Ad từng bị dính 4 lọ nấm giả bán trên Ebay...
Nấm Mycorrhizal là nhóm sinh vật tự nhiên có liên quan đến rễ của hơn 90% của tất cả các loại cây, trong mối quan hệ cộng sinh cùng có lợi, thích hợp cho hầu hết các loại thực vật có hoa, cây nhà lá, rau, cây ăn quả... Nấm có lợi có liên quan đến rễ cây và cho một mạng lưới các sợi nấm, mang lại nước và chất dinh dưỡng. Hỗ trợ thực vật trong suốt cuộc đời và liên kết carbon dioxide trong đất.
Tăng cường dinh dưỡng thực vật, tăng trưởng và sức khoẻ
Tăng sức đề kháng với stress và hạn hán
Tiết kiệm nước và phân bón
Cải thiện hoa, quả và năng suất
....
Được sử dụng để điều trị đất bị xáo trộn đã cạn kiệt các vi sinh vật có lợi. Mycorrhizae là những người hỗ trợ chính cho quá trình vi sinh vật trong đất. Việc bổ sung các chế phẩm vi sinh có ảnh hưởng đến quần thể vi sinh vật bằng cách cung cấp môi trường cho các sinh vật kết hợp đất, biến đổi vật chất thành các chất dinh dưỡng thực vật sẵn có và ngăn chặn các mầm bệnh, thường có trong quần thể cao hơn khi không có mycorrhizae và khi đất được đầm chặt và yếm khí.
....
Được sử dụng để điều trị đất bị xáo trộn đã cạn kiệt các vi sinh vật có lợi. Mycorrhizae là những người hỗ trợ chính cho quá trình vi sinh vật trong đất. Việc bổ sung các chế phẩm vi sinh có ảnh hưởng đến quần thể vi sinh vật bằng cách cung cấp môi trường cho các sinh vật kết hợp đất, biến đổi vật chất thành các chất dinh dưỡng thực vật sẵn có và ngăn chặn các mầm bệnh, thường có trong quần thể cao hơn khi không có mycorrhizae và khi đất được đầm chặt và yếm khí.
Hiệp hội Trồng trọt Hữu cơ Đông Bắc/ Công ty Massachusetts Chapter (Northeast Organic Farming Association/Massachusetts Chapter, Inc.) 14 tháng 8 năm 2015
Đồng biên dịch và hiệu đính: Lê Ngọc Liễu - Nguyễn Quốc Thục Phương
Giới thiệu
Rất nhiều các cuộc thảo luận gần đây trong giới khoa học và các nhà chức trách đã tập trung bàn về cách đối phó với khí nhà kính và những điều kiện thời tiết khắc nghiệt do chúng gây ra. Hầu hết các nhà phân tích tin rằng chúng ta phải dừng việc đốt nhiên liệu hóa thạch để ngăn chặn việc tăng cacbon trong khí quyển, đồng thời phải tìm cách để loại bỏ cacbon đã có trong không khí nếu chúng ta muốn giảm bớt khủng hoảng thời tiết và thảm họa cho con người, cũng như gián đoạn kinh tế và xung đột xã hội mà khí nhà kính gây ra.
Nhưng chúng ta có thể chuyển cacbon trong không khí đi đâu? Chỉ có một cách tiếp cận thực tế - đó là đưa nó trở lại nơi mà nó thuộc về: trong đất. May mắn thay, đây không phải là một quá trình tốn kém . Nó cần nhiều người cùng tham gia bởi vì có những người sẽ không thay đổi những gì họ đang làm nếu không có một lý do chính đáng Do đó chúng tôi đã viết bài báo ngắn này với hy vọng nó sẽ giải thích vấn đề về việc tích tụ khí cacbonic trong khí quyển và biến đổi khí hậu. Đó là làm thế nào cacbon có thể được đưa ra khỏi bầu khí quyển vào trở lại đất, cùng với những lợi ích sẽ đến với người nông dân và người tiêu dùng khi trồng trọt trên đất giàu cacbon.
Thay đổi khí hậu
Chúng ta biết rằng thông thường sẽ rất khó để ghi chép đầy đủ những bất thường về thời tiết. Để làm được như vậy đòi hỏi dữ liệu tốt trong một thời gian dài và những tiêu chuẩn rõ ràng cho sự bất thường về thời tiết. Tuy nhiên, gần đây khi ngày càng có nhiều người quan tâm đến chủ đề này, thì sự phát triển dữ liệu và các tiêu chuẩn đã đạt được những tiến bộ nhất định. Các yếu tố quan trọng của một thời tiết khắc nghiệt bao gồm nhiệt năng dư thừa, lượng mưa và độ ẩm không khí. Các nghiên cứu gần đây thấy rằng nhiệt độ trung bình ghi nhận được, những trận mưa kỷ lục và độ ẩm không khí trung bình đều tăng trong vòng 50 đến 150 năm qua. (Coumou)
Hầu hết các nhà khoa học tin rằng nguyên nhân của những điều kiện khí hậu cực đoan này là do tích tụ các khí nhà kính (greenhouse gases - GHG) trong khí quyển do chính hoạt động của con người gây ra. Mô hình nghiên cứu nghiêm ngặt và những phân tích về các sự kiện thời tiết cực đoan cho thấy rằng biến đổi khí hậu do con người gây ra là một yếu tố góp phần vào những điều kiện thời tiết này. (Peterson) Theo Hiệp hội Hoa Kỳ vì Tiến bộ Khoa học thì "dựa trên các bằng chứng đã được xác lập, khoảng 97% các nhà khoa học nghiên cứu về khí hậu đã kết luận rằng sự thay đổi khí hậu do con người gây ra là đang xảy ra." (AAAS)
Khí nhà kính gây biến đổi khí hậu như thế nào?
Trong hàng triệu năm qua, các khí nhà kính, chủ yếu là khí cacbonic, ngoài ra còn có metan, ozon và các oxit nitơ, đã được giải phóng từ đất và nước đi vào khí quyển bởi các quá trình tự nhiên như hô hấp động vật, giải phóng khí từ đầm lầy và do quá trình chuyển hóa của vi khuẩn cố định đạm. (EPA) Những khí này lại bị phá vỡ bởi các quá trình tự nhiên và hấp thu trở lại đất và nước trong một chu kỳ liên tục. Miễn là lượng khí nhà kính được sinh ra và lượng khí nhà kính được hấp thụ trở lại vẫn cân bằng, chúng sẽ không gây ra biến đổi khí hậu.
Chúng ta cần một lượng khí nhà kính nhất định trong khí quyển. Chúng giữ bức xạ năng lượng mặt trời để trái đất phản xạ ít các bức xạ này trở lại không gian hơn.
Điều này làm tăng lượng nhiệt chi phối năng lượng trên trái đất tạo ra thời tiết. Nếu chúng ta không có khí nhà kính như vậy, trái đất sẽ bị đóng băng quanh năm và quá lạnh cho con người. Nồng độ của một chất khí trong bầu khí quyển được đo bằng đơn vị gọi là "phần triệu" (parts per million - ppm). Nitơ, oxy và khí argon, những loại khí chính trong bầu khí quyển của chúng ta, tổng cộng chiếm 999.000 ppm. Trong suốt lịch sử nhân loại, nồng độ khí cacbonic trong khí quyển đã được duy trì ở khoảng 280 ppm, tức là ít hơn 0,03%.
Con người gây rối loại chu kỳ cacbon
Kể từ buổi bình minh của ngành nông nghiệp khoảng 12.000 năm về trước, nạn phá rừng do con người gây ra, tình trạng khai hoang đất và canh tác cây trồng đã thải ra rất nhiều khí cacbonic. Sử dụng các kỹ thuật phân tích những mẫu băng đá ở tầng sâu (ice core), các nhà khoa học đã phát hiện những lần nồng độ khí cacbonic và khí metan tăng đột ngột trong lịch sử tương ứng với những giai đoạn ngành nông nghiệp được mở rộng hàng ngàn năm trước đây ở vùng Lưỡng Hà và Trung Quốc. (Amundson)
Gần đây hơn, từ khoảng năm 1750, với sự gia tăng nhanh chóng việc đốt nhiên liệu hóa thạch và tiến trình công nghiệp hóa ngành nông nghiệp mới đây, quy mô và lượng khí nhà kính sinh ra do hoạt động của con người đã tăng đáng kể. Với lượng cacbon thải ra khỏi mặt đất nhiều hơn lượng hấp thu trở lại, nồng độ khí cacbonic trong không khí ngày càng tăng và hiện đứng ở mức 400 ppm.
Phạm vi của vấn đề (Đối với những người thích làm việc cùng con số!)
Các nhà khoa học đã ước tính rằng chúng ta cần phải đưa nồng độ khí cacbonic trong khí quyển trở lại khoảng 350 ppm để tránh biến đổi khí hậu thảm khốc. (NASA) (Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng mục tiêu an toàn hơn là đưa về gần với mức 275 - 280 ppm ở thời kỳ tiền công nghiệp, nhưng hầu hết các cuộc tranh luận công khai đã đồng ý ở con số 350.) Một ppm khí cacbonic trong khí quyển là bằng khoảng 7,8 Gt (7,8 tỷ tấn). Khối lượng của một phân tử khí cacbonic chủ yếu là do oxy, còn cacbon trong phân tử chỉ chiếm hơn ¼ khối lượng (chính xác là 27,3%). Như vậy một ppm khí cacbonic trong khí quyển chứa 2,125 tỷ tấn cacbon (để giúp bạn đọc dễ hình dung, khối lượng này tương đương với 1 kilomet khối đá graphit).
Như vậy, chúng ta cần phải được sống với nồng độ khí cacbonic bằng hoặc thấp hơn 350 ppm nhưng nó đã lên đến 400 ppm và ngày càng tăng. Chúng ta có thể làm gì?
Giả sử chúng ta thải ít khí nhà kính hơn?
Điều không cần bàn cãi là toàn thể nhân loại cần phải ngừng thải quá mức các khí nhà kính. Người ta ước tính rằng khoảng hai phần ba trong số những khí thải là do đốt nhiên liệu hóa thạch. (Ontl) Chúng ta cần phải chấm dứt sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và phát triển các nguồn năng lượng thay thế. Các chính phủ đều biết rất rõ điều này. Những nhóm hoạt động quốc tế đã được thành lập để đẩy mạnh mục tiêu này. Nó có thể là một trong những thay đổi khó thực hiện nhất trong lịch sử loài người, nhưng chúng ta cần phải tìm ra các chính sách và cơ chế để thực hiện nó nếu chúng ta muốn tồn tại. Nhưng đó không phải là vấn đề duy nhất của chúng ta.
Giả sử chúng ta có thể ngăn chặn tất cả việc thải khí vào ngày mai. Lượng khí nhà kính mà chúng ta đã thải vào khí quyển sẽ tiếp tục gây nóng toàn cầu trong nhiều thập kỷ và có lẽ nhiều thế kỷ sau nữa. Chúng sẽ làm tan chảy băng và đất đông lạnh, nâng cao mực nước biển và thải ra lượng lớn khí nhà kính vẫn đang bị đóng băng.
Đây có khả năng là một vấn đề cho Bắc Cực. Có một lượng lớn khí metan đông lạnh, một loại khí nhà kính mạnh, có thể được thải vào khí quyển khi bị tan chảy. Một số lượng lớn cacbon cũng đang bị đông trong tầng đất đóng băng vĩnh cữu (permafrost). Một môi trường ấm lên có thể giúp vi khuẩn tiêu hóa nguồn cacbon này và sinh ra khí cacbonic. Nếu quá trình tiêu hóa đó xảy ra mà không có oxy, giống như trong một đầm lầy hoặc vùng đất ngập nước, cacbon sẽ bị giải phóng dưới dạng khí metan bởi các vi khuẩn khác. (NSIDC)
Vì vậy, việc giảm thải khí nhà kính là không đủ. Khi chúng ta giảm khí thải, chúng ta cũng phải ngăn chặn sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu. Nếu bây giờ chúng ta đang ở khoảng 400 ppm khí cacbonic và muốn trở lại 350 ppm một cách nhanh chóng, chúng ta cần phải lấy cacbon ra khỏi khí quyển và chôn nó ở đâu đó. Chúng ta cần phải tìm một ngôi nhà dài hạn cho 50 ppm khí cacbonic, tương đương với 106,25 tỷ tấn cacbon. Điều này có khả thi chăng?
Chúng ta có thể giữ tất cả cacbon đó ở đâu?
Chúng ta không thể lưu trữ cacbon trong khí quyển một cách an toàn trong vùng 70% bề mặt trái đất đang được bao phủ bởi nước. Khí cacbonic hòa tan trong nước và tạo thành axit cacbonic. Từ nhiều thập kỷ qua, chúng ta đã chứng kiến những ảnh hưởng của sự tăng dần lượng axit cacbonic trong nước biển. pH của nước biển đã giảm và sự axit hóa này đã giết chết nhiều sinh vật ở biển, bao gồm cả động vật có vỏ, san hô và sinh vật phù du. (NOAA)
Tuy nhiên, lưu trữ cacbon trong đất lại là một câu chuyện khác. Đó là nơi cacbon được sinh ra và là nơi cần cacbon. Các nhà khoa học ước tính rằng kể từ cuộc cách mạng công nghiệp, việc khai hoang đất và trồng trọt nông nghiệp trên toàn thế giới đã thải ra 136 tỷ tấn cacbon từ đất. (Lal 2004) Vì vậy, do việc khai hoang và canh tác đất của con người, đất đã bị mất nhiều cacbon hơn chúng ta cần phải đưa trở lại đất.
Vậy đất còn chứa bao nhiêu cacbon? Còn nhiều lắm. Một lần nữa, các nhà khoa học ước tính rằng trong lớp đất bề mặt toàn cầu sâu 30 cm chứa khoảng 700 tấn cacbon, còn trong một met trên cùng của đất, con số này tăng hơn gấp đôi đến khoảng 1500 tỷ tấn. (Powlson) Rõ ràng là đất, vốn từng chứa tất cả cacbon này, có thể làm như vậy một lần nữa.
Nhưng trước khi chúng ta cố gắng trả lời các câu hỏi về việc làm sao đưa 106,25 tỷ tấn cacbon về lại đất, chúng ta hãy tìm hiểu đất thêm một chút nữa nào!
Sự háo cacbon của đất
Đất nói theo nghĩa đen là đang sống. Nó chứa đầy vi khuẩn, nấm, tảo, động vật nguyên sinh, giun và rất nhiều sinh vật khác nữa. Trên thực tế, một muỗng cà phê đất khỏe mạnh có chứa số lượng vi khuẩn nhiều hơn là tổng số người trên trái đất. (Hoorman) Tất nhiên, như các dạng sống dựa trên cacbon, cộng đồng đông đúc này đòi hỏi phải có nguồn cung cấp vật chất hữu cơ liên tục để tồn tại. Vật chất hữu cơ đó (khoảng 58% là cacbon) đến dưới dạng các sinh vật sống, dịch tiết (thường là các loại đường đơn giản) và xác của chúng (thường là carbohydrate như cellulose). Những hợp chất này rất giàu năng lượng, dễ dàng được sinh vật tiêu thụ và nhanh chóng bị tiêu hóa bởi các vi khuẩn trong đất. Chu kỳ bán hủy của các loại đường đơn giản trong đất bề mặt trước khi chúng bị chuyển hóa có thể ít hơn 1 giờ. (Dungait)
Sự háo cacbon này của các sinh vật trong đất cũng có nghĩa là trong đất khỏe mạnh, chúng sẽ tiêu thụ nhanh chóng những vật chất hữu cơ có trong đó. Những vật chất hữu cơ được đưa vào cơ thể của chúng hoặc bị đốt cháy để sinh năng lượng và sinh ra khí cacbonic. Vi khuẩn trong một mẫu đất trồng ngô Iowa trong thực tế sinh ra nhiều khí cacbonic hơn là 25 người đàn ông khỏe mạnh đang làm việc. (Albrecht) Khi những vi khuẩn này chết đi, cacbon trong tế bào của chúng sẽ được các sinh vật khác tiêu hủy và thải khí.
