مقاله فارسی مفاهيم بيوفيزيك جريان كربن در ديم ‌كاريها

مفاهيم بيوفيزيك جريان كربن در ديم‌كاريها
مقدمه:
فرآيندهاي جريان كربن در خاكها قسمتي از چرخه كربن جهان را تشكيل مي‌دهد. جابجايي كربن ميان خاك و محيط روي زمين، دو جهتي و به طور متوالي ذخيره كربن در خاك به تعادل ميان فرآيندهاي مخالف هم (تجمع و كاهش) بستگي دارد. اين ذخيره كربن خاك در واقع فعال است و نه تنها كربن به طور دائمي به خاك وارد و خارج مي‌شود كربن خاك ميان گروههاي مختلف و دسته‌هاي مختلف گسترده مغناطيسي شده تقسيم مي‌شود. همچنين كربن خاك درماده آلي زنده خاك به عنوان يك ذخيره ساكن و بخشي از آن در پديده ديگري بعنوان چرخه تجزيه و پخش گازها نقش بازي مي‌كند. كميت كربن ذخيره شده در خاك‌ها به طور عمده مشخص است. خاكها شامل سه برابر كربن نسبت به قبل از رويش و دو برابر مقداري كه در اتمسفر است،‌ مي‌باشند.
در اينجا حقيقتي كه فاكتورهاي محيطي مي‌تواند به طور مشخص به درجه‌بندي كه اندازه گروههاي كربن خاك را كنترل مي‌كنند، اثر كنند. كميت كربن درون خاك تا حدي به وسيله يك رابطه توازن ساده شرح داده‌شده است:
كربن خالص تجمعي = كربن خروجي – كربن ورودي
بسياري از فاكتورهاي تعيين ورود و خروج كربن از خاك به طور عمده و غير عمده بوسيله عمليات مديريتي زمين تاثير پذيرفته‌اند. بنابراين بسياري از فرآيندهاي آگرواكولوژي براي تاثير كربن ورودي و خروجي
وجود دارد. به منظور ايجاد جريان كربن فعاليت انساني به ماكسيمم كربن ورودي و مينيمم كربن خروجي نياز دارد. در صورتي كه جريان كربن در خاكها براي جبران پخش گاز CO2 مورد استفاده قرار مي گيرد. محيط‌هاي ديم كاري بوسيله يك سري از ويژگي‌هاي خاص ديم‌كاري مختص شده اند و اينها نكاتي روي جنبه هاي جزئي جريان كربن خواهند بود. براي مثال عدم وجود آب يك جنبه كليسدي است و اين جنبه در بسياري از مناطق خشك بوسيله وجود حرارتهاي بالا در بعضي از زمانها همراه شده است. نقصان آب در ديم‌كاريها به طور شديدي توليدات گياهي كه منبع نهايي كرين خاك را تشكيل مي‌دهند در فشار مي‌گذارد. بعلاوه اندازه گروههاي ماده آلي خاك در اكوسيستمهاي طبيعي به طور تصاعدي همراه با حرارت كاهش مي‌يابد و به طور متوالي بايد خاكهاي ديم‌كاري كمتر از يك درصد و غالباً كمتر از 5 درصد كربن را شامل شوند. بنابراين اگر چه عمليات كشاورزي كربن خاك را كاهش داده است بطور كلي مراحل محوطه سازي ديم‌كاري بطور عملي براي كاهش و رها سازي آن مستعد است. بنابراين كميت كربن در خاكهاي ديم‌كاري از يك پايه اوليه كاهش يافته است. اگر چه جنبه‌هاي مثبتي در ارتباط با ذخاير كربني در خاكهاي ديم‌كاري وجود دارد در خاكهاي خشك به طور عمده كاهش كربن احتمال كمتري دارد و بطور متوالي جريان كربن درخاكهاي ديم‌كاري نسبت به خاكهاي جنگلي بسيار طولاني‌تر است.
خود ماده آلي در فرآيندهاي عمل روي آب براي هر تفاوتي در خشكي در منطقه گرم مقايسه شده با مناطق حرارتي جايي كه مراحل كربن به طور عمومي بيشتر و جايي كه تحقيقات بيشتر بايد صورت گيرد، مورد
قبول نمي‌باشد. علي الخصوص محتواي پايين كربن در خاكهاي ديم‌كاري عمدتاً در ديم‌كاريها تقريباً 40 درصد نواحي زمينهاي جهان را تشكيل مي‌دهد. (Fao 2000) با واقعيتي كه اين خاكها آلوده شده‌اند معني مي‌دهد كه ديم‌كاريها ممكن است بالاترين پتانسيل براي كربن به منظور تثبيت كنندگي كربن را داشته باشد.
فاكتورهاي كنترلي جريان كربن
پتانسيل جريان كربن به ظرفيت حفظ گياه كه با هم حمايت و تجمع ماده آلي را تشكيل مي‌دهد بستگي دارد. كميت وجود كربن خاك بوسيله فعاليت فرآيندهاي پيچيده دروني كنترل شده است كه بوسيله كربنهاي ورودي و ميزان تجزيه تعيين مي‌شود. فاكتورهاي كنترلي كميت ماده آلي در خاك شامل حرارت، رطوبت، اكسيژن، pH مواد غذايي، محتواي رس و مواد معدني است.
