Mikoriza mantarları ve toprak karbon depolaması - Mycorrhizal fungi and soil carbon storage

ektomikorizal meyve veren cisim- Amanita spp.

Toprak karbon depolaması , karasal ekosistemlerin önemli bir işlevidir. Toprak fazlasını içerir karbon göre bitkiler ve atmosfer birleştirildi. Toprak karbon havuzunu neyin koruduğunu anlamak, dünyadaki karbonun mevcut dağılımını ve çevresel değişime nasıl tepki vereceğini anlamak için önemlidir. Bitkilerin, serbest yaşayan mikrobiyal ayrıştırıcıların ve toprak minerallerinin bu karbon havuzunu nasıl etkilediğiüzerine pek çok araştırma yapılmışolsa da, mikorizal mantarların —neredeyse tüm canlı bitkilerin kökleriyle ilişki kuran simbiyotik mantarların— bir rol oynayabileceğison zamanlarda gün ışığınaçıkıyor. bu havuzun korunmasında da önemli bir rol oynamaktadır. Mikoriza mantar bitki karbon ayırma ölçümleri toplam tesis karbon alımının 5 ila% 20 olduğu tahmin edilmiştir ve bir ekosistemlerde biyokütle mikoriza mantar ince köklerin biyokütleye benzer olabilir. Son araştırmalar, mikorizal mantarların İsveç'teki ormanlık adalardaki yaprak çöplerinde ve toprakta depolanan toplam karbonun yüzde 50 ila 70'ini tuttuğunu göstermiştir. Mikorizal biyokütlenin toprak karbon havuzuna devrinin hızlı olduğu düşünülür ve bazı ekosistemlerde canlı karbonun toprak karbon havuzuna girdiği baskın yol olduğu gösterilmiştir.

Aşağıda, mikorizal mantarların farklı yönlerinin toprak karbon ayrışmasını ve depolamasını nasıl değiştirebileceğine dair önde gelen kanıt satırları özetlenmiştir. Filogenetik olarak farklı oldukları ve sıklıkla çok farklı şekillerde işlev gördükleri için, arbusküler ve ektomikorizal mantarlar için kanıtlar ayrı ayrı sunulmuştur .

Mikorizal dokuların yeniden kalsitlenmesi

Toprak karbon havuzuna mikorizal mantar girdilerinin büyüklüğüne bağlı olarak, bazıları mikorizal mantarların toprak karbonuna katkısının oranını etkileyeceğinden, mikorizal biyokütlenin yeniden kireçlenmesindeki varyasyonun toprak karbon depolamasını tahmin etmek için önemli olabileceğini öne sürmüştür. atmosfere geri verilir. Sadece arbusküler mikorizal mantarlar tarafından üretilen glomalin bileşiğinin bazı topraklarda biriktiği bulunmuştur ve bu ekosistemlerdeki toprak karbon havuzunun önemli bir kısmı olabilir. Bununla birlikte, yakın zamanda yapılan bir dizi deney, arbusküler mikorizal mantarların varlığının, toprak karbonunun net kayıplarına yol açtığını göstererek, artan toprak karbon depolamasına yol açan arbusküler mikorizal mantarlar tarafından üretilen glomalinin rolünü sorgulamaktadır. Proteomik çalışma, glomalin ekstraksiyonunda izole edilen proteinlerin çoğunun mikorizal kökenli olmadığını ve bu nedenle bu molekülün toprak C depolamasına katkısının muhtemelen olduğundan fazla tahmin edildiğini ortaya koymuştur.

Langley ve Hungate (2003), benzer bir argüman çizgisi kullanarak , kitinin inatçı olduğu varsayımı altında, ektomikorizal dokularda kitin bolluğunun bu mantarların ayrışma oranlarını azaltabileceğini savundu . Bu olasılık yakın zamanda test edildi ve reddedildi. Fernandez ve Koide (2012) kitinin ektomikorizal dokularda diğer kimyasal bileşiklerden daha yavaş bozunmadığını ve kitin konsantrasyonlarının mikorizal biyokütle ayrışma oranları ile negatif değil, pozitif korelasyon gösterdiğini göstermektedir.

