Terima kasih kepada Liana Wait, mahasiswa pascasarjana, Departemen Ekologi dan Biologi Evolusi Universitas Princeton untuk artikel ini. Anda dapat melihatnya dalam bentuk aslinya di sini.
Anda mungkin pernah mengamati tumbuhan bersaing untuk mendapatkan sinar matahari - cara mereka meregang ke atas dan ke luar untuk menghalangi akses satu sama lain ke sinar matahari - tetapi di luar pandangan, jenis persaingan lain terjadi di bawah tanah. Dengan cara yang sama seperti Anda dapat mengubah cara Anda mencari makanan ringan gratis di ruang istirahat saat kolega Anda hadir, tanaman mengubah penggunaan sumber daya bawah tanah saat ditanam di samping tanaman lain.
Dalam makalah yang diterbitkan bulan lalu di Sains (dan ditampilkan di sampul ), sebuah tim peneliti internasional yang dipimpin oleh mahasiswa pascasarjana Princeton Ciro Cabal menjelaskan kehidupan tanaman di bawah tanah. Riset mereka menggunakan kombinasi pemodelan dan eksperimen rumah kaca untuk menemukan apakah tanaman berinvestasi secara berbeda dalam struktur akar saat ditanam sendiri dibandingkan saat ditanam berdampingan.
“Penelitian ini sangat menyenangkan karena mengombinasikan beberapa jenis mind candy yang berbeda untuk merekonsiliasi hasil yang tampaknya kontradiktif dalam literatur:eksperimen cerdas, metode baru untuk mengamati sistem akar di tanah yang utuh, dan teori matematika sederhana,” kata Stephen Pacala , Profesor Frederick D. Petrie dalam Ekologi dan Biologi Evolusi (EEB) dan penulis senior di makalah.
“Sementara bagian tanaman di atas permukaan tanah telah dipelajari secara ekstensif, termasuk berapa banyak karbon yang dapat disimpannya, kita tahu lebih sedikit tentang bagaimana bagian di bawah permukaan tanah — yaitu, akar — menyimpan karbon,” kata Cabal, Ph.D. siswa di lab Pacala. “Karena sekitar sepertiga dari biomassa vegetasi dunia, maka karbon, berada di bawah permukaan tanah, model kami menyediakan alat yang berharga untuk memprediksi perkembangbiakan akar dalam model sistem bumi global.”
Tumbuhan membuat dua jenis akar yang berbeda:akar halus yang menyerap air dan unsur hara dari tanah, dan akar pengangkut kasar yang mengangkut zat ini kembali ke pusat tumbuhan. “Investasi” tanaman pada akar melibatkan volume total akar yang dihasilkan dan cara akar ini didistribusikan ke seluruh tanah. Tanaman dapat memusatkan semua akarnya langsung di bawah pucuknya, atau dapat menyebarkan akarnya secara horizontal untuk mencari makan di tanah yang berdekatan — yang berisiko bersaing dengan akar tanaman tetangga.
Model tim memprediksi dua hasil potensial untuk penanaman akar ketika tanaman menemukan diri mereka berbagi tanah. Pada hasil pertama, tanaman tetangga "bekerja sama" dengan memisahkan sistem akar mereka untuk mengurangi tumpang tindih, yang menyebabkan produksi akar secara keseluruhan lebih sedikit daripada jika mereka soliter. Pada hasil kedua, ketika tanaman merasakan berkurangnya sumber daya di satu sisi karena kehadiran tetangga, ia memperpendek sistem akarnya di sisi itu tetapi berinvestasi lebih banyak pada akar tepat di bawah batangnya.
Seleksi alam memprediksi skenario kedua ini, karena setiap tanaman bertindak untuk meningkatkan kebugarannya sendiri, terlepas dari bagaimana tindakan tersebut berdampak pada individu lain. Jika tanaman sangat berdekatan, peningkatan investasi dalam volume akar ini, terlepas dari pemisahan akar tersebut, dapat mengakibatkan tragedi milik bersama, di mana sumber daya (dalam hal ini, kelembapan tanah dan nutrisi) habis.
Untuk menguji prediksi model, para peneliti menanam tanaman lada di rumah kaca baik secara individu maupun berpasangan. Di akhir percobaan, mereka mewarnai akar tanaman dengan warna berbeda sehingga mereka dapat dengan mudah melihat akar mana yang termasuk tanaman mana. Kemudian, mereka menghitung total biomassa dari setiap sistem akar tanaman dan rasio akar terhadap pucuk, untuk melihat apakah tanaman mengubah berapa banyak energi dan karbon yang mereka simpan ke dalam struktur bawah tanah dan atas tanah saat ditanam berdampingan, dan menghitung jumlah benih yang dihasilkan oleh setiap tanaman sebagai ukuran kebugaran relatif.
Tim menemukan bahwa hasilnya tergantung pada seberapa dekat sepasang tanaman satu sama lain. Jika ditanam sangat berdekatan, tanaman akan cenderung berinvestasi besar-besaran pada sistem akar mereka untuk mencoba saling bersaing untuk mendapatkan sumber daya bawah tanah yang terbatas; jika mereka ditanam lebih jauh, mereka kemungkinan akan berinvestasi lebih sedikit pada sistem akar mereka daripada tanaman soliter.
Secara khusus, mereka menemukan bahwa ketika ditanam berdekatan, tanaman lada meningkatkan penanaman akar secara lokal dan mengurangi seberapa jauh mereka merentangkan akar secara horizontal, untuk mengurangi tumpang tindih dengan tanaman tetangga. Tidak ada bukti untuk skenario “tragedy of the commons”, karena tidak ada perbedaan total biomassa akar atau investasi relatif pada akar dibandingkan dengan struktur di atas permukaan tanah (termasuk jumlah benih yang diproduksi per tanaman) untuk tanaman soliter versus tanaman yang hidup bersama .
Tumbuhan menghilangkan karbon dioksida dari atmosfer dan menyimpannya dalam strukturnya — dan sepertiga dari karbon vegetatif ini disimpan di akar. Memahami bagaimana perubahan deposisi karbon dalam berbagai skenario dapat membantu kita memprediksi serapan karbon dengan lebih akurat, yang pada gilirannya dapat membantu merancang strategi untuk memitigasi perubahan iklim. Penelitian ini juga dapat membantu mengoptimalkan produksi pangan, karena untuk memaksimalkan hasil panen, memahami cara menggunakan sumber daya bawah tanah (dan atas tanah) secara optimal akan sangat membantu.
Rekan penulis lain di makalah ini adalah Ricardo Martínez-García, mantan postdoctoral fellow di EEB yang sekarang menjadi profesor di South American Institute for Fundamental Research; Aurora de Castro, yang mengerjakan proyek ini sebagai bagian dari tesis sarjana untuk Departemen Biogeografi dan Perubahan Global di Spanish National Museum of Natural Sciences; dan Fernando Valladares, profesor madya di Departemen Biologi, Geologi, Fisika, dan Kimia Anorganik di Universitas Rey Juan Carlos dan peneliti di Departemen Biogeografi dan Perubahan Global di Spanish National Museum of Natural Sciences.
“Pemisahan akar tanaman yang eksploitatif,” oleh Ciro Cabal, Ricardo Martínez-García, Aurora de Castro, Fernando Valladares dan Stephen W. Pacala, muncul di Science (DOI) edisi 4 Desember :10.1126/science.aba9877). Karya ini didukung oleh Princeton University May Fellowship di Departemen Ekologi dan Biologi Evolusioner; Yayasan Gordon dan Betty Moore (hibah GBMF2550.06); Instituto Serrapilheira (hibah Serra-1911-31200); Yayasan Penelitian São Paulo (hibah ICTP-SAIFR 2016/01343-7); Programa Jovens Pesquisadores em Centros Emergentes (2019/24433-0); Yayasan Simons; Kementerian Sains, Inovasi, dan Universitas Spanyol (COMEDIAS grant CGL2017-83170-R); dan Inisiatif Mitigasi Karbon Institut Lingkungan High Meadows.