تجمع كربن بوسيله شرايطي كه براي تجزيه مساعد نباشد مطلوب شده است، يعني حرارت پايين مواد مادري، اسيدي بودن خاك و شرايط بي‌هوازي، هيميز در سال 1998 تخمين زد كه اين شرايط در 832 كيلوگرم نيتروژن، 200 كيلوگرم پتاس و 143 كيلوگرم گوگرد بواسطه 10 تن كربن در هوموس اتفاق مي‌افتد و يك جنبه مهم از تثبيت كربن هنوز در بسياري از خاكهاي ديم‌كاريها امروزه پايين بودن مواد غذايي است. راس موسن و كارتن در سال 1994 پيشنهاد كردند كه مراحل جريان كربن در خاكهاي ديم‌كاري ميان 10 تا 20 درصد از ميزاني كه كربن اضافه شده است را به
دست مي دهد. منبع اصلي كربن خاك co2 جو است كه درست بوسيله گياهان در فرآيندهاي فتوسنتز ساخته مي‌شود. بنابراين توليد اوليه حد بالاي را روي مقدار كربني كه مي‌تواند در خاك ذخيره شود، مي گذارد و از طريق بيوماسي كه در توليد خالص اوليه به دست مي دهد در دسترس خواهد بود. موثرترين روش تجمع كربن در خاكها بايد بوسيله تجزيه مستقيم مواد گياهي باشد. اگر كربن كه بوسيله بعضي زنجيره‌هاي هتروتروف مستقيما‌ً به اتمسفر بعنوان يك co2 زنجيرخه‌اي برگردانده شود فعاليت انگلي و گوارشي و تاثيرات جذبي آنها مي‌باشد. اين مراحل در شكل يك نشان داده شده است. در جايي كه مدل كربن خاك مورد استفاده براي تاثير كود سبز گياهي و گاوي اضافه شده براي خاك ورتي‌سول در ناحيه نيمه‌خشك آندراپارادش نشان داده شده است. اين سيستم يك موقعيت پايا است. زماني كه (در سال 1989 ) پنج تن در هكتار درساختار مواد زائد گياهي يا كود كه براي پنج سال پياپي اضافته شده است. محتوي كربن آلي خاك عمدتاً در طول دوره كاربرد و پس از آن كه به طور متوالي به دست ‌آورده شده و پس از آن روي سالهاي متوالي پايين آمده است. تجمع پنجاه درصدي محتواي كربن مواد گياهي ده تني از مواد زائد گياهي كه واقعاً براي تهيه هر پنج تن كاربرد كربن گياهي مورد نياز مي‌باشد. براي كاربرد كود اگر تاثير مواد گوارشي و مواد حيواني شصت درصد باشد، ده تن از مواد زائد گياهي از كود را توليد خواهد كرد. اگر كود گاوي شامل 25 درصد كربن شود فقط در واقع يك تن كربن دردسترس تركيب خاك خواهد بود.
شكل يك به روشني كمترين كربن دردسترس براي جريان داخل خاك زماني كه آن را بوسيله زنجيره موجودات هتروتروفي گزارده مي‌شود، نشان مي‌دهد. در شكل يك تغيير در كربن آلي خاك براي يك ورتي‌سول در نواحي نيمه‌خشك آندراپارادش هندوستان همراه با مدل كربن خاك نشان داده شده است. پنج تن مواد زتئد كربن گياهي و پنج تن كود حيواني در پنج سال متوالي در سال 1989 بكار برده شده اند.
آزمايشات در بلند مدت نشان داده‌اند كه يك رابطه خطي ميان كميت كربن اضافه شده به خاك بعنوان ماده آلي و مقدار كربن تجمع يافته در خاك وجود دارد و عوامل جريان ديگر ثابت باقي مي‌‌مانند. اگر چه حالت ديناميك ماده آلي خاك پيچيده است و فاكتورهاي كنترلي منحصراُ در هر موقعيتي بر يكديگر اثر مي‌گذارند، پيش‌بيني هايي كه چطور در آينده مديريت گروههاي كربني بايد تغييراتي را تا 20 سال يابند‌، داده شده است. اين به طور جزئي تا اندازه‌اي تاثير عمليات مديريت خاك روي كربن خاك قابل اندازه‌گيري حفظ شده است. سرانجام اگر شرايط سيستمي كه يك حالت پاياي جديد را بطور مشترك در پنجاه تا صد سال تحقق مي‌دهد. نكته مهم بررسي از بيين رفتن جريان كربن خاك، طبيعت ديناميكي فرآيندها است. حتي اگر خاكها فعال باشند تا اندازه يك sink يا مخزن آنها توامانان مقداري كاهش كربن خواهد داشت و بسياري از فاكتورها مي‌تواند در هر زماني براي تغيير تعادل عمل كند. همه كربن در خاكها توانايي براي تجزيه كامل را دارند.
از طرف ديگر فرسايش مسير عمده براي كاهش كربن از خاكها بوسيله پخش co2 كه عموماً بعنوان تنفس خاك با حرارت شناخته مي‌شود. اين كاهش در محيط ‌هاي گرمتر زياد شده، زيرا شروع جريان co2 از فعاليت ميكروبي افزوده مي‌شود. اگر چه نسبت، غير خطي است و بهترين توصيف داده شده بوسيله مدل آرهنيوس است، اين يك عامل اوليه است. عاملي بر ضد جريان كربن در اقليمهاي گرم حرارتي است. بهرحال اگر چه تجزيه هم نيازمند رطوبت است و درديم‌كاري‌ها در دسترس نبودن آب عامل محدود كننده است. عمل متقابل بين حرارت و رطوبت در كنترل تجزيه پيچيده است و به ويژگي هاي منطقه وابسته است. براي مثال ميليك و دژاز فهميدند كه پخش co2 از خاك در يك علفزار بلند اساساً به حرارت و ثانياً به آب بستگي دارد، برعكس در طول فصل رشد يك موقعيت پيچيده‌تر در تگزاس مركزي بوسيله فرنس لوبرز كشف شد. آنها كشف كردند كه وابستگي روي توالي گياه زراعي و رژيم هاي شخم و فصل، بين 65-98 درصد از تفاوت درجريان co2 با يك تركيب از حرارت و رطوبت و طول سال مي‌توان حساب كرد.
پراكندگي‌هاي فعاليت ميكروبي از بارندگي ضمني، كه در ديم كاري‌ها عادي هستند پيروي مي كند. اين چنين آب و هواي فصلي‌ مي تواند مقداري زمان در بعضي از عمليات مديريتي زمين بوجود آورد، از قبيل بقاياي گياهي و كاربرد كود. ويژگي در شرايط تاثير آنها نه تنها بر حاصلخيزي خاك است، بلكه همچنين براي جريان حداكثر كربن مي‌باشد.
