مفاهیم بیوفیزیک جریان کربن در دیم‌کاریها
مقدمه:
فرآیندهای جریان کربن در خاکها قسمتی از چرخه کربن جهان را تشکیل میدهد.
جابجایی کربن میان خاک و محیط روی زمین، دو جهتی و به طور متوالی ذخیره کربن در خاک به تعادل میان فرآیندهای مخالف هم (تجمع و کاهش) بستگی دارد.
این ذخیره کربن خاک در واقع فعال است و نه تنها کربن به طور دائمی به خاک وارد و خارج می‌شود کربن خاک میان گروههای مختلف و دسته‌های مختلف گسترده مغناطیسی شده تقسیم می‌شود.
همچنین کربن خاک درماده آلی زنده خاک به عنوان یک ذخیره ساکن و بخشی از آن در پدیده دیگری بعنوان چرخه تجزیه و پخش گازها نقش بازی می‌کند.
کمیت کربن ذخیره شده در خاکها به طور عمده مشخص است.
خاکها شامل سه برابر کربن نسبت به قبل از رویش و دو برابر مقداری که در اتمسفر است، می‌باشند.
در اینجا حقیقتی که فاکتورهای محیطی میتواند به طور مشخص به درجه‌بندی که اندازه گروههای کربن خاک را کنترل می‌کنند، اثر کنند.
کمیت کربن درون خاک تا حدی به وسیله یک رابطه توازن ساده شرح داده‌شده است:
کربن خالص تجمعی = کربن خروجی – کربن ورودی
بسیاری از فاکتورهای تعیین ورود و خروج کربن از خاک به طور عمده و غیر عمده بوسیله عملیات مدیریتی زمین تاثیر پذیرفته‌اند.
بنابراین بسیاری از فرآیندهای آگرواکولوژی برای تاثیر کربن ورودی و خروجی وجود دارد.
به منظور ایجاد جریان کربن فعالیت انسانی به ماکسیمم کربن ورودی و مینیمم کربن خروجی نیاز دارد.
در صورتی که جریان کربن در خاکها برای جبران پخش گاز CO2 مورد استفاده قرار می گیرد.
محیط‌های دیم کاری بوسیله یک سری از ویژگیهای خاص دیم‌کاری مختص شده اند و اینها نکاتی روی جنبه های جزئی جریان کربن خواهند بود.
برای مثال عدم وجود آب یک جنبه کلیسدی است و این جنبه در بسیاری از مناطق خشک بوسیله وجود حرارتهای بالا در بعضی از زمانها همراه شده است.
نقصان آب در دیم‌کاریها به طور شدیدی تولیدات گیاهی که منبع نهایی کرین خاک را تشکیل می‌دهند در فشار می‌گذارد.
بعلاوه اندازه گروههای ماده آلی خاک در اکوسیستمهای طبیعی به طور تصاعدی همراه با حرارت کاهش می‌یابد و به طور متوالی باید خاکهای دیم‌کاری کمتر از یک درصد و غالباً کمتر از 5 درصد کربن را شامل شوند.
بنابراین اگر چه عملیات کشاورزی کربن خاک را کاهش داده است بطور کلی مراحل محوطه سازی دیم‌کاری بطور عملی برای کاهش و رها سازی آن مستعد است.
بنابراین کمیت کربن در خاکهای دیم‌کاری از یک پایه اولیه کاهش یافته است.
اگر چه جنبه‌های مثبتی در ارتباط با ذخایر کربنی در خاکهای دیم‌کاری وجود دارد در خاکهای خشک به طور عمده کاهش کربن احتمال کمتری دارد و بطور متوالی جریان کربن درخاکهای دیم‌کاری نسبت به خاکهای جنگلی بسیار طولانی‌تر است.
خود ماده آلی در فرآیندهای عمل روی آب برای هر تفاوتی در خشکی در منطقه گرم مقایسه شده با مناطق حرارتی جایی که مراحل کربن به طور عمومی بیشتر و جایی که تحقیقات بیشتر باید صورت گیرد، مورد قبول نمی‌باشد.
علی الخصوص محتوای پایین کربن در خاکهای دیم‌کاری عمدتاً در دیم‌کاریها تقریباً 40 درصد نواحی زمینهای جهان را تشکیل میدهد.
(Fao 2000) با واقعیتی که این خاکها آلوده شده‌اند معنی میدهد که دیم‌کاریها ممکن است بالاترین پتانسیل برای کربن به منظور تثبیت کنندگی کربن را داشته باشد.
فاکتورهای کنترلی جریان کربن
پتانسیل جریان کربن به ظرفیت حفظ گیاه که با هم حمایت و تجمع ماده آلی را تشکیل میدهد بستگی دارد.
کمیت وجود کربن خاک بوسیله فعالیت فرآیندهای پیچیده درونی کنترل شده است که بوسیله کربنهای ورودی و میزان تجزیه تعیین می‌شود.
فاکتورهای کنترلی کمیت ماده آلی در خاک شامل حرارت، رطوبت، اکسیژن، pH مواد غذایی، محتوای رس و مواد معدنی است.
