Mantarlar ve Toprak Karbonu: Misel, Nekromas ve Ayrıştırma

Toprak, atmosfer ile bitki örtüsünün toplamından daha fazla karbon barındırır (Averill ve ark., 2014). Bu karbonun ne kadarının orada kalacağını belirleyen süreçlerin bir bölümü mantarların elinde: mantarlar hem bitkiden gelen karbonu toprağa taşır hem de ölü organik maddeyi parçalayıp geri salar. İki yön aynı anda işlediği için mantarların toprak karbonundaki payı tek bir cümleyle özetlenemiyor. Bu yazı konuyu dört başlık altında topluyor: bitkiden mantara akan karbon, mantar kalıntılarının birikmesi, mikoriza tipinin toprak karbonuyla ilişkisi ve odun ayrıştırmanın jeolojik ölçekteki izi.

Bitkiden toprağa giren karbonun bir kapısı

Karasal karbonun yaklaşık yüzde 75'i toprak altında bulunur ve mikorizal mantarlar bu karbonun toprak besin ağlarına giriş noktalarından birinde durur (Hawkins ve ark., 2023). Yaklaşık 200 veri setinin derlendiği çalışmada bitki topluluklarının arbüsküler mikorizal mantarlara yılda 3,93 Gt, ektomikorizal mantarlara 9,07 Gt ve erikoid mikorizal mantarlara 0,12 Gt karbondioksit eşdeğeri karbon aktardığı tahmin edilmiştir (Hawkins ve ark., 2023). Aynı çalışma bu üç sayının toplamı olan 13,12 Gt karbondioksit eşdeğerinin, fosil yakıtlardan salınan yıllık miktarın yaklaşık yüzde 36'sına denk geldiğini belirtir (Hawkins ve ark., 2023). Yazarlar tahminlerin kusurlu olduğunu ve temkinli okunması gerektiğini kendileri yazar (Hawkins ve ark., 2023).

Depolanan karbon nereden geliyor

Uzun süre toprak organik maddesinin temel kaynağının yerin üstünde biriken bitki döküntüsü olduğu düşünülüyordu. Boreal ormanlardan oluşan bir ada dizisinde radyokarbon modellemesi kullanılan çalışmada ise depolanan karbonun yüzde 50 ile 70 arasındaki bölümünün köklerden ve kökle ilişkili mikroorganizmalardan geldiği görülmüştür (Clemmensen ve ark., 2013). Aynı çalışmada mantar biyobelirteçleri, süksesyonun geç evresindeki ormanlarda mantar kalıntılarının ayrışmasının yavaşladığına ve korunduğuna işaret etmiştir (Clemmensen ve ark., 2013). Yazarlar kökle ilişkili mantarları ekosistem karbon dinamiğinin düzenleyicileri arasında saymıştır (Clemmensen ve ark., 2013).

Mantar kalıntıları: nekromas

Mikrop kalıntıları, yani nekromas, toprak organik karbonunun kalıcı bölümünde büyük bir paya sahiptir ve tarım topraklarında bu pay ölçülebilir (Zhou ve ark., 2023). Bu kalıntılar amino şeker biyobelirteçleriyle izlenir; mantar tarafındaki amino şekerlerin kaynağı hücre duvarındaki kitindir. Kitinin yapısı ve hücre duvarındaki rolü kitin nedir yazısında ele alınıyor.

481 eşleştirilmiş ölçümün derlendiği meta-analizde azot gübrelemesi toplam mikrobiyal nekromas karbonunu yüzde 12, örtü bitkileri yüzde 14, azaltılmış ya da sıfır toprak işleme yüzde 20, ahır gübresi yüzde 21 ve sap-saman uygulaması yüzde 21 artırmıştır (Zhou ve ark., 2023). Aynı analizde azaltılmış toprak işleme ve sap-saman uygulaması mantar nekromasını bakteri nekromasından daha fazla artırmış, ahır gübresi ise tersi yönde çalışmıştır (Zhou ve ark., 2023). Toprak organik karbonundaki artışın yüzde 45 ile 52 arasındaki bölümü mikrobiyal nekromas birikimiyle açıklanmıştır (Zhou ve ark., 2023).

Küresel değişim etkenlerini ayrıştıran ikinci bir meta-analizde azot, fosfor ve potasyumun birlikte verilmesi mantar amino şekerlerini yüzde 21, bakteri amino şekerlerini yüzde 22 ve toplam amino şekerleri yüzde 9 artırmıştır (Hu ve ark., 2023). Aynı analizde yalnız azot verildiğinde artış bakteri nekromasıyla sınırlı kalmış (yüzde 10) ve ısınma da bakteri nekromasını artırmıştır (Hu ve ark., 2023). Yazarlar yükselen karbondioksit ve kuraklık gibi etkenlerin sınırlı etki göstermesini, karşıt süreçlerin birbirini dengelemesine ve deney sürelerinin nekromas dönüşümüne göre kısa kalmasına bağlar (Hu ve ark., 2023).

Aynı uygulamanın her toprakta aynı sonucu vermediği de görülüyor. Sap-saman uygulamasının nekromas artışı yarı kurak ve serin iklimlerde, pH değeri 8'in altındaki topraklarda öne çıkmış ve artış verilen saman miktarıyla orantılı olmuştur (Zhou ve ark., 2023). Buna karşılık toprak işlemenin azaltılması sıcak ve nemli iklimlerde etkisini göstermiş, kumlu topraklarda ise uygulamaların hiçbirinde artış görülmemiştir (Zhou ve ark., 2023).