كربن جذبي گياهان براي خاك
نهايتاً كربن در خاكها از co2 در اتمسفر بدست مي‌آيد كه بوسيله گياهان براي بكاربردن در فرآيندهاي فتوسنتز جذب شده است. بطور كلي، توليد قوياً با آب در دسترس ازتباط دارد. در نتيجه ديم كاريها بوسيله اين واقعيت كه جريان كربن كمتر است در بسياري از اكوسيستمها، توسعه نيافته‌اند. زيرا محدوديت بوسيله كمبود آب را متحمل شده است. از يك ديدگاه مساله جريان كربن صرفاً در گياهاني كه در ديم‌كاري ها رشد مي‌كنند بايد روي پايه‌هايي كه بهترين ويژگي‌هاي سازگار به اين شرايط را دارند انتخاب شود. رشد گياهان و روييدني‌ها روي خاكهاي ديم‌كاري بطور بدي يا به طور نامطلوبي مناسب نيست.
براي كشاورزي پايدار كه بعنوان يك راهكاري براي افزايش ذخيره كربن خاك پيشنهاد شده است. در خشك‌ترين نواحي گونه هاي گزوفيت حقيقي مورد نياز هستند كه قادرند ماده خشك را از صفر يا حداقل نهاده‌ها از طرف انسان توليد كنند. بهترين گونه هاي گياهيي كه سازگار شده اند براي مصرف آب محدود از هر دو نوع مكانيسم فتوسنتزي c4 يا CAM بكار مي‌برند. گياهان CAM قادرند روزنه هاي خود را در شب هنگام، هنگامي كه تبادل آب كمترين است، باز كنند. آنها CO2 را درون يك اسيد چهار كربنه كه مي‌تواند بعنوان يك گيرنده دروني CO2 براي مصرف فتوسنتز در طول شبانه روز تثبيت مي‌شود. گونه‌هاي C4 يك مكانيسم متمركز كننده CO2 دارند. نتيجه خالص تثبيت كاهش يافتن جريان گازها بدرون و خارج برگها است و در نتيجه تاثير كاربرد آب (راندمان مصرف آب ) افزايش مي‌يابد.
اين همراه شده است بوسيله يك راندمان مصرف نيتروژن بالا كه نياز براي كاربرد كوتاه را كاهش مي‌دهد. اينگونه‌ها همچنين فاقد گيرنده‌هاي نوري، يك نتيجه از حرارت اپتيمم بالا براي فتوسنتز و يگ توانايي براي افزايش جذب CO2 از حداكثر تشعشع در نواحي گرمسيري است. گياهان بياباني براي داشتن ميزان آهسته از رشد بررسي شده بودند. ولي تحقيقات همراه با آگاو نشان داد كه بهره‌برداري گونه‌هاي دام كه سازگار شده‌اند با شرايط خشك شديد مي‌تواند با ميزان خيلي زياد توليد نشان داده شود. در حاليكه بيوماس روزمين خاكها را با ماده آلي به تبعيت از افزايش قدمت تهيه مي‌كند. بيوماس زيرزميني يك منبع مهم كربن است. نه تنها از ميان مرگ ريشه‌اي، بلكه همچنين از مترشحات ريشه است. به هر حال، محدود كردن تراوش ريشه‌اي يك كار مشكل است. گياهان گزوفيت يا گياهان خشكي‌زي نوعاً سيستم ريشه‌اي عميق دارند كه آنها را براي استفاده آب زيرزميني قادر مي‌سازد. اين سيستم ريشه‌اي عميق براي گرفتن كربني كه در مناطق عميق خاك قرار دارد، جايي كه براي اكسيد شدن آمادگي كمتري دارد، ايده ‌آل است.
فيشر، به اهميت ريشه‌هاي عميق معرفي شده گرامينه‌ها براي افزايش ذخيره كربن در ساوانا آمريكاي جنوبي، تاكيد كرده بود. درحاليكه جين فورد سي درصد از مجموع توليد اوليه ذخيره طولاني مدت كربن ورودي را در خاكهاي استراليا از ريشه‌ها برآورد كرد. گياهان حتي درخشك‌ترين مناطق يك پتانسيل خوبي براي گرفتن كربني كه در خاك دردحال جريان است را دارند.
نه تنها يك واريته از گونه هاي گياهي در دسترس براي رشد در محيط‌هاي ديم كاري، يك تعدادي از اين‌ها مي‌توانند براي توليدات مفيد برداشت شوند. درو، البته مقدار بقاياي گياهي در دسترس براي تركيب داخل خاك، كاهش خواهد داد ولي پتانسيل جريان كربن وجود دارد.
گياهان هالوفيد
يكي از ويژگيهاي مهم بسياري از خاكهاي ديم‌كاري، شوريست. از ميان رخدادهاي طبيعي يا بطور افزايشي در نتيجه آبياري است. خاكهاي نمكي قسمت بزرگ از ديم كاري ها را مورد تاثير قرار مي دهند. چنين زمينه هايي اغلب فراوان هستند. ولي گياهان هالوفيد به طور مخصوصي با اين شرايط سازگار شده اند و پتانسيل پيشنهادي براي جريان كربن در اين محيط مطلوب برآورد شده است كه 130 ميليون هكتار براي كشت گياهان هالوفيد مناسب است و اينها مي تواند براي كشت مواد غذايي و دانه هاي روغني مورد استفاده قرار گيرند.
كلن، تخمين زد كه 6/0 الي 2/1 GT/Y كربن مي تواند سالانه تجمع يابد، بوسيله گياهان هالوفيدو كاربرد پيشرفته از آزمايشات تجزيه‌اي كه پيشنهاد مي شود.
شايد از روي خوش بيني به طور اپتيمم، 50 تا 30 درصد از اين كربن ميتواند به ذخيره طولاني مدت كربن درخاك وارد شود. اگر چه آبياري نيازمتد شده براي رسيده به اين اشكال، هنوز تامين يك كربن كامل يك ميزان اتفاقي 5/22 درصدي تا 30 درصدي كربن را پيشنهاد مي‌كند.
زمينهاي گرامينه‌اي
زمينهاي پوشيده از گرامينه يك توده طبيعي در بسياري از ديم كاريهاست. زيرا تا حدي بارندگي ناكافي است براي حمايت درختان، و تا حدي جلوگيري كننده از مديريت دام است. اگرچه توليدات زمينه هاي گرامينه اي و جريان كرين به طور مباحثه اي بوده است. توليدات زمينهاي گرامينه اي گرمسيري امروزه كه قبلا به عنوان بسيار بالا شناخته شده است و در نتيجه آنها به جريان اندازه كربن بسيار زيادي هست.
