קשרים בין מבנה הקרקע לדינמיקת הפחמן האורגני בקרקע: שילוב טומוגרפיית וספקטרו-מיקרוסקופיה של קרני X

פחמן אורגני הוא בעל תפקיד מרכזי בפוריות הקרקע, בפרודוקטיביות ובמחזור הפחמן הגלובלי. עם זאת, המנגנונים הקובעים את יציבותו וקצבי פירוקו הובנו באופן חלקי בלבד, באופן המעכב את פיתוחם של ממשקי חקלאות ואסטרטגיות יעילות לניהול שטפי פחמן בקרקע. מבנה הקרקע – הסידור המרחבי של מוצקים ונקבובים – מהווה את השלד הפיזיקלי שמניע מגוון רחב של תהליכים פיזיקליים, ביולוגיים וכימיים ומבקר אותם. תהליכים אלו משפיעים על פירוק או שימור של חומר אורגני, ומכאן גם על שטפי הפחמן אל הקרקע וממנה. בעוד שטומוגרפיית קרני X מאפשרת דימות תלת-ממדי של דוגמאות קרקע בלתי מופרעות, היא מוגבלת ביכולתה למפות במקביל את תכולת הפחמן, שכן הפוטונים האנרגטיים המשמשים בשיטה זו (קרני X באנרגיה גבוהה) כמעט ואינם מקיימים אינטרקציה עם יסודות קלים – ובכללם פחמן. מחקר זה מציג גישה מתקדמת חדשנית למיפוי מרחבי של פחמן בדגימות קרקע בלתי מופרות, תוך שימוש בפלואורסנציה של קרני X (XRF) באנרגיות נמוכות ובספקטרוסקופיית NEXAFS בסינכרוטרון. שילוב טכנולוגיות זה מאפשר מיפוי ברזולוציה גבוהה (20 מיקרון) של תכולת הפחמן ושל קבוצות פונקציונליות במולקולות אורגניות, תוך שמירה על מבנה הקרקע בהקשר סביבתי מציאותי.

גישה זו מאפשרת ניתוח של דוגמאות קרקע בקוטר 16 מ"מ ובגובה 15 מ"מ, תוך שימור שורשים, חומר אורגני חלקיקי ונקבוביות בטווח גדלים של עד כ-850 מיקרון. ניתוח הנתונים הספקטרו-מיקרוסקופיים חשף דפוסים מרחביים ברורים של תרכובות פחמן במבני קרקע שונים, המצביעים על מתאם מובהק בין מבנה הנקבובים להרכב הכימי של הפחמן האורגני: פחמן ארומטי מופה בעיקר בסביבת שורשים ובמטריצת הקרקע, בעוד שתרכובות קרבוקסיליות התרכזו בגבולות שבין הנקבובים למטריצת הקרקע. השילוב בין מידע מבני לכימי ברזולוציה מרחבית גבוהה מספק תובנות חדשות על יחסי הגומלין בין מבנה הקרקע להרכב החומר האורגני – שני גורמי מפתח בהגנה ובקיבוע של פחמן בקרקע. תובנות אלו עשויות לתרום לפיתוח גישות חדשניות לניהול שטפי פחמן במערכות חקלאיות ולהתמודדות עם שינויי אקלים.