Los estudios de ecología de ecosistemas a menudo se centran en lo que les sucede a las plantas sobre el suelo, por ejemplo, explorando la fotosíntesis o la pérdida de agua en las hojas.
por la Universidad de Harvard
Pero lo que sucede debajo del suelo en las raíces de las plantas es igualmente importante cuando se evalúan los procesos del ecosistema.
En un nuevo estudio en Nature Geoscience , los investigadores del Departamento de Biología Evolutiva y de Organismos de la Universidad de Harvard examinaron los exudados de las raíces y su impacto en el almacenamiento de carbono en el suelo, revelando resultados sorprendentes y contradictorios.
Los exudados de las raíces son compuestos de carbono orgánico (como azúcares simples, ácidos orgánicos y aminoácidos ) liberados de las raíces de las plantas vivas al suelo . Estas pequeñas moléculas pueden unirse directamente a los minerales del suelo, lo que los convierte en importantes reguladores de la formación y pérdida de carbono del suelo. A diferencia de la basura vegetal (como hojas y raíces), que debe descomponerse antes de que pueda afectar la reserva de carbono del suelo, los exudados de las raíces pueden tener efectos inmediatos en la materia orgánica asociada a minerales (MAOM), que contiene suelo «estable» de ciclo largo. carbón.
Varios estudios muestran que es probable que las concentraciones de CO 2 atmosférico antropogénicamente elevadas aumenten la tasa de exudación de las raíces de las plantas y cambien la composición química de los exudados de las raíces. Autor principal Nikhil R. Chari, Ph.D. El candidato y autor principal, el profesor Benton N. Taylor, probó cómo estos cambios pueden afectar el carbono del suelo al examinar cómo cambiar la tasa de exudación de las raíces y la composición de los exudados afectó la dinámica nativa del carbono del suelo en un bosque templado.
Chari y Taylor recolectaron núcleos de suelo del bosque de Harvard, un bosque templado de frondosas en el centro de Massachusetts, y los incubaron directamente en tubos de centrífuga. Luego fabricaron tres «cócteles» diferentes de exudado de raíz de carbono-13 de azúcar simple, ácido orgánico y aminoácido. Entregaron los «cócteles» a los núcleos del suelo a través de «raíces artificiales» a dos velocidades diferentes durante un período de treinta días. A diferencia de otros estudios, Chari y Taylor no utilizaron suelos homogeneizados ni artificiales. Su método de muestreo preservó grandes cantidades de heterogeneidad en el carbono del suelo y las comunidades microbianas presentes en el bosque.
«Queríamos saber si estos mecanismos estaban teniendo un efecto a escalas ecológicamente significativas», dijo Chari. «Usamos núcleos de suelo intactos para probar si el efecto de los exudados de raíces superaría la heterogeneidad natural en el sistema».
Los investigadores midieron las existencias de carbono iniciales y finales en los núcleos. Descubrieron que las contribuciones de los exudados de las raíces al carbono del suelo fueron impulsadas por las contribuciones a la fracción MAOM de ciclo largo. Los MAOM son recubrimientos microscópicos sobre partículas de suelo hechos principalmente de subproductos de bacterias y hongos. MAOM permanece en el suelo durante décadas, lo que significa que puede mantener el carbono en el suelo durante mucho tiempo.
A tasas más altas de exudación de raíces, el depósito de carbono de MAOM no cambió incluso cuando aumentaron las contribuciones de exudado de raíces a MAOM. Pero a tasas más bajas de exudación de raíces, Chari y Taylor observaron una acumulación neta de carbono MAOM, aunque las contribuciones de exudado no fueron tan grandes.
«Uno pensaría que si aumenta la tasa de exudación de las raíces, aumentaría la entrada de carbono en el suelo formando más carbono en el suelo», dijo Chari, «pero en cambio encontramos un efecto opuesto que compensó el aumento de carbono».
Los investigadores se refieren a esto como el efecto de cebado. El cebado ocurre cuando la entrada de carbono nuevo en el suelo provoca la descomposición del carbono antiguo del suelo. Las tasas mejoradas de exudación de la raíz parecían aumentar las tasas de cebado de MAOM en relación con las tasas de formación de MAOM.
«Los primeros principios sugerirían que cuanto más carbono introduzcamos en el suelo a través de la exudación, más carbono se acumulará en estas fracciones de MAOM. Cuando, de hecho, ese no parece ser el caso», dijo Taylor. «En realidad, obtienes más formación de MAOM, pero también pierdes más y se equilibra. En realidad, no obtienes más carbono en el suelo, incluso cuando estás empujando más».
Chari y Taylor también encontraron que los diferentes compuestos del exudado tenían efectos diferentes en el carbono del suelo. La glucosa (azúcar simple) produjo una mayor rotación de MAOM tanto en formación como en pérdida, pero no hubo acumulación neta de MAOM. Si bien el ácido succínico (ácido orgánico) y el ácido aspártico (aminoácido) impulsaron tasas más bajas de formación de MAOM, dieron como resultado una acumulación neta de carbono de MAOM. Curiosamente, los investigadores encontraron que los aminoácidos tenían un efecto positivo particularmente fuerte en el aumento de la formación de carbono en la biomasa microbiana, mientras que los ácidos orgánicos no lo tenían. Estos hallazgos nuevamente sugieren que la comunidad microbiana más grande mejora el efecto de preparación microbiana. Los resultados validan aún más los aumentos previstos en las tasas de exudación de raíces y un cambio hacia azúcares simplescausados por el cambio global pueden reducir la capacidad de almacenamiento de carbono del suelo.
«Estos cambios están ocurriendo de manera ubicua debajo de la superficie del suelo, pero incluso los cambios más pequeños en este proceso pueden tener una gran implicación para el almacenamiento de carbono en el suelo», dijo Taylor. «La gente sabe que los procesos en una hoja son importantes, pero cada raíz debajo de nuestros pies tiene un gran impacto en el carbono del suelo. Y el CO 2 elevado, el calentamiento u otros impulsores del cambio climático podrían causar que la pérdida de carbono del suelo aumente de manera desproporcionada . formación de carbono ”.
En el futuro, Chari y Taylor continúan midiendo los cambios en la tasa y la composición de los exudados de las raíces bajo niveles elevados de CO 2 y calentamiento en una variedad de ecosistemas diferentes, incluidos bosques templados, praderas y campos agrícolas de maíz y soja.
Más información: Nikhil Chari, La formación y pérdida de materia orgánica del suelo están mediadas por exudados de raíces en un bosque templado, Nature Geoscience (2022). DOI: 10.1038/s41561-022-01079-x . www.nature.com/articles/s41561-022-01079-x