تخمين ها براي كربن ذخيره شده در زمين هاي گرامينه اي 70 تن در هكتار است كه با اندازه هاي خاك هاي كشاورزي نامتشابه نيست. بدبختانه بسياري از نواحي زمينهاي گرامينه‌اي در ديم كاري بطور ضعيفي مدريت شده اند و رو به تباهي گزارده اند، ولي تا حدي يك پتانسيل مطلوب جريان كربن را دارند.
ميانگين سالانه ورود مواد آلي به زمينهاي گرامينه اي سالانه تقريبا دو برابر 1 تا 2 تن در هكتار كه اين با خاكهاي زراعي همراه شده است. اين واقعيت بوسيله نتايج مطالعات محلهاي مختلف تاييد شده است. اطلاعات نشان مي دهند زمينهاي گرامينه اي حتي اگر موضوع چراي كنترل شده باشد عموماً مراحل كربن بالاي خاك كه زمينهاي زراعي است. از اين رو چان و بومن فهميدند كه 50 سال از خاكهاي زراعي در نواحي نيمه خشك نيوسايت ولز به طور ميانگين كربن خاك با 32 درصد نسبت به چراگاه كاهش يافته است. كاهش به طور خطي با تعداد سالهاي زراعي كم شده است.
به طور مشابهي خاكهاي چراگاه گرامينه هاي بلند موضوعي شده براي چراي كنترل شده كه بيشتر از كربن خاكي كه نزديك خاك زراعي موضوعي براي نگهداري شخم است.
فاكتور كليدي براي افزايش ذخيره كربن در محلهاي زمين هاي گرامينه اي كربن زياد هدايت شده از ريشه هاي گياهان است. اين توليد ريشه اي پتانسيلي براي افزايش مواد آلي خاك در چراگاهها و زمينهاي آيش رشد كرده مقايسه شد با سيستم زراعي تهيه مي‌كند. بقاياي ريشه اي قابليت تجزيه كمتري را نسبت به مواد شاخه اي نگهداري مي كنند. زيرا محتواي ليگنين آنها زياد است. در نتيجه كليدي براي نگهداري و افزايش جريان كربن در سيستمهاي زمينه هاي گرامينه اي افزايش توليد گرامينه هاي و داده هاي ريشه اي است. همچنين گرامينه ها جريان كربن بيشتري را نسبت به گياهان لگومينه پوششي نشان داده اند. همچنين گرامينه ها پتانسيل جريان كربن را روي زمينهايي كه قبلا از بين رفته اند را دارند. گارتن يك مدلي را براي رسيدن به يك افزايش 12 درصدي كه در كربن خاك برآورد شده و مي تواند تحت (PANICUM VIRGATUM) SWITUH JRASS به دست آورده شود ارائه كرده است. چرا يك ويژگي مهم براي بسياري از زمينهاي گرامينه اي، بطور طبيعي يا مديريت شده است. اين امر ممكن ايت با كاهش مواد قابل دسترس باقيمانده كه ميتواند مورد استفاده قرار گيرد براي جريان كربن، مخصوصاً به عنوان كميت كربن بازگردانده شده در كود كه به مقدار مصرف شده كمتر است فراهم شود. (شكل 1)
اگر چه يك مديريت چراي دقيق اثر مثبتي در روي ذخيره كربن خاك مي‌گذارد اين اثر مثبت براي مواردي همچون چراگاههاي تركيبي (يونجه و گرامينه‌هاي بادوام و چند ساله ها ) در علف زارهاي نيمه خشك همواره وجود دارد. حتي تحت شرايط شديدتر در سوريه چرا هيچ اثر مضري روي كربن خاك ندارد. Schuman حساب كرده كه مديريت چراي مناسب، ranjelands ذخيره كربن خاك را از 1/0 تا 3/0 تن در درهكتار و زمينهاي گرامينه اي نيوسايت ولز را مي تواند به 6/0 تن در هكتار برساند.
اثر مثبت چرا براي تاثيري كه آن روي گونه هاي تركيبي و تجمع كاه و كلش دارد به دست آورده است. ويلمز دريافت كه زمياني كه چكم زار توسط چرا حمايت شود اثرات كمتري روي توليد گذاشته ولي يك افزايشي در كميت كاه و كلش بوقوع مي‌پيوندد. ريدر همچنين دريافت كه تجمع كاه و كلش در يك سيستم چرا شده نيمه خشك و مراحل جريان خاك در زمينهاي چرا شده بالاست. كاه و كلش بعنوان يك ذخيره از كربن متحرك شده فعال مي شود. همچنين واحد زمينهاي گرامينه اي چرا شده تجربه كرده است افزايش در گونه فاقد سيستم ريشه اي افشاني كه به خاك ساختار داده و تجمع ماده آلي را هدايت مي كند، بوجود آمده است. بنابراين زمينهاي گرامينه اي مي توانند نقش زيستي مهمي را درجريان كربن بازي كنند، ولي مديريت دقيق چرا ضروري است. آمار گذشته نشان مي دهد كه چطور زمينهاي گرامينه اي نيمه خشك با حساسيت بالاي چرا در معرض از بين رفتن خاك و كاهش كربن هستند.
سوزاندن
آتش ها بخشي از چرخه طبيعي در بسياري از بيومها در اكوسيستمهاي زمينهاي گرامينه اي هستند. همچني انسانها از آتش براي خالي كردن مساحتي از زمين كشاورزي و براي از بين بردن بقاياي گياهي استفاده مي كنند. فعاليت آتش به نظر مي رسد كه براي جريان كربن خاك مناسب نباشد، و آن كربن تثبيت شده بوسيله گياهان را مستقيماً به اتمسفر برميگرداند و بنابراين از ترگيب شدن آن در خاك جلوگيري مي كنند. اثرات آتش در نتيجه گيري كلي مشكل است، زيرا رشد و نمو گياهي يعني رسيدگي و تركيب چوب آن، تجمع كاه و كلش و فاكتورها اقليمي مانند مراحل رطوبتي، تحت تاثير قرار مي گيرد. كربن به روشني دربين همه مواد بالاي زمين كه به طور كامل سوزانده شده از سيستم خاك محو خواهد شد. اگر چه در اكوسيستمهاي زمينهاي گرامينه اي كربن با آتش گرفتن محم مي‌شود، كربن مي‌تواند به سرعت بوسيله فتوسنتز فراوان و رشد گياهان جايگزين شود. حتي در اكوسيستمهاي ساوانا كه شامل گونه هاي چوبي است نشان داده شده است كه محو شدن كربن بوسيله سوزاندن مي تواند در طول فصل رويشي جايگزين شود.