İnce kök ayrışması üzerindeki etkiler

Mikorizal mantarlar, kolonize ettikleri köklere kıyasla besin açısından zengin yapılardır ve ayrıştırıcıların besinlere daha fazla erişimi olacağından, köklerin mikorizal kolonizasyonunun artan kök ayrışma oranlarına yol açması mümkündür. Ektomikorizal kolonizasyon, bazı ekosistemlerdeki kolonize olmayan köklere kıyasla ince kök ayrışma oranlarını önemli ölçüde arttırdığından, bu noktada kanıtlar belirsizdir, oysa Ascomycota grubundan ektomikorizal mantarlar tarafından ağırlıklı olarak kolonize edilen Pinus edulis köklerinin kolonize edilmemiş kontrollerden daha yavaş ayrıştığı bulunmuştur.

Arbusküler mikorizal kolonizasyonun bitki ayrışması üzerindeki etkisinin test edildiği bir deneyde, arbusküler mikorizal mantarlar köklerle sınırlı olmasına rağmen, 3 ay sonra sadece toprak üstü bitki materyalinin daha hızlı ayrıştığı, kök ayrışmasının değişmediği bulundu.

Toprak agregasyonu üzerindeki etkiler

Toprak agregasyonu, organik karbonu toprak mikropları tarafından çürümekten fiziksel olarak koruyabilir. Daha fazla agrega oluşumu, daha fazla toprak karbon depolamasına neden olabilir. Arbusküler mikorizal mantarların toprak agrega oluşumunu arttırdığına ve agrega oluşumuna arbusküler mikorizal protein glomalin aracılık edebileceğine dair çok sayıda kanıt vardır . Bu nedenle, glomalinin kendisi istisnai olarak inatçı ve ayrışmaya karşı kimyasal olarak dirençli olmasa bile (yukarıda açıklandığı gibi), toprak agregasyonunu teşvik ederek diğer organik maddeleri ayrışmadan fiziksel olarak koruyarak toprak karbon depolamasına katkıda bulunabilir. Toprak agrega stabilitesinde ektomikorizal mantarların rolü hakkında çok az bilgi vardır. Bu mantarları yakalamak için yaygın olarak kullanılan kum içi büyüme torbalarında kümelenmeyi artıran ektomikorizal mantarların anekdot hesapları vardır, ancak bunların tarla topraklarında agrega oluşumunu veya stabiliteyi desteklediğine dair mevcut kanıt yoktur.

Ayrışmanın uyarılması (astarlama)

Arbusküler mikorizal mantarların, besin açısından zengin yamalar halinde toprak karbon ayrışmasını arttırdığı gösterilmiştir. Arbusküler mikorizal mantarların, bu ayrışmayı katalize edecek enzimleri üretme yeteneğinden yoksun olduğu düşünüldüğünden, genel olarak, serbest yaşayan ayrıştırıcı toplulukları, kararsız enerji substratları salgılayarak aktiviteyi arttırmak için uyardıkları düşünülür, bu işlem, hazırlama olarak adlandırılır. Son laboratuvar deneyleri, arbusküler mikorizal mantarların varlığının, arbusküler mikorizal mantarların hariç tutulduğu topraklara kıyasla toprak karbon kayıplarını artırdığını ve arbusküler mikorizal mantarların bolluğu daha fazla olduğunda, yüksek CO2 altında farkın daha büyük olduğunu göstermiştir. Ektomikorizal hazırlama için kanıtlar şu ana kadar sonuçsuz. Saha kanıtları, ektomikorizal mantarların toprak karbon bozunma oranını artırabileceğini düşündürmektedir, ancak laboratuvar testleri, artan ektomikorizal kolonizasyon ile ince köklerden eksüdasyonun azaldığını göstermektedir, bu da ektomikorizal mantarların bolluğunun hazırlama etkilerini azaltması gerektiğini göstermektedir. Brzostek ve ark. (2012) mikorizal tipte farklılık gösteren ağaçların rizosferinde üretilen nitrojen formundaki varyasyonu rapor etmektedir, ancak kök ve mikorizal hazırlamanın etkileri birbirinden ayrılamamıştır.

