A talaj szén-dioxid-tárolása a szárazföldi ökoszisztémák fontos funkciója . A talaj több szenet tartalmaz, mint a növények és a légkör együttvéve. [1] Fontos megérteni, hogy mi támogatja a talaj szén-dioxid-tárolását, hogy megértsük a szén jelenlegi eloszlását a Földön, és hogyan fog reagálni a környezeti változásokra. Noha sok kutatást végeztek arra vonatkozóan, hogy a növények, a szabadon élő mikrobiális lebontók és a talaj ásványai hogyan járulnak hozzá ehhez a szénkészlethez, nemrégiben kiderült, hogy a mikorrhiza gombák – a szinte minden élő növény gyökeréhez kapcsolódó szimbiotikus gombák – is szerepet játszhatnak. fontos szerepet tölt be a medence fenntartásában. A mikorrhiza gombák növényi széneloszlásának mérései a becslések szerint a növények teljes szénfelvételének 5–20%-át teszik ki, [2] [3] és egyes ökoszisztémákban a mikorrhiza gombák biomasszája összemérhető a finom gyökerek biomasszájával. [4] A legújabb tanulmányok kimutatták, hogy Svédország erdős szigetein a mikorrhiza gombák a lombalomban és a talajban tárolt összes szén 50-70 százalékát tartalmazzák. [5] Úgy gondolják, hogy a mikorrhiza biomassza a talaj szénmedencéjébe történő átalakulása gyors [6] , és egyes ökoszisztémákban kimutatták, hogy ez a fő útvonal, amelyen keresztül az élő szén belép a talaj szénkészletébe. [7]
Az alábbiakban összefoglaljuk, hogy a mikorrhiza gombák különböző aspektusai hogyan változtathatják meg a talaj szénlebomlását és tárolását. A bizonyítékokat az arbuscularis és az ektomikorrhiza gombákról külön-külön mutatják be, mivel ezek filogenetikailag különböznek és gyakran eltérően működnek.
A mikorrhiza gombáknak a talaj szénkészletéhez való hozzájárulásának nagysága alapján egyesek azt sugallták, hogy a mikorrhiza biomassza átalakulásának változása fontos lehet a talaj szén-tárolásának előrejelzésében, mivel ez befolyásolná a mikorrhiza gombák talajszénhez való hozzájárulásának mértékét. visszatért a légkörbe.. [8] A csak arbuscularis mikorrhiza gombák által termelt vegyület glomalin egyes talajokban felhalmozódik, és ezekben az ökoszisztémákban a talaj szénkészletének jelentős részét képviselheti. [9] A közelmúltban végzett kísérletek azonban azt mutatják, hogy az arbuscularis mikorrhiza gombák jelenléte nettó szénveszteséghez vezet a talajban, [10] megkérdőjelezve az arbuscularis mikorrhiza gombák által termelt glomalin szerepét a megnövekedett talaj szénraktározásában. [11] A proteomikai kutatások kimutatták, hogy a glomalin extrakcióból izolált fehérjék többsége nem mikorrhiza eredetű, ezért valószínűleg túlbecsülték ennek a molekulának a talaj szén-tárolásában való szerepét. [12]
Hasonló érvelést alkalmazva Langley és Hungate (2003) [8] azzal érvelt, hogy a kitin bősége az ektomikorrhiza szövetekben csökkentheti ezeknek a gombáknak a bomlási sebességét, feltételezve, hogy a kitin rendíthetetlen. Ezt a lehetőséget a közelmúltban tesztelték és cáfolták. Fernandez és Koide (2012) azt mutatják, hogy a kitin nem bomlik le lassabban, mint más vegyszerek az ektomikorrhiza szövetekben, és hogy a kitin koncentrációja nem korrelál pozitívan a mikorrhiza biomassza lebomlási sebességével. [13]
A mikorrhiza gombák tápanyagban gazdag struktúrák az általuk megtelepedett gyökerekhez képest, és lehetséges, hogy a gyökerek mikorrhiza kolonizációja megnövekedett gyökérpusztulást eredményez, mivel a lebontók jobban hozzáférnek a tápanyagokhoz. A bizonyítékok ebben a tekintetben kétértelműek, mivel az ektomikorrhizális kolonizáció bizonyos ökoszisztémákban növeli a finom gyökerek pusztulási sebességét a nem kolonizált gyökerekhez képest [14] , míg az ehető fenyő gyökerei , amelyeket túlnyomórészt az Ascomycetes csoportba tartozó ektomikorrhiza gombák kolonizálnak , jobban elpusztulnak. lassan, mint a nem kolonizált kontrollok. [tizenöt]
Egy kísérletben, amely az arbuszkuláris mikorrhiza megtelepedésének hatását vizsgálta a növények lebontására [16] , azt találták, hogy csak a föld feletti növényi anyag bomlott le gyorsabban 3 hónap után, míg a gyökérbomlás változatlan maradt, bár az arbuscularis mikorrhiza gombák a gyökerekre korlátozódtak.