شدت و سرعت آتش در ا ز بين رفتن خاك در عمقي كه متاثر شده تحت تاثير قرار مي دهد. در يك مطالعه در جايي كه سوزاندن براي از بين بردن چهار فاكتور استفاده شد، 4 تن كربن در هكتار در 3cm بالي خاك از بين رفت، ولي اين مقدار در يك سال بوسيله يك سيستم چراگاهي جايگزين شد.
يادداشت: به طور كلي همه مواد گياهي كه بوسيله آتش سوزانده مي شود با يك مقدار متغيري از زغال جايگزين خواهد شد. زغال به انحلال يا تجزيه بي نهايت مقاوم است و شبيه بسياري از مواد آلي چرخه‌اي نيست، و يك نتيجه به دست آمده در مدت 10 هزار سال مي باشد. در نتيجه شديداً در خاكهاي از بين رفته كه تحت آتش گرفتگي ها گوناگون قرار گفته اند. زغال و مواد زغالي شده تشكيل مي شوند. به طور كامل معلوم نشده كه زغال و ساير مواد زغال شده اثر منع كننده اي روي ماده آلي كه در خاك وجود داشته دارد. بنابراين آتش گرفتگي ها بازگشت co2 را به جو آسان مي كنند و همزمان با توليد زغال كه مي تواند فرآيند جريان كربني كه شروع به تجمع يافتن در يك دوره زماني طولاني كرده را از بين ببرد.
جنگل كاري
جنگل به عنوان يك منبع عظيمي از كربن شناخته شدخه است. همچنين مي تواند تركيب هاي متمايزي از تركيب خاك حتي در ديم كاريها را بسازد. يك تعداد از گونه هاي مناسب در دسترس كه براي احداث جنگلهاي با قدريت زيستي در محيط هاي ديم كاري مي سازند. ( سيرو ساتاوا 1993، سيلور سال 2000 و كومار سال 2001، نيلز سال 2002) خصوصاُ تثبيت نيتروژن بوسيله درختان به تجمع كربن افزايش خاك اجازه داده براي مثال درختان كهور و اكاسيا براي زمينهاي نيمه گرمسيري و نيمه خشك سازگار شده اند و گزارش شده كه سطح كربن خاك تا 2 تن در هكتار افزايش يافته است.
بعضي از واريته هاي درختان مخصوصاً براي رشد روي زمينهاي از بين رفته مناسبند. سيستم ريشه اي عميق منابع غير قابل دسترس را براي گياهاني كه ريشه سطحي دارند بالا مي آورد. درخت كهور روي خاكهاي متاثر شده از نمك در شمال غرب هندوستان رشد مي كند و گروه كربن آلي خاك را از 10 تن در هكتار تا 45 تن در هكتار در يك مقطع 8 ساله افزايش مي‌دهد. حتي در جايي كه جنگل داري به مقدار زيادي مناسب نيست اغلب توصيه اي براي كاشت درختان در زمينهاي زراعي كشاورزان آن اطراف مي شود. درنواجي نيمه خشك هندوستان درخت كهور حاصلخيزي خاك را بعنوان يك جريان انداز اضافي كربن افزايش ميدهد. به هر حال سيستمهاي طبيعي پيچيده هستند و درختان افزايش جريان كربن خاك را تضمين نمي كنند. جاكسون دريافت كه كربن خاك زماني كه گياهان چوبي در زمينهاي گرامينه رشدمي كنند كاهش مي يابد.
بقاياي گياهي
بقاياي گياهي يك منبع تجديد شونده اي براي تركيب ماده آلي خاك تهيه مي كنند. توليد بقاياي گياهي در يك اكوسيستم در حالت پايدار بوسيله بازگرداندن مواد مرده به خاك متعادل در نمي آيد. در يك چراگاه بومي در حدود 40 درصد توليدات گياهي تجمع يافته از ماده آلي خاك است. به هرحال در سيستم كشاورزي به خاطر اينكه گياهان درو مي شوند فقط در حدود 20 درصد توليدات گياهي در ساختمان ماده آلي خاك باقي مي ماند.
بعلاوه در بعضي از سيستمهاي كشاورزي همه توليدات گياهي زمين ممكن است درو شود و فقط بيوماس ريشه اي باقي مي ماند. ار بقاياي گياهي بازگشته به خاك در حدود 15درصد انتظار مي رود كه به كربن آلي خاك به طور غير فعال تبديل شود. اسچبسنگر ( سال 1995 ) پيشنهاد كرد كه يك درصد توليدات گياهي در جريان كربن در خاك شركت مي كند. كميت بقاياي گياهي فعال بازگردانده شده به خاك به گياه زراعي، شرايط رشد و عمليات كشاورزي بستگي دارد. بنابراين يك سيستم سويا – گندم درنواحي نيمه استوايي، نيمه مركزي، هندوستان سالانه تركيبي از كربن را از بالاي بيوماس روزميني از 22 درصد سويا و 32 درصد از گندم و 18 درصد از گراسهاي يكساله اي كه كربن ورودي در ماده آلي خاك شركت مي كند نتيجه شده است. در نواحي نيمه خشك كانادا تبديل بقاياي كربن به كربن آلي خاك در حدود 9 درصد درسيستمهاي پيگيري شده و در حدود 29 درصد در سيستمهاي دائمي زراعي گزارش شده است.
همه توليدات روزميني، بجز ريشه گياهان زراعي درو مي شود يا براي تركيب ماده آلي خاك اماده است و ريشه ها بعنوان تركيب اصلي، خصوصا ماده آلي شناخته شده اند. اگر چه شخم به طو اساسي تجمع خالص كربن از ريشه را دراقليمهاي سردسيري كاهش مي دهد. كربن below grands از ريشه وارد مي شوند كه تنها مي تواند عموما‌ً سطح كربن خاك را حفظ كند. ولي اين درمورد نواحي گرمتر يا مناطق نيمه خشك مورد توجه نيست. در جايي كه بقاياي گياهي به آساني اكسيد مي شوند تهيه رطوبت كافي آسان است.
