سلامت خاک و مدیریت کربن۱

نوشتۀ: راتان لال^۲

ترجمه: حسین شمخانی

اهمیت روزافزون خاک در سامانه‌های تولید غذا در بخش کشاورزی و مسائل مرتبط با امنیت غذایی و جایگاه ویژه‌ی خاک در ارکان اهداف توسعه‌ی پایدار در محیط‌زیست و کشاورزی، لزوم توجه به این عنصر را دوچندان می‌کند. این مقاله مسائل سلامت خاک در ارتباط با مدیریت کربن را از جنبه‌های گوناگون به چالش می‌کشد. مقاله دارای الگوی مناسبی از تحقیق است به‌طوری که از مسائل پایه و بنیادینی صحبت شده که قابل درک برای پژوهشگران و محقّقان این عرصه باشد. سلامت خاک، واژه‌ی پراهمیتی است چرا که در این تحقیق بر ارتباط مستقیم آن با سلامت انسان تأکید شده است. چندی است اصطلاحات مربوط به سلامت خاک نظیر «امنیت غذایی از مزرعه تا سفره» وارد مباحث علوم خاک و محیط‌زیست در سطوح جهانی شده است. در این رابطه یکی از مباحث بنیادین که باید به آن پرداخته شود، مبحث مدیریت کربن درخاک و ارتباط آن با سلامت خاک است. جستار حاضر، مقاله‌ای مروری در مورد سلامت خاک و مدیریت کربن است.

خاک یک پیکره‌ی طبیعی چهار‌بعدی در تداخل با جوّ لیتوسفراست، محیطی حدّ واسط با کربن آلی است که در آن فازهای جامد، مایع و گازی وجود دارد که در گستره‌ای از مقیاس‌ها تعامل کرده و کالاها و خدمات بی‌شماری از اکوسیستم را تولید می‌کنند. کربن آلی خاک SOC^۳ به‌شدّت بر کیفیت، عملکرد و سلامت خاک تأثیر می‌گذارد. اصطلاحات کیفیت خاک و سلامت خاک نباید به جای یکدیگر استفاده شوند. کیفیت خاک مربوط به آنچه که انجام می‌دهد (عملکردها) است، در حالی‌که علم سلامت خاک، خاک را به عنوان یک موجود بیولوژیکی زنده که بر سلامت گیاه تأثیر می‌گذارد در نظر می‌گیرد. سلامت خاک از طریق رشد گیاه، همچنین با سلامت حیوانات، انسان‌ها و اکوسیستم‌ها در قلمروی آنها ارتباط دارد. از طریق تأمین عناصر غذایی کم‌مصرف و پرمصرف، سلامت خاک، به واسطه‌ی پویایی SOC عامل تعیین‌کننده‌ای برای امنیت غذایی و تغذیه‌ی جهانی است. ذخایر کربن خاک از دو جزء مرتبط به هم اما متمایز تشکیل شده است: کربن آلی خاک و کربن غیرآلی و معدنی خاک^۴ (SOC و SIC) ذخایر SIC از کربنات‌های اولیه و ثانویه تشکیل شده و دوّمی از کلسیتیک تشکیل شده است (بدون تجزیه‌ی خالص دی‌اکسیدکربن اتمسفری) و سیلیکات (جداسازی خالص). در حالی که  SOC بسیار پویا است، میانگین زمان ماندگاری آن به درجه‌ی حفاظت (فیزیکی، شیمیایی، بیولوژیکی و اکولوژیکی) در ماتریس خاک^۵ بستگی دارد. تشکیل ریزخاک‌دانه­های پایدار و کمپلکس‌های آلی-معدنی می‌تواند از SOC در برابر فرآیندهای میکروبی هزاره محافظت کند. علاوه بر این تشکیل نوع سیلیکاته از کربنات‌های ثانویه، آبشویی بی‌کربنات‌ها به خاک زیرسطحی یا سطح سفره‌های آب زیرزمینی کم‌‌عمق همچنین مکانیسم مهمی برای تجزیه‌ی دی‌اکسید کربن به‌عنوان کربن غیرآلی خاک است. عملکردهای بی‌شماری از خاک و خدمات اکوسیستم به  SOC و دینامیک و پویایی آن بستگی دارد. بهبود در سلامت خاک، همراه با افزایش قابلیت دسترسی آب و عناصر غذایی، موجب افزایش تاب‌آوری خاک‌ها در برابر رخدادهای اقلیمی به مانند خشکسالی و موج گرما و انتقال ویژگی‌های سرکوب‌کننده‌ی بیماری به فرد می‌شود. تقویت و حفظ سلامت خاک همچنین مربوط به پیش‌برد اهداف توسعه‌ی پایدار سازمان ملل متّحد در ارتباط با کاهش فقر، کاهش گرسنگی، بهبود سلامتی و ارتقای سطح توسعه‌ی اقتصادی جوامع است.

