Все повече се обръща внимание на темата за съдържанието и съхранението на въглерод в почвата в контекста на постигането на климатична (въглеродна) неутралност. В същото време процесите на натрупване на въглерод в почвата и въздействието върху добивите от културите все още не са добре разбрани. От практическа гледна точка е интересно да се знае:
Как въглеродът влияе върху плодородието на почвата?
Какво влияе на неговото натрупване и задържане?
Каква е връзката между въглерода и растежа на културите?
Методи за трансформиране на въглеродното земеделие в агрономическа практика в полза на каузата – намаляване на разходите за растениевъдство и подобряване на здравето на почвата.
Връзка между въглерода в почвата и органичната материя
Нека разгледаме биологичния метод за улавяне на въглерод от атмосферата и неговото секвестиране в почвата с помощта на растения и почвена биота като най-перспективен и полезен за земеделските производители. Каква е същността му?
„Конвенционалната теория е, че твърде много въглерод в атмосферата е лошо и твърде много въглерод в почвата е добро. Но ако всичко е повече или по-малко ясно с първата част на това изявление, то с втората има много въпроси. Това се случва, защото повечето апологети на стратегията за съхранение на въглерод в почвата представят този процес по преувеличен начин: достатъчно е да се „добави“ въглерод към почвата и всички проблеми с плодородието на почвата, хумуса и глобалните климатични проблеми ще бъдат изчерпани.
Но въглеродът, като един от елементите на периодичната таблица, придобива своето значение за селскостопанското производство и решаването на климатичните проблеми само ако се оцени ролята му в състава на почвената органична материя.
Растенията не се хранят с чист въглерод
Ако решението на проблемите с плодородието зависеше единствено от използването на въглерода като химичен елемент, проблемите щяха да бъдат решени отдавна чрез просто прилагане на смлени въглища или графит върху земята.
Растенията не се хранят с чист въглерод, а процентът чист въглерод в почвата не е пряк показател за нивата на плодородие. Въглеродът не влияе пряко върху добивите. Значението на въглерода в почвата обаче е огромно, когато се оценява във връзка с процеса на формиране на почвата и идеята за плодородие в резултат на този процес. Органичната материя на почвата играе важна роля в него. По-точно, частта от него, която се нарича лабилен хумус.
Значителна част от лабилния хумус е съставена от живи обитатели на почвата, както микроорганизми, така и по-сложни същества, които интензивно взаимодействат с живи растения, помежду си и с неживата природа. Почвата не е натрупване на минерални елементи – тя е жива система, в структурата на която въглеродът присъства в различни форми.
Разбирането как се формира, съхранява и функционира органичната материя в почвата осигурява триизмерна картина на въглеродния цикъл в природата: от атмосферата към почвата, в самата почва, от почвата до атмосферата.
Ролята на фотосинтезата във въглеродния цикъл
Улавянето на въглерод обикновено е процес на превръщане на въглерода от въздуха (въглероден диоксид или CO2) във въглерод в почвата. Въглеродният диоксид се абсорбира от растенията чрез процеса на фотосинтеза и също се абсорбира от живите растения. Когато едно растение умре, въглеродът, който е бил в листата, стъблото, както и корените, навлиза в почвата и се превръща в органична материя в почвата.
Улавянето на въглерод е процесът, чрез който атмосферният въглерод се улавя и съхранява дълго време в почвата. Най-добрият и единствен ефективен начин за улавяне на въглерода е превръщането на атмосферния въглероден диоксид в органична материя от растенията, т.е. фотосинтезата.
По-ефективна технология все още не е измислена. Въглеродът, благодарение на фотосинтезата, се превръща в захари и се включва в живите процеси. Като се знае как се извършват, може да се управлява улавянето на въглерод. Трябва да имаме ясно разбиране за това как почвените обитатели и биомасата участват във въглеродния цикъл. Живите почвени организми играят важна роля във въглеродния цикъл.
Ако по някаква причина живата биомаса не се нуждае от въглеродни съединения, получени в резултат на фотосинтеза в големи количества за живот в момента, тя ги превръща в неутрални стабилни органични съединения, в един вид склад, от който, ако е необходимо, въглеродът може да бъде извлечен обратно.
Въглеродът, който участва в образуването на почвата в различни форми, се съхранява от почвената биота както под формата на нейната биомаса, така и под формата на съединения, с които може да се храни, но при определени условия може интензивно да напуска почвата.
Въглеродът, извлечен от органичните съединения на почвата, реагира с кислорода, за да се превърне във въглероден диоксид, процес, наречен органична минерализация. Установено е, че в условията на реално земеделско производство в нея се задържа не повече от 20% от въглерода, постъпващ в почвата.
Как да съхраняваме въглерода в почвата?
С увеличаването на фотосинтезата и ускоряването на изтичането на захари от растенията към почвата успешно се решават няколко задачи: чрез увеличаване на новата биомаса прекомерните обеми CO2 се отстраняват от атмосферата, увеличават се добивите от културите и се създават условия за дългосрочно съхранение на въглерод от почвата. Фотосинтезата в растенията, при липса на ограничаващи фактори, протича с излишък, който е няколко пъти по-висок от самата нужда на растенията.
Ако има някакви ограничаващи фактори, например, се използва амониев нитрат, който задейства редица специфични физиологични процеси в зелената част на растението, изтичането на захари от растението към почвата се влошава до пълното му спиране.
