جامعه بشری به معنای واقعی کلمه روی خاک بنا شده است. خاک جهان را تغذیه می‌کند و سوخت و بافت حیاتی تولید می‌کند. اما بیشتر افراد به ندرت فکر دومی را در مورد خاک می‌کنند.

اما اخیراً، خاک توجه‌هایی که سزاوار آن است را از سازمان‌های محیط زیست، سیاست گذاران و رهبران صنعت به دست آورده است. موضوع خاک در مقاله‌های خبری پوشش داده می‌شود، روی آن در بحث‌های سیاست گذاری بحث می‌شود، و حتی یک روز بین المللی به رسمیت شناخته شدن خاک به دست آورده است.

چرا این همه توجه؟ از آن جا که جهان فوراً به راه هایی نیاز دارد تا کربن را از جو خارج کند و امنیت غذایی را برای یک جمعیت در حال رشد سریع جهان ایجاد کند. خاک می‌تواند هر دو را انجام دهد.

با این حال، تلاشهای فعلی برای ترویج ذخیره کربن در خاک فاقد یک نکته کلیدی است: همه کربن خاک یکسان نیست. به عنوان دانشمندانی با تمرکز بر اکولوژی خاک و پایداری، ما معتقدیم که مدیریت کربن خاک به طور مؤثر نیازمند در نظر گرفتن تفاوت‌های آن است.

کربن خاک به طرز حیرت انگیزی پیچیده است

ایجاد کربن خاک می‌تواند به کاهش غلظت گازهای گلخانه‌ای در هوا کمک کند. همچنین کیفیت خاک را از بسیاری جهات بهبود می‌بخشد: به خاک ساختار می‌دهد، آب و مواد مغذی مورد نیاز گیاهان را ذخیره می‌کند و ارگانیسم های حیاتی خاک را تغذیه می‌کند.

اما کربن در خاک رأساً وجود ندارد. کربن در خاک به صورت ترکیب با اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن و عناصر دیگر وجود دارد که دانشمندان به طور جمعی آن‌ها را ماده آلی خاک می‌نامند. این ماده (یعنی کربن) به طرز شگفت آوری پیچیده است، و از هزاران ترکیب شیمیایی مختلف که از تجزیه و تبدیل گیاهان، حیوانات و میکروارگانیسم‌ها باقی مانده است ساخته شده است.

با افزودن بر این پیچیدگی، کربن را می‌توان در حالتهای مختلف فیزیکی موجود در خاک یافت. این ماده را می‌توان در آب حل کرد، به صورت تکه‌های بزرگتر یا "ذره‌ای" می‌تواند ظاهر شود، و با ذرات خاک پوشانده شده یا با مواد معدنی پیوند برقرار کرده است. این اشکال مختلف همه به نحوی متفاوت رفتار می‌کنند و در نهایت تأثیرات بسیار متفاوتی در رشد گیاه، ساختار خاک و تفکیک کربن از هوا و انتقال آن به خاک دارند.

چالش این است که چگونه به صورت مفهومی همه این اشکال مختلف را تقسیم بندی کنیم بدون این که کاملاً سر در گم شویم. جامعه علوم خاک - بله ، ما آنجا هستیم! - ده ها سال است که در حال مطالعه این سؤال است. همان طور که در یک مطالعه اخیر بحث کردیم، یک تمایز اساسی می‌تواند یک چارچوب اساسی برای مدیریت کربن خاک را فراهم کند: ذرات آلی در مقابل مواد آلی مرتبط با مواد معدنی.

ماده آلی ذره‌ای چیزهایی است که به طور کلی می‌توانید ببینید. این شامل قطعات آلی تا حدی تجزیه شده، مانند تکه‌های کوچک برگ یا ریشه است. مواد آلی مرتبط با مواد معدنی بیشتر از پوشش‌های میکروسکوپی روی ذرات خاک تشکیل شده است، که عمدتاً از بدن و محصولات جانبی میکروارگانیسم‌ها و ترکیبات گیاهی خاص حاصل می‌شوند.

یک تفاوت اساسی بین این دو در این است که ماده آلی مرتبط با مواد معدنی به ذرات خاک چسبیده است، بنابراین تمایل دارد مدتی طولانی در آن جا بماند. از طرف دیگر، مواد آلی ذره‌ای به صورت آزاد در دسترس میکروارگانیسم ها قرار می‌گیرند، بنابراین خیلی سریع‌تر تجزیه می‌شوند. همچنین در برابر شیوه‌های کشاورزی مانند خاک‌ورزی که خاک را مختل می‌کند، آسیب پذیرترند.

دومین تفاوت اساسی در محتوای مواد مغذی آنهاست. به یاد داشته باشید که مواد آلی حاوی نه تنها کربن بلکه تعداد زیادی عناصر دیگر، از جمله نیتروژن، که یک کود طبیعی است که گیاهان برای رشد به آن نیاز دارند، هستند.

