Τα οφέλη της εισαγωγής ψυχανθών στα γεωργικά συστήματα - Πώς τα ψυχανθή ενισχύουν την αποθήκευση άνθρακα στο έδαφος και καταπολεμούν την κλιματική αλλαγή στη γεωργία..
Ο οργανικός άνθρακας του εδάφους (SOC) είναι η μεγαλύτερη αποθήκη άνθρακα στη χερσαία βιόσφαιρα, καθώς περιέχει περισσότερο από διπλάσιο άνθρακα από ό,τι η ατμόσφαιρα και η βλάστηση μαζί. Η αύξηση του SOC είναι ζωτικής σημασίας για τον μετριασμό της κλιματικής αλλαγής και τα συστήματα καλλιέργειας με βάση τα ψυχανθή θεωρούνται μια αποτελεσματική προσέγγιση για τον σκοπό αυτό.
Τα ψυχανθή συμβάλλουν στην οργανική οργανική σύνθεση (SOC) παρέχοντας οργανικό άνθρακα μέσω της αποσύνθεσης των υπολειμμάτων τους και προωθώντας τη συσσωμάτωση του εδάφους μέσω των πυκνών και εκτεταμένων ριζικών συστημάτων τους. Επιπλέον, τα ψυχανθή δεσμεύουν φυσικά το άζωτο μέσω της βιολογικής δέσμευσης αζώτου (BNF), μιας διαδικασίας που υποστηρίζει την παραγωγή βιομάζας και αυξάνει την εισροή άνθρακα στο έδαφος. Η συμπερίληψη των ψυχανθών στα καλλιεργητικά συστήματα βελτιώνει επίσης τη μικροβιακή δραστηριότητα και τη δομή του εδάφους, τα οποία συνδέονται στενά με τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα του άνθρακα. Αυτά τα χαρακτηριστικά καθιστούν τα ψυχανθή ένα σημαντικό εργαλείο για τη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου.
Ο ρόλος των ψυχανθών στην δέσμευση άνθρακα στο έδαφος
Τα ψυχανθή παίζουν κρίσιμο ρόλο στον εμπλουτισμό των εδαφών με οργανικό άνθρακα. Τα υπολείμματά τους αποσυντίθενται και συμβάλλουν στη συγκέντρωση οργανικής ύλης του εδάφους (SOM), η οποία αποτελείται από περίπου 58% άνθρακα. Η διαχείριση αυτών των υπολειμμάτων προάγει επίσης τη συσσωμάτωση του εδάφους, μια διαδικασία που βοηθά στη σταθεροποίηση του άνθρακα στο έδαφος. Ορισμένα ψυχανθή, όπως η ηλιόλουστη κάνναβη ( Crotalaria juncea ), έχουν πυκνά ριζικά συστήματα που υποστηρίζουν τον σχηματισμό μακροσυσσωματωμάτων στο έδαφος, ενώ άλλα, όπως η μηδική ( Medicago sativa ), είναι γνωστό ότι ενισχύουν σημαντικά τη σταθερότητα των συσσωματωμάτων. Αυτά τα συσσωματώματα προστατεύουν φυσικά τον άνθρακα και συμβάλλουν στη μακροχρόνια παρουσία του στο έδαφος.
Σε σύγκριση με τα χόρτα, τα ψυχανθή συνεισφέρουν περισσότερο άνθρακα στα εδαφικά συστήματα. Μελέτες δείχνουν ότι τα ψυχανθή μπορούν να δεσμεύσουν περίπου 0,90 Mg Cha−¹ ετησίως, ενώ τα χόρτα δεσμεύουν περίπου 0,70 Mg Cha−¹ ετησίως. Αυτή η διαφορά οφείλεται κυρίως στην υψηλότερη περιεκτικότητα σε άζωτο στα υπολείμματα των ψυχανθών και στη μεγαλύτερη εισροή βιομάζας από τις ρίζες και τους βλαστούς. Αυτές οι συνεισφορές υποστηρίζουν τη μικροβιακή δραστηριότητα και προάγουν τις διαδικασίες συσσωμάτωσης που δεσμεύουν τον άνθρακα.