تجمع کربن بوسیله شرایطی که برای تجزیه مساعد نباشد مطلوب شده است، یعنی حرارت پایین مواد مادری، اسیدی بودن خاک و شرایط بی‌هوازی، هیمیز در سال 1998 تخمین زد که این شرایط در 832 کیلوگرم نیتروژن، 200 کیلوگرم پتاس و 143 کیلوگرم گوگرد بواسطه 10 تن کربن در هوموس اتفاق می‌افتد و یک جنبه مهم از تثبیت کربن هنوز در بسیاری از خاکهای دیم‌کاریها امروزه پایین بودن مواد غذایی است.
راس موسن و کارتن در سال 1994 پیشنهاد کردند که مراحل جریان کربن در خاکهای دیم‌کاری میان 10 تا 20 درصد از میزانی که کربن اضافه شده است را به دست می دهد.
منبع اصلی کربن خاک co2 جو است که درست بوسیله گیاهان در فرآیندهای فتوسنتز ساخته می‌شود.
بنابراین تولید اولیه حد بالای را روی مقدار کربنی که میتواند در خاک ذخیره شود، می گذارد و از طریق بیوماسی که در تولید خالص اولیه به دست می دهد در دسترس خواهد بود.
موثرترین روش تجمع کربن در خاکها باید بوسیله تجزیه مستقیم مواد گیاهی باشد.
اگر کربن که بوسیله بعضی زنجیره‌های هتروتروف مستقیماً به اتمسفر بعنوان یک co2 زنجیرخه‌ای برگردانده شود فعالیت انگلی و گوارشی و تاثیرات جذبی آنها می‌باشد.
این مراحل در شکل یک نشان داده شده است.
در جایی که مدل کربن خاک مورد استفاده برای تاثیر کود سبز گیاهی و گاوی اضافه شده برای خاک ورتی‌سول در ناحیه نیمه‌خشک آندراپارادش نشان داده شده است.
این سیستم یک موقعیت پایا است.
زمانی که (در سال 1989 ) پنج تن در هکتار درساختار مواد زائد گیاهی یا کود که برای پنج سال پیاپی اضافته شده است.
محتوی کربن آلی خاک عمدتاً در طول دوره کاربرد و پس از آن که به طور متوالی به دست آورده شده و پس از آن روی سالهای متوالی پایین آمده است.
تجمع پنجاه درصدی محتوای کربن مواد گیاهی ده تنی از مواد زائد گیاهی که واقعاً برای تهیه هر پنج تن کاربرد کربن گیاهی مورد نیاز می‌باشد.
برای کاربرد کود اگر تاثیر مواد گوارشی و مواد حیوانی شصت درصد باشد، ده تن از مواد زائد گیاهی از کود را تولید خواهد کرد.
اگر کود گاوی شامل 25 درصد کربن شود فقط در واقع یک تن کربن دردسترس ترکیب خاک خواهد بود.
شکل یک به روشنی کمترین کربن دردسترس برای جریان داخل خاک زمانی که آن را بوسیله زنجیره موجودات هتروتروفی گزارده می‌شود، نشان میدهد.
در شکل یک تغییر در کربن آلی خاک برای یک ورتی‌سول در نواحی نیمه‌خشک آندراپارادش هندوستان همراه با مدل کربن خاک نشان داده شده است.
پنج تن مواد زتئد کربن گیاهی و پنج تن کود حیوانی در پنج سال متوالی در سال 1989 بکار برده شده اند.
آزمایشات در بلند مدت نشان داده‌اند که یک رابطه خطی میان کمیت کربن اضافه شده به خاک بعنوان ماده آلی و مقدار کربن تجمع یافته در خاک وجود دارد و عوامل جریان دیگر ثابت باقی می‌‌مانند.
اگر چه حالت دینامیک ماده آلی خاک پیچیده است و فاکتورهای کنترلی منحصراُ در هر موقعیتی بر یکدیگر اثر می‌گذارند، پیش‌بینی هایی که چطور در آینده مدیریت گروههای کربنی باید تغییراتی را تا 20 سال یابند، داده شده است.
این به طور جزئی تا اندازه‌ای تاثیر عملیات مدیریت خاک روی کربن خاک قابل اندازه‌گیری حفظ شده است.
سرانجام اگر شرایط سیستمی که یک حالت پایای جدید را بطور مشترک در پنجاه تا صد سال تحقق میدهد.
نکته مهم بررسی از بیین رفتن جریان کربن خاک، طبیعت دینامیکی فرآیندها است.
حتی اگر خاکها فعال باشند تا اندازه یک sink یا مخزن آنها توامانان مقداری کاهش کربن خواهد داشت و بسیاری از فاکتورها میتواند در هر زمانی برای تغییر تعادل عمل کند.
همه کربن در خاکها توانایی برای تجزیه کامل را دارند.
از طرف دیگر فرسایش مسیر عمده برای کاهش کربن از خاکها بوسیله پخش co2 که عموماً بعنوان تنفس خاک با حرارت شناخته می‌شود.
این کاهش در محیط های گرمتر زیاد شده، زیرا شروع جریان co2 از فعالیت میکروبی افزوده می‌شود.
