حبس کربن در خاک

● نگاهی به نقش کشاورزی و مدیریت خاک در کاهش گرمایش جهانی
در دهه اخیر، گرمایش جهانی از یک نگرانی دور از انتظار به یک واقعیت علمی تبدیل شده است. مقدار دی اکسیدکربن، متان و اکسید نیتروژن که از مهم ترین گازهای گلخانه یی موجود در جو زمین هستند، پس از انقلاب صنعتی به طور پیوسته در حال افزایش بوده است. این گازها که از منابع متفاوت طبیعی یا مصنوعی وارد اتمسفر می شوند، گرما را جذب کرده و به تنظیم دمای جو کمک می کنند. بدون این گازها کره زمین به شکل یک توده یخ می بود. اما در عین حال تحقیقات نشان داده که بالا رفتن بیش از حد غلظت آنها به افزایش نگران کننده دما منجر خواهد شد. اواخر سال ۲۰۰۴ میلادی دولت بوش در حالی که پیش از آن مخالف بود در اظهارنظری تایید کرد که گازهای گلخانه یی در تغییرات آب و هوا نقش دارند.
در سال ۱۹۹۷ نمایندگان بیش از ۱۶۰ کشور در توکیو گرد هم آمدند. این کشورها در پایان مذاکرات خود در «اجلاس ملل متحد برای بررسی تغییرات آب و هوا» موافقتنامه یی به تصویب رساندند که به پیمان کیوتو معروف شد. در این موافقتنامه برای هر کشور سطح مجازی از انتشار گازهای گلخانه یی تعریف شد.
هر چند ایالات متحده به دلایل گوناگون اقتصادی به این پیمان نپیوسته است اما در این پیمان مقرر شد که سهم این کشور هفت درصد کمتر نسبت به سال ۹۰ باشد.
پیمان کیوتو در نهایت در ۱۸ نوامبر ۲۰۰۴ با پیوستن روسیه به آن حداقل امضای کشورها را برای رسمی شدن در پای خود دید و بدین ترتیب از ۱۶ فوریه ۲۰۰۵ لازم الاجرا شد.
«تلن» (Thelen) یکی از دانشمندان موسسه علوم خاک و کشاورزی MAES معتقد است پیمان کیوتو، توجه ها را به گرمایش جهانی و گازهای گلخانه یی جلب کرده است. او که روی موضوع ذخیره کربن در خاک از طریق عملیات زراعی مطالعه می کند، می گوید تمرکز هرچه بیشتر سیاستگذاران بر گرمایش جهانی، این امکان را به او و همکارانش خواهد داد که روش هایی برای مدیریت خاک در کشاورزی اعمال کنند که هم به نفع کشاورزان باشد و هم به نفع محیط زیست.
«دو-هونگ مین» (Doo-hong min) دیگر محقق MAES نیز می گوید؛ «کشاورزی می تواند کربن موجود در جو را کاهش دهد.
چرا که درختان و محصولات کشاورزی برای فتوسنتز نیاز فراوانی به CO۲ دارند و آن را از طریق هوا به دست می آورند و در طول زمان کربن را داخل خاک برده و در آنجا ذخیره می کنند. «او می گوید یکی از نکات کلیدی برای نگهداری کربن در خاک، مدیریت شخم است. عملاً سیستم No-Tile (روشی که در آن زمین بدون شخم زده شدن زیر کشت می رود) قابلیت خاک را برای نگهداری آب و مواد غذایی در داخل خود و در نتیجه تولید محصول بهتر افزایش می دهد.
«رابرتسون» نیز یکی از محققان MAES است که در ایستگاه تحقیقات زیست شناسی کلاگ (KBS) مشغول به کار است. او مرکز تحقیقات بلندمدت اکولوژیکی (LTER) را در آنجا مدیریت می کند. «رابرتسون» و «تلن» در حال بررسی این نکته هستند که چگونه با مدیریت عملیات زراعی می توان کربن بیشتری را از اتمسفر خارج و در خاک ذخیره کرد.
«تورتسکی» محقق بخش آبزیان، حیات وحش و زیست شناس گیاهی در MAES می‌گوید؛ «کربن عنصر اصلی تشکیل دهنده دو گاز عمده گلخانه یی، یعنی دی اکسیدکربن و متان است.» تحقیقات «تورتسکی» روی لایه های یخ دائمی (Permafrost) و تالاب های عرض های جغرافیایی بالا (نواحی قطبی) مانند آنچه در آلاسکا، شمال کانادا و سیبری وجود دارد، متمرکز شده است. «تورتسکی» معتقد است این مناطق توانایی جذب و نگهداری کربن را دارند. او توضیح می دهد که در طول هزاران سال این مناطق به عنوان یک اسفنج برای جذب کربن عمل کرده اند. اما هنگامی که هوا گرم می شود، یخ های این مناطق ذوب می شوند و کربن آزاد می شود.
