodnak fel. Valójában a teljes talaj-táplálékháló sérülhet vagy akár össze is omlik a hasznos mikroszervezetek visszaszorulása miatt.