اگر چه نسبت، غیر خطی است و بهترین توصیف داده شده بوسیله مدل آرهنیوس است، این یک عامل اولیه است.
عاملی بر ضد جریان کربن در اقلیمهای گرم حرارتی است.
بهرحال اگر چه تجزیه هم نیازمند رطوبت است و دردیم‌کاری‌ها در دسترس نبودن آب عامل محدود کننده است.
عمل متقابل بین حرارت و رطوبت در کنترل تجزیه پیچیده است و به ویژگی های منطقه وابسته است.
برای مثال میلیک و دژاز فهمیدند که پخش co2 از خاک در یک علفزار بلند اساساً به حرارت و ثانیاً به آب بستگی دارد، برعکس در طول فصل رشد یک موقعیت پیچیده‌تر در تگزاس مرکزی بوسیله فرنس لوبرز کشف شد.
آنها کشف کردند که وابستگی روی توالی گیاه زراعی و رژیم های شخم و فصل، بین 65-98 درصد از تفاوت درجریان co2 با یک ترکیب از حرارت و رطوبت و طول سال می‌توان حساب کرد.
پراکندگی‌های فعالیت میکروبی از بارندگی ضمنی، که در دیم کاریها عادی هستند پیروی می کند.
این چنین آب و هوای فصلی می تواند مقداری زمان در بعضی از عملیات مدیریتی زمین بوجود آورد، از قبیل بقایای گیاهی و کاربرد کود.
ویژگی در شرایط تاثیر آنها نه تنها بر حاصلخیزی خاک است، بلکه همچنین برای جریان حداکثر کربن می‌باشد.
کربن جذبی گیاهان برای خاک نهایتاً کربن در خاکها از co2 در اتمسفر بدست می‌آید که بوسیله گیاهان برای بکاربردن در فرآیندهای فتوسنتز جذب شده است.
بطور کلی، تولید قویاً با آب در دسترس ازتباط دارد.
در نتیجه دیم کاریها بوسیله این واقعیت که جریان کربن کمتر است در بسیاری از اکوسیستمها، توسعه نیافته‌اند.
زیرا محدودیت بوسیله کمبود آب را متحمل شده است.
از یک دیدگاه مساله جریان کربن صرفاً در گیاهانی که در دیم‌کاری ها رشد می‌کنند باید روی پایه‌هایی که بهترین ویژگیهای سازگار به این شرایط را دارند انتخاب شود.
رشد گیاهان و روییدنی‌ها روی خاکهای دیم‌کاری بطور بدی یا به طور نامطلوبی مناسب نیست.
برای کشاورزی پایدار که بعنوان یک راهکاری برای افزایش ذخیره کربن خاک پیشنهاد شده است.
در خشک‌ترین نواحی گونه های گزوفیت حقیقی مورد نیاز هستند که قادرند ماده خشک را از صفر یا حداقل نهاده‌ها از طرف انسان تولید کنند.
بهترین گونه های گیاهیی که سازگار شده اند برای مصرف آب محدود از هر دو نوع مکانیسم فتوسنتزی c4 یا CAM بکار می‌برند.
گیاهان CAM قادرند روزنه های خود را در شب هنگام، هنگامی که تبادل آب کمترین است، باز کنند.
آنها CO2 را درون یک اسید چهار کربنه که میتواند بعنوان یک گیرنده درونی CO2 برای مصرف فتوسنتز در طول شبانه روز تثبیت می‌شود.
گونه‌های C4 یک مکانیسم متمرکز کننده CO2 دارند.
نتیجه خالص تثبیت کاهش یافتن جریان گازها بدرون و خارج برگها است و در نتیجه تاثیر کاربرد آب (راندمان مصرف آب ) افزایش می‌یابد.
این همراه شده است بوسیله یک راندمان مصرف نیتروژن بالا که نیاز برای کاربرد کوتاه را کاهش میدهد.
اینگونه‌ها همچنین فاقد گیرنده‌های نوری، یک نتیجه از حرارت اپتیمم بالا برای فتوسنتز و یگ توانایی برای افزایش جذب CO2 از حداکثر تشعشع در نواحی گرمسیری است.
گیاهان بیابانی برای داشتن میزان آهسته از رشد بررسی شده بودند.
ولی تحقیقات همراه با آگاو نشان داد که بهره‌برداری گونه‌های دام که سازگار شده‌اند با شرایط خشک شدید میتواند با میزان خیلی زیاد تولید نشان داده شود.
در حالیکه بیوماس روزمین خاکها را با ماده آلی به تبعیت از افزایش قدمت تهیه می‌کند.
بیوماس زیرزمینی یک منبع مهم کربن است.
نه تنها از میان مرگ ریشه‌ای، بلکه همچنین از مترشحات ریشه است.
به هر حال، محدود کردن تراوش ریشه‌ای یک کار مشکل است.
گیاهان گزوفیت یا گیاهان خشکی‌زی نوعاً سیستم ریشه‌ای عمیق دارند که آنها را برای استفاده آب زیرزمینی قادر می‌سازد.
