Två faktorer som spelar en nyckelroll i klimatförändringen – ökad klimatuppvärmning och förhöjda ozonnivåer – verkar ha skadliga effekter på sojaböns växtrötter, deras förhållande till symbiotiska mikroorganismer i jorden och hur växterna binder kol.

Resultaten, publicerad i 9 juli-upplagan av Vetenskapens framsteg , visa få förändringar på växtskotten ovan jord men några besvärande resultat under jord, inklusive en ökad oförmåga att hålla kvar kol som istället släpps ut i atmosfären som en växthusgas.

Forskare från North Carolina State University undersökte samspelet mellan uppvärmning och ökade ozonnivåer med vissa viktiga underjordiska organismer - arbuskulära mykorrhizasvampar (AMF) - som främjar kemiska interaktioner som håller kol i marken genom att förhindra nedbrytning av organiskt material i marken, för att därigenom stoppa utsläppet av kol från det sönderfallande materialet.

"Förmågan att binda kol är mycket viktig för markens produktivitet - förutom de skadliga effekterna av ökande växthusgaser när detta kol försvinner, " sa Shuijin Hu, professor i växtpatologi vid NC State och motsvarande författare till uppsatsen.

Finns i rötterna på cirka 80 % av växterna som växer på land, AMF har en win-win-relation med växter. AMF tar kol från växter och ger kväve och andra användbara marknäringsämnen som växter behöver för att växa och utvecklas.

I studien, forskare satte upp tomter av sojabönor med ökade lufttemperaturer på cirka 3 grader Celsius, tomter med högre halter av ozon, tomter med högre nivåer av både uppvärmning och ozon, och kontrollplott utan ändringar. De resulterande experimenten visade att uppvärmning och ökade ozonnivåer gör sojabönsrötter tunnare eftersom de sparar resurser för att få de näringsämnen de behöver.

Sojabönssorter är ofta känsliga för ozon, sa Hu. Ozonnivåerna har varit något stabila eller till och med sjunkande i vissa delar av USA under det senaste decenniet men har stigit dramatiskt i områden med snabb industrialisering, som Indien och Kina, till exempel.

"Ozon och uppvärmning har visat sig vara mycket stressande för många grödor - inte bara sojabönor - och många gräs och trädarter, " sa Hu. "Ozon och uppvärmning gör växterna svaga. Växter försöker maximera näringsupptaget, så deras rötter blir tunnare och längre eftersom de behöver utnyttja den tillräckliga mängden jord för resurser. Denna svaghet resulterar i en minskning av AMF och snabbare rot- och svampomsättningar, vilket stimulerar nedbrytningen och försvårar kolbindningen. Dessa kaskadhändelser kan ha djupgående effekter under jorden, även om växtskotten verkar normala i vissa fall."

Hu sa att han var förvånad över att växtskotten inte påverkades särskilt mycket av påfrestningarna från uppvärmning och ozon; biomassan av växtblad i både kontroll- och försöksområden var ungefär densamma.

Kanske ännu mer överraskande, Hu sa att mer uppvärmning och ozon förändrade typen av AMF som koloniserar sojabönsväxter.

Studien visade att nivåerna av en AMF-art som kallas Glomus minskade med mer uppvärmning och ozon, medan en art som kallas Paraglomus ökade.

"Glomus skyddar organiskt kol från mikrobiell nedbrytning medan Paraglomus är mer effektiv på att absorbera näringsämnen, " sa Hu. "Vi förväntade oss inte att dessa samhällen skulle förändras på det här sättet."

Hu planerar att fortsätta att studera systemen kring kolbindning i marken samt andra växthusgasutsläpp från marken, som lustgas, eller N ₂ O.