Các hoạt động của sinh vật trong đất thay đổi theo mùa cũng như theo chu kỳ hàng ngày. Không phải tất cả các sinh vật hoạt động cùng một lúc. Tại một thời điểm bất kỳ, hầu hết chúng ít hoạt động hoặc thậm chí không hoạt động. Lượng “thức ăn” có sẵn là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ đông đúc và mức độ hoạt động của sinh vật đất. (FAO)
Sự quang hợp
Nhưng nếu cacbon được tiêu thụ trong đất rất nhanh chóng, thì tại sao nó không nhanh chóng biến mất?
Câu trả lời là do thực vật không ngừng tiếp thêm cacbon vào đất. Kể từ quá trình tiến hóa của chúng 3,5 tỷ năm trước đây, thực vật đã phát triển nhờ sử dụng khả năng đáng nể của chúng để chuyển hóa cacbon từ không khí đi vào các vật chất sống. Quá trình này, tất nhiên, được gọi là quang hợp, đã được giảng dạy cho hầu hết các em học sinh.
Quá trình quang hợp có nguyên tắc hoạt động như sau: các phân tử chất diệp lục trong lá cây cho phép chúng hấp thụ năng lượng từ ánh sáng và sử dụng năng lượng đó để phá vỡ các phân tử nước (H2O) thành nguyên tử hydro và oxy. Thực vật sau đó giải phóng oxy dưới dạng phân tử oxy (hai nguyên tử oxy liên kết với nhau – O2) trở lại không khí và tạm thời lưu trữ các nguyên tử hydro. Trong giai đoạn thứ hai của quá trình quang hợp, các nguyên tử hydro được liên kết với các phân tử khí cacbonic (CO2) để tạo ra các hợp chất carbohydrate đơn giản như đường glucose C6H12O6.
Quá trình này, giống như tất cả các phản ứng hóa học, tùy thuộc vào sự sẵn có của các thành phần cần thiết. Vì khí cacbonic có mặt trong khí quyển ở một nồng độ rất thấp (bây giờ là 0,04%) nên nó thường là yếu tố hạn chế (yếu tố quyết định tốc độ) của quá trình này. (RSC) Ở nồng độ cao hơn của khí cacbonic, sẽ có nhiều năng lượng hơn được tạo ra từ ánh sáng và nhiều nước được cây sử dụng hơn để tăng quá trình tổng hợp carbohydrate. (Ontl) Trong những tình huống khác, như vào ban đêm hoặc trong một đợt hạn hán, ánh sáng hoặc nước có thể là yếu tố hạn chế (yếu tố quyết định tốc độ).
Quy mô của quá trình này rất đáng kinh ngạc. Một mẫu lúa mì trong một năm có thể hấp thu 8.900 pound (khoảng 4.036 kg) cacbon ở dạng khí cacbonic, kết hợp chúng với nước, và chuyển hóa chúng thành đường.
Đường tạo thành sẽ nặng 22.000 pound (khoảng gần 10.00 kg). Quá trình này mạnh đến nỗi khoảng 15% của tất cả các khí cacbonic trong không khí được chuyển hóa qua quá trình quang hợp của sinh vật mỗi năm. (SAPS)
Khi thực vật quang hợp và tạo ra carbohydrate trong lục lạp, chúng sử dụng một phần các hợp chất này cho tế bào và cấu trúc của chúng, và đốt một phần để lấy năng lượng cần cho cuộc sống của chúng. Nhưng chúng cũng "rò rỉ" hoặc tiết ra một lượng đáng kể các hợp chất này dưới dạng "cacbon lỏng" vào trong đất. (Jones SOS) Các con số ước tính khác nhau nhưng khoảng 20-40% lượng cacbon mà thực vật cố định nhờ quá trình quang hợp
Dịch tiết của rễ cây
Quang hợp, tất nhiên, mang đến một vai trò đặc biệt trong cuộc sống cho thực vật và các sinh vật có khả năng quang hợp khác như tảo lục. Tất cả các sinh vật sống đều dựa trên cacbon, và cần phải tiêu thụ cacbon để tồn tại. Nếu bạn có thể hấp thu cacbon từ không khí như thực vật, bạn có lợi thế lớn. Nhưng ngay cả khi bạn không có khả năng tạo ra các hợp chất cacbon (như thực vật), bạn vẫn cần phải có chúng.
Làm cách nào khác để vi khuẩn trong đất có thể có được cacbon? Chúng có thể "làm ra" nó!
Một trong những điều đáng kinh ngạc hơn mà các nhà khoa học về đất đang tìm hiểu về thực vật và sinh vật đất là chúng dường như đã đồng tiến hóa trong một mối quan hệ cộng sinh (hai bên cùng có lợi).
được chuyển cho vùng bầu rễ (vùng đất bao bọc chung quanh rễ cây). (Walker)
Tại sao cây lại “rò rỉ” nhựa chứa đường vào đất? Để làm mồi nhử.
Những vi khuẩn, nấm và các sinh vật đất khác cần thức ăn sẽ nhanh chóng xuất hiện để ăn lấy ăn để các dịch tiết ngon lành từ rễ có chứa cacbon. Nhưng chẳng bao lâu sau chúng sẽ muốn nhiều hơn nữa - và cách tốt nhất để có được là chúng sẽ hỗ trợ cây tạo ra nhiều thức ăn hơn nữa. Nếu cây khỏe mạnh, nó có thể dành nhiều nguồn lực để quang hợp và tạo ra nhiều cacbon hơn. Vì vậy, các vi khuẩn trong đất sẽ giúp cây bằng nhiều cách khác nhau để cây phát triển mạnh và tạo ra nhiều cacbon lỏng hơn.
Khi chúng ta biết nhiều hơn về sinh hóa đất, chúng ta đã phát hiện ra rằng, thông qua dịch tiết của rễ, cây có quyền năng kiểm soát phần lớn môi trường chung quanh chúng như là: điều chỉnh cộng đồng vi sinh vật đất chung quanh, đối phó với các động vật ăn cỏ, "mua" các lô hàng “chất dinh dưỡng” từ nơi khác, thay đổi thuộc tính hóa học và vật lý của đất chung quanh và ức chế sự phát triển của các loài cây cạnh tranh.
Sự cộng sinh của vi sinh vật
Cần phải nói rằng có rất nhiều những điều được trình bày sau đây vẫn còn đang được nghiên cứu. Đất là một lĩnh vực nghiên cứu vẫn còn nhiều điều chưa được hiểu hết. Các cộng đồng vi khuẩn trong đất rất đa dạng - từ 90 đến 99% các loài vi sinh vật trong đất chưa thể được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm với công nghệ hiện tại. (Jastrow)
Vi khuẩn và nấm chiếm hơn 90% cộng đồng vi sinh vật trong đất tính theo khối lượng. Tỷ lệ chính xác giữa hai loại vi sinh vật này có thể thay đổi. Đất chưa bị khai phá như đồng cỏ và rừng sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho nấm do có các hệ sợi của nấm không bị xáo trộn. Tuy nhiên việc trồng trọt hoặc sử dụng phân bón nitơ tổng hợp làm giảm quần thể nấm.
Một yếu tố quan trọng cho sự thành công của vi sinh vật là có môi trường vật lý kế cận để bảo vệ chúng hay không. Sự bảo vệ này có thể do đất sét vì các nhà khoa học nghĩ rằng đất sét có thể duy trì độ pH tối ưu, hấp thụ các chất chuyển hóa có hại và/hoặc ngăn chặn sự khô hạn. Những lỗ nhỏ (để "ẩn nấu") trong chất nền cũng được cho là để ngăn chặn sự săn mồi bởi những sinh vật lớn hơn như protozoa đối với những sinh vật nhỏ hơn.
Có báo cáo ghi nhận rằng những sinh vật được bảo vệ chỉ chết ở tỷ lệ ít hơn 1% mỗi ngày, trong khi có đến 70% những sinh vật không được bảo vệ chết hàng ngày.
Vi khuẩn
Vi khuẩn là nhà hóa học tuyệt vời. Một nhóm vi khuẩn được gọi là vi khuẩn vùng rễ kích thích sự tăng trưởng của cây (plant growth-promoting rhizobacteria - PGPR), đã dùng phép màu của chúng giúp cho cây thông qua một số con đường hóa sinh học. Một số có thể "cố định" nitơ từ không khí, chuyển nó thành dạng mà cây hấp thu được. Những loài vi khuẩn khác có thể tổng hợp hormone thực vật (phytohormone) hỗ trợ các giai đoạn sinh trưởng của cây. Những loài khác còn có thể chuyển hóa photphat, một chất dinh dưỡng thiết yếu nhưng tương đối kém hòa tan, và chuyển thành dạng cây hấp thu được, hoặc sản sinh chất diệt nấm tự nhiên để hỗ trợ cây chống lại bệnh nấm. (Velivelli) Một loài PGPR đã được phân lập từ nhiều loài thực vật phổ biến bao gồm lúa mì, cỏ ba lá trắng và tỏi. Vi khuẩn này sản sinh các loại kháng sinh khác nhau, những hoạt chất tiêu diệt mầm bệnh và giúp cây chống lại bệnh tật. (Timmusk)
Nấm mốc
Một ví dụ khác về sự cộng sinh của vi sinh vật là các loại nấm rễ cộng sinh (arbuscular mycorrhizal fungi). Trong hình thức cộng sinh này, nấm mốc phát triển ở hai môi trường khác nhau: rễ của cây chủ và đất xung quanh. Chúng kết nối hai môi trường này bằng các sợi nấm dài của chúng. Điều này cho phép các cây chủ tăng sự hấp thu nước và chất khoáng dọc theo các sợi nấm. Mối quan hệ này đã được ghi nhận cho nhiều khoáng chất, bao gồm phốtpho, nitơ, kẽm và đồng. (Jansa) Theo một số ước tính, hơn 90% thực vật trên cạn hưởng lợi từ hình thức kết hợp này với nấm rễ cộng sinh. (Cairney)
Một số nhà khoa học ước tính rằng 85-90% các chất dinh dưỡng thực vật cần có được là nhờ sự trao đổi cacbon: dịch tiết của rễ cung cấp năng lượng cho vi sinh vật để đổi lấy khoáng chất hay các nguyên tố vi lượng khác mà cây cần. (Jones SOS)
Những mối quan hệ này có lợi cho cả hai bên mà lại miễn phí. Năng lượng duy nhất cần thêm sẽ được ánh sáng mặt trời cung cấp, nhờ đó cây mọc khỏe hơn để sản xuất thêm nhiều hợp chất, cung cấp năng lượng và hỗ trợ các vi sinh vật.
Khối “kết cấu đất” (soil aggregate)
Một vấn đề quan trọng khác là kết cấu của đất, còn được gọi là “soil aggregate” (kết cấu đất). Nếu bạn nắm chặt một nắm đất tốt, sau đó thả tay ra, số đất này sẽ trông giống như một chùm những hạt đậu. Những chùm này được gọi là khối “kết cấu đất”. Nếu đất vẫn giữ trạng thái như những khối đá cứng, thì điều đó chứng tỏ đất không được kết cấu tốt. Kết cấu đất đủ bền để kháng lại xói mòn bởi gió và nước, nhưng lại đủ xốp để cho không khí, nước và rễ cây đi qua khối đất.
“Kết cấu đất” là đơn vị chức năng cơ bản của đất, đóng vai trò tương tự như bộ rễ chùm của cây họ đậu, tạo ra một khoảng không gian được bảo vệ. “Kết cấu đất” được hình thành nhờ những hệ sợi của nấm rễ (mycorrhiza fungi), tạo thành những “túi được đan bởi các sợi dính chặt” giúp bao bọc và bện chặt các khối đất nhỏ. (Jastrow) Những hợp chất cacbon dạng lỏng tiết ra từ rễ cây hoặc nấm mốc giúp sản sinh ra các hợp chất dạng keo hoặc gum để tạo thành lớp tường bảo vệ cho các khối “kết cấu đất”. (Jones SOS)
Bên trong những bức tường bảo vệ này luôn có các hoạt động sinh học được diễn ra, được tiếp năng lượng bởi dịch cacbon tiết ra. Hầu hết các khối “kết cấu đất” được nối kết với rễ cây, thường là các rễ chính nhỏ nuôi cây, hoặc nối kết với mạng lưới nấm rễ mycorrhiza, nhưng những sợi nấm này thường rất nhỏ không để thấy được bằng mắt thường. Hàm lượng ẩm bên trong những khối “kết cấu đất” thường cao hơn bên ngoài, và áp lực oxy thì thấp hơn. Đây là những đặc tính quan trọng cho phép quá trình cố định khí nitơ và các hoạt động sinh hóa diễn ra. (Jones SOS)
Một trong những hợp chất keo quan trọng giúp tạo nên khối “kết cấu đất” là một loại glycoprotein được gọi là “glomalin”. Glomalin và độ bền của “kết cấu đất” có quan hệ chặt chẽ với nhau. (Nichols) Được phát hiện ra từ năm 1996, glomalin ngày nay được tin là đóng góp khoảng 27% vào hàm lượng cacbon trong đất và có thể tồn tại hơn 40 năm, tùy vào điều kiện khác nhau.
Glomalin được tạo thành bởi hệ nấm rễ cộng sinh (arbuscular mycorrhizal fungi), sử dụng nguồn cacbon lỏng tiết ra từ cây. Nó giúp cho hệ sợi của nấm có thể kết dính vào rễ cây và các khối đất nhỏ, và tạo cầu nối qua các khoảng không khí. (Comis)
Ngày nay chúng ta đã hiểu biết nhiều hơn về đất và cách mà cacbon được cung cấp vào đất bởi cây xanh để thúc đẩy quan hệ cộng sinh với vi sinh vật, chúng ta có thể đặt ra câu hỏi:
Chúng ta có thể lưu trữ đủ lượng cacbon cho đất với tốc độ nhanh như thế nào để làm giảm vấn đề về thời tiết khắc nghiệt?
Chúng ta có thể thấy ở trên là một phần triệu khí cacbonic trong khí quyển chứa 2,125 tỷ tấn cacbon. Trong trường hợp này, nếu chúng ta có 400 ppm và muốn trở về 350 ppm, chúng ta cần trả lại 50 ppm, tương đương 106,25 tỷ tấn cacbon, cho đất.
Chúng ta biết là đất có thể chứa tất cả lượng cacbon nàyvì đất là nguồn gốc của chúng. Từ lúc ngành công nghiệp bắt đầu, chúng ta đã mang đi 136 tỷ tấn cacbon ra khỏi đất thông qua quá trình khai hoang và canh tác nông nghiệp.
