نحو حل قائم على التربة لتغير المناخ 

بحثت دراسة جديدة التفاعلات بين الجزيئات الحيوية والمعادن الطينية في التربة وسلطت الضوء على العوامل التي تؤثر على احتجاز الكربون النباتي في التربة. لقد وجد أن شحن الجزيئات الحيوية ومعادن الطين وبنية الجزيئات الحيوية والمكونات المعدنية الطبيعية في التربة والاقتران بين الجزيئات الحيوية تلعب أدوارًا رئيسية في عزل الكربون في التربة. في حين أن وجود أيونات معدنية موجبة الشحنة في التربة يفضل احتجاز الكربون، فإن الاقتران الكهروستاتيكي بين الجزيئات الحيوية يمنع امتزاز الجزيئات الحيوية إلى معادن الطين. يمكن أن تكون النتائج مفيدة في التنبؤ بكيمياء التربة الأكثر فعالية في حبس الكربون في التربة والتي بدورها يمكن أن تمهد الطريق لحلول تعتمد على التربة لتقليل الكربون في الغلاف الجوي ولظاهرة الاحتباس الحراري وتغير المناخ. تغير المناخ.   

تتضمن دورة الكربون حركة الكربون من الغلاف الجوي إلى النباتات والحيوانات على الأرض ثم العودة إلى الغلاف الجوي. المحيطات والغلاف الجوي والكائنات الحية هي الخزانات أو المصارف الرئيسية التي يتم من خلالها دورات الكربون. الكثير من كربون يتم تخزينها/عزلها في الصخور والرواسب والتربة. وقد تتحول الكائنات الحية الميتة في الصخور والرواسب إلى وقود أحفوري على مدى ملايين السنين. يؤدي حرق الوقود الأحفوري لتلبية احتياجات الطاقة إلى إطلاق كمية كبيرة من الكربون في الغلاف الجوي مما أدى إلى اختلال توازن الكربون في الغلاف الجوي وساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري وما يترتب على ذلك تغير المناخ.  

تُبذل الجهود للحد من ظاهرة الاحتباس الحراري إلى 1.5 درجة مئوية مقارنة بمستويات ما قبل الصناعة بحلول عام 2050. وللحد من ظاهرة الاحتباس الحراري إلى 1.5 درجة مئوية، يجب أن تبلغ انبعاثات الغازات الدفيئة ذروتها قبل عام 2025 وأن تنخفض إلى النصف بحلول عام 2030. ومع ذلك، فقد تم إجراء التقييم العالمي الأخير وكشف أن العالم ليس على المسار الصحيح للحد من ارتفاع درجة الحرارة إلى 1.5 درجة مئوية بحلول نهاية هذا القرن. إن التحول ليس سريعًا بما يكفي لتحقيق خفض بنسبة 43٪ في انبعاثات الغازات الدفيئة بحلول عام 2030، وهو ما يمكن أن يحد من ظاهرة الاحتباس الحراري ضمن الطموحات الحالية. 

وفي هذا السياق يأتي دور التربة الكربون العضوي (SOC) في تغير المناخ تكتسب أهمية كبيرة كمصدر محتمل لانبعاثات الكربون استجابة لظاهرة الاحتباس الحراري وكذلك كمصرف طبيعي للكربون الموجود في الغلاف الجوي.  

على الرغم من الإرث التاريخي للكربون (أي انبعاث حوالي 1,000 مليار طن من الكربون منذ عام 1750 عندما بدأت الثورة الصناعية)، فإن أي زيادة في درجة الحرارة العالمية لديها القدرة على إطلاق المزيد من الكربون من التربة في الغلاف الجوي، ومن ثم ضرورة الحفاظ على الموارد الحالية مخزونات الكربون في التربة.   

التربة بمثابة بالوعة عضوي كربون 

لا تزال التربة ثاني أكبر حوض على الأرض (بعد المحيط). عضوي كربون. فهي تحتوي على حوالي 2,500 مليار طن من الكربون، أي حوالي عشرة أضعاف الكمية الموجودة في الغلاف الجوي، ومع ذلك فهي تتمتع بإمكانات هائلة غير مستغلة لعزل الكربون في الغلاف الجوي. يمكن للأراضي الزراعية أن تحبس ما بين 0.90 و1.85 بيتاجرام (1 بيكوغرام = 10¹⁵ جرام) من الكربون (Pg C) سنويًا، وهو ما يعادل حوالي 26-53٪ من الهدف "4 لكل مبادرة 1000"(أي معدل نمو سنوي قدره 0.4٪ للتربة العالمية القائمة عضوي يمكن لمخزونات الكربون أن تعوض الزيادة الحالية في انبعاثات الكربون في الغلاف الجوي وتساهم في تلبية احتياجات العالم مناخ هدف). ومع ذلك، فإن تفاعل العوامل المؤثرة على مصائد النباتات عضوي المادة في التربة ليست مفهومة جيدا. 

