ارتفاع ثاني أكسيد الكربون أو الاحترار والعوامل الدافعة لتغير المناخ تتسبب في زيادة فقدان الكربون في التربة بشكل غير متناسب مع التربة

غالبًا ما تركز دراسات النظام البيئي على ما يحدث للنباتات فوق الأرض، على سبيل المثال استكشاف التمثيل الضوئي أو فقدان الماء في الأوراق، ولكن ما يحدث تحت الأرض في جذور النباتات له نفس الأهمية عند تقييم عمليات النظام البيئي.

في دراسة جديدة نُشرت في مجلة Nature Geoscience ، قام باحثون في قسم الأحياء العضوية والتطورية بجامعة هارفارد بفحص إفرازات الجذور وتأثيرها على تخزين كربون التربة، وكشفوا عن نتائج مفاجئة ومضادة للحدس.

الإفرازات الجذرية عبارة عن مركبات كربون عضوية (مثل السكريات البسيطة والأحماض العضوية والأحماض الأمينية ) تنطلق من جذور النباتات الحية في التربة، يمكن لهذه الجزيئات الصغيرة أن ترتبط مباشرة بمعادن التربة، مما يجعلها منظمات مهمة لتكوين الكربون في التربة وفقدانه، على عكس فضلات النباتات (مثل الأوراق والجذور) ، التي يجب أن تتحلل قبل أن تؤثر على تجمع الكربون في التربة ، يمكن أن يكون لإفرازات الجذور تأثيرات فورية على المواد العضوية المرتبطة بالمعادن (MAOM) ، والتي تحتوي على تربة “مستقرة” طويلة التدوير كربون.

قال المؤلف الرئيسي Nikhil R. Chari، Ph.D، والمؤلف الأول البروفيسور بنتون، تظهر العديد من الدراسات، أن تركيزات ثاني أكسيد الكربون المرتفعة بفعل الإنسان في الغلاف الجوي، من المرجح أن تزيد من معدل نضح جذر النبات وتغير التركيب الكيميائي لإفرازات الجذور.

جمع شاري وتايلور عينات التربة من غابة هارفارد ، وهي غابة معتدلة من الأخشاب الصلبة في وسط ماساتشوستس ، واحتضانها مباشرة في أنابيب الطرد المركزي.

ثم قاموا بتصنيع ثلاثة “كوكتيلات” مختلفة من إفرازات جذر الكربون -13 من السكر البسيط والحمض العضوي والأحماض الأمينية. قاموا بتسليم “الكوكتيلات” إلى قلب التربة عن طريق “جذور اصطناعية” بمعدلين مختلفين خلال فترة ثلاثين يومًا.

على عكس الدراسات الأخرى، لم يستخدم شاري وتايلور تربة متجانسة أو اصطناعية، حافظت طريقة أخذ العينات الخاصة بهم على كميات كبيرة من عدم التجانس في كربون التربة والمجتمعات الميكروبية الموجودة في الغابة.

قال شاري: “أردنا معرفة ما إذا كانت هذه الآليات لها تأثير على مستويات ذات مغزى بيئي”، “استخدمنا نوى التربة السليمة لاختبار ما إذا كان تأثير إفرازات الجذر سيتغلب على عدم التجانس الطبيعي في النظام.”

قام الباحثون بقياس مخزون الكربون الأولي والنهائي في النوى. ووجدوا أن مساهمات الإفرازات الجذرية في كربون التربة كانت مدفوعة بالمساهمات في جزء MAOM للدورة الطويلة.

MAOM عبارة عن طلاءات مجهرية على جزيئات التربة مصنوعة في الغالب من المنتجات الثانوية للبكتيريا والفطريات، يبقى MAOM في التربة لعقود، مما يعني أنه يمكن أن يحافظ على الكربون في التربة لفترة طويلة جدًا.