Nhưng chúng ta cần mất bao lâu mới có thể đem lại nguồn cacbon trở về cho đất? Trong hơn 20 năm qua từ khi con người bắt đầu nghĩ về cách dự trữ cacbon trong đất, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để đo lường tốc độ quá trình quang hợp trong nông nghiệp có thể xây dựng lại nguồn cacbon cho đất. Chúng tôi đã xem xét những nghiên cứu này, những nghiên cứu được thực hiện trong thập kỷ qua hoặc thời gian lân cận trên nhiều loại đất khác nhau ở 5 lục địa và nhiều loại hình nông nghiệp khác nhau. Từ những nghiên cứu này, một vài kết luận có thể được đưa ra rõ ràng:
· Hệ thống trồng trọt quanh năm (perennial growing system) có thể dự trữ nhiều cacbon hơn hầu hết các phương pháp canh tác khác.
Khi chúng ta biết nhiều hơn về sinh hóa đất, chúng ta đã phát hiện ra rằng, thông qua dịch tiết của rễ, cây có quyền năng kiểm soát phần lớn môi trường chung quanh chúng như là: điều chỉnh cộng đồng vi sinh vật đất chung quanh, đối phó với các động vật ăn cỏ, "mua" các lô hàng “chất dinh dưỡng” từ nơi khác, thay đổi thuộc tính hóa học và vật lý của đất chung quanh và ức chế sự phát triển của các loài cây cạnh tranh.
Sự cộng sinh của vi sinh vật
Cần phải nói rằng có rất nhiều những điều được trình bày sau đây vẫn còn đang được nghiên cứu. Đất là một lĩnh vực nghiên cứu vẫn còn nhiều điều chưa được hiểu hết. Các cộng đồng vi khuẩn trong đất rất đa dạng - từ 90 đến 99% các loài vi sinh vật trong đất chưa thể được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm với công nghệ hiện tại. (Jastrow)
Vi khuẩn và nấm chiếm hơn 90% cộng đồng vi sinh vật trong đất tính theo khối lượng. Tỷ lệ chính xác giữa hai loại vi sinh vật này có thể thay đổi. Đất chưa bị khai phá như đồng cỏ và rừng sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho nấm do có các hệ sợi của nấm không bị xáo trộn. Tuy nhiên việc trồng trọt hoặc sử dụng phân bón nitơ tổng hợp làm giảm quần thể nấm.
Một yếu tố quan trọng cho sự thành công của vi sinh vật là có môi trường vật lý kế cận để bảo vệ chúng hay không. Sự bảo vệ này có thể do đất sét vì các nhà khoa học nghĩ rằng đất sét có thể duy trì độ pH tối ưu, hấp thụ các chất chuyển hóa có hại và/hoặc ngăn chặn sự khô hạn. Những lỗ nhỏ (để "ẩn nấu") trong chất nền cũng được cho là để ngăn chặn sự săn mồi bởi những sinh vật lớn hơn như protozoa đối với những sinh vật nhỏ hơn.
Có báo cáo ghi nhận rằng những sinh vật được bảo vệ chỉ chết ở tỷ lệ ít hơn 1% mỗi ngày, trong khi có đến 70% những sinh vật không được bảo vệ chết hàng ngày.
Vi khuẩn
Vi khuẩn là nhà hóa học tuyệt vời. Một nhóm vi khuẩn được gọi là vi khuẩn vùng rễ kích thích sự tăng trưởng của cây (plant growth-promoting rhizobacteria - PGPR), đã dùng phép màu của chúng giúp cho cây thông qua một số con đường hóa sinh học. Một số có thể "cố định" nitơ từ không khí, chuyển nó thành dạng mà cây hấp thu được. Những loài vi khuẩn khác có thể tổng hợp hormone thực vật (phytohormone) hỗ trợ các giai đoạn sinh trưởng của cây. Những loài khác còn có thể chuyển hóa photphat, một chất dinh dưỡng thiết yếu nhưng tương đối kém hòa tan, và chuyển thành dạng cây hấp thu được, hoặc sản sinh chất diệt nấm tự nhiên để hỗ trợ cây chống lại bệnh nấm. (Velivelli) Một loài PGPR đã được phân lập từ nhiều loài thực vật phổ biến bao gồm lúa mì, cỏ ba lá trắng và tỏi. Vi khuẩn này sản sinh các loại kháng sinh khác nhau, những hoạt chất tiêu diệt mầm bệnh và giúp cây chống lại bệnh tật. (Timmusk)
Nấm mốc
Một ví dụ khác về sự cộng sinh của vi sinh vật là các loại nấm rễ cộng sinh (arbuscular mycorrhizal fungi). Trong hình thức cộng sinh này, nấm mốc phát triển ở hai môi trường khác nhau: rễ của cây chủ và đất xung quanh. Chúng kết nối hai môi trường này bằng các sợi nấm dài của chúng. Điều này cho phép các cây chủ tăng sự hấp thu nước và chất khoáng dọc theo các sợi nấm. Mối quan hệ này đã được ghi nhận cho nhiều khoáng chất, bao gồm phốtpho, nitơ, kẽm và đồng. (Jansa) Theo một số ước tính, hơn 90% thực vật trên cạn hưởng lợi từ hình thức kết hợp này với nấm rễ cộng sinh. (Cairney)
Một số nhà khoa học ước tính rằng 85-90% các chất dinh dưỡng thực vật cần có được là nhờ sự trao đổi cacbon: dịch tiết của rễ cung cấp năng lượng cho vi sinh vật để đổi lấy khoáng chất hay các nguyên tố vi lượng khác mà cây cần. (Jones SOS)
Những mối quan hệ này có lợi cho cả hai bên mà lại miễn phí. Năng lượng duy nhất cần thêm sẽ được ánh sáng mặt trời cung cấp, nhờ đó cây mọc khỏe hơn để sản xuất thêm nhiều hợp chất, cung cấp năng lượng và hỗ trợ các vi sinh vật.
Khối “kết cấu đất” (soil aggregate)
Một vấn đề quan trọng khác là kết cấu của đất, còn được gọi là “soil aggregate” (kết cấu đất). Nếu bạn nắm chặt một nắm đất tốt, sau đó thả tay ra, số đất này sẽ trông giống như một chùm những hạt đậu. Những chùm này được gọi là khối “kết cấu đất”. Nếu đất vẫn giữ trạng thái như những khối đá cứng, thì điều đó chứng tỏ đất không được kết cấu tốt. Kết cấu đất đủ bền để kháng lại xói mòn bởi gió và nước, nhưng lại đủ xốp để cho không khí, nước và rễ cây đi qua khối đất.
“Kết cấu đất” là đơn vị chức năng cơ bản của đất, đóng vai trò tương tự như bộ rễ chùm của cây họ đậu, tạo ra một khoảng không gian được bảo vệ. “Kết cấu đất” được hình thành nhờ những hệ sợi của nấm rễ (mycorrhiza fungi), tạo thành những “túi được đan bởi các sợi dính chặt” giúp bao bọc và bện chặt các khối đất nhỏ. (Jastrow) Những hợp chất cacbon dạng lỏng tiết ra từ rễ cây hoặc nấm mốc giúp sản sinh ra các hợp chất dạng keo hoặc gum để tạo thành lớp tường bảo vệ cho các khối “kết cấu đất”. (Jones SOS)
Bên trong những bức tường bảo vệ này luôn có các hoạt động sinh học được diễn ra, được tiếp năng lượng bởi dịch cacbon tiết ra. Hầu hết các khối “kết cấu đất” được nối kết với rễ cây, thường là các rễ chính nhỏ nuôi cây, hoặc nối kết với mạng lưới nấm rễ mycorrhiza, nhưng những sợi nấm này thường rất nhỏ không để thấy được bằng mắt thường. Hàm lượng ẩm bên trong những khối “kết cấu đất” thường cao hơn bên ngoài, và áp lực oxy thì thấp hơn. Đây là những đặc tính quan trọng cho phép quá trình cố định khí nitơ và các hoạt động sinh hóa diễn ra. (Jones SOS)
Một trong những hợp chất keo quan trọng giúp tạo nên khối “kết cấu đất” là một loại glycoprotein được gọi là “glomalin”. Glomalin và độ bền của “kết cấu đất” có quan hệ chặt chẽ với nhau. (Nichols) Được phát hiện ra từ năm 1996, glomalin ngày nay được tin là đóng góp khoảng 27% vào hàm lượng cacbon trong đất và có thể tồn tại hơn 40 năm, tùy vào điều kiện khác nhau.
Glomalin được tạo thành bởi hệ nấm rễ cộng sinh (arbuscular mycorrhizal fungi), sử dụng nguồn cacbon lỏng tiết ra từ cây. Nó giúp cho hệ sợi của nấm có thể kết dính vào rễ cây và các khối đất nhỏ, và tạo cầu nối qua các khoảng không khí. (Comis)
Ngày nay chúng ta đã hiểu biết nhiều hơn về đất và cách mà cacbon được cung cấp vào đất bởi cây xanh để thúc đẩy quan hệ cộng sinh với vi sinh vật, chúng ta có thể đặt ra câu hỏi:
Chúng ta có thể lưu trữ đủ lượng cacbon cho đất với tốc độ nhanh như thế nào để làm giảm vấn đề về thời tiết khắc nghiệt?
Chúng ta có thể thấy ở trên là một phần triệu khí cacbonic trong khí quyển chứa 2,125 tỷ tấn cacbon. Trong trường hợp này, nếu chúng ta có 400 ppm và muốn trở về 350 ppm, chúng ta cần trả lại 50 ppm, tương đương 106,25 tỷ tấn cacbon, cho đất.
Chúng ta biết là đất có thể chứa tất cả lượng cacbon nàyvì đất là nguồn gốc của chúng. Từ lúc ngành công nghiệp bắt đầu, chúng ta đã mang đi 136 tỷ tấn cacbon ra khỏi đất thông qua quá trình khai hoang và canh tác nông nghiệp.
Nhưng chúng ta cần mất bao lâu mới có thể đem lại nguồn cacbon trở về cho đất? Trong hơn 20 năm qua từ khi con người bắt đầu nghĩ về cách dự trữ cacbon trong đất, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để đo lường tốc độ quá trình quang hợp trong nông nghiệp có thể xây dựng lại nguồn cacbon cho đất. Chúng tôi đã xem xét những nghiên cứu này, những nghiên cứu được thực hiện trong thập kỷ qua hoặc thời gian lân cận trên nhiều loại đất khác nhau ở 5 lục địa và nhiều loại hình nông nghiệp khác nhau. Từ những nghiên cứu này, một vài kết luận có thể được đưa ra rõ ràng:
· Hệ thống trồng trọt quanh năm (perennial growing system) có thể dự trữ nhiều cacbon hơn hầu hết các phương pháp canh tác khác.
Các thử nghiệm trên đồng cỏ cho thấy kết quả về lượng cacbon được dữ trữ rất cao, từ 1,9 đến 3,2 tấn/mẫu Anh (0,4 hecta) mỗi năm, và trung bình khoảng 2,6 tấn. (Machmuller, Rodale, IFOAM) Một số nghiên cứu về các hệ thống trồng vụ mùa quanh năm (perennial cropping system) cho thấy có thể thu được một lượng lớn cacbon trong đất, tuy nhiên có một số bằng chứng cho thấy các vụ trồng cây lấy gỗ quanh năm (perennial woody crop) cũng cho kết quả tương tự. Một nghiên cứu cho thấy đất khai thác mỏ bị hoai có thể thu được 2,8 tấn cacbon/mẫu/năm nếu được trồng với cây cào cào đen (legume black locust) và được quản lý theo kiểu giống với vụ mùa để thu sinh khối (biomass) làm chất đốt trong hệ tuần hoàn luân phiên ngắn. (Quinkenstein) Cần có thêm nhiều nghiên cứu nữa trước khi chúng ta có thể đánh giá đầy đủ sự đóng góp của các vụ mùa quanh năm trồng cây lấy gỗ hay cây dạng thảo mộc trong việc tái tạo cacbon cho đất.
· Việc dùng các phân bón hóa học tổng hợp, đặc biệt là nitơ và photpho, sẽ làm giảm đáng kể và trong một số trường hợp thậm chí sẽ ngăn chặn việc xây dựng nguồn cacbon cho đất. Tuy nhiên, các dạng phân bón hữu cơ từ phân động vật hoặc phân trộn com-pốt khi được sử dụng hợp lý dường như không cản trợ sự tăng hàm lượng cacbon trong đất. (Jones SOS, Rodale)
· Những nghiên cứu trên các vụ mùa trồng theo hàng cho thấy thậm chí khi được trồng không sử dụng hóa học tổng hợp, lượng cacbon thu được thấp hơn so với những nghiên cứu trên đồng cỏ (từ 0,23 đến 1,66 tấn/mẫu với trung bình khoảng 0,55 tấn). (Khorramdel, IFOAM)
· Chất lượng trồng trọt trong các nghiên cứu có thể không đồng nhất, đặc biệt là những thử nghiệm trên các vụ mùa trồng theo hàng. Hầu như tất cả những nghiên cứu vụ mùa trồng theo hàng cho kết quả tăng hàm lượng cacbon đáng kể là những vụ mùa sử dụng phân hữu cơ từ phân động vật hoặc phân trộn com-pốt thay vì phân hóa học. Tuy nhiên, mức độ mà các nguyên tắc khác về tái tạo cacbon được sử dụng trong nghiên cứu – chẳng hạn như giữ đất được bao phủ bằng cây trồng mọi lúc, dùng nhiều vụ mùa khác nhau, và hạn chế việc làm đất – chưa được rõ ràng lắm. Tuy nhiên, điều đáng lưu ý là trong trường hợp lượng cacbon thu được cao nhất, 1,66 tấn/mẫu bắp, thử nghiệm sử dụng phân hữu cơ và không canh tác đất. (Khorramdel)
Từ những giá trị trung bình của các thử nghiệm trên, chúng ta thử tính toán khả năng của ngành nông nghiệp trong việc tái tạo 106,25 tỷ tấn cacbon cho đất.
Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hiệp quốc (FAO) nói rằng có 8,3 tỷ mẫu đất trồng cỏ trên toàn thế giới và 3,8 tỷ mẫu đất trồng vụ mùa. Nếu mọi người sẵn lòng thực hành các phương pháp tái tạo nguồn cacbon trên những mẫu đất trồng cỏ mỗi năm, với mức trung bình là 2,6 tấn/mẫu, thì có thể dự trữ 21,6 tỷ tấn cacbon; còn đối với đất trồng vụ mùa, với tốc độ 0,55 tấn/mẫu, có thể dự trữ 2,1 tỷ tấn. Như vậy tổng lượng cacbon dự trữ được là 23,7 tỷ tấn mỗi năm. Nếu chúng ta mong muốn dự trữ 106,25 tỷ tấn, chúng ta chỉ cần thực hiện khoảng < 5 năm.
