Fecha:  noviembre 28, 2022

Fuente: Universidad de Harvard, Departamento de Biología Organísmica y Evolutiva

Resumen:

Los investigadores examinaron los exudados de las raíces y su impacto en el almacenamiento de carbono del suelo revelando resultados sorprendentes y contraintuitivos.

   

HISTORIA COMPLETA

Los estudios de ecología de ecosistemas a menudo se centran en lo que está sucediendo con las plantas sobre el suelo, por ejemplo, explorando la fotosíntesis o la pérdida de agua en las hojas. Pero lo que está sucediendo debajo del suelo en las raíces de las plantas es igualmente importante cuando se evalúan los procesos de los ecosistemas.

En un nuevo estudio en  Nature Geoscience, investigadores del Departamento de Biología Organísmica y Evolutiva de la Universidad de Harvard examinaron los exudados de las raíces y su impacto en el almacenamiento de carbono del suelo, revelando resultados sorprendentes y contraintuitivos.

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 en el suelo. Estas pequeñas moléculas pueden unirse directamente a los minerales del suelo, lo que las convierte en importantes reguladores de la formación y pérdida de carbono del suelo. A diferencia de la hojarasca vegetal (como las hojas y las raíces), que debe descomponerse antes de que pueda afectar la reserva de carbono del suelo, los exudados de las raíces pueden tener efectos inmediatos sobre la materia orgánica asociada a minerales (MAOM), que contiene carbono "estable" del suelo de ciclo prolongado.

Varios estudios muestran que el CO atmosférico antropogénicamente elevado2Es probable que las concentraciones aumenten la tasa de exudación de la raíz de la planta y cambien la composición química de los exudados de la raíz. El autor principal Nikhil R. Chari, Ph.D. candidato, y el autor principal, el profesor Benton N. Taylor, probaron cómo estos cambios pueden afectar el carbono del suelo examinando cómo el cambio de la tasa de exudación de las raíces y la composición de los exudados afectaron 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 madera dura 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 o 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. "Utilizamos núcleos de suelo intactos para probar si el efecto de los exudados de las raíces superaría la heterogeneidad natural en el sistema".

Los investigadores midieron las reservas iniciales y finales de carbono en los núcleos. Encontraron 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. MAOM son recubrimientos microscópicos en partículas del suelo hechas 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 radicular, la reserva de carbono MAOM no cambió incluso cuando aumentaron las contribuciones de exudado de raíz a MAOM. Pero a tasas más bajas de exudación de la raíz, Chari y Taylor observaron una acumulación neta de carbono MAOM, a pesar de que las contribuciones de exudado no fueron tan grandes.

"Uno pensaría que si aumenta la tasa de exudación de la raíz, aumentaría la entrada de carbono en el suelo formando más carbono del suelo", dijo Chari, "pero encontramos en cambio un efecto opuesto que compensa el aumento de carbono".

Los investigadores se refieren a esto como el efecto de cebado. El cebado ocurre cuando la entrada de nuevo carbono del suelo provoca la descomposición del carbono del suelo viejo. Las tasas mejoradas de exudación radicular parecieron aumentar las tasas de cebado de MAOM en relación con las tasas de formación de MAOM.

"Los primeros principios sugerirían que cuanto más carbono empujamos hacia 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 obtienes más pérdida y se equilibra. En realidad, no obtienes más carbono pegado en el suelo, incluso cuando estás empujando más".

Chari y Taylor también encontraron que los diferentes compuestos de exudado tenían diferentes efectos sobre el carbono del suelo. La glucosa (azúcar simple) produjo un mayor recambio de MAOM tanto en formación como en pérdida, pero no hubo acumulación neta de MAOM. Mientras que el ácido succínico (ácido orgánico) y el ácido aspártico (aminoácido) impulsaron tasas más bajas de formación de MAOM, pero 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 de biomasa microbiana, mientras que los ácidos orgánicos no lo hicieron. Estos hallazgos nuevamente sugieren que la comunidad microbiana más grande mejora el efecto de cebado microbiano. Los resultados validan aún más que los aumentos previstos en las tasas de exudación de las raíces y un cambio hacia azúcares simples causados por el cambio global pueden reducir la capacidad de almacenamiento de carbono del suelo.

"Estos cambios están ocurriendo ubicuamente debajo de la superficie del suelo, sin embargo, incluso pequeños cambios en este proceso pueden tener una gran implicación para el almacenamiento de carbono del 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 en el suelo. Y CO elevado2, el calentamiento u otros factores del cambio climático podrían hacer que la pérdida de carbono del suelo aumente desproporcionadamente a la formación de carbono del suelo".

En el futuro, Chari y Taylor continúan midiendo los cambios en la tasa y composición de los exudados de la raíz bajo CO elevado.2y el calentamiento en una variedad de ecosistemas diferentes, incluidos bosques templados, pastizales y campos agrícolas de maíz y soja.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por la Universidad de Harvard, Departamento de Biología Organísmica y Evolutiva.

Referencia de la revista:

Nikhil R. Chari, Benton N. Taylor. La formación y pérdida de materia orgánica del suelo está mediada por exudados de raíces en un bosque templado. Geociencia de la naturaleza, 2022; DOI:10.1038/s41561-022-01079-x

Citar esta página:

MLA APA Chicago

Universidad de Harvard, Departamento de Biología Organísmica y Evolutiva. "Los investigadores descubren que los exudados de las raíces tienen un impacto sorprendente y contrario a la intuición en el almacenamiento de carbono del suelo". ScienceDaily. ScienceDaily, 28 de noviembre de 2022. <www.sciencedaily.com/releases/2022/11/221128112957.htm>.