Large-scale forest girdling shows that current photosynthesis drives soil respiration

Resumo

As atividades respiratórias das raízes das plantas, de seus fungos micorrízicos e dos heterotróficos microbianos de vida livre (decompositores) nos solos são componentes significativos do balanço global de carbono, mas suas contribuições relativas permanecem incertas. Para separar a respiração da raiz micorrízica da respiração heterotrófica em uma floresta de pinheiros boreais, realizamos um experimento de grande escala de corte de árvores, compreendendo 9 parcelas, cada uma com cerca de 120 árvores. A poda de árvores envolve a remoção da casca do caule até a profundidade do xilema atual na altura do peito, encerrando o fornecimento de fotossintatos atuais para as raízes e seus fungos micorrízicos sem perturbar fisicamente o delicado sistema raiz-micróbio-solo. Relatamos aqui que o anelamento reduziu a respiração do solo em um ou dois meses em cerca de 54% em relação à respiração em parcelas de controle sem anelamento, e que reduções de até 37% foram detectadas em cinco dias. Esses valores mostram claramente que o fluxo de assimilados atuais para as raízes é um fator essencial da respiração do solo; no entanto, são estimativas conservadoras da respiração das raízes, porque o anelamento aumentou o uso das reservas de amido nas raízes. Nossos resultados indicam que os modelos de respiração do solo devem incorporar medidas de fotossíntese e de padrões sazonais de alocação de fotossintatos para as raízes.

Abstract

The respiratory activities of plant roots, of their mycorrhizal fungi and of the free-living microbial heterotrophs (decomposers) in soils are significant components of the global carbon balance, but their relative contributions remain uncertain. To separate mycorrhizal root respiration from heterotrophic respiration in a boreal pine forest, we conducted a large-scale tree-girdling experiment, comprising 9 plots each containing about 120 trees. Tree-girdling involves stripping the stem bark to the depth of the current xylem at breast height terminating the supply of current photosynthates to roots and their mycorrhizal fungi without physically disturbing the delicate root–microbe–soil system. Here we report that girdling reduced soil respiration within 1–2 months by about 54% relative to respiration on ungirdled control plots, and that decreases of up to 37% were detected within 5 days. These values clearly show that the flux of current assimilates to roots is a key driver of soil respiration; they are conservative estimates of root respiration, however, because girdling increased the use of starch reserves in the roots. Our results indicate that models of soil respiration should incorporate measures of photosynthesis and of seasonal patterns of photosynthate allocation to roots.