· Việc dùng các phân bón hóa học tổng hợp, đặc biệt là nitơ và photpho, sẽ làm giảm đáng kể và trong một số trường hợp thậm chí sẽ ngăn chặn việc xây dựng nguồn cacbon cho đất. Tuy nhiên, các dạng phân bón hữu cơ từ phân động vật hoặc phân trộn com-pốt khi được sử dụng hợp lý dường như không cản trợ sự tăng hàm lượng cacbon trong đất. (Jones SOS, Rodale)
· Những nghiên cứu trên các vụ mùa trồng theo hàng cho thấy thậm chí khi được trồng không sử dụng hóa học tổng hợp, lượng cacbon thu được thấp hơn so với những nghiên cứu trên đồng cỏ (từ 0,23 đến 1,66 tấn/mẫu với trung bình khoảng 0,55 tấn). (Khorramdel, IFOAM)
· Chất lượng trồng trọt trong các nghiên cứu có thể không đồng nhất, đặc biệt là những thử nghiệm trên các vụ mùa trồng theo hàng. Hầu như tất cả những nghiên cứu vụ mùa trồng theo hàng cho kết quả tăng hàm lượng cacbon đáng kể là những vụ mùa sử dụng phân hữu cơ từ phân động vật hoặc phân trộn com-pốt thay vì phân hóa học. Tuy nhiên, mức độ mà các nguyên tắc khác về tái tạo cacbon được sử dụng trong nghiên cứu – chẳng hạn như giữ đất được bao phủ bằng cây trồng mọi lúc, dùng nhiều vụ mùa khác nhau, và hạn chế việc làm đất – chưa được rõ ràng lắm. Tuy nhiên, điều đáng lưu ý là trong trường hợp lượng cacbon thu được cao nhất, 1,66 tấn/mẫu bắp, thử nghiệm sử dụng phân hữu cơ và không canh tác đất. (Khorramdel)
Từ những giá trị trung bình của các thử nghiệm trên, chúng ta thử tính toán khả năng của ngành nông nghiệp trong việc tái tạo 106,25 tỷ tấn cacbon cho đất.
Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hiệp quốc (FAO) nói rằng có 8,3 tỷ mẫu đất trồng cỏ trên toàn thế giới và 3,8 tỷ mẫu đất trồng vụ mùa. Nếu mọi người sẵn lòng thực hành các phương pháp tái tạo nguồn cacbon trên những mẫu đất trồng cỏ mỗi năm, với mức trung bình là 2,6 tấn/mẫu, thì có thể dự trữ 21,6 tỷ tấn cacbon; còn đối với đất trồng vụ mùa, với tốc độ 0,55 tấn/mẫu, có thể dự trữ 2,1 tỷ tấn. Như vậy tổng lượng cacbon dự trữ được là 23,7 tỷ tấn mỗi năm. Nếu chúng ta mong muốn dự trữ 106,25 tỷ tấn, chúng ta chỉ cần thực hiện khoảng < 5 năm.
Nguồn cacbon bền vững
Tất nhiên là nếu chúng ta muốn tái tạo một lượng lớn cacbon cho đất, chúng ta cần phải đảm bảo là vi sinh vật không tiêu thụ nguồn cacbon này. Nếu không lượng cacbon này sẽ bị dùng hết và trả lại khí cacbonic vào trong khí quyển. Nhiều nghiên cứu đã phân tích các phương pháp xử lý các hợp chất hữu cơ của đất để xem chúng có thể giúp duy trì lượng cacbon hay không. Một nghiên cứu được thực hiện trong 10 năm đã so sánh việc kết hợp xác bã hữu cơ vào một lô đất và khi loại bỏ chúng trong một lô tương tự khác. Một nghiên cứu khác kéo dài 31 năm so sánh những chu kỳ luân phiên hoặc sử dụng phân bón khác nhau, cho thấy thay đổi lên đến 50% lượng cacbon tái tạo lại vào trong đất. Một nghiên cứu khác so sánh một lô đất có các vụ mùa sau thu hoạch được đốt cháy trong nhiều năm với một lô khác có phần xác cây sau thu hoạch được kết hợp lại vào trong đất.
Sau khi kết thúc mỗi nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đo lường hàm lượng chất hữu cơ trong đất và nhận thấy không có sự khác biệt giữa các lô đất mặc dù phương pháp quản lý khác nhau. (Kirkby)
Nếu vi sinh vật chỉ đơn giản sinh sôi và tiêu thụ bất kể nguồn cacbon nào có mặt trong đất, chúng ta sẽ chẳng bao giờ thiết lập được hàm lượng cacbon cao hơn trong đất. Tuy nhiên, lịch sử cho thấy rằng hàm lượng chất hữu cơ trong đất ở mức 6 đến 10 % là thường gặp, và ở một số nơi có thể lên đến 20%. (LaSalle) Như vậy cái gì ngăn cản vi sinh vật trong đất phân hủy các hợp chất hữu cơ?
Một dạng cacbon dường như rất bền trong nhiều năm, thậm chí nhiều thế kỷ, đó là đất mùn. Đất mùn bao gồm những phân tử phức tạp chứa cacbon, nhưng nó không dễ bị phân hủy bởi các sinh vật sống trong đất. Các nhà khoa học chưa hoàn toàn nhất quán về việc đất mùn được hình thành như thế nào, hoặc cách mà nó kháng lại sự phân hủy. Một số nhà khoa học tin rằng đất mùn là một hợp chất cacbon có tính chống phân hủy cao được hình thành thông qua quá trình phân hủy rễ cây và các sản phẩm từ rễ cây bởi vi sinh vật. (Ontl)
Một số nhà khoa học khác tin là cơ chế bảo vệ vật lý cho nguồn cacbon trong đất có liên quan đến khả năng chống lại sự tấn công của enzyme từ vi sinh vật thông qua sự “hấp phụ” lên bề mặt các khoáng chất, hoặc "ẩn náu" bên trong các khối “kết cấu đất”. Cơ chế đầu có nghĩa là những liên kết hóa học với các khối đất sét hoặc các phân tử keo của đất đủ mạnh để kháng lại sự tấn công của các enzyme. Cơ chế sau có lẽ bảo vệ các phân tử khỏi sự tấn công của enzyme thông qua ngăn cản oxy và các yếu tố phân hủy khác xâm nhập vào các khối “kết cấu đất”. Vẫn còn một thuyết khác cho rằng không có sự tấn công của vi sinh vật lên nguồn cacbon của đất bởi vì nguồn cacbon này nằm sâu trong lòng đất. (Dungait)
Tuy nhiên, có một quan điểm mới trong giới khoa học cho là nguồn cacbon bền vững này không phải được tạo thành từ xác bã của chất hợp chất hữu cơ trong đất mà là từ các nguồn cacbon lỏng của nó. Quan điểm này cho là đất mùn được tạo ra từ các sinh vật trong đất hơn là sản phẩm của sự phân hủy các hợp chất hữu cơ. (Meléndrez, Jones letter)
Những nghiên cứu ủng hộ quan điểm này cho là đất mùn là một phức hợp giữa chất hữu cơ và khoáng chất, bao gồm 60% cacbon, khoảng 6-8% nitơ và được liên kết hóa học với các chất khoáng của đất bao gồm photpho, lưu huỳnh, sắt và nhôm. Thậm chí còn có một số bằng chứng cho thấy rằng thành phần của đất mùn là dựa trên những tỉ lệ cụ thể giữa các thành phần chính, không chỉ giữa cacbon và nitơ mà còn giữa cacbon và lưu huỳnh. (Kirkby) Một nhà nghiên cứu cho rằng đất mùn chỉ còn thể hình thành trong những khối đất có kích thước micro đặc trưng, giống như khối “kết cấu đất”, trong những khối đất này nguồn nitơ được cố định bởi vi sinh vật còn photpho và lưu huỳnh được hòa tan. (Jones letter)
Sau khi kết thúc mỗi nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đo lường hàm lượng chất hữu cơ trong đất và nhận thấy không có sự khác biệt giữa các lô đất mặc dù phương pháp quản lý khác nhau. (Kirkby)
Nếu vi sinh vật chỉ đơn giản sinh sôi và tiêu thụ bất kể nguồn cacbon nào có mặt trong đất, chúng ta sẽ chẳng bao giờ thiết lập được hàm lượng cacbon cao hơn trong đất. Tuy nhiên, lịch sử cho thấy rằng hàm lượng chất hữu cơ trong đất ở mức 6 đến 10 % là thường gặp, và ở một số nơi có thể lên đến 20%. (LaSalle) Như vậy cái gì ngăn cản vi sinh vật trong đất phân hủy các hợp chất hữu cơ?
Một dạng cacbon dường như rất bền trong nhiều năm, thậm chí nhiều thế kỷ, đó là đất mùn. Đất mùn bao gồm những phân tử phức tạp chứa cacbon, nhưng nó không dễ bị phân hủy bởi các sinh vật sống trong đất. Các nhà khoa học chưa hoàn toàn nhất quán về việc đất mùn được hình thành như thế nào, hoặc cách mà nó kháng lại sự phân hủy. Một số nhà khoa học tin rằng đất mùn là một hợp chất cacbon có tính chống phân hủy cao được hình thành thông qua quá trình phân hủy rễ cây và các sản phẩm từ rễ cây bởi vi sinh vật. (Ontl)
Một số nhà khoa học khác tin là cơ chế bảo vệ vật lý cho nguồn cacbon trong đất có liên quan đến khả năng chống lại sự tấn công của enzyme từ vi sinh vật thông qua sự “hấp phụ” lên bề mặt các khoáng chất, hoặc "ẩn náu" bên trong các khối “kết cấu đất”. Cơ chế đầu có nghĩa là những liên kết hóa học với các khối đất sét hoặc các phân tử keo của đất đủ mạnh để kháng lại sự tấn công của các enzyme. Cơ chế sau có lẽ bảo vệ các phân tử khỏi sự tấn công của enzyme thông qua ngăn cản oxy và các yếu tố phân hủy khác xâm nhập vào các khối “kết cấu đất”. Vẫn còn một thuyết khác cho rằng không có sự tấn công của vi sinh vật lên nguồn cacbon của đất bởi vì nguồn cacbon này nằm sâu trong lòng đất. (Dungait)
Tuy nhiên, có một quan điểm mới trong giới khoa học cho là nguồn cacbon bền vững này không phải được tạo thành từ xác bã của chất hợp chất hữu cơ trong đất mà là từ các nguồn cacbon lỏng của nó. Quan điểm này cho là đất mùn được tạo ra từ các sinh vật trong đất hơn là sản phẩm của sự phân hủy các hợp chất hữu cơ. (Meléndrez, Jones letter)
Những nghiên cứu ủng hộ quan điểm này cho là đất mùn là một phức hợp giữa chất hữu cơ và khoáng chất, bao gồm 60% cacbon, khoảng 6-8% nitơ và được liên kết hóa học với các chất khoáng của đất bao gồm photpho, lưu huỳnh, sắt và nhôm. Thậm chí còn có một số bằng chứng cho thấy rằng thành phần của đất mùn là dựa trên những tỉ lệ cụ thể giữa các thành phần chính, không chỉ giữa cacbon và nitơ mà còn giữa cacbon và lưu huỳnh. (Kirkby) Một nhà nghiên cứu cho rằng đất mùn chỉ còn thể hình thành trong những khối đất có kích thước micro đặc trưng, giống như khối “kết cấu đất”, trong những khối đất này nguồn nitơ được cố định bởi vi sinh vật còn photpho và lưu huỳnh được hòa tan. (Jones letter)
Làm thế nào để tái tạo và ổn định nguồn cacbon cho đất
Khi các nhà khoa học tìm hiểu sâu hơn về các thành phần và các quá trình của vi sinh vật hình thành đất mùn, chúng ta sẽ có sự hiểu biết đúng đắn hơn về cách hỗ trợ quá trình hình thành đất mùn này. Bằng chứng cho thấy rằng xây dựng nguồn hữu cơ cho đất không chỉ đơn giản là bổ sung thêm nguồn hữu cơ vào trong đất.
Quá trình này còn giúp tạo thành các cộng đồng vi sinh vật khỏe mạnh và có thể giúp các vụ mùa bội thu. Tuy nhiên để xây dựng nguồn cacbon lâu dài, bạn cần phải làm nhiều việc hơn.
Điều chúng ta cần biết là: Phương thức nàochúng ta cần sử dụng để xây dựng và duy trì nguồn cacbon cho đất?
Luôn trồng cây cho đất
Có lẽ bài học quan trọng nhất là đất trống sẽ oxi hóa nguồn cacbon trong khi cây trồng thì bảo vệ nó. Cây xanh hình thành một rào cản giữa không khí và đất, làm chậm quá trình thất thoát nguồn cacbon bởi vi sinh vật. Xói mòn bởi gió và nước cũng là kẻ thù lớn của nguồn cacbon trong đất, do đó trồng cây là phương pháp bảo vệ tốt nhất chống lại sự xói mòn. Sau cùng, cây trồng không chỉ bảo vệ nguồn cacbon cho đất và còn làm tăng thêm nguồn cacbon cho đất thông qua khả năng quang hợp của chúng. Nói một cách đơn giản, mỗi miếng đất bị bỏ trống
– có thể là do nằm giữa các luống cây, do bạn đang canh tác đất, hoặc do bạn đã thu hoạch vụ mùa và để đất trống
– đều làm giảm đi nguồn cacbon của đất.
Những phương pháp như là trồng rau vụ đông để che phủ đất hoặc gieo hạt các loại đậu hoặc hoa màu khác rất quan trọng vì chúng giúp tạo ra một lớp hữu ích bao phủ để tăng nguồn cacbon cho đất, chống lại xói mòn, cung cấp dinh dưỡng cho vi sinh vật của đất và tăng khả năng tạo kết cấu đất. (Azeez)
Tốt thiểu canh tác đất
Một trong những phương pháp tái tạo nguồn cacbon khó thực hiện nhất đối với những người trồng trọt hữu cơ là giảm sự canh tác đất. Bởi vì các nhà trồng trọt hữu cơ không sử dụng thuốc diệt cỏ, canh tác đất là vũ khí chính của họ để chống lại cỏ dại. Tuy nhiên canh tác đất lại đem lại nhiều điều có hại. Đầu tiên, nó khuấy trộn đất làm cho đất tiếp xúc với không khí và oxi hóa đi nguồn cacbon. Thứ hai, canh tác đất làm phá hủy đi hệ sợi của nấm rễ mycorrhiza, vốn là vi sinh vật đảm trách quá trình cộng sinh rất quan trọng cho sức sống của cây và giúp tăng cường sự tiết dịch chứa cacbon lỏng. Hệ sợi này là những mạng lưới tinh vi thẩm thấu qua đất để mang nước và chất dinh dưỡng tới rễ của cây. Nghiên cứu cho thấy rằng sinh khối của nấm được gia tăng khi sự canh tác đất giảm đi. Thứ ba, những khối “kết cấu đất” phức tạp được tạo thành từ những dịch tiết ra từ vi sinh vật để bảo vệ các quá trình chuyển hóa hóa học quan trọng như cố định đạm và ổn định nguồn cacbon sẽ bị phá hủy bởi quá trình canh tác đất. Thứ tư, canh tác đất sẽ phá hủy những khoảng không trống bên trong đất, những khoảng không này rất quan trọng trong việc giữ không khí và nước giúp cho vi sinh vật sống sót. Sau cùng, canh tác đất thường được thực hiện với những thiết bị vận hành bằng nhiên liệu hóa thạch, tạo ra các loại khí nhà kín trong quá trình hoạt động.
