لكن نفس التربة المغمورة بالمياه التي تساعد الأرز على النمو تخلق أيضًا ظروفًا مثالية للكائنات الحية الدقيقة التي تطلق غازات الاحتباس الحراري.
لدى المزارعين طرق للحد من الانبعاثات الناجمة عن محاصيل الأرز دون تقليل الغلة. فإذا استخدم كل مزارع أفضل الخيارات الحالية “الذكية مناخياً”، فسنجد أن انبعاثات الأرز العالمية يمكن خفضها بنحو 20%. ستصل إلى 10% بحلول منتصف القرن. ومع ذلك، هناك حاجة إلى خفض أكبر للانبعاثات من أجل التخفيف من تغير المناخ، الأمر الذي سيتطلب تطوير استراتيجيات إضافية أكثر فعالية.
هناك سببان لزيادة انبعاثات الأرز: توسيع مساحة زراعة الأرز وتعزيز تدابير الإدارة.
ويأتي أكثر من نصف النمو العالمي من التوسع في زراعة الأرز. ولنأخذ أفريقيا كمثال، منطقة زراعة الأرز تضاعف تقريبًا منذ الستينياتمما أدى إلى تضاعف انبعاثات غاز الميثان ثلاث مرات في المنطقة.
وفي الوقت نفسه، يستخدم مزارعو الأرز المزيد من الأسمدة والتعديلات العضوية مثل القش والسماد، ويزرعون أصناف أرز أكثر إنتاجية، ويزرعون النباتات بالقرب من بعضها البعض. والنتيجة هي المزيد من الأرز، ولكن أيضا زيادة في انبعاثات الغازات الدفيئة.
اكتشفنا نهجا خاصا – اترك قش الأرز زرع البذور في الحقول بعد الحصاد ثم غرسها في التربة لتحسين خصوبة التربة – يمثل الأرز حوالي 18% من إجمالي الزيادة في صافي الانبعاثات منذ ستينيات القرن العشرين. السبب: أنه يزيد من المواد العضوية في التربة، والتي يتم تفكيكها بعد ذلك بواسطة الكائنات الحية الدقيقة، مما يؤدي إلى إنتاج المزيد من انبعاثات غاز الميثان.
يؤدي ارتفاع درجات الحرارة العالمية إلى تسريع النشاط الميكروبي في التربة، مما يعني المزيد من الانبعاثات.
الأسمدة هي مصدر رئيسي آخر للانبعاثات. استخدام النيتروجين الاصطناعي وارتفعت بحوالي 76% بعد عام 2000يزيد من أكسيد النيتروز – أحد غازات الدفيئة القوية الأخرى. وهو يمثل حوالي 9% من إجمالي الزيادة في صافي الانبعاثات العالمية الناجمة عن الأنشطة البشرية.
تؤثر طرق الري أيضًا على الانبعاثات. في الماضي، غمرت المياه حقول الأرز المروية طوال موسم النمو، مما تسبب في انبعاث الغازات الدفيئة بشكل مستمر من الكائنات الحية الدقيقة التي ازدهرت في البيئة الرطبة. ومع ذلك، على مدى العقدين الماضيين، استخدم عدد متزايد من المزارعين الفيضانات المتقطعة، لتجفيف الحقول على فترات منتظمة.
وهذا التغيير يقلل من انبعاثات غاز الميثان مقارنة بالاستمرار في إغراق حقول الأرز. ومع ذلك، وجدنا أ زادت انبعاثات أكسيد النيتروجين بشكل طفيف عندما تكون دورات التربة بين الظروف الرطبة والجافة، يتم حث الكائنات الحية الدقيقة على تحويل النيتروجين من المادة العضوية إلى غازات أكسيد النيتروجين، وخاصة أكسيد النيتروز.
تأثير إنتاج الأرز على المناخ
إن تحديد سعر مناخي كامل لإنتاج الأرز أمر أكثر صعوبة من قياس الغازات المسببة للانحباس الحراري العالمي واحدة تلو الأخرى.
تنبعث من حقول الأرز غاز الميثان وأكسيد النيتروز من التربة الرطبة أو المغمورة بالمياه. تمتص نباتات الأرز أيضًا ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي أثناء نموها، كما أنها تفقد الكربون من التربة بين مواسم المحاصيل.
تحتاج التقديرات العالمية الموثوقة إلى أن تأخذ في الاعتبار باستمرار التغيرات المختلفة في الغاز والكربون في التربة، بالإضافة إلى أوجه عدم اليقين التي ينطوي عليها تتبع البيانات عبر المكان والزمان.
وللقيام بذلك، قمنا بدمج ثلاث طرق:
- تسمح لنا نماذج الكمبيوتر الخاصة بالنظام البيئي بمحاكاة نمو المحاصيل وظروف المياه وعمليات التربة لتقدير التغيرات في غاز الميثان وأكسيد النيتروز وكربون التربة.
- يعمل نموذج التعلم الآلي المعتمد على الذكاء الاصطناعي على تحسين تقديرات تباين القياس، ويغطي جميع المناطق المنتجة للأرز في العالم.
- ويقدم التحليل التلوي لأكثر من 1200 موقع للتجارب الميدانية دليلاً مباشراً على كيفية تأثير ممارسات مثل الري واستخدام الأسمدة وإدارة مخلفات المحاصيل على الانبعاثات.
