Po co badać zawartość węgla w glebie?
Węgiel organiczny w glebie odgrywa istotną rolę zarówno w rolnictwie jak i utrzymaniu zdrowych ekosystemów naturalnych. Jego zawartość wpływa pozytywnie na parametry gleby, takie jak jej struktura, zdolność do zatrzymywania wody, oraz dostępność składników odżywczych dla roślin. W obliczu globalnych zmian klimatycznych i intensyfikacji rolnictwa, zrozumienie roli węgla organicznego w glebie jest kluczowe dla zrównoważonego zarządzania gruntami, przewidywania tempa zmian klimatu i jego spowalniania oraz sposobów adaptacji.
Skąd w glebie węgiel organiczny?
Węgiel organiczny w glebie pochodzi głównie z roślin, mikroorganizmów i organizmów zwierzęcych. W wyniku opadania i dekompozycji resztek roślinnych przez mikroorganizmy, takie jak bakterie i grzyby, materia organiczna jest przekształcana w bardziej stabilne formy. Proces ten obejmuje mineralizację, podczas której węgiel organiczny jest przekształcany w dwutlenek węgla i częściowo uwalniany do atmosfery, oraz humifikację, prowadzącą do powstawania złożonych związków humusowych. Stabilne związki organiczne akumulują się w glebie, przyczyniając się do wzrostu zawartości węgla organicznego. Można też zwiększać jego zawartość poprzez zabiegi agrotechniczne takie jak nawożenie.
Do czego potrzebny jest węgiel organiczny w glebie?
Wysoka zawartość węgla organicznego w glebie przynosi korzyści takie jak:
- Poprawa struktury gleby: Węgiel organiczny sprzyja agregacji cząsteczek gleby, co zwiększa jej porowatość i przepuszczalność. Dzięki temu gleba lepiej zatrzymuje wodę i powietrze, co jest korzystne dla wzrostu roślin.
- Zwiększenie zdolności sorpcyjnych gleby: Materia organiczna zwiększa zdolność gleby do zatrzymywania składników odżywczych, co zapobiega ich wymywaniu i poprawia dostępność dla roślin.
- Stymulacja aktywności biologicznej: Bogata w węgiel organiczny gleba sprzyja rozwojowi mikroorganizmów, które przyczyniają się do dekompozycji materii organicznej i utrzymania cyklu obiegu składników odżywczych.
- Sekwestracja węgla: Gleby bogate w węgiel organiczny mogą działać jako magazyny węgla, pomagając w redukcji stężenia dwutlenku węgla w atmosferze i przeciwdziałając zmianom klimatycznym.
Dlaczego ubywa węgla organicznego w glebie?
Procesy prowadzące do spadku zawartości węgla organicznego w glebie obejmują:
- Intensywne rolnictwo: stosowanie nawozów chemicznych oraz mechaniczne zabiegi uprawowe mogą prowadzić do degradacji materii organicznej, jej mineralizacji i utraty. Udowodniono na przykład, że orka powoduje napowietrzenie głębokich warstw gleby i przyśpiesza tlenowe przemiany węgla (do CO2 uwalnianego do atmosfery) (Mrówczynska-Kamińska 2019).
- Zmiany klimatyczne: Wzrost temperatury i zmiany w opadach mogą przyspieszać procesy mineralizacji węgla organicznego, prowadząc do jego utraty z gleby. Podwyższenie temperatury o 10°C podwaja wydajność mineralizacji i utleniania węgla organicznego, podobnie w warunkach niedoboru wody proces ten przyśpiesza (Mrówczynska-Kamińska 2019).
- Wylesianie: Usuwanie roślinności, szczególnie drzew, prowadzi do zmniejszenia dostarczania materii organicznej do gleby oraz przyspiesza erozję gleby, co powoduje utratę węgla organicznego.
Czy da się to przewidzieć?
Znając uwarunkowania klimatyczne i charakterystykę gleby, możemy modelować zawartość węgla organicznego. Istnieje kilkaset modeli przeznaczonych zarówno do skali lokalnej jak i analiz w kontekście globalnym (Le Noe i in. 2023). Modele dynamiki węgla w glebie opisują procesy rządzące wymianą węgla między glebą a atmosferą, a cały czas trwają prace nad lepszym zrozumieniem zachodzących procesów i zależności oraz dokładniejszymi metodami modelowania obiegu węgla w kontekście zmian klimatu (Bohaienko i in. 2023) (Diele i in. 2022). Prace te pozwalają zarówno lepiej przewidywać wpływ sposobu gospodarowania gruntami na zmiany klimatu jak i zmian klimatu na produktywność gleb i ekosystemów naturalnych.
Bibliografia
Bohaienko, Vsevolod, Fasma Diele, Carmela Marangi, Cristiano Tamborrino, Sebastian Aleksandrowicz, i Edyta Wozniak. 2023. „A Novel Fractional-Order RothC Model”. Mathematics 11 (marzec):1677. https://doi.org/10.3390/math11071677.
Diele, Fasma, Ilenia Luiso, Carmela Marangi, Angela Martiradonna, i Edyta Woźniak. 2022. „Evaluating the Impact of Increasing Temperatures on Changes in Soil Organic Carbon Stocks: Sensitivity Analysis and Non-Standard Discrete Approximation”. Computational Geosciences 26 (5): 1345–66. https://doi.org/10.1007/s10596-022-10165-3.
Le Noe, Julia, Stefano Manzoni, Rose Abramoff, Tobias Bölscher, Elisa Bruni, Rémi Cardinael, Philippe Ciais, i in. 2023. „Soil organic carbon models need independent time-series validation for reliable prediction”. Communications Earth & Environment 4 (maj):1–8. https://doi.org/10.1038/s43247-023-00830-5.
Mrówczynska-Kamińska, A. 2019. „Agriculture and the environment in European union countries in light of input-output tables”. Annals of The Polish Association of Agricultural and Agribusiness Economists 21 (4): 317–30.
