Длительные и более разнообразные севообороты, удобренные навозом, имеют множество экологических преимуществ, но, согласно новому исследованию ученых Университета штата Айова, улавливание углерода к ним не относится.
Результаты, опубликованные в журнале Nature Sustainability, опровергают давние предположения и могут повлиять на различные инициативы углеродного рынка, направленные на смягчение последствий изменения климата, говорит Вэньцзюань Хуан, доцент кафедры экологии, эволюции и биологии организмов.
«В диверсифицированной системе земледелия больше поступления углерода. Поэтому мы думали, что в почве будет накапливаться больше углерода. Но на самом деле уровни углерода в почве не изменились за 20 лет, хотя эти методы регенеративного управления по-прежнему ценны другими способами», — говорит Хуан, одна из ведущих авторов исследования.
Исследование основано на данных, собранных в ходе продолжающегося полевого эксперимента на ферме Марсден в штате Айова, расположенной к востоку от Буна, где с 2001 года сравнивается традиционный двухлетний севооборот кукуруза-соя с трех- и четырехлетними системами, которые включают год или два люцерны, клевера или овса и заменяют большую часть синтетических азотных удобрений для кукурузы навозом.
Большее разнообразие корней и добавление навоза увеличивают поступление углерода в трех- и четырехлетних севооборотах. Однако увеличение количества органического вещества в почве также стимулирует микробную активность, что ускоряет разложение и приводит к увеличению выбросов углекислого газа, что может компенсировать увеличение поступления углерода. Образцы верхнего слоя почвы и керны глубиной более 3 футов показали сходные уровни органического углерода в почве на всех трех типах исследуемых участков, в то время как почвенные керны из диверсифицированных систем земледелия производили больше углекислого газа при инкубации в лаборатории в течение чуть более года.
При анализе стабильных изотопов углерода в выбросах из почвенных кернов исследователи обнаружили, что усиленное разложение в более длинных севооборотах не просто использует дополнительные поступления углерода. Все образцы выделяли сходные уровни углекислого газа из остатков кукурузы, несмотря на то, что кукуруза выращивалась чаще в стандартном двухлетнем севообороте. Это показывает, что ускоренное разложение в диверсифицированных системах земледелия отчасти питается более старым органическим веществом от предыдущих растений кукурузы, говорит Хуан.
Новый метод отслеживания углерода, использованный в исследовании, частично финансируемом за счет гранта Министерства сельского хозяйства США, может помочь исследователям и углеродным рынкам улучшить свои модели для прогнозирования изменений углерода в почве.
«Изотопы улучшают наше понимание того, как долго углерод может оставаться в почве. В некотором роде, мы можем спросить почвенные микроорганизмы, что они ели на ужин», — говорит соавтор исследования Стивен Холл, который сейчас является доцентом в Университете Висконсина в Мэдисоне и инициировал это исследование во время своей предыдущей должности в Университете штата Айова.
Даже без улавливания большего количества углерода диверсифицированные системы земледелия могут оказывать положительное влияние на климат. Быстрое разложение органического вещества также производит больше того типа азота, который необходим культурам для успешного роста, особенно кукурузе. Исследователи обнаружили, что органический азот преобразуется в питательный для растений неорганический азот с эффективностью около 70% в образцах почвы с более длинными севооборотами.
Увеличение доступности азота в диверсифицированных системах земледелия помогло навозу частично заменить синтетические удобрения, что привело к снижению выбросов закиси азота, мощного парникового газа, на предполагаемое эквивалентное углероду количество 60-70%. Это также может быть важным фактором для углеродных рынков, отмечает Хуан.
«Компромисс между накоплением углерода и обеспечением азотом важен», — говорит Хуан.