این سیستم ریشه‌ای عمیق برای گرفتن کربنی که در مناطق عمیق خاک قرار دارد، جایی که برای اکسید شدن آمادگی کمتری دارد، ایده آل است.
فیشر، به اهمیت ریشه‌های عمیق معرفی شده گرامینه‌ها برای افزایش ذخیره کربن در ساوانا آمریکای جنوبی، تاکید کرده بود.
درحالیکه جین فورد سی درصد از مجموع تولید اولیه ذخیره طولانی مدت کربن ورودی را در خاکهای استرالیا از ریشه‌ها برآورد کرد.
گیاهان حتی درخشک‌ترین مناطق یک پتانسیل خوبی برای گرفتن کربنی که در خاک دردحال جریان است را دارند.
نه تنها یک واریته از گونه های گیاهی در دسترس برای رشد در محیط‌های دیم کاری، یک تعدادی از اینها می‌توانند برای تولیدات مفید برداشت شوند.
درو، البته مقدار بقایای گیاهی در دسترس برای ترکیب داخل خاک، کاهش خواهد داد ولی پتانسیل جریان کربن وجود دارد.
گیاهان هالوفید یکی از ویژگیهای مهم بسیاری از خاکهای دیم‌کاری، شوریست.
از میان رخدادهای طبیعی یا بطور افزایشی در نتیجه آبیاری است.
خاکهای نمکی قسمت بزرگ از دیم کاری ها را مورد تاثیر قرار می دهند.
چنین زمینه هایی اغلب فراوان هستند.
ولی گیاهان هالوفید به طور مخصوصی با این شرایط سازگار شده اند و پتانسیل پیشنهادی برای جریان کربن در این محیط مطلوب برآورد شده است که 130 میلیون هکتار برای کشت گیاهان هالوفید مناسب است و اینها می تواند برای کشت مواد غذایی و دانه های روغنی مورد استفاده قرار گیرند.
کلن، تخمین زد که 6/0 الی 2/1 GT/Y کربن می تواند سالانه تجمع یابد، بوسیله گیاهان هالوفیدو کاربرد پیشرفته از آزمایشات تجزیه‌ای که پیشنهاد می شود.
شاید از روی خوش بینی به طور اپتیمم، 50 تا 30 درصد از این کربن میتواند به ذخیره طولانی مدت کربن درخاک وارد شود.
اگر چه آبیاری نیازمتد شده برای رسیده به این اشکال، هنوز تامین یک کربن کامل یک میزان اتفاقی 5/22 درصدی تا 30 درصدی کربن را پیشنهاد می‌کند.
زمینهای گرامینه‌ای زمینهای پوشیده از گرامینه یک توده طبیعی در بسیاری از دیم کاریهاست.
زیرا تا حدی بارندگی ناکافی است برای حمایت درختان، و تا حدی جلوگیری کننده از مدیریت دام است.
اگرچه تولیدات زمینه های گرامینه ای و جریان کرین به طور مباحثه ای بوده است.
تولیدات زمینهای گرامینه ای گرمسیری امروزه که قبلا به عنوان بسیار بالا شناخته شده است و در نتیجه آنها به جریان اندازه کربن بسیار زیادی هست.
تخمین ها برای کربن ذخیره شده در زمین های گرامینه ای 70 تن در هکتار است که با اندازه های خاک های کشاورزی نامتشابه نیست.
بدبختانه بسیاری از نواحی زمینهای گرامینه‌ای در دیم کاری بطور ضعیفی مدریت شده اند و رو به تباهی گزارده اند، ولی تا حدی یک پتانسیل مطلوب جریان کربن را دارند.
میانگین سالانه ورود مواد آلی به زمینهای گرامینه ای سالانه تقریبا دو برابر 1 تا 2 تن در هکتار که این با خاکهای زراعی همراه شده است.
این واقعیت بوسیله نتایج مطالعات محلهای مختلف تایید شده است.
اطلاعات نشان می دهند زمینهای گرامینه ای حتی اگر موضوع چرای کنترل شده باشد عموماً مراحل کربن بالای خاک که زمینهای زراعی است.
از این رو چان و بومن فهمیدند که 50 سال از خاکهای زراعی در نواحی نیمه خشک نیوسایت ولز به طور میانگین کربن خاک با 32 درصد نسبت به چراگاه کاهش یافته است.
کاهش به طور خطی با تعداد سالهای زراعی کم شده است.
به طور مشابهی خاکهای چراگاه گرامینه های بلند موضوعی شده برای چرای کنترل شده که بیشتر از کربن خاکی که نزدیک خاک زراعی موضوعی برای نگهداری شخم است.
فاکتور کلیدی برای افزایش ذخیره کربن در محلهای زمین های گرامینه ای کربن زیاد هدایت شده از ریشه های گیاهان است.
این تولید ریشه ای پتانسیلی برای افزایش مواد آلی خاک در چراگاهها و زمینهای آیش رشد کرده مقایسه شد با سیستم زراعی تهیه می‌کند.
بقایای ریشه ای قابلیت تجزیه کمتری را نسبت به مواد شاخه ای نگهداری می کنند.
زیرا محتوای لیگنین آنها زیاد است.