در نتيجه زراعت در ديم كاريها عملي مي شود، عدم موفقيت دربرگرداندن بقاياي روزميني گياهان به كاهش كربن خاك منتهي خواهد شد.
بسياري از خاكهاي آفريقا اين پديده را نشان مي دهند. اغلب سالها زراعت بدون هدايت مواد ورودي توصيه شده است و اغلب محتواي كربن خاك آنها كاهش يافته است. كميت و كيفيت بقاياي گياهي از فاكتورهاي مهم تعيين مقدار كربن ذخيره شده در خاك هستند. كميت به مقدار زيادي به شرايط محيطي و عمليات كشاورزي وابسته است و همچنين تفاوت بسياري خواهد داشت. تفاوت ميان گياهان زراعي مي تواند بسيار معلوم باشد. يك گياه زراعي مانند ذرت درمقايسه با گياهيي مانند سويا دوبرابر بقاياي گياهي را به خاك برمي گرداند، و در نتيجه مقادير بالاتري از ماده آلي خاك افزايش خواهد يافت.
سودي كه غلات براي رساندن ماكزيمم جريان كربن به خاك مي‌دهند بيشتر از لگوم‌هاست كه اين ميزان بوسيله كرتين تعيين شده است. آنها نشان داده‌اند كه طبقات نيمه سياه اوليه درنواحي نيه خشك كانادا بين 4/1 و 8/1 تن در هكتار افزوده شده است. گياه زراعي گندم دو الي سه برابر اين مقدار كربن ساليانه را اضافه خواهد كرد. بطور مشابهي در آرژانتين، سويا 2/1 تن در هكتار بقاياي گياهي توليد كرده كه با كاهش خالص كربن خاك نتتيجه شده است. درحالي كه ذرت با 3 تن بقاياي گياهي، بطور مشخص كمبود كربن خاك سيستم را كاهش داده است. حتس درون يك گروه گياهان زراعي، تفاوتهاي بزرگي در توليدماده آلي خاك رخ مي‌دهد.
دكتر عبدي راهمند، توليد برگ خشك نخودفرنگي و نخودسوداني را مقايسه كرد. اينها مثالهاي بارزي براي تشريح حقيقتي كه انتخاب گياه زراعي مي‌تواند تاثير عمده‌اي روي كربني كه مي‌تواند جريان داشته باشد بوسيله سيستمهاي زراعي دارد.
تهميت ريشه ها نسبت بخه جوانه ها براي تهيه كربن خاك فاكتور ديگري درآزمايشات براي مقايسه سرانجام كربن هدايت شده ريشه و خاك تشريح شده است. در اين مطالعه با كود سبز لگومينوزه ( ماش كرك‌دار) نزديك به نصف كربن هدايت شده ريشه هنوز در خاك بعد از رشد فصلي وجود داشته است. در صورتي كه تنها 13 درصد از كربن شاخه‌ها باقي مانده بود. اين بدين معني است كه بقاياي شاخه‌ها بسرعت تجزيه ميِ‌شوند. ( محتواي نيتروژنشان بالاست.) و بعنوان يك منبع نيتروژن براي زراعت دنبال مي‌شوند. تركيب شيميايي بقاياي گياهي در تجزيه آنها موثر است. ميانگين بقاياي گياهي حدود 40 الي 50 درصد كربن را شامل مي‌شود، ولي نيتروژن يك تركيب بسيار متغيري است. تراكم بالاي ليگنين و كربوهيدارتهاي ساختاري ديگر با همديگر با يك نسبت بالاي كربن به نيتروژن تجزيه پذيري را كم خواهد كرد. براي مثال، اندازه گيري تكامل CO2 از برگ درختان آفريقايي گونه هاي Braows و كود گوات يك رابطه مشخصي را با محتواي نيتروژن اوليه دارد و رابطه منفي با محتواي ليگنين نشان داده شده است. بقاياي لگوم‌ها مانند سويا عموماً يك كيفيت بالا دارند و به سرعت تجزيه مي‌شوند.
اگر چه تركيب شيميايي بقاياي گياهي در ميزان تجزيه آن موثر است، تاثير كمتري روي نتيجه ماده آلي خاك دارد. زماني كه بقاياي گياهي درسطح خاك تجمع مي‌يابد، وجود فيزيكي آنها خاك را متاثر خواهد كرد. مالچها، كمبود آب و حرارت خاك را كاهش مي‌دهند. هر دو از فاكتورها مهم براي ديم‌زارها هستند. مخصوصاً اگر حرارت خاك بالاي اپتيمم رشد گياهي باشد توانايي خاك براي جذب كردن ماده آلي روش نيست. يك رابطه خطي ميان كاربرد و تجمع ماده آلي خاك اغلب ذكر شده است. اگر چه اندازه‌گيري تثبيت CO2 در زير با اضافه كردن كاه و كلش گندم در اوهايوي مركزي نشان داده شده است اين مقدار با كاربرد كاه و كلش 8/0 تا 16 تن در هكتار افزايش مي‌يابد، ولي بعد از چهار سال كربن آلي خاك 6/19، 6/25 و 5/26 تن در هكتار بود، پيشنهادي كه جريان كربن خاك به حالت اشباع رسيده است. دقت زيادي بايد كرد زماني كه بقاياي گياهي به عنوان كمبود زياد كربن به كار مي‌روند، مي تواند هنوز تحت تمامي شرايط رخ دهد. يكي از مثالها در كنياي غربي كه 70 الي 90 درصد از كربن اضافه شده در 40 روز زماني كه كود سبز از درختان آگرفورستي به كاربرده شده در طول فصل بارندگي از بين رفته است.
در نيجر، آفريقاي غربي اضافه كردن بقاياي گياهي ارزن و كود در 5 سال هيچ اثر مشخصي روي سطح كربن در اين خاكهاي ماسه‌اي نداشته است. آنها معتقد بودند كه فعاليت موريانه ممكن است در كاهش سطح كربن خاك در اينجا شركت داشته باشد، زيرا اين حشرات مولكولهاي درون سطحي را دريك سال مصرف مي‌كند.
