Stocarea carbonului din sol este o funcție importantă a ecosistemelor terestre . Solul conține mai mult carbon decât plantele și atmosfera combinate. [1] Înțelegerea a ceea ce sprijină stocarea carbonului din sol este importantă pentru a înțelege distribuția actuală a carbonului pe Pământ și modul în care acesta va răspunde la schimbările de mediu. În timp ce s-au făcut multe cercetări asupra modului în care plantele, descompozitorii microbieni care trăiesc liber și mineralele din sol contribuie la acest rezervor de carbon, recent a apărut că ciupercile micorize - ciuperci simbiotice care sunt asociate cu rădăcinile aproape tuturor plantelor vii - pot juca, de asemenea, un rol important în menținerea acestui bazin. Măsurătorile distribuției carbonului plantelor de către ciupercile micorizice sunt estimate la 5-20% din absorbția totală de carbon de către plante, [2] [3] și în unele ecosisteme, biomasa ciupercilor micorizice poate fi comparabilă cu biomasa rădăcinilor fine. [4] Studii recente au arătat că ciupercile micorizice conțin 50 până la 70 la sută din totalul de carbon stocat în așternutul de frunze și în sol de pe insulele împădurite din Suedia. [5] Transferul biomasei micorizice în rezervorul de carbon din sol este considerat a fi rapid [6] și s-a demonstrat în unele ecosisteme a fi principala cale prin care carbonul viu intră în rezervorul de carbon din sol. [7]
Mai jos este un rezumat al modului în care diferitele aspecte ale ciupercilor micorizice pot modifica descompunerea și stocarea carbonului din sol. Dovezile sunt prezentate separat pentru ciupercile arbusculare și ectomicorizale, deoarece acestea sunt distincte filogenetic și funcționează adesea diferit.
Pe baza amplitudinii contribuției ciupercilor micorizice la rezervorul de carbon din sol, unii au sugerat că o modificare a conversiei biomasei micorizice ar putea fi importantă în estimarea stocării carbonului din sol, deoarece ar afecta rata la care contribuția ciupercilor micorizice la carbonul din sol este intors in atmosfera... [8] Glomalina compusă , produsă numai de ciupercile micorizice arbusculare, s-a descoperit că se acumulează în unele soluri și poate reprezenta o proporție semnificativă din rezervorul de carbon din sol din aceste ecosisteme. [9] Cu toate acestea, o serie recentă de experimente demonstrează că prezența ciupercilor micorizice arbusculare duce la pierderi nete de carbon în sol, [10] punând la îndoială rolul glomalinei produse de ciupercile micorizelor arbusculare în ceea ce privește creșterea stocării carbonului în sol. [11] Lucrările proteomice au arătat că majoritatea proteinelor izolate din extracția glomalinei nu sunt de origine micorizică și, prin urmare, contribuția acestei molecule la stocarea carbonului din sol a fost probabil supraestimată. [12]
Folosind un argument similar, Langley și Hungate (2003) [8] au susținut că abundența chitinei în țesuturile ectomicorizice poate reduce rata de descompunere a acestor ciuperci, presupunând că chitina este de neclintit. Această posibilitate a fost testată și respinsă recent. Fernandez și Koide (2012) arată că chitina nu se degradează mai lent decât alte substanțe chimice din țesuturile ectomicorizice și că concentrațiile de chitină nu se corelează pozitiv pozitiv cu ratele de degradare a biomasei micorizice. [13]
Ciupercile micorizice sunt structuri bogate în nutrienți în comparație cu rădăcinile pe care le colonizează și este posibil ca colonizarea micorizică a rădăcinilor să ducă la o rată crescută de descompunere a rădăcinilor, deoarece descompozitorii vor avea acces mai mare la nutrienți. Dovezile sunt echivoce în acest sens, deoarece colonizarea ectomicorizală crește rata de degradare a rădăcinilor fine în comparație cu rădăcinile necolonizate în unele ecosisteme, [14] în timp ce rădăcinile de pin comestibil , colonizate predominant de ciuperci ectomicorizice din grupul Ascomicetelor , se descompun mai mult. încet decât controalele necolonizate. [cincisprezece]
Într-un experiment care a testat efectul colonizării micorizelor arbusculare asupra descompunerii plantelor [16] , s-a constatat că numai materialul vegetal suprateran s-a descompus mai rapid după 3 luni, în timp ce descompunerea rădăcinilor a rămas neschimbată, deși ciupercile micorizale arbusculare au fost limitate la rădăcini.