در نتیجه کلیدی برای نگهداری و افزایش جریان کربن در سیستمهای زمینه های گرامینه ای افزایش تولید گرامینه های و داده های ریشه ای است.
همچنین گرامینه ها جریان کربن بیشتری را نسبت به گیاهان لگومینه پوششی نشان داده اند.
همچنین گرامینه ها پتانسیل جریان کربن را روی زمینهایی که قبلا از بین رفته اند را دارند.
گارتن یک مدلی را برای رسیدن به یک افزایش 12 درصدی که در کربن خاک برآورد شده و می تواند تحت (PANICUM VIRGATUM) SWITUH JRASS به دست آورده شود ارائه کرده است.
چرا یک ویژگی مهم برای بسیاری از زمینهای گرامینه ای، بطور طبیعی یا مدیریت شده است.
این امر ممکن ایت با کاهش مواد قابل دسترس باقیمانده که میتواند مورد استفاده قرار گیرد برای جریان کربن، مخصوصاً به عنوان کمیت کربن بازگردانده شده در کود که به مقدار مصرف شده کمتر است فراهم شود.
(شکل 1) اگر چه یک مدیریت چرای دقیق اثر مثبتی در روی ذخیره کربن خاک می‌گذارد این اثر مثبت برای مواردی همچون چراگاههای ترکیبی (یونجه و گرامینه‌های بادوام و چند ساله ها ) در علف زارهای نیمه خشک همواره وجود دارد.
حتی تحت شرایط شدیدتر در سوریه چرا هیچ اثر مضری روی کربن خاک ندارد.
Schuman حساب کرده که مدیریت چرای مناسب، ranjelands ذخیره کربن خاک را از 1/0 تا 3/0 تن در درهکتار و زمینهای گرامینه ای نیوسایت ولز را می تواند به 6/0 تن در هکتار برساند.
اثر مثبت چرا برای تاثیری که آن روی گونه های ترکیبی و تجمع کاه و کلش دارد به دست آورده است.
ویلمز دریافت که زمیانی که چکم زار توسط چرا حمایت شود اثرات کمتری روی تولید گذاشته ولی یک افزایشی در کمیت کاه و کلش بوقوع می‌پیوندد.
ریدر همچنین دریافت که تجمع کاه و کلش در یک سیستم چرا شده نیمه خشک و مراحل جریان خاک در زمینهای چرا شده بالاست.
کاه و کلش بعنوان یک ذخیره از کربن متحرک شده فعال می شود.
همچنین واحد زمینهای گرامینه ای چرا شده تجربه کرده است افزایش در گونه فاقد سیستم ریشه ای افشانی که به خاک ساختار داده و تجمع ماده آلی را هدایت می کند، بوجود آمده است.
بنابراین زمینهای گرامینه ای می توانند نقش زیستی مهمی را درجریان کربن بازی کنند، ولی مدیریت دقیق چرا ضروری است.
آمار گذشته نشان می دهد که چطور زمینهای گرامینه ای نیمه خشک با حساسیت بالای چرا در معرض از بین رفتن خاک و کاهش کربن هستند.
سوزاندن آتش ها بخشی از چرخه طبیعی در بسیاری از بیومها در اکوسیستمهای زمینهای گرامینه ای هستند.
همچنی انسانها از آتش برای خالی کردن مساحتی از زمین کشاورزی و برای از بین بردن بقایای گیاهی استفاده می کنند.
فعالیت آتش به نظر می رسد که برای جریان کربن خاک مناسب نباشد، و آن کربن تثبیت شده بوسیله گیاهان را مستقیماً به اتمسفر برمیگرداند و بنابراین از ترگیب شدن آن در خاک جلوگیری می کنند.
اثرات آتش در نتیجه گیری کلی مشکل است، زیرا رشد و نمو گیاهی یعنی رسیدگی و ترکیب چوب آن، تجمع کاه و کلش و فاکتورها اقلیمی مانند مراحل رطوبتی، تحت تاثیر قرار می گیرد.
کربن به روشنی دربین همه مواد بالای زمین که به طور کامل سوزانده شده از سیستم خاک محو خواهد شد.
اگر چه در اکوسیستمهای زمینهای گرامینه ای کربن با آتش گرفتن محم می‌شود، کربن میتواند به سرعت بوسیله فتوسنتز فراوان و رشد گیاهان جایگزین شود.
حتی در اکوسیستمهای ساوانا که شامل گونه های چوبی است نشان داده شده است که محو شدن کربن بوسیله سوزاندن می تواند در طول فصل رویشی جایگزین شود.
شدت و سرعت آتش در ا ز بین رفتن خاک در عمقی که متاثر شده تحت تاثیر قرار می دهد.
در یک مطالعه در جایی که سوزاندن برای از بین بردن چهار فاکتور استفاده شد، 4 تن کربن در هکتار در 3cm بالی خاک از بین رفت، ولی این مقدار در یک سال بوسیله یک سیستم چراگاهی جایگزین شد.
یادداشت: به طور کلی همه مواد گیاهی که بوسیله آتش سوزانده می شود با یک مقدار متغیری از زغال جایگزین خواهد شد.
