_ Cercetătorii descoperă exsudate de rădăcină au un impact surprinzător și contraintuitiv asupra stocării carbonului din sol

Studiile de ecologie a ecosistemelor se concentrează adesea pe ceea ce se întâmplă cu plantele de deasupra solului, de exemplu, explorarea fotosintezei sau a pierderii de apă din frunze. Dar ceea ce se întâmplă sub pământ în rădăcinile plantelor este la fel de important atunci când se evaluează procesele ecosistemice.

Într-un nou studiu în Nature Geoscience, cercetătorii de la Departamentul de Biologie Organismică și Evolutivă de la Universitatea Harvard au examinat exsudatele rădăcinilor și impactul acestora. asupra stocării carbonului din sol dezvăluie rezultate surprinzătoare și contraintuitive.

Exsudatele rădăcinilor sunt compuși organici de carbon (cum ar fi zaharuri simple, acizi organici și aminoacizi) eliberați din rădăcinile plantelor vii în sol. Aceste molecule mici se pot lega direct de mineralele din sol, făcându-le regulatori importanți ai formării și pierderii carbonului din sol. Spre deosebire de așternutul vegetal (cum ar fi frunzele și rădăcinile), care trebuie descompus înainte de a putea afecta rezervorul de carbon din sol, exsudatele de rădăcină pot avea efecte imediate asupra materiei organice asociate mineralelor (MAOM), care conține sol „stabil” cu ciclu lung. carbon.

Mai multe studii arată că concentrațiile de CO2 atmosferice ridicate din punct de vedere antropic sunt susceptibile de a crește rata de exsudare a rădăcinii plantelor și de a modifica compoziția chimică a exsudatelor de rădăcină. Autorul principal Nikhil R. Chari, Ph.D. candidatul și autorul principal, profesorul Benton N. Taylor, a testat modul în care aceste modificări pot afecta carbonul din sol, examinând modul în care modificarea ratei de exudare a rădăcinilor și a compoziției exsudaților a afectat dinamica sol-carbon nativ într-o pădure temperată.

Chari și Taylor au colectat miezuri de sol din pădurea Harvard, o pădure temperată de lemn de esență tare din centrul Massachusetts, și le-au incubat direct în tuburi de centrifugă. Ei au fabricat apoi trei „cocktail-uri” diferite de exsudat de rădăcină de carbon-13 de zahăr simplu, acid organic și aminoacizi. Ei au livrat „cocktail-urile” miezurilor solului prin „rădăcini artificiale” la două rate diferite pe o perioadă de treizeci de zile. Spre deosebire de alte studii, Chari și Taylor nu au folosit soluri omogenizate sau artificiale. Metoda lor de eșantionare a păstrat cantități mari de eterogenitate în carbonul din sol și comunitățile microbiene prezente în pădure.

„Am vrut să știm dacă aceste mecanisme au un efect la scară semnificativă din punct de vedere ecologic”, a spus Chari. „Am folosit miezuri de sol intacte pentru a testa dacă efectul exsudatelor rădăcinilor ar depăși eterogenitatea naturală a sistemului.”

Cercetătorii au măsurat atât stocurile inițiale, cât și cele finale de carbon din miezuri. Ei au descoperit că contribuțiile exsudatelor de rădăcină la carbonul din sol au fost determinate de contribuțiile la fracția MAOM cu ciclu lung. MAOM sunt învelișuri microscopice pe particulele de sol făcute în principal din produse secundare ale bacteriilor și ciupercilor. MAOM rămâne în sol timp de zeci de ani, ceea ce înseamnă că poate menține carbonul în sol pentru o perioadă foarte lungă de timp.

La rate mai mari de exsudare a rădăcinilor, rezervorul de carbon MAOM nu s-a schimbat, chiar dacă contribuția exudatului rădăcină la MAOM a crescut. Dar, la rate mai mici de exsudare a rădăcinilor, Chari și Taylor au observat acumularea netă de carbon MAOM, chiar dacă contribuțiile de exudat nu au fost la fel de mari.

„Ai crede că dacă ai crește rata de exudare a rădăcinii ai crește carbonul. aportul în sol formând mai mult carbon din sol”, a spus Chari, „dar am găsit în schimb un efect opus care a compensat creșterea carbonului.”

Cercetătorii se referă la aceasta ca efect de amorsare. Amorsarea are loc atunci când aportul de carbon nou din sol determină descompunerea carbonului vechi din sol. Ratele crescute de exsudare a rădăcinilor par să crească ratele de amorsare a MAOM în raport cu ratele de formare a MAOM.

„Primele principii ar sugera că, cu cât împingem mai mult carbon în sol prin exudare, cu atât mai mult carbon se va acumula în aceste fracțiuni MAOM. Când, de fapt, acesta nu pare să fie cazul ”, a spus Taylor. „În realitate, obțineți mai multă formare de MAOM, dar obțineți și mai multe pierderi din ea și se echilibrează. De fapt, nu obțineți mai mult carbon lipit în sol, chiar și atunci când împingeți mai mult.”

Chari și Taylor au descoperit, de asemenea, că diferiții compuși exudați au fiecare efecte diferite asupra carbonului din sol. Glucoza (zahăr simplu) a produs o cifră de afaceri mai mare a MAOM atât în ​​formare, cât și în pierdere, dar nu a existat o acumulare netă de MAOM. În timp ce acidul succinic (acid organic) și acidul aspartic (aminoacid) au condus la rate mai scăzute de formare a MAOM, dar au condus la o acumulare netă a carbonului MAOM. Interesant este că cercetătorii au descoperit că aminoacizii au avut un efect pozitiv deosebit de puternic în creșterea formării de carbon a biomasei microbiene, în timp ce acizii organici nu au avut. Aceste descoperiri sugerează din nou că comunitatea microbiană mai mare sporește efectul de amorsare microbiană. Rezultatele validează și mai mult faptul că creșterile prezise ale ratelor de exudare a rădăcinilor și o trecere către zaharuri simple cauzate de schimbările globale pot reduce capacitatea de stocare a carbonului a solului.

„Aceste schimbări au loc omniprezent sub suprafața solului, dar chiar și mici modificări. în acest proces poate avea implicații uriașe pentru stocarea carbonului din sol”, a spus Taylor. „Oamenii știu că procesele dintr-o frunză sunt importante, dar fiecare rădăcină de sub picioarele noastre are un impact uriaș asupra carbonului din sol. Iar CO2 crescut, încălzirea sau alți factori de schimbare a climei, ar putea duce la creșterea pierderilor de carbon din sol în mod disproporționat față de carbonul din sol. formarea.”

În continuare, Chari și Taylor continuă să măsoare modificări ale ratei și compoziției exsudatelor rădăcinilor sub CO2 ridicat și încălzire într-o varietate de ecosisteme diferite, inclusiv păduri temperate, pajiști și porumb și soia. câmpuri agricole.

(Fluierul)