Mikoriza tipi neden fark yaratıyor

Bitkinin hangi mantar tipiyle çalıştığı toprak karbonuyla ilişkili çıkmıştır. Küresel veri setlerinin kullanıldığı çalışmada ektomikorizal ve erikoid mikorizal bitkilerin baskın olduğu ekosistemlerin toprağı, arbüsküler mikorizal bitkilerin baskın olduğu ekosistemlere göre birim azot başına yüzde 70 daha fazla karbon içermiştir (Averill ve ark., 2014). Aynı çalışmada bu etki net birincil üretim, sıcaklık, yağış ve kil içeriğinden bağımsız bulunmuş; mekanizma olarak bitkinin mantar ortağı ile serbest yaşayan ayrıştırıcılar arasındaki azot rekabeti önerilmiştir (Averill ve ark., 2014).

Bu öneri tarlada da sınanmıştır. İki ayrı dışlama deneyinde ektomikorizal kökler ve hifler toprak karbon solunum hızını yüzde 67'ye varan oranda düşürmüş ve bu etki 2 °C toprak ısınmasının etkisinden büyük çıkmıştır (Averill ve ark., 2016). Kıtasal ölçekli bir analizde ise azot kirliliği ektomikorizal ağaçların arbüsküler mikorizal ağaçlara göre azalmasıyla mekânsal olarak ilişkili bulunmuş ve aynı örüntü daha düşük toprak karbon stoklarıyla birlikte görülmüştür (Averill ve ark., 2018).

Ayrıştırma tarafı: ligninin kırılması

Mantarların ikinci rolü karbonu geri salmak. Odun, büyük ölçüde lignin nedeniyle ayrışmaya dirençli bir organik karbon havuzudur ve ligninin kayda değer ölçüde parçalanmasını sağlayan tek grup Agaricomycetes içindeki beyaz çürüklük mantarlarıdır (Floudas ve ark., 2012). Otuz bir mantar genomunun karşılaştırıldığı çalışmada lignin parçalayan peroksidazların Agaricomycetes atasında çoğaldığı, kahverengi çürüklük ve mikorizal soylara giden hatlarda ise paralel biçimde azaldığı görülmüştür (Floudas ve ark., 2012). Moleküler saat analizleri lignin ayrıştırmanın ortaya çıkışının, Karbonifer sonundaki organik karbon gömülme hızının belirgin düşüşüyle çakışmış olabileceğini göstermiştir (Floudas ve ark., 2012). İki çürüklük kimyasının bugünkü hâli beyaz ve kahverengi çürüklük yazısında.

Bu sayıları okurken

Buradaki bulgular belirli ekosistemler, ölçüm yöntemleri ve deney süreleri için geçerli; bir arazi yönetimi önerisi değil. Misel cephesinin toprakta bıraktığı izi tek bir olayda izleyen bir örnek peri halkası nedir yazısında; karbonun bitkiyle mantar arasında hangi yönde aktığına dair daha dar bir örnek ise orkide ve mantar ortaklığı yazısında ele alınıyor.

Bilimsel referanslar

Averill, C. et al. (2014). Mycorrhiza-mediated competition between plants and decomposers drives soil carbon storage. Nature, 505(7484), 543-5. PMID 24402225. DOI 10.1038/nature12901.

Averill, C. et al. (2016). Ectomycorrhizal fungi slow soil carbon cycling. Ecol Lett, 19(8), 937-47. PMID 27335203. DOI 10.1111/ele.12631.

Averill, C. et al. (2018). Continental-scale nitrogen pollution is shifting forest mycorrhizal associations and soil carbon stocks. Glob Chang Biol, 24(10), 4544-4553. PMID 30051940. DOI 10.1111/gcb.14368.

Clemmensen, K.E. et al. (2013). Roots and associated fungi drive long-term carbon sequestration in boreal forest. Science, 339(6127), 1615-8. PMID 23539604. DOI 10.1126/science.1231923.

Floudas, D. et al. (2012). The Paleozoic origin of enzymatic lignin decomposition reconstructed from 31 fungal genomes. Science, 336(6089), 1715-9. PMID 22745431. DOI 10.1126/science.1221748.

Hawkins, H.J. et al. (2023). Mycorrhizal mycelium as a global carbon pool. Curr Biol, 33(11), R560-R573. PMID 37279689. DOI 10.1016/j.cub.2023.02.027.

Hu, J. et al. (2023). Microbial necromass under global change and implications for soil organic matter. Glob Chang Biol, 29(12), 3503-3515. PMID 36934319. DOI 10.1111/gcb.16676.

Zhou, R. et al. (2023). Microbial necromass in cropland soils: A global meta-analysis of management effects. Glob Chang Biol, 29(7), 1998-2014. PMID 36751727. DOI 10.1111/gcb.16613.

Bu içerik bilgilendirme amaçlıdır, tıbbi tavsiye niteliği taşımaz. Herhangi bir sağlık kararı almadan önce hekiminize danışınız. Fonksiyonel mantarlar ilaç değildir ve hastalıkların tedavisinde kullanılamaz.

Atıf yapılan kaynak: 8  |  Yöntem: Editöryel Politika  |  Referanslar: Bibliyografya