Ayrışmanın engellenmesi

Dekompozisyonun mikorizal inhibisyonuna ilişkin ilk rapor 1971'deydi ve Yeni Zelanda'daki ektomikorizal Pinus radiata plantasyonlarından geldi . Yazarlar, köklerin ve mikorizal mantarların dışlanmasının net karbon kaybına neden olduğunu ve sonucun toprak bozulması etkileri ile açıklanamayacağını göstermektedir. Sunulan mekanizma, ektomikorizal mantarların besinler için serbest yaşayan ayrıştırıcılarla rekabet edebilmesi ve böylece toplam ayrışma oranını sınırlayabilmesidir. O zamandan beri, ektomikorizal mantarların, serbest yaşayan ayrıştırıcıların aktivite ve bozunma oranlarını azalttığı ve böylece toprakta karbon depolamasını artırdığına dair birkaç başka rapor var. Son zamanlarda teorik bir ekosistem modeli, mikorizal mantarlar tarafından organik nitrojene daha fazla erişimin, besin sınırlamasını indükleyerek serbest yaşayan ayrıştırıcılar tarafından toprak karbonunun ayrışmasını yavaşlatması gerektiğini göstermiştir. Koide ve Wu (2003), ektomikorizal mantarların ayrışmayı azaltma üzerindeki etkisinin, toprak besinlerinden ziyade toprak suyu için rekabetle daha fazla ilgisi olabileceği konusunda güçlü bir durum ortaya koydu.

Arbusküler mikorizal mantarların, bazı sistemlerde de su veya besin maddeleri açısından serbest yaşayan ayrıştırıcıları geride bırakması mümkündür; bununla birlikte, bugüne kadar bunun bir kanıtı yoktur ve arbusküler mikorizal mantarların, serbest yaşayan mikrobiyal ayrıştırıcılar tarafından parçalanma oranlarını azaltmaktan ziyade daha sık olarak artabileceği görülmektedir.

daha fazla okuma

Toprak karbon depolaması ve ayrışmasında arbusküler ve ektomikorizal mantarların rolü hakkında daha fazla okuma Zhu ve Miller 2003, Ekblad ve ark. Sırasıyla 2013 ve 2019 makalesi "Ayrışmanın iklimsel kontrolleri, orman-ağaç ortakyaşamlarının küresel biyocoğrafyasını yönlendiriyor".

