När det gäller globala klimatförändringar kan bete av boskap vara antingen en välsignelse eller en förbannelse, enligt en ny studie, som ger ledtrådar om hur man kan se skillnaden.
Om det sköts på rätt sätt, visar studien, kan bete faktiskt öka mängden kol från luften som lagras i marken och binds på lång sikt. Men om det blir för mycket bete kan jorderosion bli följden, och nettoeffekten blir att orsaka mer kolförluster, så att marken blir en nettokolkälla, istället för en kolsänka. Och studien fann att det senare är mycket vanligare runt om i världen idag.
Det nya verket, publicerat i tidskriften Nature Climate Change , ger sätt att bestämma tipppunkten mellan de två, för betesmarker i en given klimatzon och jordtyp. Den ger också en uppskattning av den totala mängden kol som har gått förlorad under de senaste decennierna på grund av boskapsbete, och hur mycket som skulle kunna avlägsnas från atmosfären om betesoptimering genomförs.
Studien utfördes av Cesar Terrer, biträdande professor i civil- och miljöteknik vid MIT; Shuai Ren, en Ph.D. student vid den kinesiska vetenskapsakademin vars avhandling leds av Terrer; och fyra andra.
"Detta har varit en fråga om debatt i den vetenskapliga litteraturen under lång tid", säger Terrer. "I allmänna experiment minskar bete markens kollager, men överraskande nog ökar bete ibland markens kollager, vilket är anledningen till att det har varit förbryllande."
Vad som händer, förklarar han, är att "bete skulle kunna stimulera växtlighetstillväxt genom att lätta på resursbegränsningar som ljus och näringsämnen, och därigenom öka rotens koltillförsel till jordar, där kol kan stanna där i århundraden eller årtusenden."
Men det fungerar bara upp till en viss punkt, fann teamet efter en noggrann analys av 1 473 markkolobservationer från olika betesstudier från många platser runt om i världen. "När du passerar en tröskel för betesintensitet, eller mängden djur som betar där, det är då du börjar se en slags tipppunkt - en kraftig minskning av mängden kol i jorden," förklarar Terrer.
Denna förlust tros främst bero på ökad jorderosion på den blottade marken. Och med den erosionen, säger Terrer, "i princip förlorar du mycket av det kol som du har låst in i århundraden."
De olika studierna som teamet sammanställt, även om de skilde sig något åt, använde i huvudsak liknande metodik, som är att stängsla av en del av marken så att boskapen inte kan komma åt den, och sedan efter en tid ta jordprover från inhägnadsområdet, och från jämförbara närområden som har betats, och jämför innehållet av kolföreningar.
"Tillsammans med data om markens kol för kontroll- och betade tomter," säger han, "har vi också samlat in en massa annan information, som platsens medeltemperatur på året, genomsnittlig årlig nederbörd, växtbiomassa och egenskaper jord, som pH och kväveinnehåll. Och sedan uppskattar vi naturligtvis betesintensiteten – överjordisk biomassa som konsumeras, eftersom det visar sig vara nyckelparametern.”
Med artificiell intelligens-modeller kvantifierade författarna vikten av var och en av dessa parametrar, dessa drivkrafter för intensitet - temperatur, nederbörd, markegenskaper - för att modulera tecknet (positivt eller negativt) och storleken på inverkan av bete på markens kollager. "Intressant nog fann vi att markens kollager ökar och sedan minskar med betesintensiteten, snarare än den förväntade linjära responsen", säger Ren.
Efter att ha utvecklat modellen genom AI-metoder och validerat den, inklusive genom att jämföra dess förutsägelser med de som baseras på underliggande fysiska principer, kan de sedan tillämpa modellen för att uppskatta både tidigare och framtida effekter.
"I det här fallet", säger Terrer, "använder vi modellen för att kvantifiera de historiska förlusterna i markens kollager från bete. Och vi fann att 46 petagram [miljarder ton] markkol, ner till ett djup av en meter, har gått förlorade under de senaste decennierna på grund av bete."
Som jämförelse kan nämnas att den totala mängden växthusgasutsläpp per år från alla fossila bränslen är cirka 10 petagram, så förlusten från bete motsvarar mer än fyra års värde av alla världens fossila utsläpp tillsammans.