وهي تساعدنا معًا في قياس الانبعاثات من عام 1961 إلى عام 2020، وتحديد محركات هذه الانبعاثات، واختبار إمكانات تقنيات التخفيف في ظل الظروف المناخية المستقبلية.
ما الذي ينجح وما لا ينجح في التخفيف من تغير المناخ
هناك عدة طرق لتقليل الانبعاثات الناتجة عن إنتاج الأرز دون التضحية بالإنتاجية.
ملكنا نتائج البحوث إن الحد من استخدام الأسمدة واستخدامات المخلفات، وإدارة الري للسماح بفترات الجفاف بين الفيضانات، والحد من الحراثة، من الممكن أن تؤدي جميعها إلى خفض انبعاثات الغازات الدفيئة العالمية الناجمة عن الأرز بنحو 10% بحلول منتصف القرن.
لقد فوجئنا عندما وجدنا أن استبدال الأسمدة الكيماوية بمزيد من الخيارات العضوية ليس دائمًا أفضل من منظور الغازات الدفيئة، على الرغم من تركيزه على الزراعة العضوية.
يمكن أن يساعد الحفاظ على الكمية المناسبة من القش وبقايا المحاصيل الأخرى في الحقول على تحسين خصوبة التربة، ولكن الكثير منها يمكن أن يزيد من انبعاثات غاز الميثان ويسرع فقدان الكربون من التربة. وثمة خيار آخر يتمثل في تحويل بعض البقايا إلى الفحم الحيوي، وحرقها في ظروف منخفضة الأكسجين ثم خلطها في التربة المغمورة بالمياه. الفحم الحيوي يمكن أن يساعد في استقرار الكربون في التربة وتقليل انبعاثات الميثان.
يمكن أن يكون تحسين إدارة المياه أداة قوية لتقليل الانبعاثات. سيؤدي الصرف المنتظم إلى تقليل إنتاج غاز الميثان ولكنه قد يزيد قليلاً من انبعاثات أكسيد النيتروز. هذه الاستراتيجية هي فعالة بشكل خاص المناطق التي تتمتع ببنية تحتية موثوقة للري، بما في ذلك معظم أنحاء آسيا. وتشكل إدارة استخدام الأسمدة أيضاً استراتيجية تخفيف فعالة، وخاصة في الأنظمة عالية الأسمدة، بما في ذلك في أجزاء من الصين وجنوب آسيا. يمكن أن يؤدي النيتروجين الزائد إلى زيادة أكسيد النيتروز دون تحسين غلة المحاصيل بشكل كبير ويمكن أن يزيد من تلوث المياه. إن الحد من الإفراط في استخدام الأسمدة النيتروجينية يمكن أن يقلل من الانبعاثات وتلوث المياه، مما يوفر أموال المزارعين في هذه العملية. تأثير الحراثة، ممارسة حرث الأرض بين مواسم المحاصيل اختلافات إقليمية كبيرة. غالبًا ما يتم الترويج لتخفيض الحرث باعتباره صديقًا للمناخ، لكننا وجدنا أنه لا يقلل دائمًا من صافي الانبعاثات الناتجة عن الأنظمة التي تغمرها الفيضانات. وفي حقول الأرز في المناطق المعتدلة، بما في ذلك معظم أنحاء الولايات المتحدة والصين، قد تؤدي الظروف الأكثر برودة إلى الحد من إنتاج غاز الميثان، بحيث تفوق فوائد الكربون في التربة الناجمة عن انخفاض الحرث مخاطر غاز الميثان. ومع ذلك، في الأنظمة الدافئة التي تغمرها الفيضانات باستمرار، تعمل ظروف انخفاض الأكسجين على تعزيز النشاط الميكروبي، وزيادة إنتاج الميثان، وتسريع فقدان الكربون في التربة. بشكل عام، وجدنا أنه لا يوجد نهج واحد ناجح في كل مكان. وتحتاج كل منطقة إلى تقييم الممارسات الأكثر فعالية لخفض الانبعاثات. وخلاصة القول مفعمة بالأمل واليقظة في نفس الوقت: إن ممارسات التحسين المستهدفة من الممكن أن تحقق تخفيضات كبيرة في الانبعاثات من دون خسارة محصول الأرز، ولكن إجمالي التخفيضات المحتملة في الانبعاثات العالمية محدود. ولزيادة خفض الانبعاثات، هناك حاجة إلى توجيهات أفضل لمساعدة المزارعين على تحديد المستويات المثلى للتعديلات العضوية مثل القش أو الفحم الحيوي، بالإضافة إلى الأساليب الجديدة التي يمكن أن تقلل الانبعاثات دون التأثير على إنتاج الأرز. تيان هانكينمدير مركز علوم نظام الأرض والتنمية المستدامة العالمية وأستاذ المعهد، كلية بوسطن; تشانغ جينغ تينغ، عالم أبحاث، مركز علوم نظام الأرض والاستدامة العالمية، كلية بوسطن; بيب كانارديل، كبير علماء الأبحاث، قسم البيئة، CSIRO؛ المدير التنفيذي لمشروع الكربون العالمي، منظمة الكومنولث للبحوث العلمية والصناعية، و بان شوفين، أستاذ مشارك في علوم البيئة، كلية بوسطن هذه المقالة مستنسخة من حوار مرخصة بموجب المشاع الإبداعي. يقرأ المقال الأصلي.
الحد الأعلى المناخي لإنتاج الأرز