هر چند دانشمندان موسسه MAES با دید متفاوت به قضیه نگاه می کنند اما هدف همه آنها یک چیز است و آن کاهش انتشار گازهای گلخانه یی به وسیله ذخیره مقادیر بیشتر کربن در خاک است. «تلن» می گوید در کشاورزی و اکولوژی تخصص داریم و بنابراین می توانیم همه جوانب کار را در نظر بگیریم.
● نقش کشاورزی در تثبیت کربن
محصولات کشاورزی و دیگر گیاهان طی فرآیند فتوسنتز، از دی اکسیدکربن موجود در هوا استفاده می کنند. هنگامی که برگ ها، ساقه یا دیگر اجزای گیاهان در پاییز روی زمین می افتد، هنگام پوسیده شدن توسط میکروارگانیسم ها، کربن موجود در آنها به دی اکسیدکربن تبدیل می شود. عملیات زراعی خاصی در این موقع مثل استفاده از سیستم بدون شخم (No-Tile) مقدار کربن را در خاک افزایش می دهد.
در واقع شخم باعث می شود کربن به راحتی از خاک خارج شود.«تلن» درباره نقش کشاورزی می گوید؛ «عملیات کشاورزی به راحتی می تواند دی اکسید کربن را از هوا خارج کند. فعالیت های زراعی در برابر نگرانی از افزایش گاز دی اکسیدکربن در جو یک راه حل آسان و در دسترس است. در حالی که در جست وجوی راهکارهای جایگزین برای استفاده از سوخت فسیلی هستیم، می توانیم کشاورزی را به عنوان یک راه حل کوتاه مدت در نظر بگیریم. کشاورزی باید بین ۲۰ تا ۴۰ درصد به کاهش انتشار گاز دی اکسیدکربن طبق پیمان کیوتو کمک کند.
خاک قابلیت نگهداری مقدار زیادی کربن را در خود دارد. خاک ها قبل از دوران کشاورزی که هنوز دست نخورده بودند ۴۰ تا ۵۰ درصد کربن بیشتری نسبت به حالا داشته اند.
در عین حال کشت گیاهان پوششی که مدت بیشتری در خاک باقی می مانند - مانند یونجه و سایر علوفه ها - کربن بیشتری به خاک می افزایند چرا که با کشت این گونه گیاهان تا مدتی زمین شخم زده نمی شود.سیستم کشاورزی بدون شخم بهترین راه برای تثبیت و ذخیره کربن در خاک است در ضمن این شیوه از یک جنبه دیگر نیز به کاهش انتشار دی اکسیدکربن در جو کمک می کند، بدین ترتیب که وقتی شما مجبور نباشید برای شخم زدن و استفاده از تراکتور سوخت بسوزانید، مسلماً گاز دی اکسیدکربن نیز به هوا نمی فرستید.
«رابرتسون» در این باره می گوید؛ «ذخیره کردن کربن در خاک همچنین خاک را برای کشت وکار مناسب تر می کند و منافع خوبی برای زارعان دارد. هرچه مواد آلی در خاک بیشتر باشد، درجه تخلخل آن نیز بیشتر خواهد بود و این به معنای افزایش توانایی خاک در نگهداری آب است و بدین ترتیب بذور کاشته شده، به آسانی به آب دسترسی دارند. همین مساله در مورد مواد غذایی خاک نیز صادق است و خاک را محیط مناسبی برای فعالیت میکروارگانیسم ها و موجودات مفید خاک مانند کرم خاکی می کند و این به نفع کشاورزی است.
«تلن» می گوید؛ «کشاورزان متوجه منافع کربن موجود در خاک هستند و به تثبیت آن در خاک علاقه نشان می دهند. تا مدت ها کشاورزان به دلیل دخالت در طبیعت و بر هم زدن اکوسیستم ها و از بین بردن تعادل آنها، مسبب مشکلات زیست محیطی شناخته می شدند. اما حالا از اینکه نقشی در حل معضلات آن داشته باشند، خوشحال خواهند شد.»
ایالت میشیگان در ایالات متحده امریکا یکی از ده ایالتی است که در اتحادیه کاهش گازهای گلخانه یی توسط کشاورزی (CASMGS)، برای توسعه روش ها و گسترش اطلاعات کشاورزی در راستای کاهش انتشار گازهای گلخانه یی فعالیت دارد. ۱۵ تن از محققان مرکز MSU، تحقیقات را در این اتحادیه اداره می کنند.
این افراد مجموعه یی از برترین دانشمندان ملی در منطقه بوده که در زمینه کربن خاک و انتشار گازهای گلخانه یی، روش های حفاظت از خاک، مدل سازی کامپیوتری و تحلیل اقتصادی دارای مهارت هستند. «رابرتسون»، محقق ارشد MSU در اتحادیه است.