Τα ψυχανθή επηρεάζουν επίσης τη δυναμική του άνθρακα στο έδαφος μέσω της ριζικής εναπόθεσης, δηλαδή της απελευθέρωσης οργανικών ενώσεων από τις ρίζες των φυτών στο περιβάλλον έδαφος. Αυτά τα ριζικά εκκρίματα χρησιμεύουν ως πηγή ενέργειας για τις μικροβιακές κοινότητες του εδάφους, διεγείροντας έτσι τη βιολογική δραστηριότητα και συμβάλλοντας στη συσσωμάτωση του εδάφους. Η μικροβιακή δραστηριότητα ενισχύει τον σχηματισμό μακροσυσσωματωμάτων, τα οποία παρέχουν ένα προστατευτικό περιβάλλον όπου ο οργανικός άνθρακας είναι λιγότερο εκτεθειμένος στην αποσύνθεση.
Εισαγωγή ψυχανθών σε συστήματα καλλιέργειας
Η χρήση ψυχανθών ως καλλιέργειες κάλυψης είναι μια αποδεδειγμένη μέθοδος για τη βελτίωση της SOC, ειδικά σε περιόδους κατά τις οποίες οι κύριες καλλιέργειες δεν καλλιεργούνται στο χωράφι. Ο συνδυασμός των βαθιών και ινωδών ριζών τους βοηθά στον περιορισμό της διάβρωσης και προάγει τη συσσώρευση οργανικού άνθρακα στα στρώματα του εδάφους. Μακροπρόθεσμες δοκιμές έχουν δείξει, για παράδειγμα, ότι μια αμειψισπορά με βάση την καλλιέργεια κτηνοτροφικών φυτών με μηδική και σίκαλη ( Lolium perenne ) δεσμεύει περισσότερο SOC από ένα σύστημα καλλιέργειας με βάση τα δημητριακά.
Η συμπερίληψη ψυχανθών στις αμειψισπορές αυξάνει την δέσμευση άνθρακα και υποστηρίζει τη σταθεροποίηση του άνθρακα. Οι αμειψισπορές με ψυχανθή και μη ψυχανθή, όπως τα συστήματα σιταριού-φακής και καλαμποκιού-οσπρίων, έχουν αποδειχθεί ότι βελτιώνουν την παραγωγή βιομάζας και τη δέσμευση άνθρακα στο έδαφος, επιβραδύνοντας την αποσύνθεση της οργανικής ύλης και αυξάνοντας τον χρόνο κατακράτησης άνθρακα στο έδαφος. Επιπλέον, τα ψυχανθή βελτιώνουν τη διαθεσιμότητα αζώτου στη ριζική ζώνη και έτσι προάγουν την ανάπτυξη και την παραγωγή υπολειμμάτων των επόμενων καλλιεργειών. Ορισμένα είδη ψυχανθών, όπως το μπιζέλι ( Cajanus cajan ) και η σόγια ( Glycine max ), συμβάλλουν περισσότερο στην SOC από άλλα λόγω της υψηλότερης αποβολής φύλλων και της βιομάζας ρίζας σε σύγκριση με ψυχανθή όπως το μαυρομάτικο μπιζέλι ( Vigna unguiculata ). Έχει αποδειχθεί ότι τα ψυχανθή σε αμειψισπορικά συστήματα μπορούν να αυξήσουν την SOC κατά 10-11% σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς συνδυασμούς καλαμποκιού-σιταριού.
Τα ψυχανθή χρησιμοποιούνται επίσης συχνά ως πράσινη λίπανση μεταξύ των κύριων καλλιεργειών. Όταν καλλιεργούνται και ενσωματώνονται στο έδαφος, ειδικά είδη όπως ο βίκος ( Vicia sativa ) και η σόγια, βοηθούν στην αναπλήρωση του οργανικού άνθρακα που διαφορετικά θα μπορούσε να χαθεί κατά τις περιόδους αγρανάπαυσης. Σε μια μακροπρόθεσμη μελέτη, αναφέρθηκε ότι η χρήση πράσινης λίπανσης από ψυχανθή είχε ως αποτέλεσμα αύξηση 10 Mg C ha−¹ στην περιεκτικότητα σε SOC σε διάστημα 13 ετών. Καθώς τα υπολείμματά τους έχουν συνήθως στενή αναλογία άνθρακα προς άζωτο (C :N ) και χαμηλή περιεκτικότητα σε λιγνίνη, αποσυντίθενται γρήγορα και συμβάλλουν στην ταχύτερη ενσωμάτωση του άνθρακα στο έδαφος. Για παράδειγμα, η ηλιόλουστη κάνναβη βελτίωσε την περιεκτικότητα σε SOC κατά 0,92%, κάτι που ευνοήθηκε από την ευνοϊκή σύνθεση των υπολειμμάτων της.
