Efecto inesperado de los exudados de raices en el secuestro de carbono

Investigadores de Harvard han examinado los exudados de las raíces y su impacto en el almacenamiento de carbono en el suelo y han revelado resultados sorprendentes e inesperados.

Los estudios de ecología de los ecosistemas se centran a menudo en lo que ocurre con las plantas en la superficie, por ejemplo, explorando la fotosíntesis o la pérdida de agua en las hojas. Pero lo que ocurre bajo el suelo, en las raíces de las plantas, es igualmente importante a la hora de evaluar los procesos del ecosistema.

Los exudados de las raíces son compuestos orgánicos de carbono (como azúcares simples, ácidos orgánicos y aminoácidos) liberados por 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, que debe descomponerse antes de afectar a la reserva de carbono del suelo, los exudados de las raíces pueden tener efectos inmediatos en la materia orgánica asociada a los minerales (MAOM), que contiene carbono "estable" del suelo de ciclo largo.

Varios estudios demuestran que las concentraciones atmosféricas de CO2 antropogénicamente elevadas pueden aumentar la tasa de exudación de las raíces de las plantas y cambiar la composición química de los exudados de las raíces.

El autor principal, Nikhil R. Chari, candidato a doctor, y el autor principal, el profesor Benton N. Taylor, comprobaron cómo estos cambios pueden afectar al carbono del suelo examinando cómo el cambio de la tasa de exudación de las raíces y la composición de los exudados afectaban a la dinámica del carbono del suelo nativo en un bosque templado.

Chari y Taylor recogieron núcleos de suelo del bosque de Harvard, un bosque templado de frondosas en el centro de Massachusetts, y los incubaron directamente en tubos de centrífuga. A continuación, fabricaron tres "cócteles" diferentes de exudado radicular con carbono-13 de azúcar simple, ácido orgánico y aminoácido.

Los "cócteles" se suministraron a los núcleos de suelo a través de "raíces artificiales" a dos ritmos diferentes durante un periodo 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 tenían un efecto a escalas ecológicamente significativas --explica Chari--. Utilizamos núcleos de suelo intactos para comprobar si el efecto de los exudados de las raíces superaba la heterogeneidad natural del sistema".

Los investigadores midieron las reservas de carbono iniciales y finales en los núcleos. Descubrieron que la contribución de los exudados de las raíces al carbono del suelo se debía a la contribución de la fracción MAOM de ciclo largo.

Los MAOM son revestimientos microscópicos de las partículas del suelo formados principalmente por subproductos de bacterias y hongos. Los MAOM permanecen en el suelo durante décadas, lo que significa que pueden mantener el carbono en el suelo durante mucho tiempo.

A mayores tasas de exudación de las raíces, la reserva de carbono de MAOM no cambió, incluso cuando las contribuciones de exudado de las raíces a MAOM aumentaron. Sin embargo, a tasas más bajas de exudación de las raíces, Chari y Taylor observaron una acumulación neta de carbono en la MAOM, aunque las contribuciones del exudado no fueran tan grandes.

"Se podría pensar que si se aumenta la tasa de exudación de las raíces se incrementaría la entrada de carbono en el suelo formando más carbono en el suelo --comenta Chari--, pero en cambio encontramos un efecto opuesto que compensó el aumento de carbono".

Los investigadores lo denominan efecto de cebado, que se produce cuando la entrada de nuevo carbono en el suelo provoca la descomposición del antiguo. El aumento de las tasas de exudación de las raíces parece aumentar las tasas de cebado de MAOM en relación con las tasas de formación de MAOM.

"Los primeros principios sugieren que cuanto más carbono introduzcamos en el suelo a través de la exudación, más carbono se acumulará en estas fracciones de MAOM. Cuando, de hecho, no parece ser el caso" --apunta Taylor--. En realidad, se obtiene más formación de MAOM, pero también se pierde más y se equilibra. En realidad, no se consigue que se quede más carbono en el suelo, aunque se introduzca más".

Chari y Taylor también descubrieron que cada uno de los diferentes compuestos del exudado tenía efectos diferentes 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 lugar a una acumulación neta de carbono MAOM. Curiosamente, los investigadores descubrieron que los aminoácidos tuvieron un efecto positivo especialmente fuerte en el aumento de la formación de carbono de la biomasa microbiana, mientras que los ácidos orgánicos no lo hicieron.

Estos hallazgos, presentado en Nature Geoscience, sugiere de nuevo que la comunidad microbiana más grande aumenta el efecto de cebado microbiano. Los resultados validan además que los aumentos previstos en las tasas de exudación de las raíces y el cambio hacia los azúcares simples causados por el cambio global pueden reducir la capacidad de almacenamiento de carbono del suelo.

"Estos cambios se producen de forma generalizada bajo la superficie del suelo, pero incluso los cambios más pequeños en este proceso pueden tener una gran repercusión en el almacenamiento de carbono en el suelo", afirma Taylor.

"La gente sabe que los procesos en una hoja son importantes, pero cada raíz bajo nuestros pies tiene un enorme impacto en el carbono del suelo --prosigue--. Y el CO2 elevado, el calentamiento u otros factores del cambio climático podrían hacer que la pérdida de carbono del suelo aumentara de forma desproporcionada con respecto a la formación de carbono del suelo".

En el futuro, Chari y Taylor seguirán midiendo los cambios en la tasa y la composición de los exudados de las raíces bajo el CO2 elevado y el calentamiento en una variedad de ecosistemas diferentes, incluyendo bosques templados, praderas y campos agrícolas de maíz y soja.