بررسی چرخه درازمدت کربن و میزان ترسیب آن در سیستم کشاورزی ایران: I- تولید خالص اولیه و ورودی سالانه کربن برای محصولات زراعی مختلف

بوم شناسی کشاورزی

مقاله 5، دوره 6، شماره 4 - شماره پیاپی 22، دی 1393، صفحه 741-752   

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jag.v6i4.45984

نویسندگان

مهدی نصیری محلاتی¹؛ علیرضا کوچکی^{* 1}؛ حامد منصوری¹؛ روح اله مرادی^{2، 3}

¹گروه زراعت و اصلاح و نباتات، دانشـکده کشـاورزی دانشگاه فردوسی مشهد، ایران

²گروه زراعت، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

³گروه زراعت، دانشکده کشاورزی بردسیر، دانشگاه شهید باهنر کرمان، ایران

چکیده

برآورد میزان ورودی کربن به عنوان یکی از مهمترین فاکتورهای تعیین کننده برای تخمین میزان تغییرات کربن خاک و همچنین پتانسیل ترسیب کربن می‏باشد. به منظور بررسی میزان تولید اولیه و همچنین کربن ورودی به خاک در سیستم‏های کشاورزی ایران، اطلاعات مربوط به عملکرد، سطح زیر کشت، شاخص برداشت و همچنین نسبت اندام هوایی به زیرزمینی در محصولات زراعی مختلف کشور شامل: گندم (Triticum aestivum L.)، جو (Hordeum vulgare L.)، ذرت (Zea mays L.)، پنبه (Gossypium hirsutum L.)، برنج (Oryza sativa L.)، یونجه (Medicago sativa L.) و نخود (Cicer arietinum L.) برای استان‏های مختلف جمع آوری گردید. سپس میزان کربن اختصاص یافته به اندام‏های مختلف گیاهی با توجه به ضرایب تسهیم کربن برآورد گردید و در نهایت میزان تولید خالص اولیه بر اساس کربن (NPPc) محاسبه گردید. کسری از NPPc که به صورت سالانه به خاک برگردانده می‏شود، به عنوان ورودی سالانه کربن به خاک در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد که بیشترین مقدار NPPC برای گندم، جو و یونجه در اقلیم مرطوب خزری، برای برنج، نخود و پنبه در اقلیم گرم و مرطوب جنوبی و برای ذرت در اقلیم گرم و خشک حاصل شد. در تمامی مناطق کشور، گیاه نخود کمترین تاثیر را در میزان NPPC و در نتیجه ترسیب کربن به خود اختصاص داد. بیشترین میزان ورودی کربن در واحد سطح در بین گیاهان مورد مطالعه و مناطق مختلف در منطقه خزری و برای گیاه یونجه و کمترین ورودی کربن مربوط به گیاه نخود در منطقه سرد کوهستانی بود. کمترین خلاء بین میزان واقعی و پتانسیل ترسیب کربن در گیاه یونجه مشاهده شد، در حالیکه گندم، برنج و پنبه بیشترین خلاء را به ترتیب با مقادیر 4/0، 38/0 و 37/0 نشان دادند که بیانگر امکان افزایش قابلیت ترسیب کربن از طریق این گیاهان می‏باشد.

کلیدواژه‌ها

پتانسیل؛ ترسیب کربن؛ تسهیم کربن؛ خلاء عملکرد

مراجع

Bhardwaj, A.K., Jasrotia, P., Hamilton, S.K., and Robertson, G.P. 2011. Ecological management of intensively cropped agro-ecosystems improves soil quality with sustained productivity. Agriculture, Ecosystems and Environment 140: 419-429.

Bolinder, M.A., Janzen, H.H., Gregorich, E.G., Angers, D.A., and VandenBygaart, A.J. 2007. An approach for estimating net primary productivity and annual carbon inputs to soil for common agricultural crops in Canada. Agriculture, Ecosystems and Environment 118: 29-42.

Campbell, C.A., Zentner, R.P., Liang, B.C., Roloff, G., Gregorich, E.G., and Blomert, B. 2000. Organic C accumulation in soil over 30 years in semiarid southwestern Saskatchewan—effect of crop rotations and fertilizers. Canadian Journal of Soil Science 80: 179-192.

Conen, F., and Smith, K.A. 1998. A re-examination of closed flux chamber methods for the measurement of trace gas emissions from soils to the atmosphere. European Journal of Soil Science 49: 701-707.

Gill, R.A., Kelly, R.H., Parton, W.J., Day, K.A., Jackson, R.B., Morgan, J.A., Scurlock, J.M.O., Tieszen, L.L., Castle, J.V., Ojima, D.S., and Zhang, X.S. 2002. Using simple environmental variables to estimate belowground productivity in grasslands. Global Ecology and Biogeography 11: 79-86.

Grogan, P., and Matthews, R. 2002. A modelling analysis of the potential for soil carbon sequestration under short rotation coppice willow bioenergy plantations. Soil Use Management 18: 175-183.

Hoyaux, J., Moureaux, C., Tourneur, D., Bodson, B., and Aubinet, M. 2008. Extrapolating gross primary productivity from leaf to canopy scale in a winter wheat crop. Agricultural and Forest Meteorology 148: 668 -679.

