بخشی از مقاله
چکیده
در قرون اخیر، فعالیتهای بشری تغییرات اساسی در تعداد زیادی از چرخههای زیست زمین شیمیایی ایجاد کرده است که از اولین و برجستهترین این تغییرات، میتوان به چرخه جهانی کربن اشاره نمود. دی اکسید کربن یکی از مهمترین گازهای گلخانهای است که اکوسیستم زمین را کنترل نموده و در صورتی که از تعادل خارج شود میتواند اثرات سوء بسیار زیادی بر محیط زیست و حیات انسان بر روی کره زمین بگذارد.
لذا حذف کربن اتمسفری و ذخیره آن در زیست کره زمینی یکی از گزینه های اصلی است که برای جبران گازهای گلخانهای منتشر شده به جو، مورد توجه قرار گرفته است. تحقیقات نشان داده است برخی از اکوسیستم های زمینی، پتانسیل لازم برای ترسیب مقدار زیادی از کربن و در نتیجه متعادل نمودن غلظت کربن اتمسفر را دارند. این پتانسیل در اکوسیستمهای طبیعی، به عنوان یک ویژگی خاص، شکل گرفته است تا با جذب یا آزادسازی کربن، در بحث تغییرات آب و هوایی سهم عمدهای را به خود اختصاص دهند.
یکی از مهمترین اکوسیستمهای طبیعی با پتانسیل بالا در جذب و آزادسازی تدریجی کربن و ایجاد تعادل آن، خاک اکوسیستم جنگل میباشد که توانایی شگرفی در ذخیره کربن اتمسفری و کاهش تغییر آب و هوایی دارد. ذخیره کربن خاک و پوشش گیاهی 3 - برابر بزرگتر از کربن موجود در اتمسفر - نشان دهنده این است که هر نوع افزایش در ترسیب کربن در خاک، کاهش دی اکسیدکربن اتمسفر و در نتیجه تعادل گرمایش جهانی را در پی دارد. این در حالی است که اکوسیستمهای جنگلی با ذخیره 80 درصد کربن روزمینی و بیش از 70 درصد از کربن آلی در خاک، نقش کلیدی در ذخیره کربن جهانی و کاهش آن در اتمسفر بازی میکند. لذا هدف از این تحقیق بررسی سهم خاک اکوسیستم جنگل در ذخیره کربن و کنترل اقلیم میباشد.
مقدمه
در قرون اخیر، فعالیتهای بشری تغییرات اساسی در تعداد زیادی از چرخههای زیست زمین شیمیایی1 ایجاد کرده است که از اولین و برجستهترین این تغییرات، میتوان به چرخه جهانی کربن اشاره نمود . دی اکسید کربن یکی از مهمترین گازهای گلخانهای است که اکوسیستم زمین را کنترل نموده [22] و در صورتی که از تعادل خارج شود میتواند اثرات سوء بسیار زیادی بر محیط زیست و حیات انسان بر روی کره زمین بگذارد .[15] لذا حذف کربن اتمسفری و ذخیره آن در زیست کره زمینی یکی از گزینه های اصلی است که برای جبران گازهای گلخانهای منتشر شده به جو، مورد توجه قرار گرفته است .[6] یکی از راههای کاهش انتشار گازهای گلخانهای بهویژه دی اکسید کربن از طریق اکوسیستمهای طبیعی، بیان شده است .
[16] دیاکسیدکربن مهمترین گاز گلخانهای است که با جذب طول موجهای بازتابی منجر به افزایش گرمایش جهانی و تغییرات اقلیمی میگردد [19] که غلظت دیاکسیدکربن در جو، با کاهش انتشار یا جذب از اتمسفر و ذخیره در اکوسیستمهای خشکی و آبی، تقلیل مییابد. یکی از موثرترین عوامل شناخته شده در کنترل غلظت گازهای گلخانهای در اتمسفر و تغییرات احتمالی آب و هوا، افزایش جذب کربن از طریق جنگل گزارش شده است .[16] کربن از طریق انجام فرایند فتوسنتز در برگ به اکوسیستم جنگل وارد شده و بعد از ریزش بقایای گیاهی طی فرایند تجزیه، از طریق فعالیت میکربی، تشکیل کربن آلی خاک را میدهد [18] که رابطه متقابل بسیار قوی با کربن موجود در اتمسفر ایجاد مینماید.
