المعادن واستخدام الأراضي يحددان كفاءة تخزين الكربون في التربة

يمكن أن يساهم عزل الكربون في التربة في التخفيف من تغير المناخ، كما أن المواد العضوية في التربة المرتبطة بالمعادن لديها أعلى قدرة على تخزين الكربون.

وقام فريق من الباحثين، بما في ذلك علماء من معهد ماكس بلانك للكيمياء الجيولوجية الحيوية وجامعة مارتن لوثر هالي-فيتنبرغ، بتقييم العوامل التي تتحكم في المواد العضوية المرتبطة بالمعادن.

توضح دراستهم، التي نشرت في مجلة Global Change Biology ، أنه في حين يتم التحكم في كمية ومعدل تكوينها بشكل أساسي من خلال التركيب المعدني، فإن استخدام الأراضي وكثافة الإدارة يؤثران أيضًا على المواد العضوية المرتبطة بالمعادن على نطاقات زمنية قصيرة.

لا يعد الكربون العضوي في التربة مهمًا لخصوبة التربة وإنتاج الغذاء فحسب، بل يلعب أيضًا دورًا مهمًا في مناخ الأرض حيث أن حوالي 7٪ من ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي يدور عبر التربة كل عام.

منذ بداية الزراعة، فقدت التربة كميات كبيرة من الكربون في الغلاف الجوي، للتخفيف من تغير المناخ، نحتاج لذلك إلى فهم كيف يمكن منع فقدان الكربون الإضافي واستعادة مخزون الكربون في التربة.

عملية أساسية في دورة الكربون العالمية

عندما يرتبط الكربون العضوي في التربة بالمعادن، فإنه يتمتع بفترة بقاء متزايدة ومقاومة للاضطرابات، وبالتالي فإن تكوين المادة العضوية المرتبطة بالمعادن (MAOM) يعد عملية أساسية في دورة الكربون العالمية، ومع ذلك، على الرغم من عقود من البحث، إلا أنه لم يتم حل كيفية تأثير التركيب المعدني وكثافة إدارة الأراضي على تكوين MAOM.

ولمعالجة هذه الفجوة البحثية، تم دفن أكثر من 3500 حاوية قابلة للنفاذ مملوءة بالجيوثيت الخالي من الكربون، وهو ممثل لأكسيد الحديد في التربة، أو الإليت، وهو معدن طين سيليكات ممثل، في 150 غابة و150 موقعًا عشبيًا.

وتقع المواقع في مناطق الدراسة الألمانية الثلاث لبرنامج أولويات البنية التحتية “استكشافات التنوع البيولوجي”.

وبعد خمس سنوات من الحضانة تحت الأرض، قام فريق من العلماء بقيادة دي شورن برامبل من معهد ماكس بلانك للكيمياء الحيوية الحيوية (MPI-BGC) في جينا وسوزان أولريش من جامعة مارتن لوثر هالي-فيتنبرج (MLU)، بتحليل محتويات الحاوية، ووجدوا أنه بغض النظر عن نوع استخدام الأراضي وكثافة الإدارة، فقد تراكم الكربون العضوي في الجيوثايت أربع مرات أكثر من الإليت.

التركيب المعدني هو المفتاح

تؤكد هذه النتيجة أن التركيب المعدني هو المفتاح في التحكم في معدل وكمية تكوين MAOM في التربة.

توضح سوزان أولريش مرشحة دكتوراه في MLU: “إن الكثير من معرفتنا حول دور الأكاسيد وطين السيليكات في تخزين الكربون في التربة مستمدة من الدراسات المختبرية، وبما أن هاتين المجموعتين المعدنيتين تتفاعلان في التربة الطبيعية، فإن التمييز المباشر بين أدوارهما الفردية في تكوين MAOM غير ممكن”.

وأضافت “سمح لنا إعدادنا التجريبي بمقارنة إمكانات تخزين الكربون لهاتين المجموعتين المعدنيتين بشكل مباشر في ظل الظروف الميدانية لأول مرة. تظهر نتائجنا أن خصائص السطح ليست هي التي تحدد تكوين MAOM، حيث تحتوي الأكاسيد على مساحة أكبر بكثير. القدرة على تخزين الكربون من معادن طين السيليكات”.

نظرًا لوقت بقاء الكربون الطويل في المعادن، كان يُعتقد أن تكوين MAOM غير حساس نسبيًا لاستخدام الأراضي وإدارتها على نطاقات زمنية أقل من عقود، ومع ذلك، لاحظ الباحثون في دراستهم أن تكوين MAOM في الغابات انخفض بسبب كثافة الحصاد وتم تعديله عن طريق اختيار أنواع الأشجار.

في الأراضي العشبية، أدت إنتاجية النباتات وكذلك التنوع النباتي إلى زيادة تكوين MAOM، تأثرت إنتاجية النبات والتنوع النباتي بالتسميد، حيث أدى التسميد إلى زيادة إنتاجية النبات ولكنه أدى إلى تقليل التنوع النباتي.

دي شورن برامبل، دكتوراه يوضح المرشح في MPI-BGC النتائج الجديدة المتناقضة: “لقد لاحظنا تأثيرات كبيرة لاستخدام الأراضي وإدارتها على تكوين MAOM بعد تعريض المعادن الخالية من الكربون لمدة خمس سنوات فقط لظروف التربة المحيطة، ومن المحتمل أيضًا أن تحدث هذه التغييرات في التربة الطبيعية، ولكن “قد يكون من الصعب اكتشافه باستخدام طرق القياس التقليدية، وبالتالي قد تكون نتائجنا ونهجنا التجريبي مهمًا في التنبؤ بكيفية استجابة MAOM للأنشطة البشرية.”

ويذكر أنه في حين أن التركيب المعدني يحدد إمكانية تخزين الكربون في التربة، فإن استخدام الأراضي يؤثر على مقدار هذه الإمكانية المحققة. لذلك، من المهم مواصلة تعلم كيفية تفاعل إنتاجية النبات وجودة المدخلات العضوية ومجتمع المحلل في تكوين MAOM للتربة تحت إدارة مختلفة.