Huang, Y., Yu, Y., Zhang, W., Sun, W., Liu, S., Jiang, J., Wu, J., Yu, W., and Yang, Z. 2009. Agro-C: A biogeophysical model for simulating the carbon budget of agroecosystems. Agricultural and Forest Meteorology 149: 106-129.

IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). 2002. Climate change 2001: The scientific basis. Cambridge Univ. Press, New York. 118 pp.

Izaurralde, R.C., McGill, W.B., Robertson, J.A., Juma, N.G., and Thurston, J.J. 2001. Carbon balance of the Breton classical plots over half a century. Soil Science Society of America Journal 65: 431-441.

Khorramdel, S., Koocheki, A., Nassiri Mahallti, M., and Khorasani, R. 2010. Effect of different crop management systems on NPP and relative corbon allocation coefficients for corn (Zea mays L.). Journal of Agroecology 2: 667-680. (In persian with English Summary).

Koga, N., Smithb, P., Yeluripatib, J.B., Shirato, Y., Kimurad, S.D., and Nemoto, M. 2011. Estimating net primary production and annual plant carbon inputs, and modelling future changes in soil carbon stocks in arable farmlands of northern Japan. Agriculture, Ecosystems and Environment 144: 51-60

Koocheki, A., and Hosseini, M. 2006. Climate Change and Global Crop Productivity. Ferdowsi University of Mashhad Press, Mashhad, Iran. 556 pp. (In Persian).

Kutsch,W.L., Aubinet, M., Buchmann, N., Smith, P., Osborne, B., Eugster, W., Wattenbach, M., Schrumpf, M., Schulze, E.D., Tomelleri, E., Ceschia, E., Bernhofer, C., Beziat, P., Carrara, A., DiTommasi, P., Grünwald, T., Jones, M., Magliulo, V., Marloie, O., Moureaux, C., Olioso, A., Sanz, M.J., Saunders, M., Sogaard H., and Ziegler, W. 2010. The net biome production of full crop rotations in Europe. Agriculture, Ecosystems and Environment 139: 336-345.

Lal, R. 2004. Soil carbon sequestration to mitigate climate change. Geoderma 123: 1-22.

Lehuger, S., Gabrielle, B., Cellier, P., Loubet, B., Roche, R., Beziat, P., Ceschia, E., and Wattenbach, M. 2010. Predicting the net carbon exchanges of crop rotations in Europe with an agro-ecosystem model. Agriculture, Ecosystems and Environment 139: 384-395.

Metting, F.B., Smith, J.L., and Amthor, J.S. 1999. Science needs and new technology for soil carbon sequestration. p. 1-35. Rosenberg Publishing.

Motha, R.P., and Baier, W. 2005. Impact of present and future climate change and climate variability on agriculture in the temoerate regions: North America. Climatic Change 70: 137-164.

Nassiri Mahallati, M., 2008. Crop Ecology in: Koocheki, A., and Khaje Hosseini, M. Modern agronomy. Ferdowsi University of Mashhad Press, Mashhad, Iran. 712 pp. (In Persian)

Paustian, K., Collins, H.P., and Paul, E.A. 1997. Management controls on soil carbon. In: Paul, E.A., et al. (Eds.), Soil Organic Matter in Temperate Agroecosystems. Long-Term Experiments in North America. CRC Press, Boca Raton, p. 15-49.

Prince, S.D., Haskett, J., Steininger, M., Strand, H., and Wright, R. 2001. Net primary production of U.S. Midwest croplands from agricultural harvest yield data. Ecological Applications 11: 1194-1205.

Prior, S.A., Torbert, H.A., Runion, G.B., Rodgers, H.H., Wood, C.W., Kimball, B.A., LaMorte, R.L., Pinter, P.J., and Wall, G.W. 1997. Free- air carbon dioxide enrichment of wheat: soil carbon and nitrogen dynamics. Journal of Environmental Quality 26: 1161-1166.

Salinger, M.J. 2005. Climate variability and change: past, present and future- an overview. Climate Change 70: 9-29.

Smith, P., Lanigan, G., Kutsch, W.L., Buchmann, N., Eugster, W., Aubinet, M., Ceschia, E., Beziat, P., Yeluripati, J.B., Osborne, B., Moors, E.J., Brut, A., Wattenbach, M., Saunders, M., and Jones, M. 2010. Measurements necessary for assessing the net ecosystem carbon budget of croplands. Agriculture, Ecosystems and Environment 139: 302-315.

Smith, W.N., Grant, B., Desgardins, R.L., Lemke, R., and Li, C. 2004. Emission of the interannual N2O emission from agricultural soils in Canada. Nutrient Cycling in Agroecosystems 68: 37-45.

Twine, T.E., and Kucharik, C.J. 2009. Climate impacts on net primary productivity trends in natural and managed ecosystems of the central and eastern United States. Agricultural and Forest Meteorology 149: 2143–2161.

Yousefi, N., and Famili, D. 2008. Weather and Climatology. Danesh Behbad Press. Iran. 306 pp. (In Persian)