Nghiên cứu cho thấy những hệ thống trồng trọt hữu cơ tái tạo được hàm lượng cacbon cao nhất là những hệ thống không sử dụng canh tác đất và có bổ sung nhiều hợp chất hữu cơ, ví dụ như phân bò, vào đất. . (Khorramdel) Những nhà phê bình về quá trình canh tác đất cho biết thậm chí chỉ cần canh tác đất một lần sau một vài năm cũng có thể dẫn tới việc mất đi hầu hết lượng cacbon được tích lũy trong thời gian đó. (Lal 2007)
Có một số nghiên cứu cho rằng nguồn cacbon trong đất không canh tác không được phân bổ sâu trong lòng đất mà chỉ tồn tại hầu như gần bề mặt. Họ cho rằng đây là vấn đề bởi vì sự hình thành đất mùn và ổn định nguồn cacbon cho thời gian dài dường như xảy ra sâu bên trong lòng đất, gần với lớp đất sét và khoáng giúp nguồn cacbon có thể liên kết với chúng và kháng lại quá trình oxi hóa. Họ cũng tranh cãi rằng những hợp chất hữu cơ của đất được tạo ra dưới điều kiện không canh tác chỉ được kết hợp vào phần đất nằm gần bề mặt và dễ dàng bị oxi hóa khi bị xáo trộn. (Azeez)
Tuy nhiên, những nghiên cứu chỉ ra rằng hợp chất hữu cơ chỉ được tạo thành ở tầng đất nông trong điều kiện không canh tác cũng đồng thời báo cáo quá trình thấm sâu chậm của hợp chất hữu cơ sau 10 đến 15 năm trong cùng điều kiện, có lẽ do quá trình phân hủy hợp chất
hữu cơ bị giảm đi và sự hòa trộn của đất trong quá trình dài bởi các sinh vật lớn hơn trong đất. (Powlson)
Có một vài hệ thống hoặc thiết bị hiện đang được thiết kế để giúp các nhà trồng trọt hữu cơ giảm đi quá trình canh tác đất. Có loại máy trồng cây giúp mở một lỗ đất nhỏ vừa đủ để gieo hạt hoặc cây non và lấp đất lại ngay sau đó. Những máy cán bằng con lăn (roller-crimper) được thiết kế để lăn qua và cắt đứt những cây phủ đất cuống dài (cover crop - giúp chống xói mòn đất) trước khi chúng ra bông, giết chết chúng mà không gây ảnh hưởng đến đất. Những vụ mùa thương mại được trồng ngay sau đó bên trên những lớp cỏ này. Không cần nghi ngờ rằng sẽ có rất nhiều sáng kiến được phát triển để giúp nhà nông hữu cơ chống lại cỏ dại mà không ảnh hưởng đến đất. Và hiển nhiên cần phải đạt được nhiều tiến bộ hơn nữa về vấn đề này.
Một phương pháp thay thế khác giúp kiểm soát cỏ dại là sử dụng các tấm che phủ ngăn cản cỏ dại tiếp xúc với ánh sáng. Tấm che phủ đơn giản nhất có thể sử dụng là những tấm bằng nhựa. Tuy nhiên, việc chế tạo những tấm che này thường cần nhiên liệu hóa thạch và việc loại bỏ sau khi dùng thường khó khăn và tốn thời gian. Che phủ bằng những nguyên liệu hữu cơ như là cỏ khô hay xác vụ mùa cắt vụn có thể làm tăng lượng chất hữu cơ dễ phân hủy cho đất và xây dựng nguồn cacbon, tuy nhiên trong đất có vi sinh vật hoạt động mạnh sẽ đòi hỏi bổ sung nguyên liệu liên tục nên có thể gây tốn kém và tốn thời gian. Tuy nhiên, khuyết điểm chính của phương pháp che phủ đó là không thể lấy nguồn cacbon từ khí quyển và cố định nó vào trong đất thông qua quá trình quang hợp được bởi vì chỉ những cây trồng còn sống mới thực hiện được quá trình này.
Cây phủ đất (cover crop - là những vụ mùa được trồng để chống xói mòn đất)
Cây phủ đất rất quan trọng cho trồng trọt hữu cơ nhằm giảm hoặc loại bỏ quá trình canh tác đất, kiểm soát cỏ dại và xây dựng nguồn cacbon cho đất. Những loại cây che phủ lý tưởng là những cây có thể bị tiêu diệt (bởi rét mùa đông hoặc bằng cắt gặt, nghiền nát) trước khi chúng ra hoa, vì vậy chúng sẽ không tạo hạt và mọc thành cỏ dại lần nữa. Quá trình quang hợp của chúng khi còn sống là nguồn cacbon quan trọng cho đất, và lượng sinh khối của chúng sau khi chết cũng trở thành nguồn cacbon cho đất. Những giống cây thuộc họ đậu rất quan trọng trong các vụ cây phủ đất xen canh bởi vì chúng là những cây có rễ sâu, như là loại cỏ lùng (ryegrass) hoặc lúa mạch đen, có thể hút chất dinh dưỡng từ sâu trong lòng đất đồng thời bổ sung nitơ và cacbon trở lại các vùng đất nông hơn.
Ngoài việc tăng nguồn cacbon cho đất, cây phủ đất còn giúp làm giảm sự rò rỉ nitơ và chống lại quá trình xói mòn bởi nước và gió. Chúng cải thiện cấu trúc đất, làm tăng thẩm thấu nước và làm giảm quá trình bốc hơi nước. Chúng cũng cung cấp hàm lượng lignin nhiều so với hầu hết các vụ mùa được thu hoạch, do đó hỗ trợ sự sinh trưởng của nấm rễ mycorrhiza và hỗ trợ sự sản sinh các hợp chất từ nấm như glomalin giúp cải thiện sự kết dính của đất. (Rodale, Azeez)
Đa dạng hóa và luân phiên vụ mùa
Một chìa khóa quan trọng để hỗ trợ vi sinh vật trong đất chính là tăng sự đa dạng hóa. Dường như có một nguyên tắc tự nhiên là đa dạng hóa sinh học càng nhiều, đất càng khỏe mạnh và phục hồi càng nhanh. Vấn đề này cũng đúng khi xây dựng nguồn cacbon cho đất. (Lal 2004) Bên dưới mặt đất, đa dạng hóa sinh học cho phép mỗi loại vi sinh vật có một ví trí thích hợp trong mạng lưới thức ăn – nấm, tảo, vi khuẩn, giun đất, mối, kiến, giun tròn, bọ cánh cứng, v.v. Phía trên mặt đất, sự độc canh sẽ thu hút các loài phá hoại và bệnh tật, còn đa dạng hóa sẽ ngăn cản các loài phá hoại sinh trưởng và lan tràn. Điều này cũng có thể áp dụng cho cả vụ mùa thông thường và cây phủ đất, khi chúng bao gồm nhiều loại cây trồng khác nhau như cây lá rộng và cây cỏ, giống đậu và giống không thuộc họ đậu, giống mùa khô và mùa ấm, giống cho khí hậu ướt và khô. Bất kể điều kiện nào, giống cây trồng phải có thể phát triển mạnh và giúp quang hợp. Các cây phủ đất dạng “cocktail” (coctail cover crop) là hỗn hợp nhiều loại hạt cây phủ đất khác nhau đã có sẵn trên thị trường để giúp đảm bảo sự đa dạng hóa sinh học.
Luân phiên vụ mùa cũng có lợi cho sự đa dạng hóa sinh học. Luân phiên với các vụ cây phủ đất liên tục có thể giúp rút ngắn thời gian không canh tác để tái tạo đất giữa các vụ và tăng hoạt tính của enzyme trong đất. Sinh khối vi sinh vật lớn hơn khi các giống cây họ đậu được sử dụng trong quá trình luân phiên. (Six)
Chăn thả động vật nhai lại cũng là cách thông thường giúp các nông trại hữu cơ cải thiện hàm lượng chất hữu cơ cho đất. Quá trình chăn thả giúp thúc đẩy sự sinh trưởng của bộ rễ của cỏ, phần sau này sẽ bị vứt bỏ đi, nhờ đó cung cấp nguồn cacbon cho vi sinh vật của đất. Những đồng cỏ và cây qua năm, nếu quản lý tốt, có thể làm tăng nhanh hợp chất hữu cơ. Phân động vật là một trong những sản phẩm có giá trị cho các nông trại hỗn hợp có kích thước nhỏ, chúng giàu nguồn cacbon và vi sinh vật sống giúp ủ đất với những hệ sinh học đa dạng.
Không hóa chất
Sử dụng hóa chất nông nghiệp tổng hợp gây hại đến nguồn cacbon. Những chất độc như thuốc trừ sâu gây chết các vi sinh vật của đất vốn đóng vai trò quan trọng trong việc làm tăng sức sống và khả năng quang hợp của cây. Phân bón hóa học đã được biết là phá hủy các hợp chất hữu cơ của đất. Trong những Thử nghiệm Sử dụng Phân com-pốt (Compost Utilization Trials) của Viện Rodale, việc sử dụng phân com-pốt cho luân canh trong 10 năm giúp cho nguồn cacbon thu được lên tới 1,0 tấn/mẫu/năm. Tuy nhiên, khi dùng phân tổng hợp và không luân canh thì lượng cacbon bị mất đi là 0,15 tấn/mẫu/năm. (LaSalle)
Khu đất mang tên Morrow Plots tại trường Đại học Illinois là nơi có một trong những nông trại thử nghiệm được kiểm soát có lịch sử lâu đời nhất. Các nhà nghiên cứu phân tích dữ liệu thu được trong 50 năm trên các cánh đồng được bổ sung tổng cộng từ 90 đến 124 tấn bã cacbon/mẫu cùng với phân đạm hóa học. Những lô đất này thật sự mất khoảng 5 tấn hợp chất hữu cơ trong đất cho mỗi mẫu trong thời gian thử nghiệm. (Khan)
Một nghiên cứu cho rằng tác động tiêu cực của phân hóa học lên nguồn cacbon của đất là do nó có xu hướng làm giảm kích thước và độ sâu của rễ cây do nó chỉ được tập trung trong lớp đất nông thay vì đi sâu vào đất giống như là trường hợp các chất dinh dưỡng từ cây họ đậu, khoáng chất hoặc các nguồn tự nhiên khác. (Azeez) Một lý do khác có lẽ là do cây hấp thụ ion ammoni làm giải phóng các ion hydro, do đó axit hóa đất. (Hep- perly) Nguyên nhân thứ ba có lẽ là do sự có sẵn nguồn nitơ tự do làm giảm quá trình tiết ra nguồn cacbon lỏng từ cây để thu được nguồn nitơ từ vi sinh vật. Tuy nhiên, nếu bạn đang dùng phân đạm tổng hợp và muốn ngưng sử dụng, bạn nên cắt giảm từ từ trong vòng 3 đến 4 năm bởi vì cần có thời gian cho các vi khuẩn cố định đạm hình thành trong đất. Ngừng đột ngột việc cung cấp nguồn nitơ có thể dẫn đến sản lượng thấp không mong muốn trong năm đầu tiên. (Jones SOS )
Khu đất mang tên Morrow Plots tại trường Đại học Illinois là nơi có một trong những nông trại thử nghiệm được kiểm soát có lịch sử lâu đời nhất. Các nhà nghiên cứu phân tích dữ liệu thu được trong 50 năm trên các cánh đồng được bổ sung tổng cộng từ 90 đến 124 tấn bã cacbon/mẫu cùng với phân đạm hóa học. Những lô đất này thật sự mất khoảng 5 tấn hợp chất hữu cơ trong đất cho mỗi mẫu trong thời gian thử nghiệm. (Khan)
Một nghiên cứu cho rằng tác động tiêu cực của phân hóa học lên nguồn cacbon của đất là do nó có xu hướng làm giảm kích thước và độ sâu của rễ cây do nó chỉ được tập trung trong lớp đất nông thay vì đi sâu vào đất giống như là trường hợp các chất dinh dưỡng từ cây họ đậu, khoáng chất hoặc các nguồn tự nhiên khác. (Azeez) Một lý do khác có lẽ là do cây hấp thụ ion ammoni làm giải phóng các ion hydro, do đó axit hóa đất. (Hep- perly) Nguyên nhân thứ ba có lẽ là do sự có sẵn nguồn nitơ tự do làm giảm quá trình tiết ra nguồn cacbon lỏng từ cây để thu được nguồn nitơ từ vi sinh vật. Tuy nhiên, nếu bạn đang dùng phân đạm tổng hợp và muốn ngưng sử dụng, bạn nên cắt giảm từ từ trong vòng 3 đến 4 năm bởi vì cần có thời gian cho các vi khuẩn cố định đạm hình thành trong đất. Ngừng đột ngột việc cung cấp nguồn nitơ có thể dẫn đến sản lượng thấp không mong muốn trong năm đầu tiên. (Jones SOS )
Đồng cỏ
Chúng tôi đã đề cập trước đó rằng phương pháp trồng cỏ hợp lý là một phương pháp nông nghiệp rất hiệu quả để tái tạo nguồn cacbon cho đất. Một nghiên cứu gần đây về đất trồng đã cho thấy khi thay đổi từ trồng vụ mùa theo hàng sang tập trung trồng cỏ có quản lý thì khả năng tích lũy nguồn cacbon đạt được con số đáng kể 3,24 tấn/mẫu/năm. Con số này tương tự với con số thu được từ việc trồng cỏ Châu Phi rễ sâu trên vùng hoang mạc ở Nam Mỹ, với tốc độ là 2,87 tấn cacbon/mẫu/năm. (Machmuller)
Một nguyên nhân của hiệu quả cố định nguồn cacbon bằng phương án trồng cỏ có lẽ liên quan đến việc một vài giống cỏ sử dụng con đường quang hợp C4, tiến hóa riêng lẽ từ con đường C3 thường gặp hơn. Đặc biệt thích nghi với điều kiện ít nước, ánh sáng nhiều và nhiệt độ cao, con đường quang hợp C4 đảm trách khoảng 25- 30% tổng lượng cacbon được cố định trong đất mặc dù chỉ có 3% số thực vật ra hoa sử dụng con đường quang hợp này. (Muller)
Một số người lo lắng về vấn đề nuôi một số lượng lớn động vật nhai lại bởi vì trong quá trình tiêu hóa chúng sử dụng vi khuẩn trong dạ cỏ tạo ra metan, một loại khí gây hiệu ứng nhà kính, sau đó động vật sẽ thở khí metan này ra ngoài. Trong hệ sinh thái, vấn đề này không phải là vấn đề bởi vì có những vi khuẩn sử dụng metan tồn tại trong nhiều loại môi trường khác nhau và chỉ sử dụng khí metan, chúng có thể chuyển hóa khí này một cách nhanh chóng. Trên thực tế, sau vụ tràn dầu của giàn khoan Deepwater Horizon ở vịnh Mexico năm 2010, khoảng
220.000 tấn metan nổi trên mặt nước nhưng nhanh chóng được sử dụng bởi số lượng khổng lồ các vi khuẩn sử dụng metan. Chỉ là khi những động vật nhai lại được nuôi tách rời với đất hoặc nước có hoạt tính sinh học, chẳng hạn như trong trường hợp các trại chăn nuôi hoặc ở những vùng đất được sử dụng hóa chất tổng hợp nặng nề, sự thở ra khí metan từ động vật nhai lại có thể là vấn đề. (Jones SOS)
Rừng
Cải tạo những vùng đất bị phá hủy thành rừng được đưa ra như là một cách tăng nguồn cacbon cho đất. Giống như những loại cây trồng khác, tốc độ tái tạo nguồn cacbon của đất rừng phụ thuộc vào khí hậu, loại đất, giống và cách quản lý dinh dưỡng. Nghiên cứu cho thấy nguồn cacbon của đất rừng nói chung có tăng một cách khiêm tốn, hoặc trong một số trường hợp, có sự thất thoát. (Lal 2004) Tuy nhiên, một số nghiên cứu cho rằng quản lý hợp lý cây rừng lấy gỗ cũng có thể đem lại nguồn cacbon khá lớn cho đất. (Quinkenstein) Ngoài ra, bằng những cách khác, tái tạo rừng có thể giúp điều hòa khí hậu và tái tạo vòng tuần hoàn của nước.