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Tarnocai et al. 2009. Kuzey çevredeki permafrost bölgesinde toprak organik karbon havuzları. Küresel Biyojeokimyasal Döngüler, 23(2) doi: 10.1029/2008GB003327
  2. ^ Pearson JN ve Jakobsen I. 1993. 32P ve 33P ile ikili etiketleme ile ölçülen, hif ve köklerin arbusküler mikorizal bitkiler tarafından fosfor alımına nispi katkısı. Yeni Fitolog, 124: 489-494.
  3. ^ Hobbie JE ve Hobbie EA. 2006. Simbiyotik mantarlarda ve bitkilerde 15N, kutup tundrasındaki azot ve karbon akış oranlarını tahmin ediyor. Ekoloji, 87: 816-822
  4. ^ Wallander H, Goransson H ve Rosengren U. İki orman türünde farklı toprak derinliklerinde toplanan ektomikorizal misellerde 15N ve 13C'nin üretimi, duran biyokütlesi ve doğal bolluğu. Oecologia, 139: 89-97.
  5. ^ KE Clemmensen ve ark. 2013. Kökler ve ilişkili mantarlar, boreal ormanlarında uzun vadeli karbon tutulmasını sağlar. Bilim, 339: 1615-1618.
  6. ^ Staddon et al. 2003. 14C'nin AMS mikroanalizi ile belirlenen mikorizal mantarların hiflerinin hızlı devri. Bilim, 300: 1138-1140.
  7. ^ Godbold DL et al. 2006. Toprak organik maddesine karbon girişi için baskın bir süreç olarak mikorizal hifal ciro. Bitki ve Toprak, 281:15-24.
  8. ^ Langley JA ve Hungate BA. 2003. Yeraltı çöp kalitesi üzerinde mikorizal kontroller. Ekoloji, 84: 2302-2312.
  9. ^ Rillig ve ark. 2001. Tropikal orman topraklarındaki toprak karbon havuzlarına arbusküler mikorizal mantarların büyük katkısı. Bitki ve Toprak, 233:167-177.
  10. ^ Cheng et al. 2012 Arbusküler mikorizal mantarlar, yüksek CO2 altında organik karbon ayrışmasını arttırır. Bilim, 337: 1084-1087.
  11. ^ Verbruggen ve ark. 2013. Arbusküler mikorizal mantarlar – toprak karbon depolaması için kısa vadeli sorumluluk ama uzun vadeli faydalar mı? Yeni Fitolog, 197: 366-368.
  12. ^ Gillespie, Adam W., et al. "Glomalin ile ilgili toprak proteini, mikorizal ile ilişkili olmayan ısıya dayanıklı proteinler, lipidler ve hümik maddeler içerir." Toprak Biyolojisi ve Biyokimya 43.4 (2011): 766-777.
  13. ^ Langley JA ve Hungate BA. 2003. Yeraltı çöp kalitesi üzerinde mikorizal kontroller. Ekoloji, 84: 2302-2312.
  14. ^ Fernandez CW ve Koide RT. 2012. Kitinin ektomikorizal mantar altlığının ayrışmasında rolü. Ekoloji, 93: 24-28.
  15. ^ Koide RT, Fernandez CW ve Peoples MS. 2011. Pinus resinosa köklerinin ektomikorizal kolonizasyonu onların ayrışmasını etkileyebilir mi? Yeni Fitolog, 191: 508-514
  16. ^ Langley JA, Champman SK ve Hungate BA. Ektomikorizal kolonizasyon, kök ayrışmasını yavaşlatır: ölüm sonrası mantar mirası. Ekoloji Mektupları, 9: 955-959
  17. ^ Urcelay C, Vaieretti MV, Pérez M, Díaz S. 2011. Arbusküler mikorizal kolonizasyonun farklı bitki türleri ve tür karışımlarının sürgün ve kök ayrışması üzerindeki etkileri. Toprak Biyolojisi ve Biyokimya 43: 466–468
  18. ^ Jastrow, JD ve RM Miller. 1998. Toprak agregası stabilizasyonu ve karbon tutumu: Organomineral dernekler aracılığıyla geri bildirimler, s. 207-223. R. Lal, JM Kimble, RF Follett ve BA Stewart (ed.) Soil Processes and the Carbon Cycle'da. CRC Press LLC, Boca Raton, FL.
  19. ^ Wilson, Gail WT, et al. Toprak agregasyonu ve karbon tutumu, arbusküler mikorizal mantarların bolluğu ile sıkı bir şekilde ilişkilidir: uzun vadeli saha deneylerinden elde edilen sonuçlar. Ekoloji Mektupları 12.5 (2009): 452-461.