 

خاک چیست

خاک، یک پیکره‌ی طبیعی در تلاقی اتمسفر-لیتوسفر، موجودی پویا و مملو از حیات است. همچنین برای بازیافت مواد آلی مرده و پوسیده و ذخیره‌ی عناصر غذایی گیاه، خنثی‌سازی آلاینده‌ها و فیلتر کردن آب، جداسازی کربن  Cو تعدیل آب و هوا و تهیه‌ی زیستگاه برای تنوع‌زیستی و… ضروری است. خاک محیطی برای رشد گیاه، تولید خالص اولیه و حامی تمام موجودات و حیات زمینی و ایجاد شرایط رفاه محیطی برای آنها است.

سه واژه‌ی فنی مجزا اما در ارتباط با هم در اوایل ۱۹۷۰ شکل گرفت.

• کیفیت خاک^۶
• عملکرد خاک۷
• سلامت خاک۸

که مفهوم کیفیت خاک به‌عنوان تناسب برای کاربری و ظرفیت خاک برای عملکرد و نقشی که دارد بیان شده است. بنابراین عملکرد خاک با کیفیت خاک در ارتباط با کاربری ویژه‌ی زمین و شامل نگهداشت باروری گیاهی و حیوانی(کاربری زمین‌های کشاورزی) باروری جنگل (کاربری اراضی جنگلی)، هوا و کیفیت آب وابسته به سلامت انسان و سکونت‌گاه‌های زیستی آن (کاربری اراضی شهری)، آلودگی با فلزات سنگین (اراضی شهری و معدن‌کاوی شده) و غیره است.

عملکردهای پُراهمیت خاک در ارتباط با سلامتی انسان و رفاه و تندرستی و حفاظت از طبیعت شامل:

• نگه‌داشت و حفظ چرخه‌های عناصر غذایی
• تشکیل و ثبات ساختمان خاک «خاک­دانه»
• نگه‌داشت و انتقال آب
• تهویه و تبادلات گازی شکل در خاک
• ظرفیت بافری یا تامپونی واکنش خاک
• تغییر شکل ترکیبات موجود در خاک
• نگه‌داشت تنوع زیستی در خاک

واژگان کیفیت خاک و سلامت خاک اگرچه مفهوم مشابهی دارند اما نباید به‌جای یکدیگر استفاده شوند. کیفیت خاک در ارتباط با عملکردهای خاک یا عملی که در خاک صورت می‌گیرد است، در حالی‌که سلامت خاک اشاره به منبعی دینامیک و پویا و نامحدود در خاک داشته و در ارتباط مستقیم با سلامت گیاه است. به‌طور اختصاصی سلامت خاک به عنوان «ظرفیت خاک برای عمل به‌عنوان یک سیستم زنده‌ی حیاتی برای حفظ بهره‌وری بیولوژیکی، حفظ کیفیت محیط‌زیست و ارتقای سلامتی گیاه ، حیوان و انسان» تعریف می‌شود. با این حال در این تعریف، تأثیر فعالیت زیستی خاک و تنوّع گونه‌ای بر آب و هوا یا اقلیم نادیده گرفته می‌شود و با این حال هردو به‌طور پیچیده‌ای به‌هم پیوسته‌اند و وجود این ارتباط نباید نادیده گرفته شود.