Фотосинтезата е процес, при който клетките, съдържащи хлорофил, произвеждат органични от неорганични вещества под въздействието на светлината. При фотосинтезата растението абсорбира въглероден диоксид и вода, синтезира органична материя и освобождава кислород като страничен продукт от фотосинтезата.
Плодородие на почвата и въглерод – пряка връзка
За действително работещото селско стопанство въглеродът трябва да представлява интерес като елемент, участващ в процеса на плодородието. Необходимо е да се разбере, че плодородието не е статично състояние на почвата, не е дадено, а е динамичен процес на кръстопътя на въглеродния цикъл и азотния цикъл.
Често има объркване, свързано с познати понятия. Казват: хумусът е източник на плодородие. Колкото повече хумус, толкова по-плодородна е почвата. По-правилно е да се каже, че хумусът не е източник, а резултат от плодородието. Това е част от почвообразуването, където се съхранява неизползваният енергиен резерв под формата на органични съединения, който не е необходим за функционирането на почвената флора и фауна. Почвената биомаса се превръща в този отложен запас, когато счупените биологични вериги трябва да бъдат възстановени в почвата, например по време на оран и други методи за обработка на почвата. Следователно, по време на механичната обработка на почвата има интензивно „задействане“ на органична материя – интензивна загуба на хумус.
В нормално функциониращата биота на почвата, където организмите са свързани чрез сложен жизнен процес, храненето на всички почвени обитатели се осигурява главно от продуктите на фотосинтезата, доставяни от растенията под формата на интравитални коренови секрети – ексудати на корените на растенията. Използват се и останките от мъртвите части на растението и масата на самата умираща биота, тъй като средният период на обновяване на живата почвена биомаса е 14 дни.
Живите обитатели в нормално функционираща почва не се нуждаят от храна от „килерите“. Но това е на необработвана почва или на почви, които са в състояние много бързо да преодолеят последствията от механичното култивиране или друга намеса. В реалните условия на селскостопанската дейност връщането към нормално функционираща биота се осъществява чрез преодоляване на последиците от интервенцията, т.е. чрез интензивно възстановяване на биологичните връзки, изгубени в почвата вследствие на обработките.
Възстановяването на биологичните вериги на различни почви след плуг и други инструменти за механична обработка става по различни начини във времето. За някои почви може да е необходим кратък период от време от няколко седмици, а за други дори една година може да не е достатъчна за това.
Микробиологични препарати за възстановяване на почвите
Методите за бързо възстановяване на биологичните вериги и засилването на улавянето на въглерод в селското стопанство са много важни. За целта съществуват редица агротехнологични техники, но в съвременното земеделие най-ефективно е използването на микробиология с помощта на микробни медиатори. Въпреки че не участват пряко в образуването на почвата, те помагат на почвената биота да възстанови връзките, необходими за започване на този процес.
Има архаични препарати, които сега се използват в органичното биодинамично земеделие – препарат No 500 или рогов компост. В съвременното биологично земеделие в Австралия, благодарение на усилията на Алекс Подолински (1925-2019), се прилага върху 1 милион хектара. Има съвременни микробни препарати, получени в резултат на работата на биотехнолозите, които се използват успешно както в органичното, така и в конвенционалното земеделие.
Въз основа на такива препарати са създадени селскостопански технологии, с помощта на които в периода 1995-2000 г. Северна Корея реши проблема с глада в страната, като удвои добива на всички селскостопански култури, без да засили селскостопанското производство, с недостиг на минерални торове, които преди това бяха доставени на тази страна в неограничени количества от СССР.
Съвременни сортове и хибриди и почвен въглерод
Увеличаването на добивите от културите е начин за улавяне на въглерода, но също така знаем, че използването на амониев нитрат значително намалява скоростта на фотосинтезата. Известно е също, че съвременните сортове и хибриди на земеделските култури имат висок потенциал за добив, но те секвестират въглерод в почвата в незначителни обеми.
Така работи генетиката на новите сортове и хибриди. Сега имаме работа с поколение „алчни“ селскостопански растения, които се опитват да не споделят с никого през живота си. Технологиите, които са алтернативни на интензивните технологии, дават възможност да се получат по-високи добиви, без да се намаляват, а напротив, да се засили и стимулира фотосинтезата чрез разширяване на листното острие, стимулиране на изтичането на захари от листата и премахване на фотосинтетичния блокиращ ефект, който нитратният азот провокира.
Благодарение на тези технологии загубите на въглерод от почвата по време на култивирането се намаляват чрез „кръстосано свързване“ на естествените биологични вериги в почвата. Тези природоподобни технологии са в действие и отдавна са прекрачили прага на експерименталното приложение.
Технологии за опазване във въглеродното земеделие
Използването на усъвършенствани методи за обработка на почвата – strip-till, no-till и mini-till – в растениевъдството не гарантира, че те осигуряват улавяне на въглерод в почвата в по-големи обеми, отколкото при конвенционалното земеделие. Ако добивите са ниски с тези технологии, тогава улавянето на въглерод ще се случи в минимални обеми. Обратно, колкото по-висок е добивът, толкова повече въглерод ще бъде секвестиран.
Въглеродното земеделие може да помогне на фермите да печелят
Когато трансформираме знанието в чисто практическа плоскост, трябва да решим не абстрактна (как да запазим въглерода в почвата на първо място), а съвсем конкретни задачи: да се натрупа колкото е възможно повече органична материя в почвата и да получим възможно най-висока доходност.
