Previsão de estoques SOC com base na variação espacial e temporal nas propriedades do solo usando regressão parcial de mínimos quadrados

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 7949 (2023) Citar este artigo

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O aquecimento global é um problema de grande escala e o sequestro de carbono do solo é sua escala local, solução natural. O papel do solo como sumidouro de carbono tem sido pesquisado extensivamente, mas o conhecimento sobre o papel das variáveis ​​do solo na previsão da absorção de carbono do solo e sua retenção é escasso. O estudo atual prevê estoques de SOC no solo superficial da região de Islamabad-Rawalpindi, mantendo as propriedades do solo como variáveis ​​explicativas e aplicando o modelo de regressão de mínimos quadrados parcial em conjuntos de dados de duas estações diferentes. Amostras coletadas das cidades gêmeas de Islamabad e Rawalpindi foram testadas quanto à cor do solo, textura, teor de umidade, SOM, densidade aparente, pH do solo, CE, SOC, sulfatos, nitratos, fosfatos, fluoretos, cálcio, magnésio, sódio, potássio, e metais pesados ​​(níquel, cromo, cádmio, cobre e manganês) por meio da aplicação de protocolos padronizados. Posteriormente, o PLSR foi aplicado para prever os estoques SOC. Embora os estoques atuais de SOC variem de 2,4 a 42,5 Mg/hectare, os resultados do PLSR projetam que, se as variáveis ​​do solo permanecerem inalteradas, os estoques de SOC provavelmente se concentrarão em torno de 10 Mg/hectare na região. O estudo também identificou a importância da variável para os conjuntos de dados de ambas as estações, de modo que as variáveis ​​ruidosas nos conjuntos de dados pudessem ser descartadas em pesquisas futuras e estimativas precisas e exatas pudessem ser feitas.

Em escala global, há um notável nível de interesse crescente por uma melhor gestão do carbono orgânico dos solos, não apenas para lidar com os problemas de segurança alimentar, mas também para enfrentar as mudanças climáticas. As principais iniciativas que abordam esse problema incluem a iniciativa 4p1000, REDD + e Avaliação global do programa de potencial de sequestro de SOC (GSOCseq)1,2,3.

O solo é considerado o maior de todos os sumidouros para a fixação do carbono atmosférico. Detêm o dobro da quantidade de carbono em comparação com a vegetação terrestre4,5. O solo contém carbono na forma de carbono orgânico do solo (além dos solos calcários)6,7. A absorção de carbono no solo, comumente referida como sequestro de carbono, ocorre diretamente quando o CO2 é transformado em compostos inorgânicos como carbonatos de cálcio e magnésio por meio de reações químicas inorgânicas específicas8; ou ocorre indiretamente quando a biomassa é degradada e se torna parte do sistema do solo na forma de compostos orgânicos, amplamente referidos como matéria orgânica do solo, consistindo de carbono orgânico do solo junto com outras substâncias orgânicas, como o húmus9. A maioria dos aspectos estruturais e funcionais do sistema do solo, como retenção de umidade, formação de complexos com os íons metálicos e a capacidade de troca catiônica dos solos, são dependentes do carbono orgânico do solo10,11. Mas o impacto do SOC no solo não é unidirecional. As propriedades do solo também influenciam a captura, qualidade, distribuição e tempo de retenção do SOC, dependendo de vários fatores externos e internos, como categoria de uso da terra e flutuações sazonais de temperatura e umidade12,13.

A absorção e retenção do carbono atmosférico no solo é um fenômeno complexo. Este intrincado processo envolve múltiplas variáveis ​​pertencentes a todas as esferas (atmosfera, biosfera, hidrosfera e litosfera) do ecossistema14,15.

Dentro do regime do solo, as mudanças espaciais e temporais nos estoques de carbono orgânico do solo são muito dependentes das propriedades inatas dos solos. No entanto, as estatísticas sobre a distribuição dos estoques de carbono orgânico do solo (COS) nos perfis do solo em relação às variáveis ​​do solo são pouco adequadas.

A pesquisa a seguir fornece uma imagem holística de diferentes variáveis ​​que moldam os estoques SOC nos solos superiores da região de Islamabad-Rawalpindi.

Para a presente pesquisa, 204 amostras (incluindo réplicas de campo) foram coletadas do solo superficial (0–30 cm) da região de Islamabad e Rawalpindi. A temperatura atmosférica e a elevação foram anotadas no campo, juntamente com as leituras do GPS e as propriedades do solo foram avaliadas no laboratório da universidade Fatima Jinnah Women. Com a intenção de estudar a variação espacial, as amostras foram coletadas de três diferentes tipos de uso da terra, ou seja, campos agrícolas, terras urbanas (parques públicos) e áreas florestais da região de Islamabad e Rawalpindi. Para avaliar a mudança temporal, as amostras foram coletadas em duas estações, ou seja, verão e inverno. As amostras foram analisadas quanto às variáveis ​​físicas do solo, como a cor do solo, que foi avaliada usando a tabela de cores do solo de Munsell16,17; textura do solo avaliada pelo método hidrômetro17; teor de umidade do solo calculado pelo método de perda por secagem17; matéria orgânica que foi avaliada pela técnica de perda ao fogo18,19 e densidade do solo que foi avaliada por meio do método de cavidade complacente20. Parâmetros químicos também foram analisados ​​usando protocolos padrão. O pH e CE foram medidos usando o kit de multímetro portátil Crison MM4017. O carbono orgânico do solo foi avaliado pelo método modificado de Walky e Black21; sulfatos, nitratos e fosfatos do solo foram analisados ​​por espectrofotometria UV/VIS17; os fluoretos foram avaliados por eletrodo seletivo de íons22. Os íons sódio e potássio foram analisados ​​por fotometria de chama e os teores de cálcio, magnésio e metais pesados ​​como níquel, cromo, cádmio, cobre e manganês foram avaliados por espectrofotometria de absorção atômica17.