A talaj aggregációja fizikailag megvédheti a szerves szenet a talaj mikrobák általi lebomlásával szemben. [17] A nagyobb aggregátumképződés a talaj szén-dioxid-tárolásának növekedéséhez vezethet. Sok bizonyíték van arra, hogy az arbuscularis mikorrhiza gombák fokozzák az aggregátumképződést a talajban, és hogy az aggregátumképződést a glomalin arbuscularis mikorrhiza fehérje közvetítheti . [18] Ezért, még ha maga a glomalin nem is kivételesen vízhatlan és kémiailag ellenáll a lebomlásnak (a fent leírtak szerint), mégis hozzájárulhat a talaj szén-tárolásához azáltal, hogy fizikailag megvédi a többi szerves anyagot a bomlástól, elősegítve a talaj aggregációját. Kevés információ áll rendelkezésre az ektomikorrhiza gombák talajaggregátumok stabilitásában betöltött szerepéről. Vannak elszigetelt példák arra, hogy az ektomikorrhiza gombák fokozzák az aggregációt a gombák befogására általánosan használt, növekedésben lévő homokzsákokban [19] , de jelenleg nincs bizonyíték arra, hogy elősegítenék az aggregátumképződést vagy a stabilitást a szántóföldi talajokban.
Az arbuscularis mikorrhiza gombákról kimutatták, hogy a tápanyagban gazdag területeken fokozzák a talaj szénlebomlását. [20] Mivel az arbuszkuláris mikorrhiza gombákról úgy gondolják, hogy nem képesek enzimeket termelni, hogy katalizálják ezt a degradációt [21] , általános vélekedés szerint stimulálják a szabadon élő degradáló közösségeket, hogy aktívabbá váljanak azáltal, hogy labilis energiaszubsztrátokat szabadítanak fel, ezt a folyamatot primingnek nevezik. . A közelmúltban végzett laboratóriumi kísérletek kimutatták, hogy az arbuscularis mikorrhiza gombák jelenléte növeli a talaj szénveszteségét azokhoz a talajokhoz képest, ahol az arbuscularis mikorrhiza gombák nem fordulnak elő, és nagyobb a különbség magasabb CO2 esetén, amikor az arbuscularis mikorrhiza gombák nagyobb számban vannak jelen. [10] Az ektomikorrhiza kiváltására vonatkozó bizonyítékok még mindig nem meggyőzőek. A helyszíni adatok azt sugallják, hogy az ektomikorrhiza gombák növelhetik a talaj szénlebontásának sebességét [22] , azonban laboratóriumi vizsgálatok azt mutatják, hogy a finom gyökérváladék csökken az ektomikorrhiza kolonizáció növekedésével [23] , ami arra utal, hogy az ektomikorrhiza gombák bősége csökkenti a priming hatásokat. Brzostek et al. (2012) a fák rizoszférájában termelődő nitrogénforma változásáról számolnak be, amelyek mikorrhiza típusban különböznek egymástól, azonban a gyökér- és mikorrhiza alapozás hatása nem különíthető el. [24]
Az első jelentés a mikorrhiza által okozott bomlásgátlásról 1971-ben történt, és az új-zélandi ectomicorrhiza radiata fenyőültetvényekről érkezett. A szerzők kimutatták, hogy a gyökerek és a mikorrhiza gombák kizárása nettó szénveszteséget eredményezett, és az eredmény nem magyarázható a talajbolygatás hatásaival. [25] A bemutatott mechanizmus szerint az ektomikorrhiza gombák felvehetik a versenyt a szabadon élő lebontókkal a tápanyagokért, és ezáltal korlátozhatják a teljes lebomlás sebességét. Azóta több más jelentés is érkezett arról, hogy az ektomikorrhiza gombák csökkentik a szabadon élő degradálók aktivitását és lebomlási sebességét, és ezáltal növelik a talaj szénraktározását. [26] [27] [28] Egy elméleti ökoszisztéma-modell a közelmúltban kimutatta, hogy a mikorrhiza gombák szerves nitrogénhez való fokozott hozzáférése lelassítja a talajban lévő szén lebomlását a szabadon élő degradálók által, ami tápanyagkorlátozást okoz. [29] Meg kell azonban jegyezni, hogy Koide és Wu (2003) meggyőzően érveltek amellett, hogy az ektomikorrhiza gombák pusztulást csökkentő hatása jobban függhet a talajvízért, mint a talaj tápanyagaiért folytatott versengéstől. [harminc]
Lehetséges, hogy az arbuscularis mikorrhiza gombák egyes rendszerekben felülmúlják a szabadon élő degradálókat akár víz, akár tápanyag tekintetében, azonban erre a mai napig nincs bizonyíték, és úgy tűnik, hogy az arbuscularis mikorrhiza gombák inkább növelhetik, mint csökkenthetik a szabadon élők lebomlási sebességét. mikrobiális lebontó szerek.. [20] [10]
Az arbuszkuláris és ektomikorrhiza gombák talaj szén-tárolásában és lebontásában betöltött szerepének további tanulmányozása megtalálható Zhu és Miller 2003 [31] és Ekblad et al. 2013, [32] ill.