زغال به انحلال یا تجزیه بی نهایت مقاوم است و شبیه بسیاری از مواد آلی چرخهای نیست، و یک نتیجه به دست آمده در مدت 10 هزار سال می باشد.
در نتیجه شدیداً در خاکهای از بین رفته که تحت آتش گرفتگی ها گوناگون قرار گفته اند.
زغال و مواد زغالی شده تشکیل می شوند.
به طور کامل معلوم نشده که زغال و سایر مواد زغال شده اثر منع کننده ای روی ماده آلی که در خاک وجود داشته دارد.
بنابراین آتش گرفتگی ها بازگشت co2 را به جو آسان می کنند و همزمان با تولید زغال که می تواند فرآیند جریان کربنی که شروع به تجمع یافتن در یک دوره زمانی طولانی کرده را از بین ببرد.
جنگل کاری جنگل به عنوان یک منبع عظیمی از کربن شناخته شدخه است.
همچنین می تواند ترکیب های متمایزی از ترکیب خاک حتی در دیم کاریها را بسازد.
یک تعداد از گونه های مناسب در دسترس که برای احداث جنگلهای با قدریت زیستی در محیط های دیم کاری می سازند.
( سیرو ساتاوا 1993، سیلور سال 2000 و کومار سال 2001، نیلز سال 2002) خصوصاُ تثبیت نیتروژن بوسیله درختان به تجمع کربن افزایش خاک اجازه داده برای مثال درختان کهور و اکاسیا برای زمینهای نیمه گرمسیری و نیمه خشک سازگار شده اند و گزارش شده که سطح کربن خاک تا 2 تن در هکتار افزایش یافته است.
بعضی از واریته های درختان مخصوصاً برای رشد روی زمینهای از بین رفته مناسبند.
سیستم ریشه ای عمیق منابع غیر قابل دسترس را برای گیاهانی که ریشه سطحی دارند بالا می آورد.
درخت کهور روی خاکهای متاثر شده از نمک در شمال غرب هندوستان رشد می کند و گروه کربن آلی خاک را از 10 تن در هکتار تا 45 تن در هکتار در یک مقطع 8 ساله افزایش میدهد.
حتی در جایی که جنگل داری به مقدار زیادی مناسب نیست اغلب توصیه ای برای کاشت درختان در زمینهای زراعی کشاورزان آن اطراف می شود.
درنواجی نیمه خشک هندوستان درخت کهور حاصلخیزی خاک را بعنوان یک جریان انداز اضافی کربن افزایش میدهد.
به هر حال سیستمهای طبیعی پیچیده هستند و درختان افزایش جریان کربن خاک را تضمین نمی کنند.
جاکسون دریافت که کربن خاک زمانی که گیاهان چوبی در زمینهای گرامینه رشدمی کنند کاهش می یابد.
بقایای گیاهی بقایای گیاهی یک منبع تجدید شونده ای برای ترکیب ماده آلی خاک تهیه می کنند.
تولید بقایای گیاهی در یک اکوسیستم در حالت پایدار بوسیله بازگرداندن مواد مرده به خاک متعادل در نمی آید.
در یک چراگاه بومی در حدود 40 درصد تولیدات گیاهی تجمع یافته از ماده آلی خاک است.
به هرحال در سیستم کشاورزی به خاطر اینکه گیاهان درو می شوند فقط در حدود 20 درصد تولیدات گیاهی در ساختمان ماده آلی خاک باقی می ماند.
بعلاوه در بعضی از سیستمهای کشاورزی همه تولیدات گیاهی زمین ممکن است درو شود و فقط بیوماس ریشه ای باقی می ماند.
ار بقایای گیاهی بازگشته به خاک در حدود 15درصد انتظار می رود که به کربن آلی خاک به طور غیر فعال تبدیل شود.
اسچبسنگر ( سال 1995 ) پیشنهاد کرد که یک درصد تولیدات گیاهی در جریان کربن در خاک شرکت می کند.
کمیت بقایای گیاهی فعال بازگردانده شده به خاک به گیاه زراعی، شرایط رشد و عملیات کشاورزی بستگی دارد.
بنابراین یک سیستم سویا – گندم درنواحی نیمه استوایی، نیمه مرکزی، هندوستان سالانه ترکیبی از کربن را از بالای بیوماس روزمینی از 22 درصد سویا و 32 درصد از گندم و 18 درصد از گراسهای یکساله ای که کربن ورودی در ماده آلی خاک شرکت می کند نتیجه شده است.
در نواحی نیمه خشک کانادا تبدیل بقایای کربن به کربن آلی خاک در حدود 9 درصد درسیستمهای پیگیری شده و در حدود 29 درصد در سیستمهای دائمی زراعی گزارش شده است.
همه تولیدات روزمینی، بجز ریشه گیاهان زراعی درو می شود یا برای ترکیب ماده آلی خاک اماده است و ریشه ها بعنوان ترکیب اصلی، خصوصا ماده آلی شناخته شده اند.
اگر چه شخم به طو اساسی تجمع خالص کربن از ریشه را دراقلیمهای سردسیری کاهش می دهد.
کربن below grands از ریشه وارد می شوند که تنها می تواند عموماً سطح کربن خاک را حفظ کند.