تحقیقات «رابرتسون» در ایستگاه تحقیقات بیولوژی کلاگ (KBS) شامل مقایسه میزان کربن موجود در زمین های تحت مدیریت کشاورزی (زمین هایی که در آنها کشت و کار صورت می گیرد) با زمین هایی که هیچ گونه مدیریتی روی آنها صورت نمی گیرد (زمین هایی که شخم و کشت نمی شوند) است. او می گوید؛ «ما متوجه شدیم که زمین های شخم زده شده نسبت به زمین های تحت مدیریت No - Tile، در زمان مشابه، دو برابر سریع تر کربن کسب می کنند. اما یکی از سوالاتی که بدون جواب مانده، توانایی خاک در تثبیت و نگهداری کربن جذب شده است. در حال حاضر بیشتر زمین هایی که ده سال است برای این برنامه تحقیقاتی در نظر گرفته شده اند، شخم زده نشده اند. حالا اگر بعد از ده سال آنها را شخم بزنیم چه اتفاقی خواهد افتاد؟ آزاد شدن کربن از خاک چقدر طول خواهد کشید؟«استوارت گراندی» محققی است که با «رابرتسون» همکاری می کند. تحقیقات او بعضاً نتایج جالبی به همراه داشته است. «گراندی» دو سال پیش یک زمین را در مرکز تحقیقات کلاگ پس از سال ها، شخم زد. نتایج ثابت کرد میزان کربن در خاک پس از شخم زدن کاهش یافته است.
حال دانشمندان در حال پی ریزی مطالعاتی هستند که اثرات شخم زمین را به هنگام کاشت بررسی کنند. هدف این تحقیقات ارائه مستنداتی در زمینه میزان کربن آزاد شده از خاک طی فر آیند کشاورزی است. در این تحقیقات جزیی ترین عواملی که به انتشار گازهای گلخانه یی می انجامد مثل سوخت تراکتور برای شخم زدن زمین یا استفاده از کودهای شیمیایی در نظر گرفته می شود.تاکنون آمارها حکایت از این دارد که شیوه کنونی زراعت ۱۱۰ واحد گاز گلخانه یی وارد جو زمین می کند. این رقم برای کشاورزی ارگانیک (کشت بدون سم و کود)، ۴۰ و برای سیستم کشاورزی No-Tile حدود ۱۰ واحد است.
«رابرتسون» می گوید؛ «ایده آل آن است که ما به اعداد منفی برسیم. در مورد زمین های آیش طی مطالعاتی این عدد منفی ۲۰۰ به دست آمد. اما اشکال کار این جاست که در این زمین ها محصول کشت نمی شود و اگر بخواهد زیرکشت برود به دلیل شخم زده شدن این عدد تغییر خواهد کرد، با این اوصاف در حال حاضر سیستم No-Tile چون به صفر نزدیک تر است، از شیوه رایج کنونی مناسب تر به نظر می رسد. مسلماً هر چند این عدد منفی تر باشد اثرات آن برای هوا بهتر است.» «رابرتسون» در ادامه می گوید؛ «در حالت آرمانی به دنبال سیستمی برای کشت و کار هستیم که ارزش گازهای گلخانه یی آن به اندازه زمین های آیش منفی باشد.»
سایر گازهای گلخانه یی مثل متان و اکسید نیتروژن، حتی گرمای بیشتری را نسبت به دی اکسیدکربن به دام می اندازند. بنابراین حتی مقدار کم این گازها همان تاثیر مقدار زیادتر دی اکسیدکربن را دارد. متان و اکسید نیتروژن در یک دوره صدساله به ترتیب ۲۱ و ۳۱۰ بار بیشتر گرمای سیاره زمین را افزایش می دهند.
اما از آنجایی که دی اکسیدکربن، عمده ترین گاز محیط است، سیاستگذاران در وهله اول به دنبال مهار انتشار این گاز هستند.
گازهای گلخانه یی را اصطلاحاً «پتانسیل گرمایش جهانی» (GWP) می نامند. پتانسیل گازهای متان و دی اکسید نیتروژن را در مقایسه با دی اکسیدکربن می سنجند. GWP دی اکسیدکربن یک بوده و به همین ترتیب این عدد در مورد دی اکسید نیتروژن ۳۰۰ و برای متان نیز ۳۰ است.
نکته یی که در بحث نقش کشاورزی در گرمایش جهانی باید به آن توجه کرد این است که همان رابطه یی که فعالیت های زراعی با انتشار گاز دی اکسیدکربن و دی اکسید نیتروژن دارد، فعالیت های دامپروری نیز با گاز متان دارد.