Agregarea solului poate proteja fizic carbonul organic de degradarea de către microbii din sol. [17] Formarea mai multor agregate poate duce la creșterea stocării carbonului în sol. Există multe dovezi că ciupercile micorizale arbusculare cresc formarea agregatelor în sol și că formarea agregatelor poate fi mediată de proteina micorizală arbusculară glomalina . [18] Prin urmare, chiar dacă glomalina în sine nu este excepțional de impermeabilă și rezistentă chimic la degradare (așa cum este descris mai sus), ea poate totuși contribui la stocarea carbonului din sol prin protejarea fizică a altor materii organice de descompunere, promovând agregarea solului. Există puține informații despre rolul ciupercilor ectomicorizice în stabilitatea agregatelor de sol. Există exemple izolate de ciuperci ectomicorizale care cresc agregarea în sacii de nisip în creștere utilizați în mod obișnuit pentru a prinde aceste ciuperci [19] , dar în prezent nu există dovezi că acestea promovează formarea agregatelor sau stabilitatea în solurile de câmp.
S-a demonstrat că ciupercile micorizice arbusculare îmbunătățesc degradarea carbonului din sol în zonele bogate în nutrienți. [20] Deoarece nu se crede că ciupercile micorizice arbusculare sunt capabile să producă enzime care să catalizeze această degradare [21] , se crede în general că acestea stimulează comunitățile degradante care trăiesc liber să devină mai active prin eliberarea de substraturi energetice labile, un proces numit amorsare. . Experimentele recente de laborator au arătat că prezența ciupercilor micorizale arbusculare crește pierderea de carbon din sol în comparație cu soluri în care sunt excluse ciupercile micorizale arbusculare și că diferența este mai mare cu CO2 mai mare atunci când ciupercile micorizale arbusculare sunt prezente în număr mai mare. [10] Dovezile pentru inițierea ectomicorizelor sunt încă neconcludente. Datele de teren sugerează că ciupercile ectomicorizale pot crește rata de degradare a carbonului din sol [22] , cu toate acestea, testele de laborator arată că exsudația rădăcinilor fine scade odată cu creșterea colonizării ectomicorizice [23] sugerând că abundența ciupercilor ectomicorizice ar trebui să reducă efectele amorsării. Brzostek şi colab. (2012) raportează modificări ale formei de azot produs în rizosfera arborilor care diferă ca tip de micoriză, cu toate acestea efectele amorsării rădăcinilor și micorizelor nu pot fi separate. [24]
Primul raport de inhibare micorizală a degradarii a fost în 1971 și a venit de la plantațiile de pin ectomicorizal radiata din Noua Zeelandă. Autorii arată că excluderea rădăcinilor și a ciupercilor micorizice a dus la o pierdere netă de carbon și că rezultatul nu poate fi explicat prin efectele perturbării solului. [25] Mecanismul prezentat este că ciupercile ectomicorizale pot concura cu descompozitorii care trăiesc liber pentru nutrienți și, prin urmare, pot limita rata de descompunere completă. De atunci, au existat câteva alte rapoarte conform cărora ciupercile ectomicorizale reduc activitatea și rata de descompunere a degradanților care trăiesc liber și, prin urmare, cresc stocarea carbonului din sol. [26] [27] [28] Un model teoretic de ecosistem a demonstrat recent că accesul crescut la azot organic al ciupercilor micorize ar trebui să încetinească degradarea carbonului din sol de către degradanții care trăiesc liber, provocând restricții de nutrienți. [29] Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că Koide și Wu (2003) au susținut în mod convingător că efectul ciupercilor ectomicorizice în reducerea degradarii poate depinde mai mult de competiția pentru apa din sol decât pentru nutrienții din sol. [treizeci]
Este posibil ca ciupercile micorizale arbusculare să depășească degradanții care trăiesc liber fie pentru apă, fie pentru nutrienți în unele sisteme, totuși nu există dovezi pentru acest lucru până în prezent și se pare că ciupercile micorizale arbusculare pot crește mai degrabă decât să scadă rata de degradare a vieții libere. degradatori microbieni... [20] [10]
Studii suplimentare ale rolului ciupercilor arbusculare și ectomicorizale în stocarea și degradarea carbonului din sol pot fi găsite în Zhu și Miller 2003 [31] și Ekblad și colab. 2013, respectiv [32] .