ولی این درمورد نواحی گرمتر یا مناطق نیمه خشک مورد توجه نیست.
در جایی که بقایای گیاهی به آسانی اکسید می شوند تهیه رطوبت کافی آسان است.
در نتیجه زراعت در دیم کاریها عملی می شود، عدم موفقیت دربرگرداندن بقایای روزمینی گیاهان به کاهش کربن خاک منتهی خواهد شد.
بسیاری از خاکهای آفریقا این پدیده را نشان می دهند.
اغلب سالها زراعت بدون هدایت مواد ورودی توصیه شده است و اغلب محتوای کربن خاک آنها کاهش یافته است.
کمیت و کیفیت بقایای گیاهی از فاکتورهای مهم تعیین مقدار کربن ذخیره شده در خاک هستند.
کمیت به مقدار زیادی به شرایط محیطی و عملیات کشاورزی وابسته است و همچنین تفاوت بسیاری خواهد داشت.
تفاوت میان گیاهان زراعی می تواند بسیار معلوم باشد.
یک گیاه زراعی مانند ذرت درمقایسه با گیاهیی مانند سویا دوبرابر بقایای گیاهی را به خاک برمی گرداند، و در نتیجه مقادیر بالاتری از ماده آلی خاک افزایش خواهد یافت.
سودی که غلات برای رساندن ماکزیمم جریان کربن به خاک می‌دهند بیشتر از لگوم‌هاست که این میزان بوسیله کرتین تعیین شده است.
آنها نشان داده‌اند که طبقات نیمه سیاه اولیه درنواحی نیه خشک کانادا بین 4/1 و 8/1 تن در هکتار افزوده شده است.
گیاه زراعی گندم دو الی سه برابر این مقدار کربن سالیانه را اضافه خواهد کرد.
بطور مشابهی در آرژانتین، سویا 2/1 تن در هکتار بقایای گیاهی تولید کرده که با کاهش خالص کربن خاک نتتیجه شده است.
درحالی که ذرت با 3 تن بقایای گیاهی، بطور مشخص کمبود کربن خاک سیستم را کاهش داده است.
حتس درون یک گروه گیاهان زراعی، تفاوتهای بزرگی در تولیدماده آلی خاک رخ میدهد.
دکتر عبدی راهمند، تولید برگ خشک نخودفرنگی و نخودسودانی را مقایسه کرد.
اینها مثالهای بارزی برای تشریح حقیقتی که انتخاب گیاه زراعی میتواند تاثیر عمده‌ای روی کربنی که میتواند جریان داشته باشد بوسیله سیستمهای زراعی دارد.
تهمیت ریشه ها نسبت بخه جوانه ها برای تهیه کربن خاک فاکتور دیگری درآزمایشات برای مقایسه سرانجام کربن هدایت شده ریشه و خاک تشریح شده است.
در این مطالعه با کود سبز لگومینوزه ( ماش کرک‌دار) نزدیک به نصف کربن هدایت شده ریشه هنوز در خاک بعد از رشد فصلی وجود داشته است.
در صورتی که تنها 13 درصد از کربن شاخه‌ها باقی مانده بود.
این بدین معنی است که بقایای شاخه‌ها بسرعت تجزیه میِ‌شوند.
( محتوای نیتروژنشان بالاست.) و بعنوان یک منبع نیتروژن برای زراعت دنبال می‌شوند.
ترکیب شیمیایی بقایای گیاهی در تجزیه آنها موثر است.
میانگین بقایای گیاهی حدود 40 الی 50 درصد کربن را شامل می‌شود، ولی نیتروژن یک ترکیب بسیار متغیری است.
تراکم بالای لیگنین و کربوهیدارتهای ساختاری دیگر با همدیگر با یک نسبت بالای کربن به نیتروژن تجزیه پذیری را کم خواهد کرد.
برای مثال، اندازه گیری تکامل CO2 از برگ درختان آفریقایی گونه های Braows و کود گوات یک رابطه مشخصی را با محتوای نیتروژن اولیه دارد و رابطه منفی با محتوای لیگنین نشان داده شده است.
بقایای لگوم‌ها مانند سویا عموماً یک کیفیت بالا دارند و به سرعت تجزیه می‌شوند.
اگر چه ترکیب شیمیایی بقایای گیاهی در میزان تجزیه آن موثر است، تاثیر کمتری روی نتیجه ماده آلی خاک دارد.
زمانی که بقایای گیاهی درسطح خاک تجمع می‌یابد، وجود فیزیکی آنها خاک را متاثر خواهد کرد.
مالچها، کمبود آب و حرارت خاک را کاهش می‌دهند.
هر دو از فاکتورها مهم برای دیم‌زارها هستند.
مخصوصاً اگر حرارت خاک بالای اپتیمم رشد گیاهی باشد توانایی خاک برای جذب کردن ماده آلی روش نیست.
یک رابطه خطی میان کاربرد و تجمع ماده آلی خاک اغلب ذکر شده است.
