تاثیر تغییرات آب وهوا بر مواد آلی خاک

منظور از مواد آلی خاک حضور بقایای گیاهان، جانوران و ریزاندامکان (میکروارگانیسم‌ها) در مراحل مختلف تجزیه است که مقدار مواد آلی در خاک میزان مرغوبیت آن را نشان می‌دهد. این مواد آلی وظایف زیادی بر عهده دارند و شاخص نیتروژن به حساب می‌آیند.

منبع اصلی مواد آلی خاک، بقایای حیوانی و بازمانده‌های گیاهی است. این مواد از بدو ورود به خاک تحت تاثیر مستقیم موجودات زنده و گروه‌های میکروبی آن قرار می‌گیرند و تغییرات زیادی پیدا می‌کنند. دو پدیده عمده در تغییر ماهیت مواد شناخته شده‌اند. پدیده اول معدنی شدن(Mineralization)  و پدیده دوم هوموسی شدن(Humiification)  است. با توجه به فقیر بودن مواد آلی موجود در خاک، افزایش ماده آلی خاک‌ها برای حفظ حاصل‌خیزی و تداوم فعالیت موجودات زنده خاکزی امری ضروری است و ماده آلی به عنوان قلب کشاورزی پایدار است و نقش آن در خاک همانند نقش خون در بدن انسان است.

یکی از تغییرات بسیار مهم در عوامل تشکیل دهنده خاک‌ها که مستقیما ناشی از تغییرات اقلیم است، تغییر در ماده آلی خاک است که تحت تاثیر میزان بیوماس، رژیم درجه حرارت و هیدرولوژی خاک است و به علت جابجایی مناطق بارندگی و تغییر در تبخیر و تعرق دچار تحول می‌شود که برخی از این تحولات مثبت و برخی منفی هستند.

مواد آلی خاک، که مدت‌های طولانی به عنوان مخازن تقریبا دائمی از کربن در نظر گرفته می‌شدند خیلی بیشتر از آنچه تصور می‌شود تحت تاثیر تغییرات آب وهوایی هستند. دانشمندان دریافته‌اند که منشا بسیاری از ترشحات اکسالیک اسید درنتیجه توسعه مکانیسم‌های غیرمعمولی است که باعث از دست دادن کربن موجود در ترکیبات آلی خاک می شود.

گیاهان به طور مستقیم 40 الی 60 درصد از کربن را در ریشه‌هایشان فتوسنتز می‌کنند و قسمت بیشتر کربن منتشرشده و سپس توسط میکروارگانیسم‌های موجود در ریشه خاک جذب می‌شوند. پیش‌بینی می‌شود که غلظت بالای کربن دی اکسید در اتمسفر، کیفیت وترکیب ترشحات منتشر شده از ریشه به خاک را افزایش دهد.

در تحقیق جدیدی که در مجله تغییرات آب وهوایی طبیعت منتشر شده است، لارنس لیورمور و همکارانش دریافتند که ترشحات ریشه می‌توانند با کربن از دست رفته به وسیله مکانیسم‌هایی غیر معمول از ترکیبات آلی خاک در ارتباط باشند. ترشحات ریشه‌ای در فرآیند معدنی شدن میکروبی کربن طبیعی خاک افزایش کوتاه مدتی دارند که ناشی ازورود کربن جدید به خاک است.

مطالعات پیشین افزایش ترشحات ریشه‌ای ازترکیبات آلی به خاک را در نتیجه تغییرات آب وهوایی نشان می‌دادند. اما مطالعات تجربی اخیر نشان می‌دهد که افزایش  ورود ترشحات ریشه‌ای ممکن است باعث از دست رفتن کربن خاک شود و این مسئله معدنی شدن میکروبی کربن (priming) را تحریک می‌کند که معمولا تحت عنوان کاموتابولیسم معرفی می‌شود. ترشحات ریشه‌ای انرژی لازم برای دسترسی سریع به تجزیه کربن طبیعی خاک را فراهم می‌کنند.

جنیفرپتریدج، پژوهشگر و نویسنده این مقاله بیان می‌کند: «پژوهشگری به نام لارنس نارکو نشان داد که یک روش دیگر برای از دست رفتن مقدار برابر یا بیشتر کربن وجود دارد. به طوریکه با افزایش دسترسی میکروبی به ترکیبات معدنی پیشین برخی از ترشحات ریشه با تامین انرژی‌های لازم، مکانیسم از دست دادن کربن را به طورغیر مستقیم تسریع می‌کنند. مطالعات ما نشان داد که درمکانیسم «Priming» وابسته به آب وهوا، ترشحات گیاهی با محافظ‌های قوی معدنی آلی مقابله می‌کنند و فرآیند از دست دادن کربن خاک را تسهیل می‌کنند.»

پیتر ریدج بیان می‌کند: «طبق پیش‌بینی های انجام شده اگر میزان ترشحات ریشه به تغیرات آب و هوایی پاسخ دهد، غلظت بالای کربن‌دی‌اکسید  فقط باعث تحریک ترشحات نمی‌شود بلکه ترکیب ترشحات منتشرشده به خاک را هم تغییر می‌دهد و تحرک مواد آلی و فلزی را هم در اطراف ناحیه ریشه افزایش می‌دهد.»

