Los investigadores descubren que los exudados de las raíces tienen un efecto sorprendente y contradictorio en el almacenamiento de carbono en el suelo


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 de las hojas.


de la Universidad de Harvard


Pero lo que sucede bajo tierra en las raíces de las plantas es igual de importante cuando se evalúan los procesos del ecosistema.

En un nuevo estudio en Geociencias de la naturaleza Investigadores del Departamento de Biología Evolutiva y de Organismos de la Universidad de Harvard investigaron los exudados de raíces y su impacto en el almacenamiento de carbono en el suelo y revelaron resultados sorprendentes y contradictorios.

Los exudados de las raíces son compuestos orgánicos de carbono (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 los desechos vegetales (como hojas y raíces), que deben descomponerse antes de que puedan afectar las reservas de carbono del suelo, los exudados de raíces pueden tener efectos inmediatos sobre la materia orgánica asociada a minerales (MAOM), que comprende suelos “estables” con un ciclo largo. Carbón.

Varios estudios muestran que es probable que las concentraciones antropogénicas elevadas de CO 2 atmosférico 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 principal y autor, el profesor Benton N. Taylor, probó cómo estos cambios podrían afectar el carbono del suelo al examinar cómo el cambio en la tasa de exudación de las raíces y la composición del exudado afectaron la dinámica del carbono nativo 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 hicieron tres “cócteles” diferentes de azúcar simple, ácido orgánico y exudado de raíz de aminoácido carbono-13. Entregaron “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 suelo homogeneizado o artificial. 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 tenían un efecto a escalas ecológicamente significativas”, dijo Chari. “Usamos núcleos de suelo intactos para probar si el efecto de los exudados de las raíces superaría la heterogeneidad natural del sistema”.

Los investigadores midieron las reservas de carbono inicial y final 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 producidos principalmente por subproductos bacterianos y fúngicos. MAOM permanece en el suelo durante décadas, lo que significa que puede mantener el carbono en el suelo durante mucho tiempo.

Los investigadores descubren que los exudados de las raíces tienen un efecto sorprendente y contradictorio en el almacenamiento de carbono en el suelo
Los núcleos de suelo intactos se incubaron en tubos de centrífuga (tapas azules) con raíces artificiales conectadas a un sistema de bomba manual que suministra diferentes soluciones de exudado a cada núcleo. Crédito: Nikhil Chari

A tasas más altas de exudación de raíces, el depósito de carbono de MAOM no cambió incluso cuando se incrementó la contribución de exudado de raíces a MAOM. Sin embargo, a tasas de exudación de raíces más bajas, 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 al suelo, produciendo 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 el suministro de carbono nuevo en el suelo provoca la descomposición del carbono antiguo en el 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 sugieren que cuanto más carbono ponemos en el suelo a través de la lixiviación, 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 nivela. En realidad, no obtienes más carbono en el suelo, incluso cuando exprimes más”.

Chari y Taylor también encontraron que diferentes compuestos de exudado tenían diferentes efectos sobre el carbono del suelo. La glucosa (azúcar simple) produjo una mayor renovación de MAOM tanto en la formación como en la 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, resultaron en una acumulación neta de carbono 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 resultados 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 las raíces, y un cambio hacia azúcares simples causado por el cambio global puede reducir la capacidad de almacenamiento de carbono del suelo.

“Estos cambios ocurren de manera ubicua debajo de la superficie de la Tierra, pero incluso los cambios más pequeños en este proceso pueden tener grandes consecuencias para el almacenamiento de carbono en el suelo”, dijo Taylor. “La gente sabe que los procesos en una hoja son importantes, pero cada raíz bajo nuestros pies tiene un gran impacto en el carbono del suelo. Y el CO 2 elevado, el calentamiento u otros impulsores del cambio climático pueden hacer que la pérdida de carbono del suelo aumente desproporcionadamente. carbono formación”.

En el futuro, Chari y Taylor seguirán midiendo los cambios en la tasa y la composición de los exudados de las raíces bajo niveles elevados de CO2 y el calentamiento en una variedad de ecosistemas, incluidos bosques templados, praderas y campos agrícolas de maíz y soja. .

Más información: Nikhil Chari, Formación y pérdida de materia orgánica del suelo mediada por exudados de raíces en un bosque templado. Geociencias de la naturaleza (2022). DOI: 10.1038/s41561-022-01079-x . www.nature.com/articles/s41561-022-01079-x



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