Forskarna tog prov på jordar under täckgrödor som tillhör tre växtfunktionella typer på tomter som är en del av ett långsiktigt experiment med täckgrödor vid Penn State's Russell E. Larson Agricultural Research Center i centrala Pennsylvania. Kredit:Michael Houtz/Penn State
När det gäller att lägga till kol till jorden, presterar inte alla täckgrödor lika, enligt ett team av forskare vars nya studie avslöjade skillnaden för första gången.
Forskningen, ett samarbete mellan Penn State, Clemson och Cornell universitet, kan leda till sätt att binda mer kol i jordbruksjordar, enligt studiens medförfattare Jason Kaye, framstående professor i jordbiogeokemi vid Penn State College of Agricultural Sciences. Jordbruksjordar utgör ungefär en tredjedel av den globala landytan, och jordar är den största reservoaren för kol på jorden.
Med hjälp av växter och mikrober kan jordar ta ut kol ur atmosfären och fånga det i marken, vilket hjälper till att mildra klimatförändringarna, förklarade Kaye, vars forskargrupp har experimenterat med täckgrödor i två decennier. Samtidigt, tillade han, är markens kol avgörande för att stödja växternas tillväxt eftersom det hjälper till att skapa friskare, mer bördiga jordar.
"Jag tror att vi är vid en avgörande punkt nationellt där vi funderar på att binda kol i jordbruksjordar och undrar om täckgrödor kan vara ett nyckelverktyg för att göra det," sa han. "Det finns många frågor om hur mycket kol som kan lagras och vilka typer av kol. Så den här forskningen har verkligen anmärkningsvärda konsekvenser."
För att nå sina slutsatser tog forskarna prov på jordar under monokulturer (en enstaka gröda i ett visst område) av täckgrödor som tillhör tre växtfunktionella typer - en baljväxt (crimson klöver), ett gräs (triticale, en korsning mellan vete och råg), och en brassica (canola), samt en blandning av dessa tre arter. Tomterna var en del av ett långsiktigt experiment med täckgrödor vid Penn States Russell E. Larson Agricultural Research Center i centrala Pennsylvania.
Forskarna mätte två typer av markens kol - partikelformigt organiskt material och mineralassocierat organiskt material. Den förra är kolet som kommer främst från växtmaterial som faller ner i jorden och bryts ner till små partiklar; det senare är kolet som blir fysiskt eller kemiskt bundet med jordmineraler, som lera. Båda processerna involverar bakterier och svampar i jorden.
Före denna forskning var förhållandet mellan de två typerna av markkol och täckgrödor inte väl förstått, sa forskarna. Partikelformigt organiskt material är en relativt kortlivad form av markens kol, som ofta bryts ner av markmikrober på några år. Även om detta betyder att det inte representerar en långvarig form av kolbindning, hjälper nedbrytningen och kretsloppet av partikelformigt organiskt material att stödja växternas tillväxt.
Å andra sidan är mineralassocierat organiskt material en mer ihållande form av markkol som kan finnas kvar i jorden i årtionden eller till och med århundraden. Att öka mängden av den typen av markkol kan hjälpa till att hålla kolet borta från atmosfären under längre tidsperioder.
Forskningen indikerade att blandningar av täckgröda – som den som visades växa i Larson-centret för några år sedan och som blev omkörd av blommande raps – är bättre för både markhälsa och miljön eftersom de ger kortsiktigt kol även för växtbruk som mineralassocierat kol som binds långsiktigt och inte bidrar till klimatförändringar. Kredit:Penn State, Creative Commons
Forskarna publicerade nyligen sina resultat i Global Change Biology , rapporterar att halten av organiskt kol i jorden var högre i alla behandlingar av täckgrödor än i träda. Jämfört med baljväxter hade jordar under monokulturer av gräs och brassica en högre andel växthärlett kol i partikelformigt organiskt material. Däremot hade jordar under baljväxter större ackumulering av mikrobiellt härlett kol i mineralassocierat organiskt material.
Studieresultaten avslöjade för första gången att täckväxtblandningen bidrog till en högre koncentration av växtbaserade föreningar i partikelformigt organiskt material, förklarade Ziliang Zhang, som ledde studien. Som postdoktor vid institutionen för växt- och miljövetenskaper vid Clemson University när forskningen genomfördes, utförde han den enorma mängden jord- och dataanalys som är involverad i studien.
"När det gäller den globala kolcykeln, att förstå hur växtkol kommer in i marken och hur länge det stannar där, är det en stor sak", sa han. "Denna studie främjar vår grundläggande förståelse av hur vi kan hantera den globala kolcykeln. Vår upptäckt att olika växtarter tenderar att skapa olika typer av kol - som vi tror har olika livslängder i jorden - är betydande."
Att identifiera sätt att bygga markens kol har blivit en viktig forskningsprioritet för klimatets hållbarhet och livsmedelssäkerhet, noterade Kaye, samtidigt som markens förmåga att stödja jordbruksproduktion ökas.
"Våra resultat visar att inkludering av en mångfald av grödor på gårdar är nyckeln för att öka både kort- och långsiktig koldioxid i marken", sa han. "Denna forskning ger bönder ett exempel på hur de kan bygga klimatvänliga, bördiga jordar. Och forskare måste identifiera strategier kring detta koncept som skapar en balans mellan att hjälpa växter att växa på kort sikt och att låsa bort kol på lång sikt ." + Utforska vidare
