Gli essudati radicali hanno un impatto sorprendente e controintuitivo sullo stoccaggio del carbonio nel suolo

Le radici sono molto più importante di quel che si credeva per combattere il cambiamento climatico

[2 Dicembre 2022]

Gli studi sull’ecologia degli ecosistemi spesso si concentrano su quel che sta accadendo alle piante fuori terra, ad esempio analizzando la fotosintesi o la perdita d’acqua nelle foglie. Ma, quando si valutano i processi ecosistemici, quel che succede  sotto terra, nelle radici delle piante, è altrettanto importante. A confermarlo clamorosamente è lo studio “Soil organic matter formation and loss are mediated by root exudates in a temperate forest”, pubblicato su  Nature Geoscience  da Nikhil Chari e Benton Taylor del Department of Organismic and Evolutionary Biology e dell’Arnold Arboretum dell’Harvard University, che ha esaminato gli essudati delle radici e il loro impatto sullo stoccaggio del carbonio nel suolo, rivelando risultati sorprendenti e controintuitivi.

All’Harvard University spiegano che «Gli essudati radicali sono composti di carbonio organico (come zuccheri semplici, acidi organici e amminoacidi) rilasciati nel terreno dalle radici delle piante viventi. Queste piccole molecole possono legarsi direttamente ai minerali del suolo, rendendole importanti regolatori della formazione e della perdita di carbonio nel suolo. A differenza della lettiera vegetale (come foglie e radici), che deve essere decomposta prima che possa influenzare il pool di carbonio del suolo, gli essudati radicali possono avere effetti immediati sulla materia organica associata ai minerali (mineral-associated organic matter – MAOM), che contiene terreno “stabile” a ciclo di carbonio lungo».

Diversi studi dimostrano che le concentrazioni atmosferiche di CO2 antropogenicamente elevate possono aumentare il tasso di essudazione radicale delle piante e modificare la composizione chimica degli essudati radicali. Chari e Taylor hanno testato come questi cambiamenti possono influenzare il carbonio nel suolo, esaminando come il cambiamento del tasso di essudazione delle radici e la composizione degli essudati influenzino le dinamiche del carbonio del suolo nativo in una foresta temperata.

I due scienziati hanno raccolto carote di suolo nell’Harvard Forest, una foresta temperata di latifoglie nel Massachusetts centrale, e le hanno incubate direttamente in provette da centrifuga. Hanno quindi fabbricato tre diversi “cocktail” di essudato di radice di carbonio-13 di zucchero semplice, acido organico e amminoacido e hanno immesso il “cocktail” nelle carote di suolo attraverso “radici artificiali”, a due velocità diverse, per un periodo di 30 giorni. A differenza di altri studi, Chari e Taylor non hanno utilizzato terreni omogeneizzati o artificiali. Il loro metodo di campionamento ha preservato grandi quantità di eterogeneità nel carbonio del suolo e nelle comunità microbiche presenti nella foresta.

Chari  evidenzia che «Volevamo sapere se questi meccanismi stavano avendo un effetto su scale ecologicamente significative. Abbiamo utilizzato carote di terreno intatte per verificare se l’effetto degli essudati radicali avrebbe superato la naturale eterogeneità nel sistema».

I ricercatori hanno misurato gli stock di carbonio iniziali e finali nelle carote di terreno e hanno scoperto che «I contributi degli essudati radicali al carbonio del suolo erano guidati dai contributi alla frazione MAOM a ciclo lungo». I MAOM sono rivestimenti microscopici su particelle di terreno costituiti principalmente da sottoprodotti di batteri e funghi. Un MAOM rimane nel suolo per decenni, il che significa che può mantenere il carbonio nel suolo per molto tempo.

Lo studio ha rilevato che «A tassi più elevati di essudazione radicale, il pool di carbonio MAOM non è cambiato anche se i contributi dell’essudato radicale a MAOM sono aumentati». Ma a tassi inferiori di essudazione radicale, Chari e Taylor hanno osservato «Un accumulo netto di carbonio MAOM, anche se i contributi dell’essudato non erano così grandi».

Chari fa notare che «Si potrebbe pensare che se si aumenta il tasso di essudazione radicale si aumenterebbe l’apporto di carbonio nel suolo formando più carbonio nel suolo, ma abbiamo trovato invece un effetto opposto che compensa l’aumento del carbonio».

I ricercatori definiscono questo fenomeno come priming effect e spiegano ancora: «Il priming si verifica quando l’immissione di nuovo carbonio nel suolo provoca la decomposizione del vecchio carbonio nel suolo. I tassi aumentati di essudazione della radice sembravano aumentare i tassi di priming MAOM rispetto ai tassi di formazione di MAOM».

Taylor  sottolinea che «I primi principi suggerirebbero che più carbonio iniettiamo nel suolo attraverso l’essudazione, più carbonio si accumulerà in queste frazioni MAOM. Quando, in realtà, non sembra essere così. In realtà, ottieni più formazione di MAOM, ma ne perdi anche di più e si bilancia. In realtà non ottieni più carbonio che si attacca al terreno, anche quando ne inietti di più».

Chari e Taylor hanno anche scoperto che i diversi composti dell’essudato avevano ciascuno effetti diversi sul carbonio del suolo: «Il glucosio (zucchero semplice) ha prodotto un turnover di MAOM più elevato sia in formazione che in perdita, ma non vi è stato accumulo netto di MAOM. Mentre l’acido succinico (acido organico) e l’acido aspartico (amminoacido) hanno portato a tassi inferiori di formazione di MAOM, ma hanno provocato un accumulo netto di carbonio MAOM».

E’ interessante notare che i ricercatori hanno scoperto che «Gli amminoacidi hanno avuto un effetto positivo particolarmente forte nell’aumentare la formazione di carbonio della biomassa microbica, mentre gli acidi organici no. Questi risultati suggeriscono ancora una volta che la comunità microbica più ampia migliora l’effetto di priming microbico. I risultati confermano ulteriormente che gli aumenti previsti nei tassi di essudazione delle radici e uno spostamento verso gli zuccheri semplici causato dal cambiamento climatico globale possono ridurre la capacità di stoccaggio del carbonio del suolo».

Intanto, Chari e Taylor continuano a misurare i cambiamenti nel tasso e nella composizione degli essudati radicali in condizioni di CO2 elevata e riscaldamento in una varietà di ecosistemi diversi, tra cui foreste temperate, praterie e campi agricoli di mais e soia.

Taylor conclude: «Questi cambiamenti stanno avvenendo ovunque sotto la superficie del suolo, ma anche piccoli cambiamenti in questo processo possono avere enormi implicazioni per lo stoccaggio del carbonio nel suolo. La gente sa che i processi in una foglia sono importanti, ma ogni radice sotto i nostri piedi ha un enorme impatto sul carbonio nel suolo. E l’elevata CO2, il riscaldamento o altri fattori del cambiamento climatico potrebbero causare un aumento sproporzionato della perdita di carbonio nel suolo rispetto alla formazione di carbonio nel suolo».