Organischer Kohlenstoff im Boden ist mit einem gesteigerten Pflanzenwachstum und einer verbesserten Artenvielfalt unter der Oberfläche verbunden und stellt eine potenzielle Senke für atmosphärisches Kohlendioxid (CO2) dar. Die Injektion von organischem Kohlenstoff in den Boden durch verschiedene Wurzelprozesse konzentriert sich jedoch typischerweise auf kleine räumliche Regionen, was Versuche, den Kohlenstoff zu quantifizieren und ihn mit verschiedenen Mikroumgebungen rund um Pflanzenwurzeln zu korrelieren, vereiteln kann.
Ein multiinstitutionelles Forscherteam hat einen neuen Ansatz zur Charakterisierung der Kohlenstoffisotopenverteilung in Pflanzengeweben, der Rhizosphäre und dem Boden entwickelt und demonstriert. Sie begannen damit, Rutenhirsepflanzen in einer Laborumgebung 13CO2 auszusetzen.
Sie nutzten einen 13C-Tracer, um photosynthetische Materialien selektiv zu verfolgen, während sie durch das Gefäßgewebe der Pflanzen transportiert und in die Rhizosphäre ausgeschieden wurden. Mithilfe der Laserablation im Environmental Molecular Sciences Laboratory, einer Benutzereinrichtung des Department of Energy Office of Science, rasterten sie dann über das Material, trugen die Probe kontinuierlich ab und verbrannten das resultierende Material.
Dieses aus der Probe gewonnene CO2 wurde durch eine Kapillarabsorptionsspektroskopiefaser (CAS) gepumpt. Die sorgfältige Abstimmung der Vakuumstärke half dem Team, die Verweilzeit der Probe in der Faser zu optimieren, um eine angemessene Messgenauigkeit zu erreichen, bevor die Probe die Faser verließ.
Die verbesserte Probendichte des Ansatzes des Teams wurde durch den Einsatz des CAS-Isotopendetektors ermöglicht. Die verbesserte Messempfindlichkeit von CAS im Vergleich zur herkömmlichen Isotopenverhältnis-Massenspektrometrie war entscheidend für die Durchführung kontinuierlicher Analysen, ohne dass das aus der Probe gewonnene CO2 kryogen eingefangen werden musste.
Dieser Ansatz vermeidet eine erhebliche Zeitverzögerung und erhöht dadurch die Fülle der stabilen Isotopendaten, um Fragen des Kohlenstoffkreislaufs in Pflanzengeweben, der Rhizosphäre und dem Boden besser beantworten zu können.
Die Ergebnisse sind veröffentlicht im Tagebuch Bodenbiologie und Biochemie.
Mehr Informationen:
Daniel M. Cleary et al., Laserablation-Kapillarabsorptionsspektroskopie: Ein neuartiger Ansatz für Messungen von δ13C in Pflanzen-Boden-Systemen mit hohem Durchsatz und erhöhter räumlicher Auflösung, Bodenbiologie und Biochemie (2023). DOI: 10.1016/j.soilbio.2023.109208