Ketika suhu global meningkat, khususnya di wilayah dataran tinggi, mikroba tanah mengalami perubahan penting dalam cara mereka memproses nutrisi. Secara tradisional, mikroba ini bertindak sebagai pendaur ulang, mengubah nitrogen menjadi bentuk yang dapat digunakan tanaman. Namun, penelitian baru dari Islandia mengungkapkan bahwa pemanasan tanah menyebabkan mikroba menahan nitrogen secara internal, sehingga mengurangi jumlah nitrogen yang tersedia untuk pertumbuhan tanaman dan berpotensi memperburuk perubahan iklim. Perubahan ini mengganggu siklus nutrisi alami, yang berdampak luas terhadap vegetasi dan tingkat gas rumah kaca di atmosfer.
Eksperimen Alami di Islandia
Temuan ini berasal dari penelitian unik jangka panjang yang dilakukan di padang rumput subarktik dekat Hveragerði, Islandia. Serangkaian gempa bumi pada tahun 2008 secara tidak sengaja menciptakan laboratorium alami: aktivitas panas bumi menghangatkan sebagian tanah sebesar 0,5°C hingga 40°C di atas normal, sehingga memungkinkan para peneliti untuk mengamati respons ekosistem dalam kondisi pemanasan berkelanjutan. Eksperimen alami ini memberikan kesempatan langka untuk mempelajari bagaimana mikroba beradaptasi terhadap kenaikan suhu jangka panjang dengan cara yang tidak dapat ditiru sepenuhnya oleh kondisi laboratorium yang terkontrol.
Para peneliti menggunakan nitrogen-15 untuk melacak aliran nutrisi dan menemukan bahwa setelah hilangnya nitrogen dari tanah, mikroba menjadi semakin konservatif. Alih-alih melepaskan amonium – produk sampingan nitrogen yang dapat digunakan tanaman – mereka mulai mendaur ulang nitrogen secara internal. Perilaku ini, yang digambarkan oleh seorang peneliti sebagai mikroba yang setara dengan “menahan urin”, mengurangi ketersediaan nitrogen untuk tanaman.
Implikasinya terhadap Ekosistem
Penimbunan mikroba ini mempunyai dampak positif dan negatif. Di satu sisi, hal ini mencegah hilangnya nitrogen lebih lanjut melalui pencucian atau pelepasan ke atmosfer dalam bentuk dinitrogen oksida, gas rumah kaca yang kuat. Namun, hal ini juga meningkatkan persaingan antara tanaman dan mikroba untuk mendapatkan sumber nitrogen yang terbatas.
Keseimbangan antara pertumbuhan tanaman (menyerap karbon) dan dekomposisi mikroba (melepaskan nitrogen) terganggu. Jika mikroba memprioritaskan kebutuhannya sendiri, pertumbuhan tanaman akan melambat, sehingga mengurangi kemampuan ekosistem untuk mengimbangi emisi karbon. Hal ini justru dapat mempercepat pemanasan dibandingkan memitigasinya, sehingga melemahkan asumsi-asumsi dalam beberapa model iklim.
Pemanasan Dini Sangat Penting
Para peneliti kini mempelajari tahap awal pemanasan tanah untuk menentukan apa yang terjadi sebelum hilangnya unsur hara secara signifikan. Pemindahan tanah normal ke daerah yang panas menunjukkan bahwa sebagian besar penipisan unsur hara terjadi sejak dini, dalam 5-10 tahun pertama pemanasan. Temuan ini menekankan bahwa dampak paling merusak terjadi pada fase awal kenaikan suhu, sehingga intervensi cepat menjadi penting.
Lingkaran Umpan Balik Karbon yang Menjulang
Studi ini menyoroti potensi perkiraan yang terlalu rendah dalam model iklim mengenai kontribusi nitrogen di tanah dingin dan hilangnya karbon terhadap pemanasan global. Tanah Arktik menyimpan sejumlah besar bahan organik yang terurai sebagian – sebuah reservoir karbon yang sangat besar. Suhu yang lebih hangat meningkatkan aktivitas mikroba, mempercepat dekomposisi dan melepaskan lebih banyak karbon dioksida.
Harapan bahwa tanaman akan tumbuh lebih subur dalam kondisi hangat dan menyerap kelebihan karbon kini dipertanyakan. Sebaliknya, penimbunan mikroba mengurangi ketersediaan nitrogen, melemahkan pertumbuhan tanaman, dan mengurangi kemampuan ekosistem untuk bertindak sebagai penyerap karbon. Hal ini menciptakan putaran umpan balik yang berbahaya: berkurangnya pertumbuhan tanaman, tanah yang lebih buruk, dan emisi gas rumah kaca yang terus berlanjut.
Peringatan dan Penelitian Masa Depan
Meskipun merupakan terobosan, penelitian ini mengakui adanya keterbatasan. Tanah yang dipanaskan secara panas bumi mungkin tidak secara sempurna mencerminkan pola pemanasan global, yang mencakup peningkatan suhu udara, bukan hanya pemanasan di tingkat akar. Selain itu, tanah vulkanik di Islandia berbeda dengan lanskap Arktik kaya gambut yang ditemukan di Skandinavia dan Rusia. Penelitian lebih lanjut di berbagai lingkungan Arktik sangat penting untuk mengonfirmasi temuan ini.
Temuan-temuan ini menggarisbawahi aspek penting namun terabaikan dalam perubahan iklim: interaksi kompleks antara mikroba, tanaman, dan siklus nutrisi. Mengabaikan dinamika ini dapat mengakibatkan prediksi iklim yang tidak akurat dan strategi mitigasi yang tidak efektif.