مقدار ذخيره بقاياي گياهي آماده براي كاربرد در خاكها مي‌تواند زياد باشد. گائور، برآورد كرده در حدود 235 ميليون تن از كاه / Stover غالباً از 5 غله عمده توليده شده است. (نه تنها براي ديم‌كاريها). حتي اگر نصف اين مقدار استفاده شده براي تغذيه حيوانات اهلي بالاي يك ميليون تن آماده براي اضافه كردن به خاك وجود داشته باشد.
به هر حال در دسترس بودن بقاياي گياهي كافي اغلب مشكل است. مخصوصاً اگر آنها براي تغذيه دام مصرف شود. اين ناسازگاري نيازمندي مكرراً در بسياري از سيستمهاي زراعي ديم رخ مي‌دهد. در آفريقاي غربي بقاياي گياهي زراعي درو يا سوزانده مي‌شود، در نتيجه مقدار كربن خاك دائما‌ً كاهش مي‌يابد. كشت پيوسته و كاربرد كود مي‌تواند سطح خاكي با 40 درصد گربن بدست آورد. ولي دائماً كربن معدني در نزديكي نواحي تحت چراي دامهاي اهلي تغيير يافته است. در جايي كه گياهان و حيوانات بقاياي گياهي براي تهيه كمبودهاي ممكن احتمال مي‌رود وجود داشته باشد، ارتباط مواد ورودي آلي به خاك هستند. شايد كاهش و از بين رفتن كاربرد بقاياي گياهي و مقدار كربن بزرگترين موضوعي باشد كه خوتند از كربن هوا شروع به انتقال از يك مكان به مكان ديگر يابد و سپس واقعاً شروع به جريان يافتن مي‌كند اگر مواد آلي فرايند هاي صنعتي يا منابع ديگر براي تركيب با خاك به كار برده شوند؛ سپس هر كربن بكار برده شده در انتقال براي آن حساب خواهد شد.به هر حال اگر مواد توليدي مواد زائدي باشد هيچ نيازي براي كربن استفاده شده در توليد آن بررسي نمي شود.
در اين مورد كربن آماده براي جريان يابي بايد بدون هيچ تفاوتي ارزيابي شود. سپس co2 از يك منبع سوخت فسيلي كه بعدا بوسيله فتوسنتز در گياهان تثبيت مي شود و به خاك از طريق بقاياي گياهي برگردانده مي شود پخش شود.
كود هاي كاربردي:
كاربرد كود مزرعه اي به عنوان يك منبع باارزش ماده آلي كه خاك را حاصلخيز مي كند به مدت طولاني شناخته شده است. يكي از خصوصيات كليدي كاربرد كود اين است كه كود؛ ساختار و نهاد تخلخلي بزرگ خاك و ذرات ماده آلي را بهبود مي بخشد. كود نسبت به بقاياي گياهي به تجزيه ميكروبي مقاومتر است. در نتيجه از ورود كربن يكسان؛ ذخيره كربن با كاربرد كود نسبت به بقاياي گياهي زيادتر است. اين موضوع در شكل 1 نشان داده شده است.در جاييكه اضافه كردن كربن به عنوان بقاياي گياهي و كود مقايسه شده اند. در ادامه كاربرد پنج ساله؛ دريافت خاك از كود 8/1 كربن بيشتري نسبت به دريافت بقاياي گياهي داشته است. حتي 15 سال بعد از اينكه هنوز تفاوت 0.37 تني كربن حساب شده بوسيله راس در مدل كربن خاك وجود داشته است. اين ميتواند بطور مشابهي در مزرعه تجزيه شود. گرفريك دريافت كه كوددهي خاكها مقدار زيادي از كربن قابل حل با يك آهنگ گردشي آهسته سپس در كنترل يا حاصلخيزي خاكها داشته است. وابستگي سيستم، و كاربرد حتي مقدار نسبتاً زياد كود مزرعه اي افزايش كربن خاك را تضمين نمي كند.
درمطالعات طولاني مدت در كنيا نشان داد كه حتي زماني كه كود به كاربرده شد و بقاياي ذرت برگردانده شد، ماده‌ آلي خاك كاهش يافت.
برآورد شده است كه براي نگهداري كربن خاك دراين سيستم نياز به 35 تن در هكتار كود يا 17 تن درهكتار كود همراه با 16 تن در هكتار Sover ساليانه نياز است. در نتيجه در اين مورد يك كسري كربن وجود دارد. ولي براي ديدن مشكل است كه چطور وجود سيستم مي‌تواند آن را تهيه كند. بعلاوه ميزان كاربرد بالاي كود بعضي وقتها موجب مشكلاتي در خاك بوسيله تجمع K+, Na+, Nh4+ و توليد ماده دفعي آب بوسيله تجزيه قارچي مي‌شود. يك مشكل ديگر در ديم‌كاريها محدود بودن كميت كود كه مي‌تواند بكاربرده شود، سوزانده گياهان زراعي است. زماني كه رطوبت ناكافي در زمان كاربرد در دسترس است،‌در نتيجه زارع اغلبم نتظر مي‌ماند، مگر اينكه بارندگي قبل از كاربرد حاصل شود، مخصوصاً تا اندازه‌اي رطوبت در مناطق خشك نامنظم است.
كودهاي معدني و آبياري
كود دهي و آبياري ابزاهاي اوليه مورداستفاده براي افزايش توليدات گياهي و محصول دهي گياهان زراعي هستند. هر افزايشي در ماده خشك، همچنين براي افزايش جريان كربني بوسيله خاك پيشنهاد شده است. در نتيجه آبياري و كوددهي توصيه شده است و روشهاي موفقي براي افزايش جريان كربن تهيه كرده اند.
راس مائوسن و رهدي نشان داده اند كه يك رابطه مستقيم ميان تجمع نيتروژني بلند مدت و تجمع كربن آلي در بعضي از خاكهاي اوره گون وجود دارد. به هر حال اين تكنولوژي هيچ ماده آلي اضافه خودشان را تهيه نمي‌كنند، ولي حمل هزينه كربن را انجام مي‌دهند. اسكلينجر آشكاركرد كه پمپ آب نيازمند انرژي است و در فرآيندهاي توليد كود، ذخيره وا نتقال با انرژي بالا حمل مي‌شود.
