Pesquisadores descobrem que exsudatos de raízes têm um impacto surpreendente e contra-intuitivo no armazenamento de carbono no solo – Strong The One

Em um novo estudo em Geociência da Natureza pesquisadores do Departamento de Biologia Organísmica e Evolutiva da Universidade de Harvard examinaram exsudatos de raízes e seu impacto no armazenamento de carbono no solo, revelando resultados surpreendentes e contra-intuitivos.

Exsudatos de raízes são compostos orgânicos de carbono (como açúcares simples, ácidos orgânicos e aminoácidos) liberados de raízes de plantas vivas no solo. Essas pequenas moléculas podem se ligar diretamente aos minerais do solo, tornando-as importantes reguladores da formação e perda de carbono no solo. Ao contrário do lixo vegetal (como folhas e raízes), que deve ser decomposto antes de afetar o reservatório de carbono do solo, os exsudatos das raízes podem ter efeitos imediatos na matéria orgânica associada a minerais (MAOM), que contém solo “estável” de ciclo longo carbono.

Vários estudos mostram que o CO atmosférico elevado antropogenicamente₂ concentrações são susceptíveis de aumentar a taxa de exsudação da raiz da planta e alterar a composição química dos exsudados da raiz. Autor principal Nikhil R. Chari, Ph.D. O candidato e autor sênior, Professor Benton N. Taylor, testou como essas mudanças podem afetar o carbono do solo, examinando como a mudança na taxa de exsudação de raízes e a composição de exsudados afetou a dinâmica nativa do carbono do solo em uma floresta temperada.

Chari e Taylor coletaram núcleos de solo da Harvard Forest, uma floresta temperada de madeira dura no centro de Massachusetts, e os incubaram diretamente em tubos de centrífuga. Eles então fabricaram três “coquetéis” diferentes de exsudato de raiz de carbono-13 de açúcar simples, ácido orgânico e aminoácido. Eles entregaram os “coquetéis” aos núcleos do solo por meio de “raízes artificiais” em duas taxas diferentes durante um período de trinta dias. Ao contrário de outros estudos, Chari e Taylor não usaram solos homogeneizados ou artificiais. Seu método de amostragem preservou grandes quantidades de heterogeneidade no carbono do solo e nas comunidades microbianas presentes na floresta.

“Queríamos saber se esses mecanismos estavam tendo efeito em escalas ecologicamente significativas”, disse Chari. “Usamos núcleos de solo intacto para testar se o efeito dos exsudatos das raízes superaria a heterogeneidade natural do sistema”.

Os pesquisadores mediram os estoques iniciais e finais de carbono nos núcleos. Eles descobriram que as contribuições de exsudatos de raízes para o carbono do solo foram impulsionadas por contribuições para a fração MAOM de ciclo longo. MAOM são revestimentos microscópicos em partículas de solo feitas principalmente de subprodutos de bactérias e fungos. A MAOM permanece no solo por décadas, o que significa que pode manter o carbono no solo por muito tempo.

Em taxas mais altas de exsudação radicular, o estoque de carbono da MAOM não mudou, mesmo quando as contribuições do exsudado radicular para a MAOM aumentaram. Mas em taxas mais baixas de exsudação radicular, Chari e Taylor observaram acúmulo líquido de carbono MAOM, embora as contribuições de exsudato não fossem tão grandes.

“Você pensaria que se aumentasse a taxa de exsudação da raiz, aumentaria a entrada de carbono no solo, formando mais carbono no solo”, disse Chari, “mas, em vez disso, encontramos um efeito oposto que compensou o aumento do carbono”.

Os pesquisadores se referem a isso como o efeito de priming. O priming ocorre quando a entrada de novo carbono no solo leva à decomposição do velho carbono no solo. Taxas aumentadas de exsudação radicular pareceram aumentar as taxas de priming de MAOM em relação às taxas de formação de MAOM.

“Os primeiros princípios sugerem que quanto mais carbono injetamos no solo por meio da exsudação, mais carbono vai se acumular nessas frações de MAOM. Quando, de fato, não parece ser o caso”, disse Taylor. “Na realidade, você obtém mais formação de MAOM, mas também obtém mais perda dela e isso se equilibra. Na verdade, você não obtém mais carbono grudado no solo, mesmo quando está empurrando mais.”

Chari e Taylor também descobriram que os diferentes compostos de exsudato tinham efeitos diferentes no carbono do solo. A glicose (açúcar simples) produziu maior turnover de MAOM tanto na formação quanto na perda, mas não houve acúmulo líquido de MAOM. Enquanto o ácido succínico (ácido orgânico) e o ácido aspártico (aminoácido) conduziram a taxas mais baixas de formação de MAOM, mas resultaram em um acúmulo líquido de carbono de MAOM. Curiosamente, os pesquisadores descobriram que os aminoácidos tiveram um efeito positivo particularmente forte no aumento da formação de carbono da biomassa microbiana, enquanto os ácidos orgânicos não. Esses achados novamente sugerem que a maior comunidade microbiana aumenta o efeito de priming microbiano. Os resultados validam ainda mais que os aumentos previstos nas taxas de exsudação das raízes e uma mudança para açúcares simples causados ​​pela mudança global podem reduzir a capacidade de armazenamento de carbono do solo.

“Essas mudanças estão acontecendo de forma onipresente abaixo da superfície do solo, mas mesmo pequenas mudanças nesse processo podem ter grandes implicações para o armazenamento de carbono no solo”, disse Taylor. “As pessoas sabem que os processos em uma folha são importantes, mas cada raiz abaixo de nossos pés tem um grande impacto no carbono do solo. E CO elevado₂aquecimento ou outros fatores de mudança climática podem fazer com que a perda de carbono do solo aumente desproporcionalmente à formação de carbono do solo”.

No futuro, Chari e Taylor continuam a medir as mudanças na taxa e composição dos exsudatos radiculares sob CO elevado₂ e aquecimento em uma variedade de diferentes ecossistemas, incluindo florestas temperadas, pastagens e campos agrícolas de milho e soja.