واحدهای پرورش گاو شیری که برای تغذیه دام ها از علوفه کاری استفاده می کنند، نقش مهمی در این زمینه دارند. «مین» (min) محققی که در این زمینه تحقیق می کند معتقد است راه هایی برای کاهش انتشار گازهای گلخانه یی در این واحدها وجود دارد. برای کاهش انتشار دی اکسید نیتروژن در این واحدها توصیه شده است کودهای ازته یا حیوانی در بهار که گیاهان رشد بیشتری دارند مورد استفاده قرار گیرند تا بیشتر این مواد صرف تغذیه گیاهان شود و کمتر به صورت گاز وارد اتمسفر زمین شوند.
یک راه نیز کوددهی شیاری در مزارع است. در مزرعه ذرت به جای اینکه ازت را در زمین پخش کنیم می توانیم پشته ها را کوددهی کنیم. راه های دیگری نیز وجود دارد از جمله استفاده از مهارکننده های نیتریفیکاسیون و اوره آز با انباشته کردن لاشه و فضولات دام در محوطه هایی مرداب مانند که تخمیر بی هوازی صورت بگیرد، استفاده نکردن از کود حیوانی در مزارع شخم زده در پاییز و زمستان و نیز بهره برداری اصولی و صحیح از مراتع.
اقداماتی هم که به کاهش انتشار گاز متان کمک می کنند شامل متعادل کردن جیره غذایی، ارتقای کیفیت و کمیت مراتع و علوفه کاری ها، به کارگیری افزودنی های خوراکی به غذای دام ها و مدیریت کود مانند پوشیده نگاه داشتن آنها باید مورد توجه دامداران باشد.«مین» و «رابرتسون» با هم همکاری نزدیکی دارند، زیرا معتقدند انتشار گازهای گلخانه یی در واحدهای دامپروری با موضوع کربن خاک طی فرآیند کشاورزی قابل تفکیک نیستند.
● بازاری برای کربن
ایده وجود بازارهایی برای کربن، انگیزه یی برای تثبیت کربن از راه کشاورزی توسط زارعان خواهد بود. به موازات اجرایی شدن پیمان کیوتو، محققان انتظار دارند بازارهای جهانی کربن ایجاد شود و افزایش درآمد کشاورزان در این بازار، انگیزه یی باشد برای تلاش برای تثبیت هر چه بیشتر کربن کشورها و صنایعی که انتشار گازهای گلخانه یی توسط آنها از میزان بالایی برخوردار است.
باید برای این منظور اعتبارهایی در نظر گرفته شود تا از این طریق به کشاورزانی که کربن را در خاک ذخیره می کنند پاداش داده شود.
«رابرتسون» می گوید؛ «این کار زمانی شدنی است که مسوولان مطمئن باشند این بازار توانایی حفظ بقا را برای جبران تلاش زارعان دارد.»«رابرتسون» علاقه دارد روزی را ببیند که بتوان به کشاورزانی که با سیستم No-Tile کار می کنند یا به هر طریقی باعث تثبیت و ذخیره کربن در خاک می شوند، پرداخت های منصفانه یی صورت گیرد. او همچنین به این می اندیشد که بتوان همین پرداخت ها را در مورد تثبیت اکسید نیتروژن داشت.
به اعتقاد دانشمندان موسسه MSU تحقیقات نشان داده که کشاورزی می تواند در میزان دی اکسید نیتروژن موجود در جو موثر باشد. او توضیح می دهد تغییر میزان و زمان کاربرد کودهای شیمیایی می تواند اثر بزرگی بر سطح دی اکسید نیتروژن آزاد شده داشته باشد. او اظهار عقیده می کند که باید به کشاورزان در مقابل تلاش برای کاهش دی اکسید نیتروژن همانند ذخیره کربن مبالغی پرداخت شود.
با وجود همه این مباحث، «رابرت سون»، «مین» و «تلن» تاکید دارند که تثبیت کربن در خاک یک راه حل کوتاه مدت است و تا زمانی که مردم دنیا و به خصوص مردم ایالات متحده به ماشین ها و خانه های بزرگ که مصرف زیاد انرژی را باعث می شوند، علاقه نشان دهند، گازهای گلخانه یی همچنان تولید خواهند شد و سرانجام روزی خواهد آمد که دیگر خاک ها از کربن اشباع شده و توانایی جذب مقدار بیشتری از آن را نخواهند داشت. تثبیت کربن دوای درد ما نیست، این کار در کوتاه مدت خوب است اما بعد از چند دهه که سطح کربن در خاک به تعادل برسد چه خواهد شد؟ این شیوه در واقع مرهمی است که مدت زمان کوتاهی به ما فرصت می دهد تا یک راه حل اساسی پیدا کنیم.

جیمی دی پولو
ترجمه: مهدی میرزایی