این همبستگی قوی بین دینامیک کربن خاک و اتمسفر، به اکوسیستم خشکی پتانسیل خنثیسازی افزایش دی اکسیدکربن موجود در جو و در نتیجه کنترل آن را میدهد .[39] ذخیره کربن خاک و پوشش گیاهی 3 - برابر بزرگتر از کربن موجود در اتمسفر - نشان دهنده این است که هر نوع افزایش در ترسیب کربن در خاک، کاهش دی اکسیدکربن اتمسفر و در نتیجه تعادل گرمایش جهانی را در پی دارد. این در حالی است که اکوسیستمهای جنگلی با ذخیره 80 درصد کربن روزمینی و بیش از 70 درصد از کربن آلی در خاک [40]، نقش کلیدی در ذخیره کربن جهانی و کاهش آن در اتمسفر بازی میکند. به طورکلی جنگلها با ایجاد افق آلی توسعه یافته و تعدیل درجه حرارت و رطوبت سطح خاک تاثیر زیادی در شرایط خاک دارند.
[8] کربن ذخیره شده در اکوسیستمهای جنگلی نمایانگر بخش قابل توجهی از ذخیره کربن در اکوسیستم خشکی است .[40] مصلحی و همکاران - 1394 - میزان ذخیره کربن خاک را در جنگلهای مدیریتشده و مدیریتنشده بررسی و بیشترین میزان ذخیره کربن را در جنگلهای مدیریتنشده گزارش کردند .[4] جانسون و همکاران - 2010 - واکنش ذخیره کربن آلی خاک را نسبت به برداشت در زمانهای متفاوت، بررسی و بیان کردند ذخیره کربن آلی خاک بعد از 40، 60 و 120 سال دخالت، بترتیب 15، 10 و 5 درصد نسبت به جنگل مدیریت نشده کاهش داشت.
[27] باقری فام و همکاران - - 1393 در بررسی تاثیر مدیریت بر تغییرات کربن آلی خاک و توزیع اندازه ذرات و پایداری خاکدانهها در خراسان شمالی گزارش کردند مراتع مدیریتشده به علت چرای دام، بهم خوردگی خاک و تسریع اکسیداسیون مواد آلی، دارای ذخیره کربن آلی خاک کمتری نسبت به مناطق قرقشده است .[1] واحدی و همکاران - 1393 - در مدلسازی ذخیره کربن آلی خاک در رابطه با خصوصیات فیزیکو شیمیایی خاک در جنگلهای آمیخته راش گلندرود، رس را به عنوان یکی از عوامل مهم در تعیین ذخیره کربن آلی خاک در مدل بدست آمده، گزارش نمودند.
[5] اوداس - 1988 - در تحقیق نگهداشت مواد آلی در خاک گزارش نمود ذخیره کربن آلی خاک، با درجه حرارت رابطه منفی و با میزان رس رابطه مثبت معنیداری دارد .[37] هارت و پری - 1999 - در تحقیق بررسی چرخه عناصر غذایی در اکوسیستم جنگلی در ارتفاعات مختلف، بیان کردند نرخ بالای ذخیره کربن آلی فعال در آب و هوای سرد وجود دارد زیرا نرخ تجزیه با افزایش درجه حرارت، تسریع شده و منجر به کاهش کربن فعال خاک در آب و هوای گرم میگردد .[21] کوکس و همکاران - 2000 - در تحقیق خود به این نتیجه رسیدند آزاد سازی بیشتر کربن به اتمسفر، سبب افزایش درجه حرارت خاک سطحی و کاهش بیشتر کربن آلی خاک از طریق افزایش نرخ تجزیه، میشود .[10] رازافیمبلو و همکاران - 2013 - در بررسی محتوی کربن در خاکهای مالزی به این نتیجه رسیدند بین میزان رس و خاکدانههای درشت با کربن آلی خاک هبستگی خطی وجود داشته و بهصورت فیزیکی از آن حمایت میکنند ولی بر مقدار حمایت کربن تاثیر معنیداری ندارد .[38]
ذخیره کربن در خاک
ذخیره کربن آلی خاک از تعادل بین کربن ورودی از طریق لاشریزه و ترشحات ریشه و آزادسازی کربن در طول تجزیه حاصل میگردد .[11] کربن در شکلهای مختلف در ذیتوده گیاهان، ماده آلی خاک، اقیانوس و اتمسفر یافت میشود. اگرچه اقیانوسها بیشترین مقدار کربن زمین را در خود نگهداری مینماید، خاک نیز 75 درصد ذخیره کربن خشکی را در خود جای داده است که این امر سبب شد در چارچوب مقیاس جهانی، بعد از اقیانوس، در رده دوم قرار گیرد و نماینده بزرگترین ذخیرهگاه کربن آلی زمینی - بیش از 4 برابر ذخیره کربن موجود در موجودات زنده - شناخته شود. تقریبا 2344 گیگاتن کربن آلی در 3 متر ابتدایی خاک قرار دارد که از این مقدار 54 درصد یا 1500 گیگاتن در 1متر ابتدایی قرار دارد که 615 گیگاتن از آن، در 20 سانتیمتر بالایی خاک ذخیره شده است.
[26] اولین راه ورودی کربن به خاک جهت ذخیره، ماده آلی است که شامل 58 درصد کربن است. بنابراین خاک با 1 درصد کربن آلی شامل 1/72 درصد ماده آلی است [7] که مخلوطی از ترکیبات کربن شامل بافت گیاهی و جانوری در حال تجزیه، میکربها و کربن چسبیده به مواد معدنی خاک است .[14] در این میان، خاک جنگل به علت داشتن محتوای بالای ماده آلی، به عنوان یکی از مخازن اصلی کربن در سطح زمین محسوب میشود.
[12] خاک مسئولیت ذخیره بیش از 70 درصد از کربن جذب شده در جنگل و 40 درصد از کل کربن ذخیره شده در خاکهای جهان را به عهده دارد که همین امر آن را به یکی از ذخیرهگاههای بسیار بزرگ کربن تبدیل نموده است. این ذخیرهگاه بزرگ کربن - بخش کربن فعال - به علت دوره بازگشت کوتاه و حساسیت بالا به تغییرات محیطی، در چرخه جهانی کربن بسیار موثر هستند .[45] بنابراین بهشدت تحت تاثیر دخالت انسانی [23] و ایجاد آشفتگی، تغییر میکند.
[20] استرانگ - - 1997 تاثیر شدت دخالت در جنگلهای ویسکنسین شمالی را بررسی و گزارش نمودند، افزایش شدت برداشت بر ذخیره کربن آلی خاک تاثیر منفی فزایندهای دارد .[42] مندهام و همکاران - 2003 - در بررسی تاثیر مدیریت بر محتوای کربن و عناصر غذایی در جنگلهای اکالیپتوس استرالیا، نشان دادند در 10 سال اولیه بعد از برداشت، میزان ذخیره کربن آلی خاک، کاهش مییابد .[36] دخالت در جنگل با تغییری که در شرایط رویشگاه از نظر اقلیمی، خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک ایجاد میکند، میتواند تاثیر قابل توجهی بر دیاکسیدکربن اتمسفری داشته باشد، لذا جهت حفظ این ذخیرهگاه با ارزش، دخالتها را به حداقل رساند.
نقش ذخیره کربن آلی خاک
کربن آلی خاک در ارتباط با ماده آلی خاک است و از کربن غیر آلی که در ذرات معدنی خاک نگهداری میشوند، کاملا متمایز میباشد. کربن آلی به ذخیرهگاهها یا بخشهای مختلف تقسیم میشود که در اندازه، سهولت تجزیه - کربن فعال و غیرفعال - ، سطح تداوم و پایداری و کاربری - نگهداری یا آزادسازی عناصر غدایی - تمایز دارند .[31] ذخیرهگاههای غیرفعال و ناپایدار ماده آلی - کربن آلی - که تحت تاثیر شرایط آب و هوایی در حال تغییر هستند شامل دو بخش بقایای محصولات گیاه و ماده آلی بسیار ریز میباشد. باقیمانده محصولات گیاه شامل جوانهها و بقایای ریشه در بالا و زیر خاک، با قطر بیشتر از 2 میلیمتر با دسترسی آسان و زمان بازگشت چند روزه میباشد.
این بخش، انرژی و عناصر غذایی را برای فرایندهای بیولوژیکی فراهم نموده و با تجزیه سریع و آسان، شرایط مطلوب را برای موجودات زنده خاک فراهم مینماید. ماده آلی بسیار ریز، همان بقایای گیاهی با قطر 0/05-2 میلیمتر با دسترسی آسان و بازگشت چند روز تا چند ماه میباشد که در شرایط مطلوب، نسبتا سریع تجزیه میشود ولی سرعت تجزیه آن کمتر از گروه اول است. این بخش از کربن آلی خاک، جهت بهبود ساختمان خاک، تدارک انرژی برای فعالیتهای موجودات خاکزی و فراهم نمودن عناصر غذایی نقش بسزایی دارد - بروس و بالداک، . - 2008 کربن آلی خاک منجر به طیف وسیعی از تنوع، در خاک شده است و با ایجاد ارتباط متقابل بین ویژگی های خاک، بر خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک تاثیر میگذارد [31] - شکل . - 1
