Forhøjet opvarmning, ozon har skadelige virkninger på planterødder, fremme kulstoftab i jorden

To faktorer, der spiller en nøglerolle i klimaforandringerne - øget klimaopvarmning og forhøjede ozonniveauer - ser ud til at have skadelige virkninger på sojabønneplanterødder, deres forhold til symbiotiske mikroorganismer i jorden og den måde, planterne binder kulstof på.

Resultaterne, udgivet i 9. juli-udgaven af Videnskab fremskridt , viser få ændringer på planteskuddene over jorden, men nogle foruroligende resultater under jorden, herunder en øget manglende evne til at holde på kulstof, der i stedet bliver frigivet til atmosfæren som en drivhusgas.

North Carolina State University-forskere undersøgte samspillet mellem opvarmning og øgede ozonniveauer med visse vigtige underjordiske organismer - arbuskulære mykorrhizasvampe (AMF) - der fremmer kemiske interaktioner, der holder kulstof i jorden ved at forhindre nedbrydning af jordens organiske stof, og derved standse udslip af kulstof fra det nedbrydende materiale.

"Evnen til at binde kulstof er meget vigtig for jordens produktivitet - ud over de skadelige virkninger af stigende drivhusgasser, når dette kulstof undslipper, " sagde Shuijin Hu, professor i plantepatologi ved NC State og tilsvarende forfatter til papiret.

Til stede i rødderne på omkring 80% af planter, der vokser på land, AMF har et win-win forhold til planter. AMF tager kulstof fra planter og giver nitrogen og andre nyttige jordnæringsstoffer, som planter har brug for for at vokse og udvikle sig.

I undersøgelsen, forskere opstillede jordlodder af sojabønner med øgede lufttemperaturer på omkring 3 grader Celsius, grunde med højere niveauer af ozon, grunde med højere niveauer af både opvarmning og ozon, og kontrolplot uden ændringer. De resulterende eksperimenter viste, at opvarmning og øgede ozonniveauer gør sojabønnerødder tyndere, da de sparer ressourcer for at få de næringsstoffer, de har brug for.

Sojabønnekultivarer er ofte følsomme over for ozon, sagde Hu. Ozonniveauerne har været nogenlunde stabile eller endda faldende i nogle dele af USA i løbet af det sidste årti, men er steget dramatisk i områder med hurtig industrialisering, som Indien og Kina, for eksempel.

"Ozon og opvarmning har vist sig at være meget stressende for mange afgrøder - ikke kun sojabønner - og mange græsser og træarter, " sagde Hu. "Ozon og opvarmning gør planterne svage. Planter forsøger at maksimere næringsoptagelsen, så deres rødder bliver tyndere og længere, da de skal udnytte den tilstrækkelige mængde jord til ressourcer. Denne svaghed resulterer i en reduktion af AMF og hurtigere rod- og svampehyfeomsætning, som stimulerer nedbrydning og gør kulstofbinding vanskeligere. Disse overlappende begivenheder kan have dybtgående virkninger under jorden, selvom planteskuddene i nogle tilfælde virker normale."

Hu sagde, at han var overrasket over, at planteskuddene ikke var meget påvirket af belastningen fra opvarmning og ozon; biomassen af ​​planteblade i både kontrol- og forsøgsparceller var omtrent den samme.

Måske endnu mere overraskende, Hu sagde, at mere opvarmning og ozon ændrede den type AMF, der koloniserer sojaplanter.

Undersøgelsen viste, at niveauet af en AMF-art kaldet Glomus faldt med mere opvarmning og ozon, mens en art kaldet Paraglomus voksede.

"Glomus beskytter organisk kulstof mod mikrobiel nedbrydning, mens Paraglomus er mere effektiv til at absorbere næringsstoffer, " sagde Hu. "Vi forventede ikke, at disse samfund ville skifte på denne måde."

Hu planlægger at fortsætte med at studere systemerne omkring kulstofbinding i jord samt andre drivhusgasemissioner fra jord, som dinitrogenoxid, eller N ₂ O.