علاقة التربة بالكربون
OCTOBER 13, 2015 BY SHAINA REYES & FILED UNDER GENERAL, SOIL, STRUCTURE, SOIL COMPOSITION
إن دورة الكربون تعتبر واحدة من أهم المتطلبات الأساسية للحياة على هذه الأرض. يمكن تعريف الكربون العضوي في التربة (SOC) بأنه كمية الكربون المخزنة في التربة باعتباره واحد من المكونات العضوية فيها التي تشتمل على المواد الحيوانية والنباتية ومراحل التحلل المختلفة. إن الكربون العضوي(OC) يدخل إلى التربة بشكل رئيسي عن طريق تحلل الحيوانات والنباتات الميتة وأيضاً عن طريق الكائنات الحية الدقيقة سواء الحية أو الميتة بالإضافة إلى الإفرازات الجذرية والكائنات الحية الموجودة في التربة. إن الكربون العضوي في التربة متباين في تركيبته ومكوناته التي تختلف في حجم الجسيمات ونسبة الكربون ووقت الدوران ومعدل تحللها. يعتبر الكربون العضوي مصدر الطاقة الرئيسي لميكروبات التربة. إن المواد العضوية في التربة تشتمل على نسبة 58% من الكربون العضوي.
يمكننا زيادة نسبة الكربون العضوي المخزن في التربة باتباع هذه الممارسات التالية
إن العملية التي تقوم بزيادة نسبة الكربون العضوي في التربة يجب أن تشتمل على أشياء مثل الإكثار من زراعة النباتات التي عادةً ما تزيد من نسبة الكربون العضوي في جذورها مما يؤدي إلى تغلغلها في التربة. إن إفرازات الجذور وبقايا المواد المعدنية في التربة على سبيل المثال تعمل على زيادة كفاءة الماء والمواد الغذائية. بالإضافة إلى أن الزراعة لفترات طويلة كل عام تزيد من نسبة إدخال الكربون العضوي للتربة. وبالإمكان زيادة نسبة الكربون المخزن في التربة عن طريق تحسين بنيتها , وأيضاً الحد من خسائر نسبة الكربون العضوي التي تنتج من عمليات التعرية والتحلل. حيث يمكن القيام بذلك عن طريق الحفاظ على الغطاء النباتي ولحاء الأشجار والحد من الضغط على التربة. يمكن أيضاً القيام بالعديد من الإجراءات مثل: حفظ الزراعة وإدارة المحاصيل , واصلاح وتحسين الغابات وتطوير إدارة المراعي , حيث أن جميع هذه الإجراءات تعمل على زيادة نسبة الكربون في التربة.
كربون التربة وصحة التربة
إن محتوى ونسبة الكربون في التربة يعد عاملاً رئيسيا من عوامل الصحة العامة للتربة. حيث يعمل الكربون على تحسين الخصائص الفيزيائية للتربة, مثل: زيادة قدرة تبادل الأيونات الموجبة (CEC). وأيضاً زيادة قدرة احتباس الماء في التربة الرملية كما ويساعد على تعزيز الاستقرار الهيكلي للتربة الطينية حيث يساعد الكربون على ربط جزيئاتها وتحوليها إلى تربة متماسكة.
نظام PRI المُطبق في مزرعة زيتونة ، تصوير: انجريد بولين
إن التربة العضوية (SOM) التي يشكل الكربون النسبة الأكبر منها تحتوي على نسبة أكبر من الكايتونات والعناصر المغذية الأخرى التي تعد مهمة جداً لعميلة زراعة ونمو النباتات. ومن فوائد الكربون العضوي أيضاً أنه يمنع ارتشاح المواد المغذية في التربة. كما وله أيضاً أهمية كبرى في تجزئة وتحليل الأحماض العضوية التي توفر المعادن للنباتات, ويساعد الكربون أيضاً على التخفيف من التغيرات الهيدروجينية القوية التي تحدث في التربة.
