Mikroorganismers tillväxt styr hur kol lagras i marken

Marken är världens största landbaserade kolförråd och lagrar mer kol än både atmosfären och all vegetation tillsammans. Hur mycket kol som stannar kvar i marken och hur mycket som frigörs som koldioxid avgörs till stor del av jordens mikroorganismer. Trots deras centrala roll har det länge varit oklart vilka mikrobiella processer som är viktigast för att reglera markens kollagring.

En ny internationell studie, publicerad i Nature Ecology & Evolution, visar nu att mikroorganismers tillväxthastighet är en starkare och mer konsekvent indikator för mängden organiskt kol i marken än andra mikrobiella egenskaper.

Mikroorganismer som markens kolpumpar

Markmikrober kan liknas vid små kolpumpar under markytan. De lever på kol som frigörs från växtrötter och från nedbrytning av organiskt material. En del av kolet används för att bygga ny mikrobiell biomassa, medan resten släpps ut som koldioxid genom respiration.

– Mikroorganismer är som vi, de andas för att få energi från sin föda. Andningen innebär att koldioxid frigörs. Samtidigt bidrar mikrober till att binda kvar en del av kolet i marken, eftersom delar av deras rester binds till markmineraler när de dör och blir stabilt kol i marken, säger Stefano Manzoni, professor vid Stockholms universitet och en av studiens medförfattare.

Tillväxt viktigare än effektivitet

Forskarna analyserade 268 mätningar från olika ekosystem världen över och fokuserade på två mikrobiella egenskaper: tillväxthastighet och kolanvändningseffektivitet. Tillväxthastighet beskriver hur snabbt mikrober bygger upp ny biomassa, medan kolanvändningseffektivitet visar hur effektivt mikrober omvandlar kol till biomassa i stället för att andas ut som koldioxid.
Resultaten visar att jordar med hög mikrobiell tillväxthastighet genomgående innehåller mer organiskt kol. Däremot hade kolanvändningseffektiviteten endast ett svagt samband med markens kolförråd.

– Tillväxthastigheten fungerar som motorn som driver kolflödena i marken, medan effektiviteten snarare är växellådan som finjusterar hur kolet fördelas mellan biomassa och koldioxid, säger Rebecca Varney, postdoktor vid Stockholms universitet och medförfattare till studien.

Klimat och markegenskaper spelar stor roll

Studien visar också att klimat och markegenskaper, särskilt temperatur och markens lerhalt, har minst lika stor betydelse för variationen i markens kol som mikrobiella egenskaper. Det understryker att markens kollagring styrs av ett samspel mellan biologiska processer och fysiska begränsningar.

När forskarna jämförde sina resultat med globala klimatmodeller fann de att modellerna ofta överskattar mikrobernas roll och samtidigt underskattar betydelsen av markstruktur och klimat. Det kan påverka hur väl framtida förändringar i markens kolförråd kan förutsägas.

– Modeller som används för att beräkna hur mycket kol som lagras i marken bygger på forskarnas kunskap om hur olika processer fungerar. Problemet är att det finns begränsat med mätdata, särskilt om mikrobiella processer, vilket gör det svårt att avgöra hur väl modellerna speglar verkligheten. Den här studien bidrar med ny kunskap och visar att modellerna ibland ger fel vikt åt olika processer, säger Erik Schwarz, doktorand vid Stockholms universitet.

Förbättrar förståelse av markens roll i klimatet

Marken är central för långsiktig kolinlagring och för arbetet med att begränsa klimatförändringarna. För att kunna förutsäga hur markens kolförråd påverkas av klimatförändringar och markanvändning krävs modeller som bygger på rätt biologiska och fysiska processer.

Studien pekar ut mikrobiell tillväxthastighet som en nyckelvariabel för att bättre koppla samman observationer och klimatmodeller – och därmed fördjupa förståelsen av markens roll i ett föränderligt klimat.

Läs hela studien

"Microbial growth rate is a stronger predictor of soil organic carbon than carbon use efficiency" är publicerad i tidskriften Nature Ecology and Evolution.

DOI: 10.1038/s41559-025-02961-8