في معدلات أعلى من نضح الجذر ، لم يتغير تجمع الكربون MAOM حتى مع زيادة مساهمات إفراز الجذر في MAOM. ولكن عند معدلات منخفضة من نضح الجذور، لاحظ شاري وتايلور تراكم الكربون الصافي في MAOM ، على الرغم من أن الإسهامات الإفرازية لم تكن كبيرة.

قال شاري: “قد تعتقد أنه إذا قمت بزيادة معدل نضح الجذور، فسوف تزيد مدخلات الكربون في التربة مكونًا المزيد من الكربون في التربة ، ولكننا وجدنا بدلاً من ذلك تأثيرًا معاكسًا يعوض الزيادة في الكربون”.

يشير الباحثون إلى هذا على أنه تأثير التمهيدي، يحدث التمهيدي عندما يؤدي إدخال الكربون الجديد في التربة إلى تحلل كربون التربة القديم، يبدو أن المعدلات المحسنة لنضح الجذر تزيد من معدلات تحضير MAOM بالنسبة لمعدلات تكوين MAOM.

قال تايلور: “تقترح المبادئ الأولى أنه كلما زاد الكربون الذي ندفعه إلى التربة عن طريق النضح، سيتراكم المزيد من الكربون في أجزاء MAOM هذه.

في حين ، في الواقع ، لا يبدو أن هذا هو الحال”، “في الواقع ، تحصل على المزيد من تكوين MAOM ، لكنك أيضًا تحصل على المزيد من الخسارة وتوازن، لا يمكنك في الواقع الحصول على المزيد من الكربون في التربة ، حتى عندما تدفع أكثر.”

وجد شاري وتايلور أيضًا أن مركبات الإفرازات المختلفة لكل منها تأثيرات مختلفة على كربون التربة.

أنتج الجلوكوز (السكر البسيط) معدل دوران أعلى في MAOM من حيث التكوين والخسارة ، ولكن لم يكن هناك تراكم صافٍ لـ MAOM.

بينما أدى حمض السكسينيك (حمض عضوي) وحمض الأسبارتيك (حمض أميني) إلى انخفاض معدلات تكوين MAOM ، إلا أنه أدى إلى تراكم كربون MAOM صافي. ومن المثير للاهتمام ، وجد الباحثون أن الأحماض الأمينية لها تأثير إيجابي قوي بشكل خاص في زيادة تكوين الكربون في الكتلة الحيوية الميكروبية ، في حين أن الأحماض العضوية لم تفعل ذلك.

تشير هذه النتائج مرة أخرى إلى أن المجتمع الميكروبي الأكبر يعزز تأثير الميكروبات الأولية.

تؤكد النتائج كذلك أن الزيادات المتوقعة في معدلات نضح الجذور والتحول نحو السكريات البسيطة الناجم عن التغير العالمي قد يقلل من قدرة التربة على تخزين الكربون.

قال تايلور: “تحدث هذه التغييرات في كل مكان تحت سطح التربة ، ولكن حتى التغييرات الصغيرة في هذه العملية يمكن أن يكون لها تأثير كبير على تخزين الكربون في التربة”، “يعرف الناس أن العمليات في ورقة شجر مهمة، ولكن كل جذر تحت أقدامنا له تأثير كبير على الكربون في التربة.

ويمكن أن يتسبب ارتفاع ثاني أكسيد الكربون أو الاحترار أو غيره من العوامل الدافعة لتغير المناخ في زيادة فقدان الكربون في التربة بشكل غير متناسب مع التربة، في تكوين الكربون “.

من الآن فصاعدًا ، يواصل شاري وتايلور قياس التغيرات في معدل وتكوين إفرازات الجذور في ظل ارتفاع ثاني أكسيد الكربون والاحترار في مجموعة متنوعة من النظم البيئية المختلفة، بما في ذلك الغابات المعتدلة والمراعي وحقول الذرة وفول الصويا الزراعية.

تابعنا على تطبيق نبض