فقدان كربون التربة
إن تبادل الكربون بين التربة والغلاف الجوي له أهمية كبرى في دورة الكربون الطبيعية. هناك العديد من العوامل التي تؤثر على تباين نسبة احتواء التربة على الكربون والمواد العضوية الأخرى التي تتأثر بالأنشطة الإنسانية والنظم الزراعية. إن فقدان نسبة الكربون في التربة قد يكون نتيجة لسلسلة من النشاطات البشرية التي يقوم بها الإنسان مثل استخدام النار الذي يعمل على إزالة غطاء التربة الذي يؤدي إلى خسارة دائمة ومستمرة لنسبة الكربون العضوي في التربة. إن عمليات الصرف وحراثة الأرض تعمل على تحويل التربة العضوية إلى أكسجين و الأكسدة. إن ندرة الكربون العضوي في التربة تؤدي إلى تنوع أقل في الكائنات الحية في التربة مما يسبب في اختلال التوازن وانقطاع السلسلة الغذائية مما يؤدي إلى اضطراب وخلل في توازن التربة والبيئة.
من الممكن تنفيذ عدد من الممارسات التي تؤدي إلى التقليل من فقدان الكربون في التربة , مثل: عدم الحراثة , واستخدام السماد العضوي في تسميد الأرض حيث تعمل كل هذه الممارسات على زيادة نسبة الكربون العضوي في التربة كما هو موضح في الشكل 1 أدناه.
أهمية وجود عنصر الكربون في التربة
يعتبر الكربون العضوي العامل الرئيسي لخصوبة التربة لأنه يقوم بالسماح للمواد الغذائية بالقيام بعملية النمو للنباتات. كما وأنه يقوم بتعزيز بنية وصحة وجودة التربة الفيزيائية والبيولوجية.
يساعد الكربون أيضاً في عملية تكوين المواد الغذائية في التربة عن طريق استخدام ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء والماء. كما ويساعد على تحلل النباتات الميتة وإعادة تدويرها في التربة. ويعمل أيضاً على مساعدة المواد العضوية على التغلغل في التربة ويساعد على انطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. تختلف نسبة الكربون العضوي في التربة تبعاً لنوع التربة و الأسلوب المستخدم في تصميم المواقع الزراعية وبالتالي فإن ذلك يؤدي إلى حدوث تغير في المناخ وفي أساليب الزراعة لفترة طويلة من الزمن. أخيراً نستنتج أن الزيادة في نسبة الكربون العضوي في التربة يعمل على زيادة المحاصيل الزراعية وتحسين المراعي الخضراء.
إذا تم تخزين كمية وفيرة من عنصر الكربون في التربة فإن ذلك سيقلل من كمية الكربون الموجودة في الغلاف الجوي مما يساعد على الحد من ظاهرة الإحتباس الحراري.
ويطلق على عملية تخزين الكربون في التربة اسم تنحية الكربون في التربة.
تنحية الكربون في التربة
حبس وعزل الكربون في التربة هي عملية تخزين وتجميع غاز ثاني أكسيد الكربون المستخرج من الغلاف الجوي في التربة. تقوم النباتات بتطبيق هذه العملية في المقام الأول من خلال عملية التمثيل الضوئي , حيث يتم تحويل هذا الغاز إلى كربون عضوي ليتم تخزينه في التربة. أما في معظم المناخات الجافة وشبه الجافة فيتم احتباس الكربون في التربة من خلال تحويل ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء إلى أشكال غير عضوية مثل الكربونات الثانوية الموجودة في التربة. إن الأنظمة البيئية الطبيعية قد ساهمت في استنزاف نسبة الكربون العضوي في التربة من خلال نقصان كمية جذور النباتات والبقايا المخلفات الزراعية التي تعود إلى التربة. هذا يساعد على التغلغل في التربة كما الحال في حرث التربة وتآكلها. هناك بعض العوامل التي من الممكن أن يكون لها تأثير في نسبة الكربون في التربة, مثل التغيرات البيئية التي تشمل استراتيجيات إدارة الأراضي الزراعية الحالية , وأنماط استخدام الأراضي التاريخية , والضوابط المناخية , والتجانس الطبوغرافي. إن هذه العوامل مجتمعة أثبتت تأثيرها على تغير مدخلات الكربون والاختلاف في قدرة امتصاص الكربون تبعاً لأسلوب تصميم الموقع الزراعي كما هو موضح في الشكل 2 أدناه.
من المعروف أن هناك عدد من الأساليب المستخدمة في إدارة الأراضي والتي يكون لها تأثيرات مختلفة على إضافة أو الحد من نسبة الكربون العضوي في التربة. هذه التغيرات في التربة قد يستغرق حدوثها عدد من السنوات مما يجعل قياس نسبة الكربون العضوي المخزنة في التربة صعبة جداً.
الجدول 1 يوضح ممارسات ادارة الأراضي لزيادة مستوى الكربون العضوي في التربة من خلال التقليل من فقدان الكربون و زيادة مدخلاته في النظم الزراعية
أساسيات و مكونات الكربون العضوي في التربة
إن التربة العضوية عبارة عن خليط غير متجانس من المواد التي تتراوح في مرحلة التحلل ما بين مخلفات نباتية جديدة إلى مواد متحللة تسمى الدبال. إن نسبة الكربون العضوي في التربة تتعلق مباشرة بكمية المواد العضوية المكونة للتربة. كما ويعتبر الكربون العضوي هو المقياس الحقيقي لكمية المواد العضوية الموجودة في التربة. بالتالي فإن التربة العضوية هي نتاج لعدد من النظم الايكولوجية الطبيعية التي تشتمل على عمليات مثل: التنفس , والتمثيل الضوئي , والتحلل. كل من هذه العمليات لها تأثيرها المختلف على الكربون العضوي في التربة حيث تقوم عملية التمثيل الضوئي بإدخال ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء إلى الكتلة الحيوية النباتية.
يتم تحديد معدل المدخلات للتربة من خلال الكتلة الحيوية لجذور النباتات وتشمل على المخلفات النباتية. إن كربون التربة ينتج من خلال نمو أو موت جذور النباتات كما وتنتج بشكل غير مباشر من نقل المركبات الغنية بالكربون من الجذور إلى ميكروبات التربة , حيث يتم فقدان الكربون في مثل هذه العملية. وذلك لأن ثاني أكسيد الكربون الموجود في التربة يتم استخدامه في عملية التنفس الميكروبي في حين أن جزء صغير من الكربون الأصلي يتم الحفاظ عليه لتشكيل الدبال. حيث يشكل الدبال أحد المنتجات التي تزود التربة بالكربون وتعطيها صفة اللون الداكن.
إن الأشكال المتعددة من الكربون العضوي في التربة تختلف في مقاومتها للتحلل. يعرف الدبال بمقاومته المستمرة للتحلل والتي تؤدي إلى بقائها في التربة لمدة طويلة. وعلى النقيض فإن بقايا النباتات تستمر في البقاء لمدة أقل في التربة. عندما تتجاوز مدخلات الكربون في عملية التمثيل الضوئي مقدار فقدان الكربون فان التربة تعمل على زيادة نسبة الكربون العضوي مع مرور الوقت.
يوضح الشكل أدناه بعض العمليات التي تحدث في التربة مثل دورة الكربون :
الشكل رقم 2: يمثل توازن الكربون داخل التربة (المربع البني) التحكم بفقدان الكربون خلال عملية التنفس ومدخلات الكربون من عملية التمثيل الضوئي
كل هذه العوامل التي تشمل عملية التنفس و التحلل والتمثيل الضوئي تقوم بتحديدها بشكل رئيسي العوامل المناخية ومستويات الرطوبة ودرجة حرارة التربة بالإضافة إلى عمليات الترسيب وتآكل التربة والتي تعمل على إعادة توزيع الكربون في التربة وفقاً لتضاريس المنطقة الزراعية. حيث أن المناطق المنخفضة تحتوي على نسبة أكبر من الكربون العضوي مقارنةً بالمناطق المرتفعة.
في الختام , يعتبر الكربون العضوي عنصر حيوي جداً في التربة وله تأثير مهم جداً على أداء النظم الأيكولوجية البيئية. يجب على الإنسان القيام بالممارسات التي تشجع على زيادة نسبة الكربون العضوي في التربة, وذلك للاستفادة من العلاقة الجيدة بين التربة والكربون.
الصورة الرئيسية بواسطة :أنجريد بولين