Than sinh học
Tiềm năng sử dụng bã than để vừa tăng tính màu mỡ cho đất vừa tái tạo nguồn cacbon gần đây đã thu hút được nhiều sự quan tâm. Nói đến vùng đất terra preta ở vùng Amazon, một loại đất đen từng được con người tác động, làm giàu đất với than hơn 800 năm trước, người ta nghĩ ngay đến những vùng đất rất màu mỡ cho đến tận bây giờ. Những vùng đất khác chứa than là Mollisol, những vùng đất có nguồn gốc đồng cỏ có nhiều ở Bắc Mỹ, Ukaine, Nga, Argentina và Uruguay, là những nơi đã sản xuất ra một phần ngũ cốc quan trọng cho thế giới. Than có trong những vùng đất này là kết quả cửa những vụ cháy đồng cỏ xảy ra từ rất lâu trước đó. Hóa học thật sự của những bã than này chỉ mới được nghiên cứu gần đây. Độ bền và độ màu mỡ của chúng có lẽ có liên quan đến những khoảng không bên trong chúng cung cấp môi trường bảo vệ cho vi sinh vật, hoặc do cấu trúc phân tử của than tạo ra khả năng trao đổi cation lớn (khả năng giữ ion khoáng cần thiết do dinh dưỡng của cây). (Mao)
Mặc dù than sinh học chưa được nghiên cứu nhiều, các nhà nghiên cứu cho rằng nguồn cacbon sinh khối chuyển hóa thành than sinh học có thể lưu trữ khoảng 50% lượng cacbon ban đầu của nó trong một thời gian dài trong đất, dẫn tới một nguồn cacbon trong đất bền hơn và tồn tại lâu hơn so với những nguồn cacbon không than hóa khác được sử dụng trực tiếp vào trong đất. (Dungait)
Tất nhiên là bất kỳ sự chuyển hóa cacbon thành than hoạt tính nào cũng đều nên được đánh giá về chu kỳ tuần hoàn sống của cacbon bao gồm nguồn cacbon, những vấn đề về sử dụng đất và năng lượng để tiến hành và sử dụng nó. Tuy nhiên, có một số dấu hiệu cho rằng than hoạt tính là một cách hay để làm ổn định những hợp chất hữu cơ kém bền và dễ phân hủy trong đất. (Powlson)
Lợi ích của việc tái tạo nguồn cacbon cho đất
Lợi ích của việc xây dựng hợp chất hữu cơ cho đất không chỉ giới hạn ở việc loại bỏ hàm lượng khí cacbonic trong khí quyển.
Nước
Tăng nguồn cacbon sẽ giúp hình thành các khối “kết cấu đất” hoạt động như miếng xốp giúp đất giữ nước, do đó cung cấp nguồn nước dự trữ cho rễ cây vào những lúc lượng mưa thấp đi và cung cấp những “chậu nước” sẵn sàng hút nước dư thừa khi lượng nước cao vượt mức.
Khả năng giữ nước này cũng làm giảm nguy cơ gây xói
mòn và có thể dẫn tới cải thiện chất lượng và sản lượng của các vụ mùa. Một số nhà trồng trọt tin rằng những cây trồng đi kèm hoặc cây phủ đất sẽ sử dụng hết nguồn nước và dinh dưỡng có trong đất. Trái lại, hỗ trợ vi sinh vật đất bằng cách đa dạng hóa cây trồng thật sự có thể giúp cải thiện việc lưu giữ chất dinh dưỡng và nước cho các vụ mùa. (Jones SOS)
Điều thú vị là từ thế kỷ 1930, lượng nước trung bình tối đa và tối thiểu của sông Mississippi ngày càng "cực độ", tức là mực nước gây lũ thì cao hơn và mực nước thấp thì thấp hơn. Điều này xảy ra là do nước không thể thẩm thấu vào trong đất như trước đó. Nếu thẩm thấu tốt, một lượng nước có thể cung cấp cho cây trồng và một phần nước khác sẽ xuyên qua đất để đi vào những dòng suối hoặc dòng nước nhỏ, tạo thành nguồn nước ổn định cung cấp cho hệ thống sông ngòi. Nhưng nếu lớp bao phủ mặt đất xấu, việc tạo kết cấu cho đất giảm và nước không thể thẩm thấu tốt. Do đó trong mùa lũ, nước sẽ chảy tràn trên bề mặt và gây xói mòn đất; và trong mùa khô, không có nguồn nước được lưu trữ trong đất cho cả cây trồng và để duy trì các dòng chảy đến các con suối. (Jones SOS)
Sự chiếm ưu thế của nấm mốc
Các nhà khoa học đang phát hiện rằng tỉ lệ của nấm/vi khuẩn cao trong đất là rất quan trọng cho năng suất của cây trồng. Bạn có thể biết được tỉ lệ này cao hay thấp bằng cách cảm nhận mùi của nắm đất – đất nên có mùi nấm, không chua. Đó là do nấm tìm kiếm rồi cung cấp nước và chất dinh dưỡng cho rễ cây theo nhu cầu. Không may là hầu hết đất nông nghiệp thường có hàm lượng vi khuẩn cao hơn nấm. Tuy nhiên những biện pháp như là tránh để đất trống, không canh tác đất, dùng các cây phủ đất đa dạng và dùng phương pháp chăn thả mật độ cao nhưng thời gian ngắn với những giai đoạn cho đất nghỉ dài đủ, có thể giúp tăng hàm lượng nấm trong đất.
Những vụ mùa tốt hơn
Cây trồng, cũng giống như động vật, đã và đang tiến hóa phát triển những cơ chế bảo vệ phức tạp chống lại “kẻ gây hại”. Cơ chế của chúng rất nhiều và rất khôn ngoan. Một số tránh bị phát hiện bằng cách đánh lừa thị giác như là bắt chước cây trồng khác hoặc tự ngụy trang. Một số chống sự tấn công bằng cách tạo ra các lớp “áo giáp” như thành tế bào dày, lớp biểu bì bằng sáp hoặc vỏ cây cứng. Một số ngăn cản sự tấn công của các loài ăn thịt bằng gai hoặc tiết ra chất nhầy dạng gum. Nhiều loài tổng hợp các chất trao đổi thứ cấp để ngăn cản sự tấn công bằng phương pháp hóa học (chất độc, chất xua đuổi côn trùng, chất gây ngứa, hoặc thậm chí là các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi thu hút kẻ thù của những loài gây hại cho cây trồng). Cây trồng cũng có mối quan hệ cộng sinh với vi khuẩn, vi khuẩn giúp ngăn cản nguồn bệnh xung quanh và do đó bảo vệ cây trồng chống lại sự tấn công.
Những khả năng trên, cũng giống như trong trường hợp hệ miễn dịch ở động vật, có hiệu quả nhất khi cây trồng khỏe mạnh. Sức khỏe của cây tối ưu khi các nhu cầu của cây về ánh mặt trời, dinh dưỡng, nước, oxy và khí cacbonic được đáp ứng đầy đủ. Và tất nhiên điều đó xảy ra tốt nhất trong những nguồn đất khỏe mạnh với hàm lượng cacbon cao, có nhiều và đa dạng các loài vi sinh vật. Những điều kiện này có thể đem lại các vụ mùa có mật độ dinh dưỡng cao, kháng lại côn trùng và bệnh tật, nhiều chất chống oxy hóa hơn và thời gian bảo quản có thể kéo dài hơn. (Gosling, Wink, Reganold)
Những cây trồng không bị cản trở bởi bệnh tật hoặc các loài gây hại và có nhu cầu dinh dưỡng được đáp ứng đầy đủ thường có thể phát triển rất tốt và đem lại sản lượng phong phú. Ngoài ra, những cây trồng khỏe mạnh có thể tổng hợp sinh học nhiều phân tử dễ bay hơi hơn và nhiều chất trao đổi hơn, giúp tạo ra hương vị thơm ngon cho các vụ mùa thực phẩm. Vì vậy tái tạo nguồn cacbon cho đất là cách đem lại nhiều lợi ích: giúp nhà nông có sản lượng lớn hơn, giúp nhà làm vườn có những vụ mùa ngon hơn, và người tiêu thụ có những thực phẩm tốt cho sức khỏe hơn.
Kết luận
Dùng công nghệ sinh học để tái tạo hợp chất hữu cơ cho đất và ổn định nó không chỉ có lợi cho những người quản lý đất và vụ mùa, mà còn rất quan trọng đối với xã hội chúng ta. Chúng ta đã lấy quá nhiều cacbon từ đất, đốt nó và gởi trả nó lại vào trong không khí dưới dạng khí cacbonic. Thậm chí nếu chúng ta ngừng sử dụng nhiên liệu hóa thạch trong tương lai, lượng khí gây hiệu ứng nhà kính đã được tạo ra sẽ vẫn tiếp tục làm tăng nhiệt độ trái đất và làm giải phóng nhiều khí có hại hơn trong tương lai.
Nếu chúng ta muốn tồn tại, chúng ta nhất thiết phải tái tạo nguồn cacbon cho đất. Rất tuyệt là công việc này có thể thực hiện bằng con đường sinh học, những phương pháp đã được dùng trong hàng triệu năm qua. Nhà nông, nhà làm vườn, chủ nhà, những người xây dựng phong cảnh – bất kỳ ai đang quản lý đất – đều có thể làm theo những nguyên tắc cơ bản này và không chỉ tái tạo nguồn cacbon cho đất mà còn giúp tái dựng lại hệ thống kỳ diệu mà tự nhiên đã luôn thực hiện để làm mới bầu khí quyển trong khi vẫn cung cấp thức ăn, sự tươi trẻ và sức khỏe cho tất cả mọi giống loài.
Tài liệu tham khảo
AAAS, American Association for the Advancement of Science, (2014) What We Know: The Reality, Risks, and Response to Cli- mate Change
Albrecht WA, (1938) Loss of Soil Organic Matter and Its Restora- tion, Yearbook of Agriculture, USDA
Amundson R, Berhe AA, Hopmans JW, Olson C, Sztein AE, Sparks DL, (2015) Soil and human security in the 21st century, Science, 348, 1261071
Azeez G, (2009) Soil Carbon and Organic Farming, UK Soil As- sociation, http://www.soilassociation.org/LinkClick.aspx?filetick et= SSnOCMoqrXs%3D&tabid=387
Azeez G, (2009) Soil Carbon and Organic Farming, UK Soil As- sociation, http://www.soilassociation.org/LinkClick.aspx?filetick et= SSnOCMoqrXs%3D&tabid=387
Cairney JWG, (2000) Evolution of mycorrhiza systems, Naturwis- senschaften 87:467-475
Comis D, (2002) Glomalin: Hiding Place for a Third of the World’s Stored Soil Carbon, Agricultural Research, http://agresearchmag. ars.usda.gov/2002/sep/soil
Coumou D, Rahmstorf S, (2012) A decade of weather extremes,
Comis D, (2002) Glomalin: Hiding Place for a Third of the World’s Stored Soil Carbon, Agricultural Research, http://agresearchmag. ars.usda.gov/2002/sep/soil
Coumou D, Rahmstorf S, (2012) A decade of weather extremes,
Nature Climate Change, Vol. 2, July 2012, pages 491- 496
Dungait JAJ, Hopkins DW, Gregory AS, Whitmore AP, (2012) Soil Organic Matter turnover is governed by accessibility not recalci- trance, Global Change Biology, 18, 1781-1796
EPA Office of Atmospheric Programs, April 2010, Methane and Nitrous Oxide Emissions From Natural Sources
FAO, Organic matter decomposition and the soil food web, http:// www.fao.org/docrep/009/a0100e/a0100e05.htm
Gosling P, Hodge A, Goodlass G, Bending GD, (2006) Arbuscular mycorrhizal fungi and organic farming, Agriculture, Ecosystems and Environment 113 (2006) 17-35
Hepperly PR, (2015) Sentinels of the Soil, Acres USA, June, 2015
Hoorman JJ, Islam R, (2010) Understanding soil Microbes and Nutrient Recycling, Ohio State University Fact Sheet, SAG-16-10
IFOAM (2012) Submission from IFOAM to the HLPE on Climate Change and Food Security, 10/4/2012
Jansa J, Bukovská P, Gryndler M, (May, 2013) Mycorrhizal hyphae as ecological niche for highly specialized hypersymbionts – or just soil free-riders? Frontiers in Plant Science, Volume 4 Article 134
Jastrow JD, Amonette JE, Bailey VL, (2006) Mechanisms control- ling soil carbon turnover and their potential application for enhanc- ing carbon sequestration, Climatic Change 80:5-23
Jones C, SOS (2015) Save Our Soils, Acres USA, Vol. 45, No. 3
Jones C, (2015) unpublished letter to an Ohio grazer, June 2015 and to author, July 2015
Khan SA, Mulvaney RL, Ellsworth TR, Boast CW, (2007) The myth of nitrogen fertilization for soil carbon sequestration, Journal of Environmental Quality; Nov/Dec 2007; Vol 36
Khorramdel S, Koocheki A, Mahallate MN, Khorasani R, (2013) Evaluation of carbon sequestration potential in corn fields with dif- ferent management systems, Soil and Tillage Research 133 25-31
Kirkby CA, Kirkegaard JA, Richardson AE, Wade LJ, Blanchard C, Batten G, (2011) Stable soil organic matter: A comparison of C:N:O:S ratios in Australian and other world soils, Geoderma 163 197-208
Lal R, (2004) Soil carbon sequestration to mitigate climate change, Geoderma 123 (2004) 1-22
Lal R, Follett RF, Stewart BA, Kimble JM, (2007) Soil carbon sequestration to mitigate climate change and advance food security, Soil Science 0038- 075X/07/17212-943-956
LaSalle TJ, Hepperly P, (2008) Regenerative Organic Farming: A Solution to Global Warming, Rodale Institute, https://grist.files. wordpress.com/2009/06/rodale_research_paper- 07_30_08.pdf
Machmuller M, Kramer MG, Cyle TK, Hill N, Hancock D, Thomp- son A, (2015) Emerging land use practices rapidly increase soil organic matter, Nature Communications 6, Article number 6995
Mao JD, Johnson RL, Lehmann J, Olk DC, Neves EG, Thompson ML, Schmidt-Rohr K, (2012) Abundant and stable char residues in soils: Implications for Soil Fertility and Carbon Sequestration, Environmental Science and Technology, 46, 9581-9576
Meléndrez M, (2014) The Journey to Better Soil Health, unpub- lished paper presented to the First International Humus Expert’s Meeting, Kaindorf, Austria, January 22 and 23, 2014
Muller A, Gattinger A, (2013) Conceptual and Practical Aspects of Climate Change Mitigation Through Agriculture: Reducing Green- house Gas Emissions and Increasing Soul Carbon Sequestration, Research Institute of Organic Agriculture, Switzerland
NASA, (2008) Target Atmospheric CO2: Where Should Humanity
Aim? Science Briefs, Goddard Institute for Space Studies
NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), What is Ocean Acidification? http://www.pmel.noaa.gov/
Nichols K, Millar J, (2013) Glomalin and Soil Aggregation under Six Management Systems in the Northern Great Plains, USA, Open Journal of Soil Science, Vol 3, No. 8, pp. 374-378,
NSIDC, (2015) Methane and Frozen Ground, National Snow and Ice Data Center, https://nsidc.org/cryosphere/frozenground/meth- ane.html
Ontl TA, Schulte LA (2012) Soil Carbon Storage, Nature Education
Knowledge, 3(10):35