ماده آلی مرتبط با مواد معدنی در مقایسه با ماده آلی ذره‌ای، حاوی نیتروژن در واحد کربن بیشتری است، اما به دلیل این که ماده آلی مرتبط با مواد معدنی، کمتر در دسترس است و چرخه آهسته‌تری دارد چرخه، این نیتروژن کاملاً قابل استفاده نیست. در همین حال، ماده آلی ذره‌ای ، حاوی نیتروژن نسبی کمتری است، اما این نیتروژن به راحتی در دسترس است.

به فهمیدن موضوع، این کمک می‌کند که درباره این دو نوع کربن خاک مانند یک حساب جاری و یک حساب پس انداز فکر کنید. ماده ارگانیک ذره‌ای حساب جاری است: در موعد چک مبلغی دریافت می‌کند اما خیلی سریع هم توسط چک‌های صاحب حساب از حساب خارج شده و برای امور مربوطه هزینه می‌شود. ماده آلی مرتبط با مواد معدنی حساب پس انداز است. معمولاً با هر چکی (مثلاً چک حقوقی) پول کمتری دریافت می کند، اما این پول به سرعت هزینه نمی‌کند.

هنگامی که انسان با یک هزینه غیرمنتظره بزرگ رو به رو می شود، او معمولاً حسابهای جاری یا چکی خود را تخلیه می‌کند و حتی ممکن است به حساب پس انداز خود نیز دستبرد بزند. اگر این اتفاق بیش از حد رخ دهد، در نهایت هر دو حساب خراب می‌شوند.

این دقیقاً اتفاقی است که هنگامی می‌افتد که یک اکوسیستم مقادیر زیادی از کربن خاک را از دست می‌دهد - به عنوان مثال، هنگامی که یک علفزار شخم زده می‌شود و به مزارع زراعی تبدیل می‌شود. شخم زدن باعث تجزیه سریعتر کربن می‌شود، بنابراین ماده آلی ذره‌ای موجود به سرعت از بین می رود، و ماده آلی مرتبط با مواد معدنی اغلب تنها چیزی است که به ماندگاری خاک و رشد گیاه کمک می‌کند.

چیزی که باعث وخیم تر شدن شرایط می‌شود این است که محصولات زراعی سالانه تمایل به داشتن ریشه‌های ریز دارند که کربن زیادی به خاک اضافه نمی‌کنند. به بیان دیگر ، آنها چک‌های بسیار کمی برای انتقال وجه به حساب دارند. این بدان معنی است که ذرات آلی و مواد آلی مرتبط با مواد معدنی دو باره شارژ نشده و همچنان رو به کاهش هستند. بدون افزایش "پول نقد" به شکل تجزیه بیشتر گیاهان، خاک ها شکسته می‌شوند و کمتر سالم و پربار هستند.

مدیریت کربن خاک برای تغییرات آب و هوایی و امنیت غذایی

ابتکاراتی از قبیل "4 در هر مایل" و تراتون قصد دارند مقادیر زیادی از کربن موجود در خاک را دنبال کنند. لایحه مزرعه ایالات متحده در سال 2018 شامل اولین انگیزه‌های کشاورزان برای اتخاذ شیوه‌هایی با هدف بهبود سلامت خاک و توالی کربن است. اما این ابتکارات فاقد نکته مهمی هستند: همه کربن خاک یکسان نیست.

طول عمر بسیار متفاوت مواد آلی ذره‌ای و مواد آلی مرتبط با مواد معدنی پیامدهای مهمی برای این تلاش ها دارد. به عنوان مثال، افزودن بقایای محصول با کیفیت پایین به مزارع کشاورزی احتمالاً باعث ایجاد ذرات آلی‌ای بیشتر از ماده آلی مرتبط با مواد معدنی می‌شود. کربن در خاک رأساً وجود ندارد. کربن در خاک به صورت ترکیب با اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن و عناصر دیگر وجود دارد که دانشمندان به طور جمعی آن‌ها را ماده آلی خاک می‌نامند. این می‌تواند در کوتاه مدت کربن خاک را افزایش دهد - اما اگر بعداً این زمینه با شخم زدن مختل شود، مقدار زیادی از آن تجزیه می‌شود و فواید به سرعت برعکس می‌شود. بهترین روشها در ساخت مواد آلی مرتبط با مواد معدنی برای ذخیره طولانی‌تر کربن تمرکز دارند، در ضمن ،تولید ماده آلی با کیفیت بالا و دارای مقدار زیادی ازت برای کمک به تقویت بهره‌وری محصول است.

منبع: جوسلین لاوالی – فرانسسکا کوتروفو - Colorado State University