Преодоление потерь углерода при ведении сельского хозяйства на болотных почвах
Во многих регионах мира земледелие ведется на участках почвы, отнесенных к категории гистосолей (болотные почвы). Гистосоли имеют толстый слой богатого органического вещества, называемого торфом. Ученые обеспокоены тем, что земледелие на этих почвах может привести к тому, что они потеряют ценный углерод.
Команда исследователей из Университета Лаваля (Канада) попыталась доказать, что болотные почвы могут быть устойчиво использованы для сельского хозяйства.
Болотные почвы (гистосоли) – органогенные почвы, сформировавшиеся там, где продукция органического вещества была высокой, а скорость его разложения – низкой из-за избыточного увлажнения. Небольшие участки этих почв широко распространены на внутриматериковых болотах или на маршах побережий. Применение дренажа и контроль за уровнем грунтовых вод повышают плодородие этих почв, которые особенно пригодны для выращивания овощных культур. Половина площади, покрытой этими почвами, приходится на тундровую и северотаёжную зоны Евразии и Северной Америки.
Для этого ученые провели двухэтапный эксперимент, который включал добавление различных видов растительного материала в почву. Их работа была похожа на то, как садовник на заднем дворе добавляет компост в почву, чтобы возместить потерянные питательные вещества.
Первая цель состояла в том, чтобы лучше понять разложение растительного материала. Ученые рассмотрели свойства разложения конкретных растительных материалов и то, как они влияют на долговременные запасы углерода в почве. Вторая задача состояла в том, чтобы определить, какое растение работает лучше всего, основываясь на моделировании долгосрочного хранения углерода в почве.
Углерод в этих почвах теряется в результате эрозии, обработки почвы и естественного процесса, называемого минерализацией. Углерод выделяется из почвы в виде углекислого газа — вредного парникового газа, попадающего в атмосферу.
В своем первом эксперименте команда использовала в качестве биомассы три культуры: сорго, мискантус (веерник) и ива. Они помещали растительный материал из этих культур в проницаемые мешки, а мешки — непосредственно в почву.
Затем они проанализировали, какие растительные материалы имели лучшие характеристики разложения. Те, что разрушаются медленно, лучше всего подходят для более длительного хранения углерода в почве.
Полевое исследование разложения дало учёным данные о том, что произошло с тремя различными растительными материалами в течение 17 месяцев. Хорошим кандидатом станет урожай, который будет дольше сохраняться в почве, потому что накопление углеродного запаса будет более эффективным, поэтому нужно меньше биомассы, применяемой каждый год. При этом важны характеристики стабильности растительного материала.
Затем исследователи использовали данные разложения, чтобы смоделировать, насколько каждое растение поможет почве в течение длительного периода времени. Они обнаружили, что мискантус и ива работают гораздо лучше, чем сорго. Они также рассчитали количество растений, которые помогут почвам быть наиболее устойчивыми.
«Если у вас есть такой урожай, как мискантус, который разлагается меньше, чем сорго, накопление с годами намного эффективнее, - объясняют исследователи. — Имитационная часть добавила новую перспективу, потому что мы тогда смогли увидеть, что равновесие углерода — это то, что может быть достигнуто. Было фантастично видеть, что добавление растительного материала из года в год позволяет фермерам преодолевать недостаток углерода, потерянного при выращивании в гистосолях».
Они добавляет, что трудно оценить, когда эти фермеры могли бы перенять эту практику. Однако вполне возможно, что в течение следующих 10 лет эта новая практика сохранения почв может быть использована фермерами.
В то время, как многие ученые не считают, что гистосоли должны использоваться для сельского хозяйства, у многих фермеров нет выбора. Для того чтобы сельскохозяйственное сообщество и перерабатывающие предприятия могли зарабатывать себе на жизнь, фермеры должны выращивать сельскохозяйственные культуры на доступных им землях.
Результаты команды из Университета Лаваля очень важны для решения проблемы. Это исследование показывает, что можно обрабатывать эти почвы устойчиво.
Ученые боялись, что данное исследование будет подвергнуто критике, потому что это новый взгляд на растениеводство на этих очень особых почвах. Многие ученые считают, что культивируемые гистосоли должны быть возвращены в их естественное состояние, или что процесс деградации этих почв необратим. Но этот проект действительно нацелен на разработку устойчивого способа выращивания высокоценных культур на этих почвах.
Источник: журнал Soil Science Society of America