اگر چه اندازه‌گیری تثبیت CO2 در زیر با اضافه کردن کاه و کلش گندم در اوهایوی مرکزی نشان داده شده است این مقدار با کاربرد کاه و کلش 8/0 تا 16 تن در هکتار افزایش می‌یابد، ولی بعد از چهار سال کربن آلی خاک 6/19، 6/25 و 5/26 تن در هکتار بود، پیشنهادی که جریان کربن خاک به حالت اشباع رسیده است.
دقت زیادی باید کرد زمانی که بقایای گیاهی به عنوان کمبود زیاد کربن به کار می‌روند، می تواند هنوز تحت تمامی شرایط رخ دهد.
یکی از مثالها در کنیای غربی که 70 الی 90 درصد از کربن اضافه شده در 40 روز زمانی که کود سبز از درختان آگرفورستی به کاربرده شده در طول فصل بارندگی از بین رفته است.
در نیجر، آفریقای غربی اضافه کردن بقایای گیاهی ارزن و کود در 5 سال هیچ اثر مشخصی روی سطح کربن در این خاکهای ماسه‌ای نداشته است.
آنها معتقد بودند که فعالیت موریانه ممکن است در کاهش سطح کربن خاک در اینجا شرکت داشته باشد، زیرا این حشرات مولکولهای درون سطحی را دریک سال مصرف می‌کند.
مقدار ذخیره بقایای گیاهی آماده برای کاربرد در خاکها میتواند زیاد باشد.
گائور، برآورد کرده در حدود 235 میلیون تن از کاه / Stover غالباً از 5 غله عمده تولیده شده است.
(نه تنها برای دیم‌کاریها).
حتی اگر نصف این مقدار استفاده شده برای تغذیه حیوانات اهلی بالای یک میلیون تن آماده برای اضافه کردن به خاک وجود داشته باشد.
به هر حال در دسترس بودن بقایای گیاهی کافی اغلب مشکل است.
مخصوصاً اگر آنها برای تغذیه دام مصرف شود.
این ناسازگاری نیازمندی مکرراً در بسیاری از سیستمهای زراعی دیم رخ میدهد.
در آفریقای غربی بقایای گیاهی زراعی درو یا سوزانده می‌شود، در نتیجه مقدار کربن خاک دائماً کاهش می‌یابد.
کشت پیوسته و کاربرد کود میتواند سطح خاکی با 40 درصد گربن بدست آورد.
ولی دائماً کربن معدنی در نزدیکی نواحی تحت چرای دامهای اهلی تغییر یافته است.
در جایی که گیاهان و حیوانات بقایای گیاهی برای تهیه کمبودهای ممکن احتمال می‌رود وجود داشته باشد، ارتباط مواد ورودی آلی به خاک هستند.
شاید کاهش و از بین رفتن کاربرد بقایای گیاهی و مقدار کربن بزرگترین موضوعی باشد که خوتند از کربن هوا شروع به انتقال از یک مکان به مکان دیگر یابد و سپس واقعاً شروع به جریان یافتن می‌کند اگر مواد آلی فرایند های صنعتی یا منابع دیگر برای ترکیب با خاک به کار برده شوند؛ سپس هر کربن بکار برده شده در انتقال برای آن حساب خواهد شد.به هر حال اگر مواد تولیدی مواد زائدی باشد هیچ نیازی برای کربن استفاده شده در تولید آن بررسی نمی شود.
در این مورد کربن آماده برای جریان یابی باید بدون هیچ تفاوتی ارزیابی شود.
سپس co2 از یک منبع سوخت فسیلی که بعدا بوسیله فتوسنتز در گیاهان تثبیت می شود و به خاک از طریق بقایای گیاهی برگردانده می شود پخش شود.
کود های کاربردی: کاربرد کود مزرعه ای به عنوان یک منبع باارزش ماده آلی که خاک را حاصلخیز می کند به مدت طولانی شناخته شده است.
یکی از خصوصیات کلیدی کاربرد کود این است که کود؛ ساختار و نهاد تخلخلی بزرگ خاک و ذرات ماده آلی را بهبود می بخشد.
کود نسبت به بقایای گیاهی به تجزیه میکروبی مقاومتر است.
در نتیجه از ورود کربن یکسان؛ ذخیره کربن با کاربرد کود نسبت به بقایای گیاهی زیادتر است.
این موضوع در شکل 1 نشان داده شده است.در جاییکه اضافه کردن کربن به عنوان بقایای گیاهی و کود مقایسه شده اند.
در ادامه کاربرد پنج ساله؛ دریافت خاک از کود 8/1 کربن بیشتری نسبت به دریافت بقایای گیاهی داشته است.
حتی 15 سال بعد از اینکه هنوز تفاوت 0.37 تنی کربن حساب شده بوسیله راس در مدل کربن خاک وجود داشته است.
این میتواند بطور مشابهی در مزرعه تجزیه شود.
گرفریک دریافت که کوددهی خاکها مقدار زیادی از کربن قابل حل با یک آهنگ گردشی آهسته سپس در کنترل یا حاصلخیزی خاکها داشته است.
وابستگی سیستم، و کاربرد حتی مقدار نسبتاً زیاد کود مزرعه ای افزایش کربن خاک را تضمین نمی کند.