Nghiên cứu này là nghiên cứu đầu tiên đo lường tầm quan trọng tương đối của các quá trình vi sinh vật trong chu trình carbon của đất. Các tác giả của nghiên cứu phát hiện ra rằng vai trò của vi khuẩn trong việc lưu trữ carbon trong đất quan trọng hơn ít nhất bốn lần so với bất kỳ quá trình nào khác, bao gồm cả quá trình phân hủy vật chất sinh học.

Đất của Trái đất chứa lượng carbon gấp ba lần so với bầu khí quyển, tạo ra một bể chứa carbon quan trọng trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu.

Nghiên cứu, “Hiệu quả sử dụng carbon vi sinh vật thúc đẩy lưu trữ carbon trong đất toàn cầu”, được xuất bản trên tạp chí Nature, mô tả một cách tiếp cận mới để hiểu rõ hơn về động lực học carbon trong đất bằng cách kết hợp mô hình máy tính vi sinh vật với đồng hóa dữ liệu và học máy, để phân tích dữ liệu lớn liên quan đến chu trình carbon.

Phương pháp đo lường hiệu quả sử dụng carbon của vi sinh vật so sánh lượng carbon được vi khuẩn sử dụng để tăng trưởng so với lượng carbon được sử dụng cho quá trình trao đổi chất. Khi được sử dụng cho quá trình tăng trưởng, carbon sẽ bị vi khuẩn cô lập trong tế bào và cuối cùng là trong đất, và khi được sử dụng cho quá trình trao đổi chất, carbon được giải phóng dưới dạng một sản phẩm phụ trong không khí dưới dạng carbon dioxide, nơi nó hoạt động như một loại khí nhà kính. Cuối cùng, sự phát triển của vi khuẩn đóng vai trò quan trọng hơn quá trình trao đổi chất trong việc xác định lượng carbon được lưu trữ trong đất.

Yiqi Luo, Giáo sư Liberty Hyde Bailey tại Trường Khoa học Thực vật Tích hợp thuộc Đại học Nông nghiệp và Khoa học Đời sống, cho biết: “Nghiên cứu này cho thấy hiệu quả sử dụng carbon của vi sinh vật quan trọng hơn bất kỳ yếu tố nào khác trong việc xác định lượng carbon lưu trữ trong đất”.

Những hiểu biết mới giúp các nhà nghiên cứu nông nghiệp hướng tới nghiên cứu các phương pháp quản lý trang trại có thể ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng carbon của vi sinh vật để cải thiện sức khỏe của đất, điều này cũng giúp đảm bảo an ninh lương thực tốt hơn. Các nghiên cứu trong tương lai có thể điều tra các bước để tăng khả năng hấp thụ carbon tổng thể của đất bằng vi khuẩn. Các nhà nghiên cứu cũng có thể nghiên cứu các loại vi khuẩn và chất nền khác nhau có thể ảnh hưởng đến việc lưu trữ carbon trong đất như thế nào.

Động lực học carbon trong đất đã được nghiên cứu trong hai thế kỷ qua, nhưng những nghiên cứu đó chủ yếu liên quan đến lượng carbon đi vào đất từ rác lá và rễ, và lượng bị mất vào không khí dưới dạng CO2 khi chất hữu cơ bị phân hủy.

Trong một ví dụ về nông nghiệp kỹ thuật số tiên tiến, Luo và các đồng nghiệp đã tạo ra bước đột phá và phát triển phương pháp tích hợp dữ liệu lớn vào mô hình máy tính hệ thống trái đất bằng cách sử dụng đồng hóa dữ liệu và học máy. Mô hình tiết lộ rằng hiệu quả sử dụng carbon tổng thể của các nhóm vi khuẩn quan trọng ít nhất gấp bốn lần so với bất kỳ thành phần nào khác được đánh giá, bao gồm cả quá trình phân hủy và carbon đầu vào.

Mô hình dựa trên quy trình mới, phương pháp tiếp cận học máy, lần đầu tiên mang lại kết quả này, mở ra khả năng áp dụng phương pháp này để phân tích các loại tập dữ liệu lớn khác.