خصوصیات خاک مرتبط با حیات یا زیست شامل موارد زیر است:

• فیزیکی برای تأمین آب، هوا، تبادلات گازی و زیستگاه یا سکونت‌‌گاه.
• شیمیایی برای تعدیل واکنش خاک و قابلیت دسترسی زیستی و تغییر شکل عناصر غذایی در خاک.
• بیولوژیکی برای منبع انرژی و غذا و چرخه‌های عناصر غذایی.
• اکولوژیکی برای سهم بودجه‌ی انرژی و هیدرولوژیکی و فرآیندهای زمین‌نما.

این خصوصیات به‌طور منحصر به‌فرد یا از طریق برهم‌کنش با یکدیگر محیط‌زیست‌هایی را می‌آفرینند که برای حیات‌شان سودمند است و بالعکس. سلامت خاک بر زندگی تأثیر می‌گذارد و به نوبه‌ی خود تحت تأثیر تنوع و پویایی آن قرار می‌گیرد. سلامت خاک همچنین با سلامت انسان و امنیت غذایی در ارتباط است. رابطه‌ی سلامت خاک و انسان نیز دارای همین ارتباط است که از آغاز تمدّن بشر شناخته‌شده و به‌وضوح توسط دانشمندان علوم خاک ایالات متّحده‌ی آمریکا در حدود سال‌های ۱۹۲۰ و ۱۹۳۰ میلادی توضیح داده شده است. پژوهشگری به نام «وویسین» در سال ۱۹۵۹ دریافت که ارتباطی بین سلامت خاک و سرطان وجود دارد. «هاوارد» در هند و بریتانیا، در سال ۱۹۴۰ تا ۴۷ ارتباط بین سلامت خاک و انسان را دید. «سِر آلبرت» به عنوان پیش‌گام و پیشتاز در حوزه‌ی کشاورزی ارگانیک که به‌همراه لیدی بالفور و رودال بر روی این پروژه همکاری داشتند. به‌عنوان مثال کمبود عناصر غذایی کم‌مصرف عامل بیماری‌ها و مرگ‌ومیرهای متعدّد است. کودکان خصوصاً از مشکلات کمبود عنصر روی رنج می‌برند و کمبود آهن نیز منجر به بروز کم‌خونی وابسته به عنصر آهن در کودکان و زنان شیرده می‌شود.

• ۱۷ عنصر غذایی کم‌مصرف برای سلامت انسان شامل موارد زیر است:
• Fe, Zn, Cu, Mo, I, F, B, Se, Mu, Ni, Cr, Si, As, Li, Sn, V و Co

به‌علاوه عناصر غذایی پرمصرفی که در سلامت انسان نقش دارند شامل موارد زیر است:

• N, P, K, Ca, Mg, Na, Sو Cl

تمامی این عناصر غذایی کم‌مصرف و پرمصرف از طریق خاک فراهم می‌شوند. درمورد عملکردهای خاک با مشکل سنجش و کمیت‌بندی مواجه هستیم و معمولاً توسط ارزیابی شاخص‌های کیفی خاک اندازه‌گیری می‌شوند که باید انعطاف‌پذیر و به دامنه‌ی گسترده‌ای از داده‌های عملکرد خاک بسط و برازش داده شوند. بنابراین، درمورد این داده‌ها، پارامترها به‌طور غیرمستقیم و کیفی از طریق ارزیابی شاخص‌های کیفیت خاک (SQI) اندازه‌گیری می‌شوند. به‌طور اختصاصی سلامت خاک به عنوان «ظرفیت خاک برای عملکرد به‌عنوان یک سیستم زنده‌ی حیاتی برای حفظ بهره‌وری بیولوژیکی، حفظ کیفیت محیط‌زیست و ارتقای سلامتی گیاه، حیوان و انسان» تعریف می‌شود. سلامت خاک همچنین به‌عنوان ظرفیت خاک، به‌عنوان یک موجود بیولوژیکی فعال در درون زمین‌نماهای طبیعی و مدیریت‌شده برای حفظ خدمات متعدّد اکوسیستم، از جمله بهره‌وری اولیه‌ی خالص NPP، امنیت غذایی و تغذیه‌ای، تنوع زیستی، تصفیه‌ی آب و تجدیدپذیری، جداسازی‌ کربن، کیفیت هوا و شیمی اتمسفری یا جوّی و چرخه‌ی عناصر غذایی برای رفاه، سلامتی و تندرستی انسان و حفاظت از طبیعت تعریف شده است. نگه‌داشت ذخایر کربن آلی خاک در حدود بالای آستانه/بحرانی برای عوامل زیر ضروری است:

• ساختمان خاک و خاک‌دانه و عمق شخم و تهویه‌ی خاک.
• نگه‌داشت و کارایی مصرف آب و تحمّل خشکسالی ناشی از موج گرما و کاهش تغییرات اقلیمی.
• نگه‌داشت عناصر غذایی و کارایی مصرف در صورت آلودگی آب و خاک و حفظ کیفیت آب و جلوگیری از شکوفایی جلبکی سمّی.
• فرآیندهای ریزوسفری(جذب عناصر خاک توسط ریشه‌ی گیاه).
• انتشار گازی‌شکل.

در این میان محدودیت‌های سلامت خاک به شرح زیر است:

• خصوصیات ذاتی خاک.
• فاکتورهای محیط‌زیستی وابسته به اقلیم و دیگر فاکتورهای زیستی و غیرزیستی.
• مسائل مرتبط با آب که باعث سندرم خشکسالی و سیلاب می‌شود.
• ابعاد انسانی که بر روی ورودی‌ها در طول مشکلات اقتصادی، اجتماعی، فرهنگی و محیط‌زیستی تأثیر می‌گذارد. مشابه کیفیت خاک، سلامت خاک هم نمی‌تواند به‌طور کمّی اندازه‌گیری شود. بنابراین خصوصیات کلیدی جایگزین خاک که به‌منظور توسعه‌ی شاخص‌های سلامت خاک به‌کار می‌رود عبارت است از:
• مدیریت پایدار منابع خاک در ارتباط با مسائل زیر است:
• کاهش فقر.
• پایان گرسنگی.
• بهبود وضعیت بهداشت و سلامت.
• آب سالم.
• رشد اقتصادی.
• فعالیت اقلیمی.
• شناسه‌های سلامت خاک مناسب ممکن است شامل خصوصیاتی باشد که باعث افزایش عملکردهای زیر می‌شود:
• تغییر شکل کربن.
• چرخه‌های عناصر غذایی.
• نگه‌داشت ساختمان خاک.
• کنترل آفات و بیماری‌ها.

مکانیسم‌های وابسته به این فرآیند شامل موارد زیر است:

• انتشار آهسته و مقاومت پاتوژن‌ها و عوامل بیماری‌زا.
• بیماری‌هایی با شدّت پایین.
• آلوده‌کنندگی عوامل پاتوژن.[۱]

اصول کلّی افزایش سلامت خاک در این ارتباط نیز موارد زیر را در بر می‌گیرد:

• بهبود ذخایر کربن آلی خاک.
• آداپته کردن CA.
• افزایش تنوع زیستی در خاک.
• تنوع کاربری اراضی و نگه‌داشت پوشش گیاهی زنده.
• به‌کارگیری اصلاح‌کننده‌های آلی و به‌سازها به مانند مالچ و کمپوست.
• ارتقای گزینه‌های مدیریت یکپارچه‌ی عناصر غذایی.

