ارزیابی توانایی بالقوه ترسیب کربن و چرخه حیات در نظامهای مختلف زراعی ذرت
Abstract
امروزه مشخص شده است که جابجایی و انتشار کربن در مخازن مختلف خاک، گیاه و اتمسفر، می تواند نقش اساسی در پایداری بوم نظام های کشاورزی و کاهش مشکلات زیست محیطی و بخصوص گرمایش جهانی و تغییر اقلیم داشته باشد. بمنظور ارزیابی چرخه حیات (lca) و توانایی بالقوه ترسیب کربن برای ذرت در نظام های مختلف زراعی، مطالعه ای در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با چهار تکرار در مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد در دو سال زراعی 88-1387 و 89-1388 انجام شد. چهار تیمار آزمایشی شامل دو نظام زراعی کم نهاده بر پایه مصرف کود دامی و کمپوست زباله شهری، یک نظام متوسط نهاده و یک نظام پرنهاده به صورت زیر تعریف شدند: نظام کم نهاده با 30 تن کود دامی یا 30 تن کمپوست، بدون عملیات آماده سازی زمین و دو مرتبه وجین دستی، نظام متوسط نهاده شامل 15 تن در هکتار کمپوست، 150 کیلوگرم در هکتار اوره، دو مرتبه عملیات آماده سازی زمین و علفکش توفوردی (در مرحله پنج برگی ذرت، به میزان 5/1 لیتر در هکتار) و یکمرتبه وجین دستی و نظام پرنهاده شامل 300 کیلوگرم در هکتار اوره، چهار مرتبه عملیات آماده سازی زمین و پاراکوات (بعد از کاشت، به میزان 2 لیتر در هکتار) و توفوردی (در مرحله پنج برگی ذرت، به میزان 5/1 لیتر در هکتار) بودند. در نهایت، اثرات زیست محیطی تولید ذرت در شرایط آب و هوایی مشهد بررسی و ارزیابی چرخه حیات به ازای یک واحد کارکردی (یک تن دانه) با استفاده از روش iso 14040 در چهار مرحله اهداف و تعریف حوزه عمل مطالعه، آنالیز ممیزی چرخه حیات، ارزیابی تأثیر چرخه حیات و تلفیق و تفسیر نتایج محاسبه شد. مرحله سوم بر مبنای شش گروه تأثیر توانایی بالقوه تخلیه منابع غیرقابل تجدید (شامل سوخت فسیلی، سنگ فسفات و پتاس)، تغییر کاربری اراضی، تغییر اقلیم، سمیّت (جوامع انسانی، بوم نظام خشکی و آبی)، اسیدی شدن اراضی و اوتریفیکاسیون (بوم نظام های خشکی و آبی) مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که بیشترین و کمترین میزان کربن آلی و نیتروژن کل خاک به ترتیب در نظام های کم نهاده بر پایه کود دامی با 25/2 درصد و پرنهاده با 12/0 درصد مشاهده شد. همچنین در پایان دور? آزمایش، میزان نیتروژن نیتراتی خاک در تیمارهای وابسته به مصرف کودهای آلی پایین تر بود. در پایان سال دوم، بیشترین و کمترین میزان زیست توده و تنفس میکروبی برای نظام های زراعی کم نهاده بر پایه کمپوست (به ترتیب با 76/177 میلی گرم کربن در کیلوگرم خاک و 83/0 میلی گرم دی اکسید کربن بر گرم خاک در روز) و پرنهاده (به ترتیب با 13/73 میلی گرم کربن در کیلوگرم خاک و 078/0 میلی گرم دی اکسید کربن بر گرم خاک در روز) حاصل شد. میزان کربن آلی، زیست توده و تنفس میکروبی خاک از زمان کاشت تا برداشت کاهش و پس از آن با برگرداندن بقایای گیاهی به خاک به میزان زیادی افزایش یافت. با اعمال مدیریت فشرده نظام زراعی شاخص سطح برگ، میزان تجمع ماده خشک، زیست توده اندام هوایی، وزن دانه، زیست توده کل و نسبت زیست توده اندام هوایی به زیرزمینی افزایش و وزن و طول مخصوص ریشه کاهش یافت. بیشترین زیست توده کل در نظام زراعی پرنهاده (7/1 کیلوگرم در مترمربع) و کمترین میزان آن در نظام کم نهاده در شرایط بهره گیری از کمپوست (3/1 کیلوگرم در مترمربع) مشاهده شد. بیشترین و کمترین تولید خالص اولیه ذرت و خاک در نظام های زراعی پرنهاده (به ترتیب با 7/924 و 4/277 گرم کربن بر متر مربع در فصل زراعی) و نظام کم نهاده بر پایه مصرف کمپوست (به ترتیب با 1/592 و 6/177 گرم کربن بر متر مربع در فصل زراعی) بدست آمد. بیشترین طول مخصوص ریشه در نظام زراعی کم نهاده بر پایه کود دامی با 79/19 سانتی متر در سانتی متر مکعب خاک و کمترین میزان آن در نظام زراعی پرنهاده با 32/1 سانتی متر در سانتی-متر مکعب خاک مشاهده شد. با اعمال مدیریت پرنهاده میزان تسهیم کربن به اندام های هوایی و دانه و در شرایط بهره گیری از نظام کم نهاده میزان تسهیم کربن به ریشه و تراوه های ریشه ای افزایش یافت. بیشترین و کمترین میزان کربن آلی و ماده آلی خاک به ترتیب در نظام زراعی کم نهاده بر مبنای مصرف کود دامی (0/2 و 4/3 درصد) و نظام پرنهاده (01/0 و 03/0 درصد) مشاهده شد. مدیریت فشرده علاوه بر تأثیر منفی بر میزان کربن آلی خاک، کاهش میزان کربن پایدار خاک را نیز به همراه داشت. بالاترین میزان کربن پایدار خاک در نظام زراعی کم نهاده بر مبنای مصرف کود دامی (05/1 درصد) و پایین ترین میزان در نظام پرنهاده (004/0 درصد) بدست آمد. در نهایت، بیشترین و کمترین میزان کربن ترسیب شده به ترتیب در نظام کم نهاده بر پایه مصرف کود دامی و نظام پرنهاده مشاهده شد. بطور کلی، مدیریت کم نهاده نظام زراعی بر مبنای بهره گیری از کود دامی به دلیل بهبود ویژگی های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک و همچنین آزادسازی تدریجی عناصر غذایی همراه با رشد گیاه باعث افزایش تسهیم کربن به بافت های زیرزمینی و در نتیجه افزایش زیست توده اندام های زیرزمینی ذرت شد. بدین ترتیب بنظر می رسد که ترسیب کربن بر مبنای کاهش عملیات خاکورزی و افزودن بقایای گیاهی به خاک، راهکاری مناسب برای کاهش انتشار دی اکسید کربن به اتمسفر و اثرات نامطلوب تغییر اقلیم بویژه در مناطق خشک و نیمه خشک می باشد. نتایج lca نشان داد که بیشترین سهم نظام تولیدی ذرت دانه ای برای گروه موثر اسیدی شدن (59/2) و تغییر اقلیم (61/0) حاصل شد. بدین ترتیب، چنین بنظر می رسد که بتوان از روش های مختلف مدیریت نظام زراعی همچون کاربرد نهاده های آلی، تناوب، گیاهان تثبیت کننده نیتروژن و خاکورزی حداقل بر مبنای بهره گیری از اصول کم نهاده برای کاهش این اثرات زیست محیطی بهره جست.