همیشه به ما آموخته‌اند که گیاهان از طریق برگ‌های خود دی‌اکسید کربن را از هوا می‌گیرند، با کمک نور خورشید آن را به غذا تبدیل می‌کنند و اکسیژن را به جو بازمی‌گردانند. طبق کتاب‌های درسی، ریشه‌ها تنها وظیفه جذب آب و مواد معدنی از خاک را دارند. اما پژوهش جدیدی نشان داده است که نیمی از داستان را از قلم انداخته‌ایم.
کشفی که دیدگاه ما را درباره گیاهان تغییر می‌دهد
مطالعه‌ای تازه به سرپرستی دکتر آمیـران خابیدویچ زانیلوف از دانشگاه دولتی کاباردینو-بالکاریا نشان داده است که ریشه‌های گیاهان نیز قادرند دی‌اکسید کربن را مستقیماً از خاک جذب کنند. این فرآیند آرام و نامرئی، درک ما از چرخه کربن و حیات گیاهان را دگرگون می‌کند.
چگونه ریشه‌ها کربن جذب می‌کنند؟
برای آزمودن این فرضیه، تیم دکتر زانیلوف سیستمی ویژه با دو محفظه هوابند طراحی کرد: یکی برای برگ‌ها و دیگری برای ریشه‌ها. در هر محفظه حسگرهایی قرار داده شد که سطح دی‌اکسید کربن را در زمان واقعی پایش می‌کردند.
نوزده گیاه ذرت در طول چهل روز در این سیستم رشد کردند، در حالی که نور، کود و شرایط هوایی به‌صورت مرحله‌ای تغییر می‌کرد.
نتایج غیرمنتظره
وقتی نور خورشید خاموش شد و فتوسنتز متوقف گردید، ریشه‌ها شروع به جذب کربن از هوای درون خاک کردند. در حالی که برگ‌ها دی‌اکسید کربن پس می‌دادند، ریشه‌ها آن را جذب می‌کردند و نوعی تعادل طبیعی پدید آمد.
«این نشان می‌دهد که جذب CO₂ توسط ریشه‌ها فقط یک پدیده عجیب نیست، بلکه ممکن است نوعی مسیر تغذیه‌ای جایگزین برای گیاه باشد.» — دکتر زانیلوف
به گفته او، وقتی نور فراوان باشد، ریشه‌ها می‌توانند به عنوان یک بافر کربنی عمل کرده و در شرایط ناپایدار جوی، منبع کمکی جذب کربن باشند.
نور و نقش آن در فعالیت ریشه‌ها
تیم تحقیقاتی کشف کرد که ریشه‌ها زمانی فعال می‌شوند که سطح دی‌اکسید کربن در هوا به حدود ۴۱۷ تا ۳۶۷ قسمت در میلیون (ppm) برسد — همان مقداری که ما امروز در جو زمین تنفس می‌کنیم. این یعنی این پدیده نه‌تنها در آزمایشگاه، بلکه در مزارع و جنگل‌های واقعی نیز رخ می‌دهد.
رفتار برگ‌ها و ریشه‌ها ارتباط تنگاتنگی داشت. وقتی برگ‌ها جذب کربن را متوقف کردند، ریشه‌ها بلافاصله وارد عمل شدند. ضریب همبستگی میان این دو برابر با -0.859 بود که نشان‌دهنده هماهنگی مستقیم بین آن‌هاست.
گیاهان در نور شدید چگونه رفتار می‌کنند؟
در گیاهانی که در معرض نور بیشتر قرار داشتند، برگ‌ها بلافاصله پس از غروب شروع به تنفس نکردند، بلکه حدود ۸۰ دقیقه بعد فعال شدند. این تأخیر به دلیل ذخیره انرژی اضافی بود که باعث آرام‌تر شدن سیستم داخلی گیاه پیش از ورود به حالت شب می‌شد.
تأثیر کود نیتروژنه بر جریان کربن
افزودن نیترات آمونیوم ریتم طبیعی گیاه را تغییر داد. برگ‌ها در روز دی‌اکسید کربن کمتری جذب کردند اما تنفسشان افزایش یافت. جذب روزانه از ۹۲٫۳ به ۷۰٫۴ ppm کاهش یافت.
«افزایش نیتروژن هزینه دارد. به نظر می‌رسد این ترکیب تعادل انرژی گیاه را تغییر می‌دهد و در نتیجه توانایی تثبیت کربن را کاهش می‌دهد.» — دکتر زانیلوف
به‌عبارتی، کود نیتروژنه اگرچه نیتروژن بیشتری به گیاه می‌دهد، اما ریتم کربنی آن را مختل می‌کند. ریشه‌ها نیز ابتدا کربن آزاد کردند و چند روز بعد دوباره آن را جذب نمودند.
پژوهشگران هشدار می‌دهند که این نوع کود می‌تواند فعالیت میکروبی خاک را افزایش دهد و ماده آلی را سریع‌تر تجزیه کند. برای حفظ پایداری خاک، پیشنهاد می‌شود از کاه، کمپوست یا مواد آلی برای جبران کربن از دست رفته استفاده شود.
کربن زیاد، جذب را متوقف می‌کند
وقتی سطح دی‌اکسید کربن به بیش از ۵۰۰ تا ۱۵۰۰ ppm رسید، ریشه‌ها جذب را کاملاً متوقف کردند و جهت جریان گاز معکوس شد. افزایش بیش از حد کربن در هوا، مانع جذب از خاک می‌شود. این یافته نگران‌کننده است، زیرا با بالا رفتن سطح جهانی کربن، سازوکار پنهان ریشه‌ها ممکن است ضعیف‌تر شود.
بازنویسی علم کربن توسط ریشه‌ها
دانشمندان پیش‌تر تصور می‌کردند که ریشه‌ها تنها دی‌اکسید کربن را از طریق تنفس آزاد می‌کنند. اما این مطالعه نشان داد که در شرایط نوری و خاکی طبیعی، ریشه‌ها می‌توانند به‌عنوان جاذب‌های کربن نیز عمل کنند.
این کشف ممکن است باعث بازنگری در مدل‌های اقلیمی و روش‌های کشاورزی شود. مدیریت نور، کود و رطوبت خاک می‌تواند به جذب بهتر کربن و بهبود رشد محصولات کمک کند — راهی برای کشاورزی سازگار با اقلیم بدون نیاز به فناوری‌های پرهزینه حذف کربن.
انقلابی آرام در نالچیک
این پژوهش در مرکز کربن‌زدایی مجموعه کشاورزی و اقتصاد منطقه‌ای دانشگاه دولتی کاباردینو-بالکاریا در شهر نالچیک روسیه انجام شد. در محیطی دور از مراکز بزرگ علمی، گروهی از پژوهشگران توانستند پدیده‌ای خارق‌العاده را آشکار کنند — ریشه‌هایی که نفس می‌کشند.
«این پژوهش نشان می‌دهد که کشفیات بزرگ همیشه از شهرهای بزرگ نمی‌آیند. گاهی در سکوت، درون محفظه‌ای کوچک و در ریشه گیاهی ذرت، حقیقتی نوین رشد می‌کند.» — دکتر زانیلوف
نتایج این پژوهش در نشریه Carbon Research منتشر شده است.
جمع‌بندی
مطالعه اخیر نشان داد که ریشه‌های گیاهان نه‌تنها مجرای جذب آب و مواد معدنی‌اند، بلکه نقش مهمی در چرخه کربن دارند. این کشف می‌تواند مسیر تازه‌ای برای درک پایداری زیست‌محیطی و کشاورزی هوشمند باز کند.