ما يؤثر على قفل الكربون في التربة  

تلقي دراسة جديدة الضوء على ما يحدد ما إذا كان النبات يعتمد على النبات أم لا عضوي سيتم احتجاز المادة عند دخولها التربة أو ما إذا كان سينتهي بها الأمر بتغذية الميكروبات وإعادة الكربون إلى الغلاف الجوي على شكل ثاني أكسيد الكربون₂. وبعد فحص التفاعلات بين الجزيئات الحيوية ومعادن الطين، وجد الباحثون أن الشحنات على الجزيئات الحيوية ومعادن الطين، وبنية الجزيئات الحيوية، والمكونات المعدنية الطبيعية في التربة، والاقتران بين الجزيئات الحيوية تلعب أدوارًا رئيسية في احتجاز الكربون في التربة.  

كشف فحص التفاعلات بين معادن الطين والجزيئات الحيوية الفردية أن الارتباط كان متوقعًا. نظرًا لأن معادن الطين مشحونة بشكل سلبي، فإن الجزيئات الحيوية ذات المكونات المشحونة بشكل إيجابي (ليسين، هيستيدين وثريونين) شهدت ارتباطًا قويًا. ويتأثر الارتباط أيضًا بما إذا كان الجزيء الحيوي مرنًا بدرجة كافية لمواءمة مكوناته المشحونة إيجابيًا مع معادن الطين المشحونة سالبًا.  

بالإضافة إلى الشحنة الكهروستاتيكية والسمات الهيكلية للجزيئات الحيوية، وجد أن المكونات المعدنية الطبيعية في التربة تلعب دورًا مهمًا في الارتباط من خلال تكوين الجسور. على سبيل المثال، شكل المغنيسيوم والكالسيوم المشحونان بشكل إيجابي جسرًا بين الجزيئات الحيوية ذات الشحنة السالبة ومعادن الطين لإنشاء رابطة تشير إلى أن المكونات المعدنية الطبيعية في التربة يمكن أن تسهل احتجاز الكربون في التربة.  

من ناحية أخرى، أثر التجاذب الكهروستاتيكي بين الجزيئات الحيوية نفسها على الارتباط بشكل سلبي. في الواقع، وجد أن طاقة الجذب بين الجزيئات الحيوية أعلى من طاقة جذب الجزيء الحيوي لمعدن الطين. وهذا يعني انخفاض امتصاص الجزيئات الحيوية للطين. وهكذا، في حين أن وجود أيونات معدنية موجبة الشحنة في التربة يفضل احتجاز الكربون، فإن الاقتران الكهروستاتيكي بين الجزيئات الحيوية يمنع امتصاص الجزيئات الحيوية لمعادن الطين.  

هذه النتائج الجديدة حول كيفية عضوي يمكن لجزيئات الكربون الحيوية المرتبطة بالمعادن الطينية الموجودة في التربة أن تساعد في تعديل كيمياء التربة بشكل مناسب لصالح احتجاز الكربون، وبالتالي تمهيد الطريق للحلول القائمة على التربة تغير المناخ. 

*** 

المراجع:  

1. زومر، آر جيه، بوسيو، دا، سومر، آر وآخرون. إمكانية عزل الكربون العضوي المتزايد في تربة الأراضي الزراعية على المستوى العالمي. ممثل العلوم 7، 15554 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-15794-8 

2. رامبل، C.، أميراسلاني، F.، تشينو، C. وآخرون. مبادرة 4p1000: الفرص والقيود والتحديات التي تواجه تنفيذ عزل الكربون العضوي في التربة كاستراتيجية للتنمية المستدامة. أمبيو 49، 350-360 (2020). https://doi.org/10.1007/s13280-019-01165-2  

3. Wang J., Wilson RS, and Aristilde L., 2024. الاقتران الكهروستاتيكي وجسر الماء في التسلسل الهرمي لامتصاص الجزيئات الحيوية في واجهات الماء والطين. بناس. 8 فبراير 2024.121 (7) هـ2316569121. معرف الهوية الرقمي: https://doi.org/10.1073/pnas.2316569121  

***