Peterson TC, Stott PA, Herring SC, Hoerling MP, (2013) Explain- ing Extreme Events of 2012 from a Climate Perspective, Special Supplement to the Bulletin of the American Meteorological Society, Vol. 9, No. 9
Powlson DS, Whitmore AP, Goulding WT, (2011) Soil carbon sequestration to mitigate climate change:
a critical re-examination to identify the true and the false, European Journal of Soil Science, 62, 42-55
Quinkenstein A, Böhm C, da Silva Matos E, Freese D, Hüttl RF, (2011) Assessing the carbon sequestration in short rotation coppices of Robinia pseudoacacia L. on marginal sites in northeast Germany, in Carbon Sequestration Potential of Agroforestry Systems: Op- portunities and Challenges, 201, Kumar BM and Nair PKR (editors) Advances in Agroforestry 8
Reganold JP, Andrews PK, Reeve JR, Carpenter- Boggs L, Schadt CW, Alldredge JR, Ross CF, Davies NM, Zhou J, (2010) Fruit and soil quality of organic and conventional strawberry agroecosystems, PLos One 5(10): 10-1371, Oct 6, 2010
Rodale (2014) Regenerative Organic Agriculture and Climate Change: A Down-to-Earth Solution to Global Warming, www. rodaleinstitute.org
and herbivores, Theor. Appl. Genet. (1988) 75:225-233
RSC (Royal Society of Chemistry), Rate of Photosynthesis: limiting factors, http://www.rsc.org/learn- chemistry/content/filerepository/ CMP/00/001/068/Rate%20of%20photosynthesis%20l imiting%20 factors.pdf
SAPS (Science and Plants for Schools), Measuring the rate of photosynthesis, (2015) http://www.saps.org.uk/secondary/teaching- resources/157-measuring-the-rate-of-photosynthesis
Six J, Frey SD, Thiet RK, Batten KM, (2006) Bacterial and fungal contributions to carbon sequestration in agroecosystems, Soil Sci- ence Society of America Journal 70:555–569
Timmusk S, Grantcharova N, Wagner EGH, (2005) Applied and Environmental Microbiology, Nov. 2005, P. 7292-7300
Velivelli SLS, (2011) How can bacteria benefit plants? Doctoral research at University College Cork, Ireland, published in The Boolean
Walker TS, Bais HP, Grotewold E, Vivanco JM, (2003) Root Exudation and Rhizosphere Biology, Plant Physiology vol. 132, no. 1, 44-51
Wink M (1988) Plant breeding: importance of plant secondary metabolites for protection against pathogens
EPA Office of Atmospheric Programs, April 2010, Methane and Nitrous Oxide Emissions From Natural Sources
FAO, Organic matter decomposition and the soil food web, http:// www.fao.org/docrep/009/a0100e/a0100e05.htm
Gosling P, Hodge A, Goodlass G, Bending GD, (2006) Arbuscular mycorrhizal fungi and organic farming, Agriculture, Ecosystems and Environment 113 (2006) 17-35
Hepperly PR, (2015) Sentinels of the Soil, Acres USA, June, 2015
Hoorman JJ, Islam R, (2010) Understanding soil Microbes and Nutrient Recycling, Ohio State University Fact Sheet, SAG-16-10
IFOAM (2012) Submission from IFOAM to the HLPE on Climate Change and Food Security, 10/4/2012
Jansa J, Bukovská P, Gryndler M, (May, 2013) Mycorrhizal hyphae as ecological niche for highly specialized hypersymbionts – or just soil free-riders? Frontiers in Plant Science, Volume 4 Article 134
Jastrow JD, Amonette JE, Bailey VL, (2006) Mechanisms control- ling soil carbon turnover and their potential application for enhanc- ing carbon sequestration, Climatic Change 80:5-23
Jones C, SOS (2015) Save Our Soils, Acres USA, Vol. 45, No. 3
Jones C, (2015) unpublished letter to an Ohio grazer, June 2015 and to author, July 2015
Khan SA, Mulvaney RL, Ellsworth TR, Boast CW, (2007) The myth of nitrogen fertilization for soil carbon sequestration, Journal of Environmental Quality; Nov/Dec 2007; Vol 36
Khorramdel S, Koocheki A, Mahallate MN, Khorasani R, (2013) Evaluation of carbon sequestration potential in corn fields with dif- ferent management systems, Soil and Tillage Research 133 25-31
Kirkby CA, Kirkegaard JA, Richardson AE, Wade LJ, Blanchard C, Batten G, (2011) Stable soil organic matter: A comparison of C:N:O:S ratios in Australian and other world soils, Geoderma 163 197-208
Lal R, (2004) Soil carbon sequestration to mitigate climate change, Geoderma 123 (2004) 1-22
Lal R, Follett RF, Stewart BA, Kimble JM, (2007) Soil carbon sequestration to mitigate climate change and advance food security, Soil Science 0038- 075X/07/17212-943-956
LaSalle TJ, Hepperly P, (2008) Regenerative Organic Farming: A Solution to Global Warming, Rodale Institute, https://grist.files. wordpress.com/2009/06/rodale_research_paper- 07_30_08.pdf
Machmuller M, Kramer MG, Cyle TK, Hill N, Hancock D, Thomp- son A, (2015) Emerging land use practices rapidly increase soil organic matter, Nature Communications 6, Article number 6995
Mao JD, Johnson RL, Lehmann J, Olk DC, Neves EG, Thompson ML, Schmidt-Rohr K, (2012) Abundant and stable char residues in soils: Implications for Soil Fertility and Carbon Sequestration, Environmental Science and Technology, 46, 9581-9576
Meléndrez M, (2014) The Journey to Better Soil Health, unpub- lished paper presented to the First International Humus Expert’s Meeting, Kaindorf, Austria, January 22 and 23, 2014
Muller A, Gattinger A, (2013) Conceptual and Practical Aspects of Climate Change Mitigation Through Agriculture: Reducing Green- house Gas Emissions and Increasing Soul Carbon Sequestration, Research Institute of Organic Agriculture, Switzerland
NASA, (2008) Target Atmospheric CO2: Where Should Humanity
Aim? Science Briefs, Goddard Institute for Space Studies
NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), What is Ocean Acidification? http://www.pmel.noaa.gov/
Nichols K, Millar J, (2013) Glomalin and Soil Aggregation under Six Management Systems in the Northern Great Plains, USA, Open Journal of Soil Science, Vol 3, No. 8, pp. 374-378,
NSIDC, (2015) Methane and Frozen Ground, National Snow and Ice Data Center, https://nsidc.org/cryosphere/frozenground/meth- ane.html
Ontl TA, Schulte LA (2012) Soil Carbon Storage, Nature Education
Knowledge, 3(10):35
Peterson TC, Stott PA, Herring SC, Hoerling MP, (2013) Explain- ing Extreme Events of 2012 from a Climate Perspective, Special Supplement to the Bulletin of the American Meteorological Society, Vol. 9, No. 9
Powlson DS, Whitmore AP, Goulding WT, (2011) Soil carbon sequestration to mitigate climate change:
a critical re-examination to identify the true and the false, European Journal of Soil Science, 62, 42-55
Quinkenstein A, Böhm C, da Silva Matos E, Freese D, Hüttl RF, (2011) Assessing the carbon sequestration in short rotation coppices of Robinia pseudoacacia L. on marginal sites in northeast Germany, in Carbon Sequestration Potential of Agroforestry Systems: Op- portunities and Challenges, 201, Kumar BM and Nair PKR (editors) Advances in Agroforestry 8
Reganold JP, Andrews PK, Reeve JR, Carpenter- Boggs L, Schadt CW, Alldredge JR, Ross CF, Davies NM, Zhou J, (2010) Fruit and soil quality of organic and conventional strawberry agroecosystems, PLos One 5(10): 10-1371, Oct 6, 2010
Rodale (2014) Regenerative Organic Agriculture and Climate Change: A Down-to-Earth Solution to Global Warming, www. rodaleinstitute.org
and herbivores, Theor. Appl. Genet. (1988) 75:225-233
RSC (Royal Society of Chemistry), Rate of Photosynthesis: limiting factors, http://www.rsc.org/learn- chemistry/content/filerepository/ CMP/00/001/068/Rate%20of%20photosynthesis%20l imiting%20 factors.pdf
SAPS (Science and Plants for Schools), Measuring the rate of photosynthesis, (2015) http://www.saps.org.uk/secondary/teaching- resources/157-measuring-the-rate-of-photosynthesis
Six J, Frey SD, Thiet RK, Batten KM, (2006) Bacterial and fungal contributions to carbon sequestration in agroecosystems, Soil Sci- ence Society of America Journal 70:555–569
Timmusk S, Grantcharova N, Wagner EGH, (2005) Applied and Environmental Microbiology, Nov. 2005, P. 7292-7300
Velivelli SLS, (2011) How can bacteria benefit plants? Doctoral research at University College Cork, Ireland, published in The Boolean
Walker TS, Bais HP, Grotewold E, Vivanco JM, (2003) Root Exudation and Rhizosphere Biology, Plant Physiology vol. 132, no. 1, 44-51
Wink M (1988) Plant breeding: importance of plant secondary metabolites for protection against pathogens
Để tìm hiểu thêm thông tin về tái tạo cacbon: www.nofamass.org/carbon
http://2igmzc48tf4q88z3o24qjfl8.wpengine.netdna-cdn.com/wp-content/uploads/2016/05/Kittredge-Vietnamese-2.pdf
>> NẤM RỄ CỘNG SINH
Theo cách đơn giản, quá trình ủ được hiểu đơn giản là làm ẩm một phần chất hữu cơ hay còn gọi là chất thải màu xanh (như lá, chất thải thực phẩm) và chờ đợi cho các vật liệu bị phá hủy thành mùn sau một thời gian vài tuần hoặc vài tháng. Hiện nay, ủ phân là một phương pháp gồm nhiều bước, các quy trình được giám sát chặt chẽ với các thông số đầu vào được kiểm tra như nước, không khí, carbon và vật liệu giàu nitơ. Quá trình phân hủy được hỗ trợ bởi việc nghiền nhỏ các thực vật thô, thêm nước và đảm bảo thông khí thích hợp bằng cách thường xuyên xáo trộn. Giun và nấm tiếp tục hỗ trợ phá hủy các vật liệu. Vi khuẩn cần oxy để phát triển (vi khuẩn hiếu khí) và nấm quản lý các quá trình hóa học bằng cách kiểm soát các đầu vào như nhiệt, khí carbon dioxide và amoni. Amoni (NH4) là dạng nitơ được sử dụng bởi các nhà máy. Khi amoni có sẵn không được sử dụng bởi các nhà máy nó tiếp tục được chuyển đổi do vi khuẩn, tạo thành nitrat (NO3) thông qua quá trình nitrat hóa.
Phân compost
Phân hữu cơ (hay còn gọi là compost) là các chất hữu cơ đã được phân hủy và tái chế thành một loại phân bón để cải tạo đất. Phân hữu cơ là một thành phần quan trọng trong nền nông nghiệp hữu cơ.
Thuật ngữ "ủ" được sử dụng trên toàn thế giới với nhiều ý nghĩa khác nhau. Một số sách có định nghĩa về ủ phân hữu cơ hạn chế như là một hình thức phân hủy hiếu khí, chủ yếu do vi khuẩn. Một thuật ngữ thay thế cho phân hữu cơ là "tiêu hóa hiếu khí", do đó cũng được gọi là "ủ ướt".
Thức ăn thừa được ủ.
Để ủ hiệu quả, yêu cầu 4 thành phần quan trọng không thể thiếu như:
Carbon - năng lượng; quá trình oxy hóa sinh học các carbon cung cấp nhiệt, ở một mức phù hợp.[1]
vật liệu carbon chủ yếu có màu nâu và khô.
Nitơ - để phát triển và sản sinh nhiều khí hơn để oxy hóa cacbon.
vật liệu nitơ chủ yếu có màu xanh (hoặc màu sắc khác, chẳng hạn như trái cây và rau quả) và ẩm ướt.
Oxy -Oxy hóa cacbon, giúp cho quá trình phân hủy.
Nước – Giúp duy trì quá trình mà không gây ra điều kiện kỵ khí[2]
Có một vài nguyên liệu sẽ tạo ra các vi khuẩn có lợi để làm việc với một tốc độ giúp làm nóng quá trình ủ lên. Trong quá trình đó nhiều nước sẽ bốc hơi lên và oxy sẽ nhanh chóng cạn kiệt, điều này cần thiết phải xử lý, cần quản lý tốt các quá trình. Đống ủ càng nóng, không khí và nước càng phải được thường xuyên thêm vào nhiều hơn sự cần thiết; sự cân bằng không khí / nước là rất quan trọng để duy trì nhiệt độ cao (135 ° -160 °F / 50 ° - 70 °C) cho đến khi vật liệu bị phá vỡ. Đồng thời, quá nhiều không khí hoặc nước cũng làm chậm quá trình này, cũng như quá nhiều carbon (hoặc quá ít nitơ). Cần duy trì lượng phù hợp nhất định.
Ủ hiệu quả nhất ở một lượng tỷ lệ tối ưu carbon:nitơ khoảng 10:1-20:1[3]. Ủ nhanh được ưa chuộng bởi có một tỷ lệ C/N khoảng ~ 30% hoặc ít hơn. Phân tích lý thuyết được thực hiện bằng cách thực nghiệm trên 30 mẫu hiếm nitơ, dưới 15 mẫu có khả năng thải khí thải của nitơ như amoniac[4].
Nếu nitơ cần phải được thêm vào, đề xuất ý kiến là để thêm khoảng 0,15 pound (1 pound ~ 0,4536 Kg) nitơ cho mỗi 3,75 feet khối của tài liệu hiếm nitơ. [Đối với những người không quen thuộc với các loại của các đơn vị: 0.64 g/l hoặc 640 gram nitơ cho mỗi mét khối.] 2 đến 3 pound bổ sung nitơ (bột máu, phân bón, bột xương, bột cỏ linh lăng) cho mỗi 100 pound tài liệu hiếm nitơ (ví dụ, rơm rạ hay mùn cưa), nguồn cung cấp nitơ dồi dào và các khoáng chất trong hỗn hợp nhiều carbon.
Hầu hết các thực vật và động vật đều có lượng cacbon và nitơ, nhưng hàm lượng rất khác nhau, với các đặc điểm đã nêu (khô hoặc ướt, nâu hay xanh lá cây)[6]. Một nhánh cỏ mới bị cắt có một tỷ lệ trung bình khoảng 15: 1 và vào mùa thu là khô thì khoảng 50: 1 còn tùy thuộc vào từng loài. Trộn các phần bằng nhau với tỷ lệ C:N lý tưởng. Một vài trường hợp cá biệt sẽ có một tỷ lệ hỗn hợp lý tưởng ở những điều kiện nhất định. Quan sát các trường hợp, và xem xét các loại vật liệu khác nhau[7] được tạo thành một hỗn hợp theo thời gian, để có thể nhanh chóng đạt được một kỹ thuật mới có khả thi cho các tình huống cá biệt.