شخم
شخم عموماً به عنوان يكي از فاكتورهاي مسئول كاهش ذخيره كربن درخاكها شناخته مي‌شود. تحقيقات و ازمايشات با عمليات شخم در آمريكا كاهش يافته است. شخم Harrow Disk , Mould board بزرگترين شركت شركت كنندگان براي كاهش كربن خاك بوسيله پخش Agree Graet و شتاب تجزيه بوسيله ميكس بقاياي گياهي، اكسيژن و بيوماس ميكروبي خاك. تخلخلهاي خاك داراي قدرتي براي جريان كربن هستند. فرآيندهايي كه براي به حداكثر رساندن حساسيت كسري تخلخل و از فعاليتهاي ماده آلي گياهي كه خصوصا ماده آلي بسيار حساس‌تر است.
سرعت كاهش كربن خاك بوسيله شخم بستگي زيادي به موقعيت و سيستم زراعي دارد. زماني كه الرت و جانزن، تثبيت co2 را در زير اندازه گيري كردند. در زير پيامي از محيط كشت سنگين در خاكهاي نيمه خشك چرنوزيوم در چمنزارهاي كانادا فهميدند كه اگر چه شخم افزايش يافته ولي ميزان co2 در 2 تا 4 دوره زماني كاهش يافته است.
آنها حساب كردند كه حتي با 10 شرايط محيطي كشت، تنها 5 درصد از توليد بقاياي گياهي از سيستم زراعي شناخته شده است. در نواحي ديگر شخم زراعي آيش گندم، نظير نزديك زمينهاي ماسه‌اي استراليا كربن خاك را تا 32 درصد بعد از 12 سال كاهش مي‌دهد. حذف شخم و سازگاري به سيستم بدون شخم، از كاهش در ذخيره كربني ناتوان بوده است. اگر چه كمبود تا 12 درصد كاهش يافته است، نويسندگان پيشنهاد مي‌كنند كه در اين موقعيت يك آيش مقطعي براي توقف كاهش كربن در خاك موردنياز است. انواع مختلفي از سيستمهاي زراعي وجود دارد كه آنگر مرور كرده است. شخم پوششي كه يك رنج عملياتي را پوشش مي‌دهد (بدون شخم، شخم كناري، شخم مالچي). درسطوح بالاتر بعدي پوشش بقاياي گياهي همراه با مالچ نگهداري مي‌شوند. فقط يك مقدار كوچك از بقاياي گياهي در محتواي سطح خاك و ميكروبها كه آنها را شامل مي‌ِشوند، وجود دارند. تجزيه آهسته است، مخصوصاً به عنوان اكسيژن كه در دسترس محدود خواهد شد. وجود فيزيكي بقاياي گياهي روي سطح خاك همچنين تغيير مي‌دهد ميكروكليماي بالاي سطح خاك را كه با سرما و رطوبت مقايسه شده به شخم پوششي بستگي دارد. سيستم شخمي كاهش يافته به طور عمومي براي كمك كردن به مبارزه با تباهي يافتن خاك سازگار شده است. آنها بعنوان يك ابزاري براي جريان كربن ساخته شده اند كه يك اثر جانبي مفيد است.
اگر چه تاثير سيستم بدون شخم در جريان كربن روي سيستم كشاورزي ويژه كه معرفي شده بستگي ندارد كارآيي كه بعنوان شخم اوليه تعادل ميان كاهش كربن و بعداً پاداش كسب برگرداندن را كاهش مي‌دهد.
تناوب
اهميت تناوب در سيستم كشاورزي از قديم شناخته شده و توليد كنندگان امروز يك بخشي پيچيده ار بسياري عمليات پوششي كشاورزي را تشكيل مي‌دهند. تناوبها مخصوصاً بر اساس لگومينه بعنوان ارزش گسترده‌اي براي نگهداري حاصلخيزي خاك و پتانسيل بالاي جريان كربن تلقي شد است، تاثيرات سودمندي كه تناوبها بر جريان كربن در بسياري از آزمايشات مزرعه‌اي تهيه كرده است.
آيش
نقشي كه آيشها بازي مي‌كنند در جريان كربن بسيار مختلف است. در جايي كه اهميت گياهان پوششي حفظ شده است زراعت انجام نگرفته است. نوع آيش هم مهم است. دربسياري از موقعيتها اگر چه آيشها اثر منفي روي ذخيره كربن گذاشته اند، تكرار آيشهاي تابستانه در مناطق نيمه خشك بعنوان يك فاكتور موثر بر سطح كربن خاك، سيستمهاي كشاورزي پيشنهاد شده است. حفظ آيشها مي تواند به مقدار زيادي صرفاً براي كربن خاك سودمند باشد. زيرا بسياري از آيشها با ورود بسيار كمي از بقاياي گياهي پيوسته هستند.
تشخيص آيش براي جريان كربن در يك سيستم كه به آب و هوا يا به چرخه گياهان اضافه شده با كميتهاي مشخص ماده آلي به خاك داده شده وابسته خواهد بود.
كربن غير آلي خاك
همه كربن خاك با ماده آلي پيوسته شده است. همچنين يك كربن معدني درتركيب خاكها وجود دارد. اين مخصوصاً درارتباط با ديم‌كاريها است، زيرا طبقه بندي و ساختار از كربناسيون ثانويه از فرآيندهاي مهم در مناطق نيمه خشك و خشك است. در نتيجه متجمع‌ترين كربناسيون در خاكهاي خشك و نيمه خشك رخ ميدهد. پويايي‌هاي گروههاي كربن معدني به طور كمتري فهميده شده اند. اگر چه آنها به طور طبيعي كاملاً مطلوب است. اگر چه گربن غير معدني خاك نسبتاً براي شناسايي co2 مناسب خواهد بود، اگر كربناسيون در نواحي گسترده شود. استزينجر حساب كرد كه به طور واقعي پيشنهادي كه آبياري در بعضي از سيستمهاي زراعي محصول خواهد داد يك انتقال خالص از co2 خاك به اتمسفر صورت مي‌گيرد.
گازهاي پخشي
يكي از مهمترين جنبه‌هاي سيتم هاي كشاورزي در ارتباط با كربن جهاني، تعادل توليد گازهاي پخشي، مخصوصاً متان و منواكسيد كربن است. آگاهي‌هاي ما درمورد تثبيت گازهاي پخشي هنوز كامل نشده است.

فایل : 27 صفحه

فرمت : Word