Βαθυριζωμένα όσπρια και μακροπρόθεσμη αποθήκευση άνθρακα
Τα πολυετή ψυχανθή και οι θάμνοι ψυχανθών συμβάλλουν σημαντικά στη μακροπρόθεσμη συσσώρευση άνθρακα στο έδαφος, ειδικά σε βαθύτερους εδαφικούς ορίζοντες. Είδη όπως η μηδική και η πίντο φιστίκι ( Arachis pintoi ) έχουν δείξει σημαντική συσσώρευση άνθρακα λόγω του εκτεταμένου ριζικού συστήματος και των μεγάλων καλλιεργητικών περιόδων τους. Μια μελέτη διαπίστωσε ότι τα φιστίκια αύξησαν την SOC στο ανώτερο 1,0 m2 εδάφους κατά 7,8 Mg ha−¹ ετησίως.
Τα ξυλώδη ψυχανθή όπως το τριφύλλι ( Lespedeza davurica ) και ο βίκος ( Astragalus adsurgens ) συσχετίστηκαν επίσης με σημαντικές αυξήσεις στην SOC: 19,9 και 14,6 Mg C ha−¹, αντίστοιχα, σε μια περίοδο 7 ετών . Αυτές οι αυξήσεις οφείλονται κυρίως στην ανανέωση των ριζών, στην άπορροφη και στην απελευθέρωση ενώσεων άνθρακα όπως τα καρβοξυλικά οξέα, οι οποίες βοηθούν στη σταθεροποίηση του άνθρακα στα χαμηλότερα στρώματα του εδάφους.
Μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου
Εκτός από την αποθήκευση άνθρακα στο έδαφος, τα ψυχανθή βοηθούν στη μείωση των εκπομπών υποξειδίου του αζώτου (N₂O). Δεδομένου ότι τα ψυχανθή μπορούν να δεσμεύσουν φυσικά το άζωτο, η χρήση τους μειώνει τη ζήτηση για συνθετικά αζωτούχα λιπάσματα, τα οποία αποτελούν μία από τις κύριες πηγές εκπομπών N₂O στη γεωργία.
Αρκετές μελέτες υπογραμμίζουν αυτό το μετριαστικό αποτέλεσμα:
Οι καλλιέργειες μπιζελιού εξέπεμψαν 69 κιλά N₂O εκτάριο−¹, ενώ τα χωράφια σιταριού και ελαιοκράμβης εξέπεμψαν 368 κιλά N₂O εκτάριο−¹ και 534 κιλά N₂O εκτάριο−¹, αντίστοιχα.
Οι καλλιέργειες κριθαριού εμφάνισαν 2,5 φορές περισσότερες εκπομπές N₂O που προέρχονται από λιπάσματα σε σχέση με τα χωράφια που φυτεύτηκαν με βίκο ή φακή.
Η συγκαλλιέργεια φάβας με σιτάρι οδήγησε σε μείωση κατά 31% των σωρευτικών εκπομπών N₂O σε σύγκριση με την καλλιέργεια μόνο του γονιμοποιημένου σιταριού.
Αυτά τα αποτελέσματα υπογραμμίζουν τον διττό ρόλο των ψυχανθών: όχι μόνο δεσμεύουν τον άνθρακα, αλλά συμβάλλουν επίσης στη μείωση του αντίκτυπου της γεωργίας στο κλίμα μειώνοντας τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου. Σε αυτό το πλαίσιο, το έργο VALERECO Horizon προωθεί αυτή τη μετάβαση προωθώντας την ενσωμάτωση των ψυχανθών σε διαφοροποιημένα συστήματα καλλιέργειας σε όλη την Ευρώπη . Μέσω των ζωντανών εργαστηρίων, των ψηφιακών εργαλείων και των στρατηγικών του για την αξιοποίηση των οικοσυστημικών υπηρεσιών, το VALERECO υποστηρίζει τη μείωση των συνθετικών εισροών και προωθεί φιλικές προς το κλίμα γεωργικές λύσεις που ευθυγραμμίζονται άμεσα με την Πράσινη Συμφωνία της ΕΕ και τους Στόχους Βιώσιμης Ανάπτυξης.