Ở nhiều trang trại, các phân động vật dùng để làm phân hữu cơ thường được lấy ở các trang trại hay ổ rơm của động vật. Rơm và mùn cưa là vật liệu phổ biến để làm ổ rơm. Một số vật liệu khác cũng được sử dụng bao gồm các tờ báo chí và bìa các tông đã được cắt nhỏ. Lượng phân thải ra tại một trang trại chăn nuôi thường bị ảnh hưởng bởi chu kì dọn vệ sinh, diện tích đất, và điều kiện thời tiết. Mỗi loại phân có tính chất hóa học riêng và các đặc điểm sinh học cũng khác nhau. Phân gia súc và phân ngựa khi trộn với ổ rơm thì rất tốt cho việc ủ phân. Phân heo thì rất ẩm ướt và thường không trộn lẫn với ổ rơm, phải được trộn với rơm hoặc nguyên vật liệu tương tự. Phân gia cầm cũng phải được pha trộn với các vật liệu chứa carbon (những vật liệu có hàm lượng nitơ thấp), chẳng hạn như mùn cưa hoặc rơm.
Với sự pha trộn thích hợp từ các thành phần nước, oxy, carbon và nitơ, vi sinh vật sẽ phá vỡ các chất hữu cơ để sản xuất phân hữu cơ. Quá trình ủ phân hữu cơ phụ thuộc vào vi sinh vật để phân hủy chất hữu cơ thành phân. Có rất nhiều loại vi sinh vật được tìm thấy trong phân giúp ích cho quá trình như:[9]
· Vi khuẩn –Trong số các vi sinh vật được tìm thấy trong phân số lượng lớn nhất được tìm thấy là vi khuẩn. Tùy thuộc vào giai đoạn của phân compost, vi khuẩn ưa nhiệt độ cao hay vi khuẩn ưa nhiệt độ trung bình chiếm ưa thế.
Xạ khuẩn- cần thiết để phá vỡ các vật liệu giấy như báo, vỏ cây, vv
Nấm - Nấm mốc và nấm men trợ giúp phá vỡ vật liệu khi mà vi khuẩn không phá hủy được, đặc biệt là lignin trong nguyên liệu gỗ.
Protozoa - Trợ giúp vi khuẩn, nấm và các hạt hữu cơ vi sinh tiêu thụ vật liệu
Luân trùng - Luân trùng giúp kiểm soát quần thể vi khuẩn và sinh vật nhỏ đơn bào.
Ngoài ra, giun đất không chỉ ăn vật liệu ủ phân mà còn liên tục làm tơi xốp và thấm nước tốt hơn khi chúng di chuyển qua lại.
Việc một quần thể vi sinh vật kém phát triển là lý do chính làm cho quá trình ủ phân chậm chạp. Trong các bãi chôn lấp, các yếu tố như môi trường thiếu khí oxy, chất dinh dưỡng hay nước là nguyên nhân của quần thể sinh vật kém phát triển.[10]
Các giai đoạn của phân compost
Bước đầu, giai đoạn mesophilic, trong đó phân hủy được thực hiện ở nhiệt độ vừa phải bởi các vi sinh vật ưa nhiệt độ trung bình.
Ở giai đoạn hai, khi tăng nhiệt độ lên, bắt đầu giai đoàn ưa nhiệt độ cao. Trong đó, phân hủy được thực hiện bởi các vi khuẩn ưa nhiệt độ cao.
Giai đoạn cuối, khi sự cung cấp của các hợp chất cao năng lượng ngày càng giảm, nhiệt độ bắt đầu giảm, và vi khuẩn ưa nhiệt độ trung bình một lần nữa chiếm ưu thế vào giai đoạn trưởng thành.
Chất thải của con người (hay còn gọi là phân) cũng có thể được thêm vào như một tài liệu cho quá trình ủ phân, giống như nó được thực hiện trong nhà vệ sinh có hầm tự hoại. Chất thải của con người là một loại vật liệu hữu cơ giàu nitơ.
Con người tiết ra nhiều nước để hòa tan các chất dinh dưỡng (nitơ, phốt pho, kali) trong nước tiểu nhiều hơn trong phân[11]. Nước tiểu người có thể được sử dụng trực tiếp làm phân bón hoặc nó có thể dung để ủ phân. Cho thêm nước tiểu của một người khỏe mạnh vào phân thường thì sẽ giúp tăng nhiệt độ. Do đó, làm tăng khả năng tiêu diệt mầm bệnh và các hạt mầm không mong muốn trong phân. Nước tiểu từ một người không có bệnh thi vệ sinh hơn nhiều so với phân tươi. Không giống như phân, nước tiểu không thu hút ruồi (như ruồi nhà hoặc ruồi đen), và nó không chứa tác nhân gây mầm bệnh, chẳng hạn như sâu ký sinh trứng. Nước tiểu để lâu thường không bốc mùi, đặc biệt khi nó pha loãng.
Nước tiểu có thành phần chủ yếu gồm nước và urê.
"Humanure" là một từ ghép của “con người và phân” , chỉ định phân người (phân và nước tiểu) mà được tái chế thông qua quá trình ủ nông nghiệp hoặc các mục đích khác. Thuật ngữ này được sử dụng lần đầu trong một cuốn sách năm 1994 bởi Joseph Jenkins[13]. Các humanure được sử dụng bởi những người có hứng thú với phân hữu cơ tại Mỹ nhưng không thông dụng ở những nơi khác. Bởi vì thuật ngữ "humanure" không có định nghĩa chính xác vì vậy nó tùy thuộc vào mục đích sử dụng khác nhau; nhiều người đôi khi không phân biệt chính xác giữa humanure và bùn thải hoặc "chất rắn sinh học", các định nghĩa này có ý nghĩa khác nhau.
Phân hữu cơ thường được khuyến khích như là một chất dinh dưỡng cho đất, như một người cải tạo đất trồng trọt, cung cấp mùn và chất dinh dưỡng. Nó cung cấp một môi trường phát triển hoàn hảo, hoặc đóng vai trò như là một vật liệu thấm xốp để giữ ẩm và hòa tan các khoáng chất, cung cấp sự hỗ trợ và các chất dinh dưỡng mà cây có thể phát triển, mặc dù nó ít khi được sử dụng riêng lẽ, nó được chủ yếu trộn với đất, cát, sạn, vỏ cây, chất khoáng, hoặc các hạt đất sét để sản xuất mùn. Phân hữu cơ có thể được canh tác trực tiếp vào đất hoặc bón vừa đủ để tăng mức độ chất hữu cơ và độ dinh dưỡng chung của đất. Phân hữu cơ được sẵn sàng để được sử dụng như là một chất dinh dưỡng có màu nâu tối hoặc màu đen với một mùi giống đất.
Phân trộn có thể tiêu diệt các mầm bệnh hoặc hạt mầm không mong muốn. "Thuốc trừ vi khuẩn" trong phân có thể diệt trừ bao gồm ưa nhiệt và mesophiles, một số ấu trùng ruồi và sâu đỏ, cũng làm giảm rất nhiều mầm bệnh. Ủ nhiệt độ cao được biết đến để tiêu diệt nhiều hạt giống và gần như tất cả các loại mầm bệnh (trường hợp ngoại lệ có thể bao gồm các prion). Các chất khử trùng ủ (ưa nhiệt) mong muốn là nơi có một khả năng cao của các mầm bệnh, chẳng hạn như với phân.
Thùng ủ phân được làm từ chất dẻo.
Tổng quan[sửa | sửa mã nguồn]
Ngoài các phương pháp ủ truyền thống, các cách tiếp cận khác nhau dẫn đến nhiều phương pháp khác nhau được phát triển để xử lý các quá trình khác như: ủ, thành phần, địa điểm, và các ứng dụng cho các sản phẩm phân compost.
Có một lượng lớn các phương pháp ủ khác nhau trên thế giới, ví dụ:
· Ở cấp độ hộ gia đình: ủ phân tại hầm tự hoại, ủ trong thùng chứa, ủ bằng kỹ thuật vermicomposting
· Ủ quy mô công nghiệp (quy mô lớn): ủ tĩnh bằng ga, kỹ thuật vermicomposting, ủ windrow vv
Ví dụ
Vermicomposting
Chất thải thực phẩm - sau 3 năm.
Vermicompost là một quá trình đơn giản của công nghệ sinh học ủ phân, trong đó một số loài giun đất được sử dụng để tăng cường quá trình chuyển đổi chất thải và sản xuất ra với sản phẩm tốt hơn. Vermicomposting là một quá trình sử dụng vi sinh vật và giun đất đang hoạt động ở nhiệt độ 10 – 32 °C (nhiệt độ trong đống hữu cơ ẩm).
Quá trình này nhanh hơn việc ủ phân vì vật liệu đi qua ruột giun, Một sự chuyển hóa đáng kể đã diễn ra dù chưa đầy đủ. Và tạo ra kết quả là phân của giun có hoạt động rất phong phú của nhiều vi sinh vật giúp cho sự tăng trưởng của thực vật và có tác dụng cải tạo, kiềm hãm các vi khuẩn có hại. Chỉ trong thời gian ngắn, giun đất thông qua một quá trình “ma thuật” sinh học, đã có thể chuyển đổi rác thải thành “vàng”.(Vermi Co năm 2001, Tara Crescent 2003)
Các chất thải hữu cơ trong thiên nhiên để có thể tự phân hủy ra thành chất mùn như vermicompost phải mất một thời gian rất dài, có thể lên đến vài trăm năm hoặc vài nghìn năm tùy theo chất hữu cơ nào, tuy nhiên theo nghiên cứu này thì vật liệu chỉ việc qua ruột giun ra bên ngoài đã có thể chuyển hóa thành vermicompost, một loại hữu cơ giàu dinh dưỡng và dễ hấp thụ bởi thực vật.
.jpg)
Một luống Hügelkultur.
Các làm tạo luống hoặc gò với vật liệu mục nát hay gỗ cũng được gọi là "Hügelkultur" trong tiếng Đức[19][20]. Nó có tác dụng che phủ khỏi bụi bẩn.
Lợi ích của hügelkultur là giữ nước và làm tăng nhiệt độ[19][21]. Giúp dễ phân hủy hơn, có thể giữ nước và lưu trữ lại để cây trồng sử dụng khi phát triển.
Việc các chất mùn bị phân hủy sẽ tỏa nhiệt, cũng giống như tất cả các phân hữu cơ khác, trong nhiều năm. Các hiệu ứng này đã được Sepp Holzer ứng dụng để giúp cây ăn quả tồn tại ở những nơi có nhiệt độ khắc nghiệt.
Ủ bằng ấu trùng ruồi đen
Ấu trùng ruồi đen đã được chứng minh để có thể giúp nhanh chóng phân hủy một lượng lớn chất thải hữu cơ khi nhiệt độ ở 31,8 °C, nhiệt độ tối ưu cho việc sinh sản[23]. Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm với một số lượng lớn các chất thải khác nhau[24] để đưa ra kết quả chính xác.[25]
Ủ bằng côn trùng
Đây là một phương pháp ủ phân bằng côn trùng trung gian. Trong trường hợp này người ta sử dụng số lượng các loài gián bất kỳ (như gián Turkestan hoặc Blaptica dubia) được sử dụng để nhanh chóng phân hủy phân hoặc chất thải dinh dưỡng. Tùy thuộc vào loài được sử dụng và điều kiện môi trường, côn trùng dư thừa có thể được sử dụng để làm thức ăn cho gia súc hoặc vật nuôi.
Bên trong một thùng Bokashi khi vừa mới bắt đầu ủ. Một số khí ga cơ bản có thể nhìn thấy thông qua các thức ăn thừa và cám.
Bokashi là một phương pháp sử dụng kết hợp của các vi sinh vật để phân hủy chất thải thực phẩm và giảm mùi. Bokashi trong thuật ngữ của Nhật Bản là cho "che đi" hoặc "phân cấp". Nó bắt nguồn từ thực tế của nông dân thế kỷ trước Nhật Bản các chất thải thực phẩm sẽ làm đất đai màu mỡ, nơi có chứa các vi sinh vật sẽ lên men các chất thải tạo phân hữu cơ. Sau một vài tuần, họ sẽ chôn các chất thải xuống tạo mùn.[27]
Hầu hết các các vi sinh vật có từ các sản phẩm có các vi sinh vật như EM1, nó được bán đầu tiên vào năm 1980. EM1 được trộn với các chất carbon (ví dụ mùn cưa hoặc cám) và thực phẩm (ví dụ như mật đường). Hỗn hợp được xếp lớp trong một hộp kín và sau một vài tuần thì được đem chôn lấp.[28]
Ủ bằng trà
Trà trong phân hữu cơ được hiểu là chất chiết xuất từ nước ủ từ vật liệu ủ và có thể có được từ quá trình hiếu khí hoặc kỵ khí[29]. Trà thường được sản xuất từ cách thêm một khối lượng phân để tích nước. Phương pháp này cũng đã được chứng minh là có tác dụng về việc làm giảm các mầm bệnh thực vật.
Hầm tự hoại ủ không cần nước hoặc điện, và khi được quản lý đúng cách thì sẽ không gây mùi. Hầm tự hoại ủ phân người mà sau đó có thể thêm vào mùn cưa hoặc rơm hoặc vật liệu giàu carbon khác, nó sẽ làm các mầm bệnh bị tiêu diệt ở một mức độ nào đó. Lượng tiêu diệt mầm bệnh phụ thuộc vào nhiệt độ (điều kiện vi sinh vật ưu nhiệt trung bình hoặc ưa nhiệt cao) và thời gian ủ. Hầm tự hoại có thể xử lý chất thải tại chỗ mặc dù thường được kết hợp thêm với một bước ủ bên ngoài. Kết quả của các sản phẩm phân hữu cơ này có những cái tên khác nhau, chẳng hạn như humanure và EcoHumus.[31]
Hầm tự hoại có thể hỗ trợ trong việc bảo vệ nước. Nó tiếp tục ngăn ngừa sự ô nhiễm nguồn nước ngầm bằng cách kiểm soát các chất phân huỷ trước khi vào hệ thống. Khi được quản lý đúng cách, sẽ không có sự ô nhiễm mặt đất từ nước thải.
Know when your compost is ready. As long as you maintain the pile weekly, it should be clear when it’s ready. It's ready when it is:
dark brown or black
soft
crumbly
mostly smooth (you can throw that stubborn corncob back in the pile)
earthy-smelling
Plant seeds. Make a potting mixture of 1 part compost to 3 parts soil and put in pots, about an inch / 2.5 centimeter (1.0 in) short of the brim. Plant your seeds in these pots just as you would any other soil.
Plant seedlings. Plants that already have roots can handle more compost, so your potting mixture for seedlings or transplanting plants can be 1 part compost to 2 parts soil.
Nourish established houseplants. If your potted plants (or flowers, herbs, vegetables) are already growing, use the compost with nothing added and sprinkle on the surface of the dirt. (If you don’t have room, you can shovel out a layer of the dirt that’s already in the pot and replace it with the compost).
Spread it on your garden. Use finished compost in a layer on top of your soil to nourish the plants underneath. Water will carry nutrients down, into the soil. This is called top-dressing. You can top-dress a garden, a tree, even a lawn (just sprinkle it in).
Compost also makes an excellent layer in any no-dig garden. In this kind of a use, especially in a raised bed, you can make the layer as thick as you like.
Dig it into garden beds. As you dig garden beds, add as much compost as you like and mix it with the soil as you put it back. It's a great amendment for both sandy and clay soils.
Plant directly in it. If you have ever had a tomato or pumpkin seed volunteer in a compost pile, you will know that some plants don't mind growing directly in compost. It can be a little strong for others, and carbon (brown stuff) that is still decomposing can rob plants of nitrogen, but if you have a few extra vegetable seeds, see if any of them would be happy directly in your finished compost pile. You can spread the compost out a bit first or move it to another spot, if you prefer.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét