Welkom bij
Moderne landbouw
!
Dit verhaal komt uit het Ag Research Journal van USDA ARS, geschreven door Ann Perry. Het is om een aantal redenen interessant. Ten eerste zet het vraagtekens bij dingen die we dachten te weten over koolstof in de bodem en waar het zich in het bodemprofiel bevond. Het vertegenwoordigt ook een soort wetenschap die moeilijk te doen is. Je hebt speciale apparatuur en bemonsteringstechnieken nodig die verder gaan dan het gebruikelijke 'stuur een afgestudeerde student het veld in met een schop en een emmer' en kunnen niet worden gefinancierd door een meer typische goedkope beurs. Als we ten slotte begrijpen waar koolstof wordt opgeslagen en hoe we dat proces kunnen verbeteren, kunnen boeren en veeboeren superhelden zijn als het gaat om het koelen van de planeet. Aangezien elk van de afgelopen 3 jaar elk is bestempeld als de heetste ooit, kan dit een groot probleem zijn! Jij gaat, superhelden!
Jarenlang geloofden veel landbouwkundigen dat aanzienlijke niveaus van koolstof in de bodem zich alleen ophoopten in de buurt van het bodemoppervlak. Dus toen vier wetenschappers van de Agricultural Research Service een onderzoekspaper indienden waarin ze beweerden dat grote hoeveelheden bodemkoolstof tot wel 1,5 meter diep in het bodemprofiel waren vastgehouden – en door zowel eenjarige als meerjarige gewassen – hadden ze wat moeite om hun paper door het beoordelingsproces te krijgen. .
De studie was een 9-jarig project dat de effecten evalueerde van stikstofkunstmest en oogstbehandelingen op de organische koolstofvastlegging in de bodem in switchgrass en niet-ploegmaïsgewassen die worden beheerd voor de productie van biofeedstock.
"Organische koolstofvastlegging in de bodem heeft een grote impact op de duurzaamheid van de productie van bio-energiegewassen op de lange termijn, omdat het de bodemvruchtbaarheid en de uitstoot van broeikasgassen aanzienlijk kan beïnvloeden", zegt ARS-geneticus Ken Vogel (gepensioneerd). "Dus het gebruik van nauwkeurige vastleggingspercentages is essentieel bij het ontwikkelen van levenscyclusanalyses die de milieukosten en -baten op lange termijn van de productie van biobrandstofgewassen beoordelen." [Noot van de redactie:daarom begonnen ze het onderzoek en keken ze naar de gewassen waar ze naar keken. Maar houd er rekening mee dat de resultaten ons ook helpen begrijpen wat er in andere gebieden onder de grond gebeurt.]
Vogel, bodemwetenschappers Ron Follett (gepensioneerd) en Gary Varvel, en agronoom Rob Mitchell voerden hun studie uit op marginaal productieve velden vergelijkbaar met de akkers die geschikt zouden zijn voor commerciële switchgrass-productie. Mitchell en Varvel zijn bij ARS-onderzoekseenheden in Lincoln, Nebraska. Follett was bij ARS in Fort Collins, Colorado.
Het team legde grote percelen aan die plaats konden bieden aan apparatuur op veldschaal en nam basisgrondmonsters tot een diepte van 1,5 meter voordat de eerste gewassen werden verbouwd. Deze basismonsters toonden aan dat de niveaus van organische koolstof in de bodem binnen de eerste voet van de ondergrond met wel ongeveer 18 ton per acre varieerden, terwijl de koolstofniveaus in de bodem 5 voet onder het bodemoppervlak met wel bijna 90 ton per acre varieerden.
P>
Om dit fenomeen te onderzoeken, plantten de wetenschappers vervolgens twee switchgrass-cultivars en no-till-maïs en pasten ze stikstofmeststoffen toe met drie verschillende snelheden, variërend van 54 pond per acre tot ongeveer 160 pond per acre. Stikstofmeststoffen ondersteunen de productie van biomassa, en de wetenschappers wilden zien of de productie van meer plantaardige biomassa resulteerde in het vastleggen van meer koolstof in de bodem. Sommige switchgrass-percelen werden ook onderhouden zonder stikstofadditieven.
Gewasresten na de oogst, of "stover" - wat ook bijdraagt aan bodemkoolstof - werden niet verwijderd op de helft van de maïsvelden die niet bewerkt werden; op andere velden werd de helft van de kachel verwijderd. Nadat de gewassen waren gevestigd, bemonsterden de onderzoekers de grond in de productievelden om de drie jaar opnieuw.
Wat was hun grootste verrassing? In het maïsveld zonder bewerking namen de organische koolstofgehalten in de bodem in de loop van de tijd toe op alle diepten, met alle stikstofbehandelingen en met elk type beheer na de oogst. Bijna alle stijgingen waren statistisch significant. De graanopbrengsten van maïs waren het grootst van velden die waren aangepast met 107 pond stikstof per hectare en waar geen stuifmeel was verwijderd, een beheerstrategie die resulteerde in een gemiddelde jaarlijkse toename van koolstof in de bodem van meer dan 0,9 ton per hectare.
In de switchgrass-percelen zagen de onderzoekers ook een indrukwekkende toename van koolstofvastlegging in de bodem door het bodemprofiel. Vastleggingspercentages namen toe naarmate de stikstofbemestingssnelheid toenam, en bijna alle toenames van bodemkoolstof waren statistisch significant.
Zoals ze waarnamen met de maïspercelen zonder grondbewerking, werd meer dan 50 procent van de bodemkoolstof gevonden tussen 1 en 5 voet onder het grondoppervlak. De gemiddelde jaarlijkse toename van organische koolstof in de bodem in de eerste 1,5 meter van de ondergrond bedroeg ook meer dan 0,9 ton per acre per jaar, wat overeenkomt met 3,25 ton kooldioxide per acre per jaar.
"We hadden niet verwacht dat we deze voorraden diepe bodemkoolstof zouden vinden, ook al wisten we altijd dat plantenwortels zo diep reikten, omdat we ons niet realiseerden hoeveel de activiteit rond wortels het koolstofbudget in de bodem kan beïnvloeden", zegt Follett. "De meeste studies bemonsteren alleen bodems voor koolstof tot een diepte van 45 cm."
Vanwege hun bevindingen concludeerde het team dat het berekenen van koolstofvastleggingspercentages in de bodem voor bio-energiegewassen geen standaardvoorstel is. Gewaskeuze, bodemverschillen, omgevingsomstandigheden en beheerpraktijken hebben een verschillende invloed op de vastleggingspercentages van regio tot regio. Als gevolg hiervan zullen de productiemodellen voor bio-energiegewassen waarschijnlijk een aantal grote aanpassingen nodig hebben.
"Ons werk suggereert dat koolstofvastleggingspercentages die worden gebruikt in de huidige levenscyclusanalysemodellen voor bio-energiegewassen waarschijnlijk resulteren in onderschattingen van hoeveel koolstof wordt vastgelegd in de bodem", zegt Vogel. "Het laat ook zien hoe stikstofaanpassingen en andere managementbeslissingen ertoe doen als het gaat om maïs en koolstofvastlegging - en dat eenjarige gewassen een belangrijke bijdrage kunnen leveren aan de koolstof in de bodem."
De paper is geaccepteerd door Bioenergy Research en gepubliceerd in 2012. Maar hoewel de resultaten zo verrassend waren, hadden twee andere ARS-onderzoeken een vergelijkbare dynamiek aan het licht gebracht
Eenjarige gewassen met langdurige effecten
In 2011 werden de resultaten van een gerelateerd langetermijnonderzoek naar koolstof in de bodem, uitgevoerd door Varvel en zijn ARS-collega Wally Wilhelm (overleden), gepubliceerd in Soil &Tillage Research. De onderzoekers hadden het koolstofgehalte in de bodem bestudeerd in velden die in 1980 waren aangelegd voor drie verschillende niet-geïrrigeerde teeltsystemen - continue maïs, continue sojabonen en een sojabonen / maïsrotatie - die werden beheerd met zes verschillende grondbewerkingssystemen.
In 1999 verzamelden Varvel en Wilhelm als onderdeel van het onderzoek met verschillende tussenpozen bodemmonsters van deze velden tot een diepte van 1,5 meter. Ze ontdekten dat grondbewerkingsbeheer en gewasselectie onafhankelijk van elkaar van invloed waren op de stikstof- en koolstofgehalten in de bodem en dat de hoogste niveaus van stikstof en koolstof zich hadden opgehoopt in het continue maïsteeltsysteem onder beheer zonder grondbewerking. Maar net als bij de latere studie was de grootste verrassing hoeveel stikstof en koolstof zich ophoopten in het bodemprofiel tussen 30 cm en 5 voet in alle gewas- en grondbewerkingssystemen.
"Toen we deze monsters verzamelden, geloofden veel bodemwetenschappers dat eenjarige veldgewassen geen koolstof vastleggen in conventionele grondbewerkingssystemen, dus de resultaten waren een schok", zegt Varvel. "Maar door een langetermijnstudie uit te voeren, konden we observeren wat er gebeurt met koolstofvastlegging in de bodem zodra een beheersysteem is opgezet en de variaties van jaar tot jaar afnemen." Hij merkte ook op dat het identificeren van deze diepere reservoirs van koolstof en stikstof telers kan helpen om effectiever grondbewerkingsbeheer te selecteren dat helpt deze voedingsstoffen in de bodem vast te houden.
Deze bevindingen kwamen overeen met de resultaten van een 8-jarige studie, gepubliceerd in 2013, die Follett uitvoerde naar koolstofvastlegging in ononderbroken en conventionele geïrrigeerde maïssystemen in de buurt van Fort Collins. Hij en bodemwetenschapper Ardell Halvorson uit Fort Collins ontdekten dat beheer zonder grondbewerking resulteerde in hogere niveaus van bodemkoolstof dan conventionele grondbewerking en dat die niveaus in de loop van de 8 jaar niet veel veranderden.
"Een deel van de bodemkoolstof in deze bodems is duizenden jaren oud en zeer stabiel, dus het verdwijnen ervan was een verrassing", zegt Follett, die de resultaten publiceerde in het Soil Science Society of America Journal. "Regelmatige irrigatie van de typisch semi-aride grond kan een van de factoren zijn die resulteerden in het koolstofverlies, maar we zouden aanvullende studies moeten uitvoeren om dat te bepalen."
Follett merkt op dat de microbiële groepen in de bodem in deze omgevingen nog moeten worden geïdentificeerd, evenals de verschuivingen in de omgeving waardoor deze microben gemakkelijker toegang krijgen tot de koolstof voor eigen gebruik. Hij deelt ook de overtuiging van Varvel dat deze bevindingen onderstrepen hoe boeren no-till-beheer kunnen gebruiken om bodemkoolstof diep in het bodemprofiel te behouden - en de waarde van langetermijnstudies voor het begrijpen van de koolstofdynamiek in de bodem.
“Het kost tijd voordat nieuwe managementsystemen enig effect hebben op de koolstof in de bodem. Het identificeren van deze effecten kan langetermijnstudies vereisen, dieper in het bodemprofiel bemonsteren en geavanceerde meettechnieken gebruiken, "zegt Follett. "We zijn op zoek naar kleine veranderingen in een heel groot zwembad."
Dit onderzoek maakt deel uit van Pasture, Forage, and Rangeland Systems (#215), Bioenergy (#213) en Climate Change, Soils, and Emissions (#212), drie nationale ARS-programma's beschreven op www.nps.ars .usda.gov. Om de in dit artikel genoemde wetenschappers te bereiken, neemt u contact op met Ann Perry, USDA-ARS Information Staff, 5601 Sunnyside Ave., Beltsville, MD 20705-5128; (301) 504-1628.
“Een verrassend aanbod van Deep Soil Carbon ”werd gepubliceerd in het tijdschrift Agricultural Research van februari 2014.