Αναφορές
Diekow J, Mileniczuk J, Knicker H, Bayer C, Dick DP, Kögel-Knabner I (2005) Αποθέματα άνθρακα και αζώτου στο έδαφος που επηρεάζονται από τα συστήματα καλλιέργειας και την αζωτούχο λίπανση σε ένα νότιο βραζιλιάνικο Acrisol που διαχειριζόταν χωρίς όργωμα για 17 χρόνια. Soil Tillage Res 81:87–95
Martin M, Dos R, Angersd A, Coraj E (2012) Σύνθεση υδατανθράκων και συσσωμάτωση Oxisol σταθερή στο νερό όπως επηρεάζεται από την αλληλουχία καλλιέργειας χωρίς όργωμα. Soil Sci Soc Am J 76:475–484
Kumar R, Pandey S, Pandey A (2006) Ρίζες φυτών και δέσμευση άνθρακα. Curr Sci 9(7):885–890
Venkatesh MS, Hazra KK, Ghosh PK, Praharaj CS, Kumar N (2013) Μακροπρόθεσμη επίδραση των οσπρίων και της διαχείρισης των θρεπτικών συστατικών στην δέσμευση άνθρακα στο έδαφος στις πεδιάδες Ινδογαγγείου της Ινδίας. Can J Soil Sci 93:127–136
Sisti CPJ, Dos Santos HP, Kochhann RA, Alves BJR, Urquiaga S, Boddey RM (2004) Αλλαγή στα αποθέματα άνθρακα και αζώτου στο έδαφος κάτω από 13 χρόνια συμβατικής ή μηδενικής καλλιέργειας στη νότια Βραζιλία. Soil Tillage Res 76:39–58
Chaudhury ST, Bhattacharyya SPW, Pal DK, SahrawatKL NA, Chandran P, Venugopalan MV, Telpandel B (2016) Χρήση και επιδράσεις καλλιέργειας στον άνθρακα σε μαύρα εδάφη της ημι-άνυδρης τροπικής Ινδίας. Curr Sci 110(9):1652–1698
Fisher MJ, Rao IM, Ayarza MA, Lascono CE, Sanz JI, Thomas RJ, Vera RR (1994) Αποθήκευση άνθρακα από εισαγόμενα βαθιά ριζωμένα χόρτα στις σαβάνες της Νότιας Αμερικής. Nature 371:236–238
Guan XK, Turner NC, Song L, Gu YJ, Wang TC, Li FM (2016) Η δέσμευση άνθρακα στο έδαφος από τρία πολυετή βοσκοτόπια ψυχανθών είναι μεγαλύτερη σε βαθύτερα στρώματα εδάφους από ό,τι στο επιφανειακό έδαφος. Bio Geosci 13:527–534
Jeuffroy MH, Baranger E, Carrouée B, Chezelles ED, Gosme M, Hénault C (2013) Εκπομπές υποξειδίου του αζώτου από αμειψισπορές, συμπεριλαμβανομένου του σιταριού, της ελαιοκράμβης και των ξηρών μπιζελιών. Biogeosciences 10:1787–1797
Guardia G, Tellez-Rio A, García-Marco S, Martin-Lammerding D, Tenorio JL, Ibáñez MÁ, Vallejo A (2016) Επίδραση της καλλιέργειας και της καλλιέργειας (δημητριακά έναντι ψυχανθών) στις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου και στο Δυναμικό Υπερθέρμανσης του Πλανήτη σε μη αρδευόμενο μεσογειακό χωράφι. Agric Ecosyst Environ 221:187–197
Senbayram M, Wenthe C, Lingner A, Isselstein J, Steinmann H, Kaya C, Köbke S (2016) Τα μικτά συστήματα ενδοκαλλιέργειας με βάση τα ψυχανθή μπορούν να μειώσουν τις εκπομπές N2O που προέρχονται από τη γεωργία. Energy Sustain Soc 6:2
WikiFarmer