  20. ^ Wallander H, Nilsson LO, Hagerberg D ve Baath E. 2001. Sahadaki ektomikorizal mantarların dış miselyumunun biyokütlesinin ve mevsimsel büyümesinin tahmini. Yeni Fitolog, 151: 753-760.
  21. ^ Hodge, Angela, Colin D. Campbell ve Alastair H. Fitter. 2001 Bir arbusküler mikorizal mantar, ayrışmayı hızlandırır ve doğrudan organik materyalden nitrojen alır. Doğa, 413: 297-299.
  22. ^ DJ ve Perez-Moreno J. 2003'ü okuyun. Ekosistemlerde mikorizalar ve besin döngüsü – alaka düzeyine doğru bir yolculuk? Yeni Fitolog, 157: 475-492
  23. ^ Cheng et al. 2012 Arbusküler mikorizal mantarlar, yüksek CO2 altında organik karbon ayrışmasını arttırır. Bilim, 337: 1084-1087.
  24. ^ Phillips RP et al. 2012. Yüksek CO2'ye maruz kalan ormanlarda kökler ve mantarlar karbon ve nitrojen döngüsünü hızlandırır. Ekoloji Mektupları, 15: 1042-1049.
  25. ^ Uluslararası Uygulamalı Sistem Analizi Enstitüsü (2019-11-07). "Bitkiler ve mantarlar birlikte iklim değişikliğini yavaşlatabilir" . phys.org . 2019-11-12 alındı .
  26. ^ Meier, Ina C., Peter G. Avis ve Richard P. Phillips. Çam fidanlarında mantar toplulukları kök eksüdasyon oranlarını etkiler. FEMS mikrobiyoloji ekolojisi 83.3 (2013): 585-595.
  27. ^ Edward, R. Brzostek, Danilo Dragoni ve Richard P. Phillips. "Rizosfere kök karbon girdileri, hücre dışı enzim aktivitesini uyarır ve ılıman orman topraklarında azot mevcudiyetini arttırır." 97. ESA Yıllık Toplantısı. 2012.
  28. ^ Gadgil, Ruth L. ve PD Gadgil. Mikoriza ve altlığın ayrışması. (1971): 133.
  29. ^ Berg B ve Lindberg T. 1980. Orman toprağında mikorizal köklerin varlığında altlığın ayrışması gecikir mi? İç Rapor- İsveç İğne yapraklı Orman Projesi, ISBN  91-7544-095-4
  30. ^ Lindahl BD, de Boer W ve Finlay RD. 2010. Orman humusuna kök karbon taşınmasının bozulması, mikorizal mantarlar pahasına mantar fırsatçılarını uyarır. ISME Dergisi, 4: 872-881.
  31. ^ McGuire KL et al. 2010. Yavaşlamış ayrışma, bir ektomikorizal, tropikal yağmur ormanında biyolojik olarak aracılık eder. Oecologia, 164: 785-795.
  32. ^ Orwin KH et al. Mikoriza mantarları tarafından organik besin alımı, ekosistem karbon depolamasını arttırır: modele dayalı bir değerlendirme. Ekoloji Mektupları, 14: 493-502.
  33. ^ Koide RT ve Wu T. 2003. Bir Pinus resinosa plantasyonunda ektomikorizalar ve gecikmiş ayrışma. Yeni Fitolog, 158: 401-407.
  34. ^ Hodge, Angela, Colin D. Campbell ve Alastair H. Fitter. 2001 Bir arbusküler mikorizal mantar, ayrışmayı hızlandırır ve doğrudan organik materyalden nitrojen alır. Doğa, 413: 297-299.
  35. ^ Cheng et al. 2012 Arbusküler mikorizal mantarlar, yüksek CO2 altında organik karbon ayrışmasını arttırır. Bilim, 337: 1084-1087.
  36. ^ Zhu YG ve Miller RM. 2003. Toprak-bitki sistemlerinde arbusküler mikorizal mantarlar tarafından karbon döngüsü. Bitki Biliminde Eğilimler, 8: 407-409.
  37. ^ Ekblad ve ark. 2013. Orman topraklarında ektomikorizal mantarların ekstrametrik miselyum üretimi ve cirosu: karbon döngüsündeki rolü. Bitki ve Toprak, 366: 1-27.
  38. ^ Steidinger, BS; Crowther, TW; Liang, J.; Van Nuland, ME; Werner, GDA; Reich, PB; Nabuurs, GJ; de-Miguel, S.; Zhou, M. (Mayıs 2019). "Ayrışmanın iklimsel kontrolleri, orman-ağaç simbiyozlarının küresel biyocoğrafyasını yönlendirir" . Doğa . 569 (7756): 404–408. Bibcode : 2019Natur.569..404S . doi : 10.1038/s41586-019-1128-0 . ISSN  0028-0836 . PMID  31092941 . Alternatif URL