Rod-konkurrence påvirker klimaændringer og afgrødeproduktion

Den samme konkurrence der er mellem planter, der kæmper om sollys over jorden, er også til stede under jorden. I et nyt forskningsprojekt, er man nået frem til resultater, der viser, at jo større rod-konkurrence der er planterne imellem, jo mere energi bruger planterne, og omvendt investerer de mindre, når de er længere fra hinanden. Det har mundet ud i en beregningsmodel til at vurdere og forudsige celledeling i rødder i større skala.

Resultaterne er offentliggjort i en videnskabelig artikel i tidskriftet Science, hvor den internationale forskergruppe ledet af Princeton-kandidatstuderende Ciro Cabal kaster lys over planternes underjordiske liv. Deres forskning brugte en kombination af modellering og et drivhuseksperiment for at opdage, om planter investerer forskelligt i rodstrukturer, når de plantes alene kontra når de plantes sammen med en naboplante.

- Denne undersøgelse er interessant, fordi den kombinerer flere ting, og er en ny metode til at observere rodsystemer og kombinere det med matematisk teori, siger Stephen Pacala og Frederick D. Petrie, der er henholdsvis professor i økologi og evolutionær biologi (EEB) og hovedforfatter på den videnskabelige artikel.

- Mens plantevæksten over jorden er blevet grundigt undersøgt, herunder hvor meget kulstof de kan lagre, ved vi meget mindre om, hvordan underjordiske dele - det vil sige rødder - lagrer kulstof. Da cirka en tredjedel af verdens biomasse fra planter, og dermed kulstof, er under jorden, giver vores model et værdifuldt værktøj til at forudsige cellevæksten i rødder på globalt plan, siger Ciro Cabal, der er ph.d. studerende i Stephen Pacalas laboratorium.

To rodtyper

Planter fremstiller to forskellige typer rødder: fine rødder, der absorberer vand og næringsstoffer fra jorden, og grove transportrødder, der transporterer disse stoffer tilbage til planten. Plantens "investering" i rødder omfatter både den samlede mængde producerede rødder og den måde, hvorpå disse rødder fordeles i jorden. En plante kan koncentrere alle sine rødder direkte under skuddene, eller sprede sine rødder vandret ud for at få næringsstoffer i jorden uden om - hvilket risikerer konkurrence med rødderne fra de nærliggende planter.Holdets matematiske model forudsiger to potentielle resultater for plantens rodinvestering. I det første resultat "samarbejder" de omkringliggende planter ved at adskille deres rodsystemer for at reducere overlap rødderne imellem, hvilket fører til, at de producerer mindre rødder generelt, end de ville, hvis de var for sig selv. I det andet resultat, når en plante registrerer færre ressourcer, fordi der er andre planter til stede ved siden af, forkorter den sit rodsystem på den side, men bruger flere kræfter på rodudvikling direkte under plantestammen.

Test af matematikken

For at teste forudsigelser i den matematiske model, dyrkede forskerne peberplanter i et drivhus både individuelt og parvis. I slutningen af ??eksperimentet farvede de rødderne på planterne i forskellige farver, så de let kunne se, hvilke rødder der tilhørte hvilken plante. Derefter beregnede de den samlede biomasse af hver plantes rodsystem og forholdet mellem rødder og skud for at se, om planterne ændrede, hvor meget energi og kulstof de opbyggede i underjordiske og overjordiske strukturer, når de blev plantet sammen med naboer, og talte antallet af frø produceret af hver plante.

Holdet opdagede, at resultatet afhænger af, hvor tæt et par planter er på hinanden. Hvis de plantes meget tæt sammen, vil planterne sandsynligvis investere meget i deres rodsystemer for at forsøge at udkonkurrere hinanden for næringsmæssige ressourcer, men hvis de plantes længere fra hinanden, vil de sandsynligvis investere mindre i deres rodsystemer end en enkeltstående plante ville.

Planter fjerner kuldioxid fra atmosfæren og afsætter det i deres strukturer - og en tredjedel af dette vegetative kulstof lagres i rødderne. Forståelse af, hvordan kulstofaflejring ændres i forskellige scenarier, kan ifølge forskerne hjælpe os mere præcist med at forudsige kulstofoptagelse, hvilket igen kan hjælpe med at designe strategier for at afbøde klimaforandringer. Denne forskning kan ifølge dem også hjælpe med at optimere fødevareproduktionen. For ved at maksimere afgrødeudbyttet er det nyttigt at forstå, hvordan man optimalt bruger ressourcer både over og under jorden.