Labile organic carbon fractions and carbon-cycling microbial communities respond differently in rhizosphere and loosely root-associated soils along an alpine meadow degradation gradient on the Qinghai-Tibet Plateau

إن التربة تحت أقدامنا ليست مجرد تراب؛ بل هي محرك حي يتنفس، يخزن كميات هائلة من الكربون، وهو العنصر الذي يشكل العمود الفقري لكل أشكال الحياة. فعندما تنمو النباتات، فإنها تسحب ثاني أكسيد الكربون من الهواء وتغلقه داخل جذورها وفي التربة المحيطة بها، وتساعد هذه العملية في تنظيم مناخ الأرض. ومع ذلك، عندما تتدهور الأراضي — عندما تتحول المراعي إلى أرض عارية أو بقع غير صحية من الشجيرات — تتغير قدرة التربة على الاحتفاظ بهذا الكربون. لقد عرف العلماء منذ زمن طويل أن التربة المحيطة بجذور النبات مباشرة، والمعروفة باسم "الريزوسفير" (المحيط الجذري)، تختلف كيميائياً عن التربة التي تبعد عنها بضعة سنتيمترات فقط. فالجذور تغذي ميكروبات محددة، مما يخلق منطقة من النشاط البيولوجي المكثف. ورغم ذلك، لا يزال من غير الواضح في المروج المرتفعة الهشة في هضبة التبت كيف يؤثر تدهور هذه المروج على التوازن الدقيق لتخزين الكربون والكائنات الدقيقة الصغيرة التي تديره، وبالتحديد من خلال مقارنة التربة الملتصقة بالجذور مقابل التربة المرتبطة بها بشكل فضفاض.

في هضبة تشينغهاي-التبت، تعد المروج الألبية قطعة حاسمة في لغز المناخ العالمي، حيث تعمل كخزان ضخم للكربون. لكن هذه المناظر الطبيعية تواجه تدهوراً متقطعاً، حيث تحل الأراضي المتآكلة والأقل إنتاجية محل المراعي الصحية. وقد شرع فريق من الباحثين في فهم كيفية تغيير هذا التدهور لدورة الكربون داخل التربة، مع التركيز على الكربون العضوي الصغير وسهل التحلل الذي يغذي الحياة الميكروبية. واختاروا دراسة نبات قزم محدد، وهو "كوبريسيا بيغمايا" (Kobresia pygmaea)، الشائع في هذه المروج. قام العلماء بجمع عينات من أربع مراحل متميزة للمناظر الطبيعية: المناطق التي لا تزال صحية، والمناطق المتدهورة قليلاً، والمناطق المتدهورة متوسطاً، والمناطق المتدهورة بشدة. ولكل منطقة، قاموا بفصل التربة الملتصقة بجذور النبات بإحكام عن التربة المرتبطة بها بشكل فضفاض، مع معاملة هاتين المنطقتين كبيئات متميزة لمعرفة كيفية تفاعلهما مع الظروف المتغيرة.

فحص الباحثون التربة بحثاً عن الكربون العضوي القابل للتحلل، وهو مصدر الغذاء الطازج والنشط للميكروبات في التربة، واستخدموا تسلسلاً جينياً متطوراً للنظر في التعليمات الموجودة داخل الميكروبات والتي تخبرها بكيفية معالجة الكربون. كانوا يبحثون عن الجينات المسؤولة عن تثبيت الكربون، وهي عملية تحويل الكربون الجوي إلى مادة صلبة، والجينات المسؤولة عن تفكيك الكربون، والتي تطلقه مرة أخرى في الهواء. ومع زيادة تدهور المروج، انخفضت كمية هذا الكربون النشط والقابل للتحلل في التربة بشكل كبير. وصاحب هذا الفقدان ضعف في الإثراء الخاص بالكربون الذي يحدث عادةً مباشرة حول الجذور. كما تغيرت طبيعة مجتمع الميكروبات التي تعيش في التربة؛ ففي التربة الأكثر صحة، تميل الميكروبات إلى أن تكون "كوبيوتروفات" (Copiotrophs)، وهي كائنات تزدهر عندما يكون الغذاء وفيراً. ومع تدهور الأرض، تحول المجتمع نحو "أوليوتروفات" (Oligotrophs)، وهي ميكروبات متكيفة للبقاء في البيئات التي يندر فيها الغذاء. وإلى جانب هذا التحول، انخفضت القدرة الجينية على تثبيت الكربون، مما يشير إلى أن قدرة التربة على التقاط كربون جديد تتضاءل.

ما وجده الباحثون هو أن العلاقة بين الكربون في التربة وجينات الميكروبات لم تكن هي نفسها في كلتا المنطقتين. ففي التربة المرتبطة ارتباطاً وثيقاً بالجذور، كانت كمية الكربون النشط مرتبطة إيجابياً بالجينات التي تساعد على تثبيت الكربون والجينات المشاركة في استقلاب الميثان. وهذا يشير إلى أن الميكروبات في منطقة الجذور تعمل على بناء مخازن الكربون. ومع ذلك، في التربة المرتبطة بشكل فضفاض، كان الكربون النشط مرتبطاً بكل من الجينات التي تفكك الكربون والجينات التي تثبته. ويشير هذا إلى دورة أكثر تعقيداً وربما أقل كفاءة في التربة البعيدة عن الجذور، حيث تحدث عمليات بناء وتفكيك الكربون في آن واحد. وتوضح الدراسة أن هذه العلاقات قائمة على القدرة الجينية للميكروبات، مما يعني أن الجينات موجودة للقيام بالعمل، لكن الدراسة لم تقيس السرعة الفعلية لهذه العمليات أو تثبت أن أحد الأشياء تسبب في الآخر.

لفهم ما كان يدفع هذه التغييرات، استخدم الباحثون نموذجاً إحصائياً لوزن تأثير العوامل المختلفة. ووجدوا أن كمية الكتلة الحيوية النباتية التي تنمو فوق سطح الأرض ومحتوى النيتروجين في التربة كانا أقوى المحركات لمستويات الكربون القابل للتحلل. ومن المثير للدهشة أن التكوين المحدد للمجتمع الميكروبي أو وفرة جيناتهم كانت أقل أهمية في تفسير التغيرات في الكربون مقار بالخصائص الفيزيائية والكيميائية للتربة نفسها. وهذا يعني أن صحة النباتات وحالة المغذيات في الأرض هي الروافع الأساسية التي تتحكم في مقدار الكربون النشط المخزن في هذه التربة المرتفلة. وتكشف النتائج أن التدهور يتسبب في جعل التربة القريبة من الجذور والتربة البعيدة عنها تتحول في اتجاهات مختلفة، مع لعب البيئة الفيزيائية دوراً أكبر من الميكروبات نفسها. ويوفر هذا النظر التفصيلي في الانقسام بين التربة المرتبطة بالجذور والتربة غير المرتبطة بها صورة أوضح لكيفية استعادة هذه المناظر الطبيعية المتضررة وإدارتها للحفاظ عليها كمصارف فعالة للكربون.