 

دی‌اکسیدکربن بیشتر، بارندگی کمتر

تغییر آب وهوا، بر خاک که یک عنصر حیاتی برای کشاورزی است تاثیر خواهد گذاشت. بر اساس مطالعات انجام شده افزایش دمای هوا باعث افزایش درجه حرارت خاک شده که در مجموع، واکنش انحلال مواد شیمیایی و واکنش‌های کنترل شده نفوذ را افزایش می‌دهد. دمای بیشتر، تجزیه ماده آلی را افزایش داده و منجر به آزاد شدن دی‌اکسیدکربن در جو شده و نسبت‌های کربن به نیتروژن را کاهش می‌دهد. اسمیت مشخص کرد که افزایش دی‌اکسیدکربن باعث کاهش بارندگی و در نتیجه باعث خشکی می‌شود. با کاهش گیاهان میزان ذخیره دی‌اکسیدکربن کم می‌شود و در نتیجه این فرایند به گرم شدن کره زمین کمک می‌کند. اریکسون خاطر نشان می‌کند که گرم شدن کره زمین باعث افزایش بیابان زایی می‌شود.

بیابان گرایی، تغییرات اقلیمی و هدرروی مواد آلی خاک، رابطه نزدیکی با یکدیگر دارند. به این ترتیب چرخه بین این سه از بیابان گرایی شروع می‌شود و منجر به هدر رفت مواد آلی خاک می‌شود. هدر روی مواد آلی، سبب آزاد شدن کربن و ورود آن به اتمسفر می‌شود و در نهایت افزایش دی‌اکسیدکربن در جو، تغییرات اقلیمی را در پی خواهد داشت. تغییرات اقلیمی روند بیابانی شدن را تشدید می‌کنند و مجددا این چرخه تکرار خواهد شد.

 

ترسیب کربن

جذب دی‌اکسیدکربن اضافی جو توسط اندام‌های هوایی و زیرزمینی گیاهان و یا در خاک به منظور کاهش اثرات سوء پدیده گرمایش زمین، ترسیب کربن نام دارد. در خاک‌ها در حدود سه برابر بیشتر از پوشش گیاهی و دو برابر بیشتر از اتمسفر کربن وجود دارد. کربن خاک در عمق یک متری در حدود 1500 پتاگرم  و حدود 2456 پتاگرم  درعمق  دو متری تخمین زده شده است. گیاهان 610 پتاگرم  و اتمسفر 750 پتاگرم  کربن دارند که به طور قابل ملاحظه ای کمتر از کربن خاک‌ها است.

جریان بین کربن آلی خاک و اتمسفر مهم است و می‌تواند به صورت مثبت (ترسیب) و یا منفی (انتشار دی‌اکسیدکربن) باشد.

ذخیره کربن در خاک‌ها تعادلی بین ورودی از مواد گیاهی مرده (کاه، برگ، ریشه) و هدرروی از طریق واکنش‌های معدنی شدن و تجزیه شدن است. تمامی این مطالب نشان‌دهنده اهمیت زیاد ماده آلی در خاک است و طبق تحقیق انجام شده این مواد دائمی نیستند و تحت تاثیر تغییرات آب و هوایی قرار می‌گیرند. لذا باید تا آنجا که می توان از این مواد محافظت کرد.

از جمله فواید این مواد برای خاک این است که می‌توانند منبع مهم تامین فسفر و گوگرد قابل استفاده گیاه باشند، به شرط آنکه مقدار هوموس خاک به دو درصد یا بیشتر برسد. علاوه بر این  مواد آلی غالبا 30 تا 70 درصد از کل ظرفیت تبادل کاتیونی « CEC » خاک را تشکیل می‌دهند. سطوح زیاد قابل دسترس در هوموس، محل‌های تبادل کاتیونی زیادی دارد که عناصر غذایی را برای استفاده بعدی گیاه نگه می‌دارد. علاوه براین، فلزات سنگین آلوده کننده مانند سرب، کادمیم و فلزات مشابه که معمولا به علت استفاده از فاضلاب‌ها وارد خاک می‌شوند را به صورت سطحی جذب می‌کند و از این طریق به پاکسازی محیط کمک می‌کند.  دیگر اینکه مواد آلی به طور مستقیم یا غیرمستقیم با افزایش فعالیت میکروبی باعث تولید مقدار زیادی از مواد تشکیل دهنده خاکدانه‌ها از جمله پلی ساکاریدها می‌شود. همچنین مواد آلی منبع تامین 90 تا 95 درصد ازت مورد نیاز گیاه در خاک‌های کود نخورده است.  به علاوه مواد آلی عموما مقدار آب موجود در خاک در حالت ظرفیت مزرعه و همچنین مقدار آب قابل استفاده در خاک‌های شنی را افزایش داده و تهویه خاک‌های رسی را با افزایش خاکدانه سازی و در نتیجه ایجاد خلل و فرج بزرگتر، زیادتر می‌کند. در ضمن وقتی که ماده آلی به عنوان پوشش دهنده ( مالچ) به سطح خاک اضافه می‌شود، فرسایش خاک را کاهش می‌دهد و هوموس ناشی از ماده آلی، مقاومت خاک را در برابر تغییرات سریع اسیدیته، قلیاییت و شوری و همچنین صدمه آفت‌کشها و فلزات سمی سنگین افزایش می‌دهد.

دیگر اینکه مواد آلی به عنوان یک کلات عمل می‌کنند و در نتیجه قابلیت استفاده و تحرک عناصر کم مصرف را افزایش می‌دهند.

این مواد با جلوگیری از تابش مستقیم آفتاب مانع از دست رفتن رطوبت خاک می‌شوند و در زمستان و تابستان دمای خاک را متعادل نگه می‌دارند. همچنین کربن مورد نیاز بسیاری از میکروارگانیسم‌های مفید خاک از جمله بعضی از باکتری‌های تثبیت کننده ازت (مانند ازتوباکترها) را فراهم می‌کنند.

سویل جداری مهدی پور/ کارشناس ارشد خاک شناسی

منبع

No tags for this post.