 

نتیجه‌گیری نهایی

هاین(۱۹۴۰) اظهار داشت که «اگر ما خاک را تغذیه کنیم، آن هم ما را تغذیه خواهد کرد و تنها خاک بارور و مولّد می‌تواند از رفاه مردم حمایت کند.» بنابراین حفظ سلامت خاک به‌منظور سلامت انسان‌، عملکردهای اکوسیستم و حفاظت از طبیعت ضروری است. با این‌حال، تأثیر سلامت خاک فراتر از سلامت انسان است، همچنین تأثیر زیادی بر جو، زیست‌کره و هیدروسفر دارد. اهمیت سلامت خاک در کاهش تغییرات اقلیمی، بهبود کیفیت آب، افزایش تنوع‌زیستی و غیره است که نمی‌توان بیش از حد برروی آن تأکید کرد. پیامد محیط‌زیستی سلامت خاک همچنین توسط ذخایر SOC، پویایی و زمان گردش آن و تغییرات آب و هوایی توسط هردو پویایی SOC و SIC است. سلامت خاک همواره قبل از مسائل مربوط به مسائل جهانی است که مدیریت آن برای پیشرفت امنیت مواد غذایی و سلامت غذایی برای کاهش و سازگاری حیات نسبت به تغییرات اقلیمی، کاهش آلودگی منابع غیرنقطه‌ای و اوتروفیکاسیون (به‌پروردگی منابع آبی)، برای افزایش تنوع‌زیستی در اکوسیستم‌های پایدار خاک، تشدید سیستم‌های زراعی از طریق افزایش کارایی ورودی‌ها (آب، عناصر غذایی) و کاهش تلفات ضروری است.

 

فصلنامۀ صنوبر، سال پنجم، شمارۀ ۱۵، ص ۱۱۴ تا ۱۲۲.

 

پانویس‌ها:

1. Soil Health and Carbon Management, ،Carbon Management and Sequestration Center, The Ohio State University, Columbus, Ohio.

 

2. Rattan Lal.
3. Soil Organic Carbon  کربن آلی خاک
4. Soil ecosystem بوم­ سامانه­ی خاک
5. soil inorganic C کربن معدنی خاک
6. Soil Matrix ماتریس خاک
7. Soil Quality کیفیت خاک
8. Soil Function عملکرد خاک
9. Soil Health سلامت خاک
10. Natural body پیکره­ی طبیعی
11. Lithosphere لیتوسفر یا سنگ­کره
12. Calcitic کلسیتیک یا وابسته به کلسیم
13. Silicate سیلیکات
14. Carbonate کربنات
15. Contaminants آلاینده­ها
16. Land use کاربری اراضی
17. Heavy metals فلزات سنگین
18. Buffering capacity ظرفیت بافری یا تامپونی
19. Biodiversity تنوع زیستی
20. Land scape زمین­منظر یا زمین­نما
21. Micro nutrient عناصر غذایی کم­ مصرف
22. Macro nutrient عناصر غذایی پرمصرف
23. Organic agriculture کشاورزی ارگانیک
24. Soil quality indexs شاخص­های کیفیت خاک
25. Net primary productivity بهره­وری اولیه خالص
26. Algal blooms شکوفه­های جلبکی
27. Climate change تغییرات اقلیمی
28. Floodwater سیل­آب
29. Rhizosphere رایزوسفر وابسته به محیط ریشه
30. Soil quality indicators شناسه­های کیفیت خاک
31. Nutrient cycle چرخه­ی عناصر غذایی
32. Soil structure ساختمان خاک
33. Micro aggregates ریز خاکدانه­ها
34. Complex پیچیده
35. Adaptation انطباق
36. Pathogen بیماری­زا
37. Soil carbon sequestration ترسیب کربن خاک
38. Eutrophication به‌پروردگی منابع آبی
39. Mulch پوشش
40. Compost کمپوست نوعی کود حاوی عناصر غذایی

[۱] pathogen