Komposisi Molekuler Bahan Organik Terlarut Eksogen Mengatur Reduksi Besi Disimilatif dan Emisi Karbon di Tanah Sawah

DOM dari biochar dengan aromatisitas dan kesetaraan ikatan rangkap tinggi mendorong reduksi Fe dan emisi CH4, sedangkan DOM dari pupuk kandang dengan aromatisitas rendah meningkatkan emisi CO2 melalui degradasi C rekalsitran. Komposisi molekuler DOM eksogen menjadi kunci pengaturan kopling C-Fe tanah.

Hai-Bo Wang; Xipeng Liu; Yu-Chen Shu; Gang Li; Cheng-Liang Sun; David Jones; Yong-Guan Zhu; Xian-Yong Lin· Environmental Science and Technology· 2025· DOI 10.1021/acs.est.5c03323

Masalah inti

Siklus karbon (C) tanah pada kondisi anoksik secara mekanistik terkait dengan reduksi besi (Fe) disimilatif, proses yang dapat dipengaruhi oleh bahan organik terlarut (DOM) eksogen. Tanah sawah, yang secara berkala tergenang dan anoksik, merupakan titik panas bagi reaksi biogeokimia terkopel tersebut. Namun, dampak DOM eksogen yang kompleks terhadap aktivitas mikroba tanah dan kopling C-Fe masih kurang diteliti. Penelitian ini mengisi celah tersebut dengan menyelidiki bagaimana komposisi molekuler DOM eksogen dari berbagai amelioran organik (biochar dan pupuk kandang) mengatur reduksi Fe dan emisi gas rumah kaca (CH4 dan CO2) di tanah sawah. Hipotesis utamanya adalah bahwa molekul DOM dengan aromatisitas dan kesetaraan ikatan rangkap (DBE) yang berbeda memengaruhi komunitas mikroba dan jalur mineralisasi C secara berbeda.

Inovasi

Eksperimen mikrokosmos selama 100 hari dilakukan menggunakan tanah sawah yang diberi DOM eksogen hasil ekstraksi dari biochar (biochar-DOM) dan pupuk kandang (manure-DOM). Komposisi molekuler DOM dikarakterisasi dengan spektrometri massa resolusi tinggi, dengan fokus pada aromatisitas, DBE, dan rasio H/C. Reduksi Fe tanah dipantau dengan mengukur produksi Fe(II) sepanjang waktu. Emisi gas rumah kaca (CH4 dan CO2) dikuantifikasi menggunakan kromatografi gas. Dinamika komunitas mikroba dianalisis melalui sekuensing gen 16S rRNA untuk mengidentifikasi bakteri pereduksi Fe, metanotrof, dan r-strategist. Eksperimen dibagi menjadi tahap awal dan akhir untuk menangkap pergeseran temporal aktivitas mikroba dan kopling C-Fe.

Pendahuluan

Siklus karbon (C) tanah pada kondisi anoksik secara mekanistik terkait dengan reduksi besi (Fe) disimilatif, proses yang dapat dipengaruhi oleh bahan organik terlarut (DOM) eksogen. Tanah sawah, yang secara berkala tergenang dan anoksik, merupakan titik panas bagi reaksi biogeokimia terkopel tersebut. Namun, dampak DOM eksogen yang kompleks terhadap aktivitas mikroba tanah dan kopling C-Fe masih kurang diteliti. Penelitian ini mengisi celah tersebut dengan menyelidiki bagaimana komposisi molekuler DOM eksogen dari berbagai amelioran organik (biochar dan pupuk kandang) mengatur reduksi Fe dan emisi gas rumah kaca (CH4 dan CO2) di tanah sawah. Hipotesis utamanya adalah bahwa molekul DOM dengan aromatisitas dan kesetaraan ikatan rangkap (DBE) yang berbeda memengaruhi komunitas mikroba dan jalur mineralisasi C secara berbeda.

Mengapa penting

Temuan ini menyoroti pentingnya komposisi molekuler DOM yang berasal dari amelioran organik dalam mengatur reduksi Fe tanah dan emisi gas rumah kaca. DOM dengan aromatisitas tinggi dan DBE tinggi (misalnya dari biochar) menstimulasi bakteri pereduksi Fe dan r-strategist, sehingga meningkatkan reduksi Fe dan produksi CH4, sekaligus menekan metanotrof. Sebaliknya, DOM dengan aromatisitas rendah, DBE rendah, dan H/C tinggi (misalnya dari pupuk kandang) mendorong degradasi C rekalsitran dan oksidasi CH4, sehingga meningkatkan emisi CO2. Hal ini menunjukkan bahwa kopling C-Fe di tanah sawah dimediasi oleh sifat kimia DOM eksogen, yang menggeser struktur komunitas mikroba dan jalur metabolisme seiring waktu. Penelitian ini menawarkan wawasan baru tentang pemanfaatan sumber daya pertanian secara efektif dan potensi mitigasi produksi serta emisi gas rumah kaca. Penelitian selanjutnya perlu mengeksplorasi jalur mekanistik yang menghubungkan sifat molekuler DOM dengan guild fungsional mikroba dan stabilitas jangka panjang C tanah pada berbagai rezim amelioran.

Siapa yang sebaiknya membaca

Pembaca Research Digest dan praktisi rumpun ini.

Membuka konten member…