Vad de fann var "en övergripande nedgång i markens kollager, men med mycket variation." säger Terrer. Analysen visade att samspelet mellan betesintensitet och miljöförhållanden som temperatur kunde förklara variationen, med högre betesintensitet och varmare klimat som resulterar i större kolförlust.
"Detta betyder att beslutsfattare bör ta hänsyn till lokala abiotiska och biotiska faktorer för att hantera utmarker effektivt," noterar Ren. "Genom att ignorera sådana komplexa interaktioner fann vi att användningen av IPCC:s riktlinjer för klimatförändringar skulle underskatta betesinducerad kolförlust i marken med en faktor tre globalt."
Med hjälp av ett tillvägagångssätt som inkluderar lokala miljöförhållanden, producerade teamet globala, högupplösta kartor över optimal betesintensitet och tröskeln för intensiteten vid vilken kolet börjar minska mycket snabbt. Dessa kartor förväntas fungera som viktiga riktmärken för att utvärdera befintliga betesmetoder och ge vägledning till lokala bönder om hur de effektivt hanterar sina betesmarker.
Sedan, med hjälp av den kartan, uppskattade teamet hur mycket kol som kunde fångas om alla betesmarker var begränsade till deras optimala betesintensitet. För närvarande fann författarna att cirka 20 % av alla betesmarker har passerat tröskelvärdena, vilket leder till allvarliga kolförluster. Men de fann att under de optimala nivåerna skulle globala betesmarker binda 63 petagram kol.
"Det är fantastiskt", säger Ren. "Detta värde motsvarar ungefär en 30-årig kolansamling från global återväxt av naturliga skogar."
Det skulle naturligtvis inte vara någon enkel uppgift. För att uppnå optimala nivåer fann teamet att cirka 75 % av alla betesområden behöver minska betesintensiteten. Sammantaget, om världen på allvar minskar mängden bete, "måste du minska mängden kött som är tillgängligt för människor", säger Terrer.
"Ett annat alternativ är att flytta runt boskap", säger han, "från områden som är mer allvarligt påverkade av betesintensiteten, till områden som är mindre påverkade. Dessa rotationer har föreslagits som en möjlighet att undvika de mer drastiska minskningarna av kollager utan nödvändigtvis minska tillgången på kött."
Den här studien fördjupade sig inte i dessa sociala och ekonomiska konsekvenser, säger Terrer. "Vår roll är att bara peka ut vad som skulle vara möjligheten här. Det visar att förändringar i dieter kan vara ett kraftfullt sätt att mildra klimatförändringarna."
"Detta är en rigorös och noggrann analys som ger vår bästa blick hittills på kolförändringar i marken på grund av boskapsbete som praktiserats över hela världen", säger Ben Bond-Lamberty, forskare för terrestra ekosystem vid Pacific Northwest National Laboratory, som inte var associerad med detta. arbete.
"Författarnas analys ger oss en unik uppskattning av markens kolförluster på grund av bete och, spännande nog, var och hur processen kan vändas."
Han tillägger, "En spännande aspekt av detta arbete är skillnaderna mellan dess resultat och de riktlinjer som för närvarande används av IPCC – riktlinjer som påverkar ländernas åtaganden, prissättning på koldioxidmarknaden och policyer." Men, säger han, "Som författarna noterar är mängden kol som historiskt betade jordar skulle kunna ta upp liten i förhållande till pågående mänskliga utsläpp. Men varje liten bit hjälper!"
Terrer säger att för tillfället "har vi startat en ny studie för att utvärdera konsekvenserna av förändringar i dieter för kollager. Jag tror att det är miljon dollarfrågan:Hur mycket kol skulle du kunna binda, jämfört med business as usual, om dieter övergå till mer veganskt eller vegetariskt?"
Svaren blir inte enkla, eftersom en övergång till mer grönsaksbaserad kost skulle kräva mer odlingsmark, vilket också kan ha olika miljöpåverkan. Betesmarker tar mer mark än grödor, men ger olika typer av utsläpp. "Vad är den totala påverkan på klimatförändringarna? Det är frågan vi är intresserade av", säger han.
Mer information: Shuai Ren et al., Historiska effekter av bete på kolförråd och möjligheter att minska klimatet, Nature Climate Change (2024). DOI:10.1038/s41558-024-01957-9
Tillhandahålls av Massachusetts Institute of Technology
Denna berättelse är återpublicerad med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.
