Kisah ini datang kepada kita dari Jurnal Riset Ag USDA ARS, yang ditulis oleh Ann Perry. Ini menarik karena sejumlah alasan. Pertama, ini mempertanyakan hal-hal yang kami pikir kami ketahui tentang karbon tanah dan di mana letaknya di profil tanah. Itu juga mewakili sejenis ilmu yang sulit dilakukan. Anda memerlukan peralatan khusus dan teknik pengambilan sampel yang melampaui 'mengirim mahasiswa pascasarjana ke lapangan dengan sekop dan ember' yang biasa dan tidak dapat didanai oleh hibah murah yang lebih tipikal. Terakhir, memahami di mana karbon disimpan dan bagaimana kita dapat meningkatkan proses tersebut berarti bahwa petani dan peternak dapat menjadi pahlawan super dalam hal mendinginkan planet ini. Karena masing-masing dari 3 tahun terakhir masing-masing diberi label rekor terpanas, ini bisa menjadi masalah besar! Ayo, Pahlawan Super!
Selama bertahun-tahun, banyak ahli agronomi percaya bahwa kadar karbon tanah yang signifikan hanya terakumulasi di dekat permukaan tanah. Jadi ketika empat ilmuwan Layanan Penelitian Pertanian mengajukan makalah penelitian yang mengklaim bahwa karbon tanah dalam jumlah besar diserap sedalam 5 kaki di profil tanah — dan oleh tanaman tahunan serta tanaman tahunan — mereka mengalami kesulitan untuk mendapatkan makalah mereka melalui proses peninjauan. .
Studi ini adalah proyek 9 tahun yang mengevaluasi efek pupuk nitrogen dan perawatan panen pada penyerapan karbon organik tanah di switchgrass dan tanaman jagung tanpa olah yang dikelola untuk produksi biofeedstock.
“Penyerapan karbon organik tanah berdampak besar pada keberlanjutan jangka panjang produksi tanaman bioenergi karena dapat secara signifikan mempengaruhi kesuburan tanah dan emisi gas rumah kaca,” kata ahli genetika ARS Ken Vogel (pensiunan). “Jadi menggunakan tingkat sekuestrasi yang akurat sangat penting dalam mengembangkan analisis siklus hidup yang menilai biaya dan manfaat lingkungan jangka panjang dari produksi tanaman biofuel.” [Catatan editor:Itulah alasan mereka memulai penelitian, dan alasan mereka melihat tanaman yang mereka lihat. Namun perlu diingat bahwa hasilnya juga membantu kami memahami apa yang terjadi di bawah tanah di area lain.]
Vogel, ilmuwan tanah Ron Follett (pensiunan) dan Gary Varvel, dan ahli agronomi Rob Mitchell melakukan studi mereka di lahan produktif marjinal yang mirip dengan lahan pertanian yang cocok untuk produksi switchgrass komersial. Mitchell dan Varvel bersama unit penelitian ARS di Lincoln, Nebraska. Follett bersama ARS di Fort Collins, Colorado.
Tim membuat petak besar yang dapat menampung peralatan skala lapangan dan mengambil sampel tanah dasar hingga kedalaman 5 kaki sebelum tanaman pertama dibudidayakan. Sampel dasar ini menunjukkan bahwa tingkat karbon organik tanah bervariasi dalam kaki pertama lapisan tanah sebanyak sekitar 18 ton per acre, sedangkan tingkat karbon tanah 5 kaki di bawah permukaan tanah bervariasi sebanyak hampir 90 ton per acre.
Penyimpanan Karbon Tanah:Tahunan vs. Abadi
Untuk mengeksplorasi fenomena ini, para ilmuwan kemudian menanam dua kultivar switchgrass dan jagung tanpa olah tanah dan menerapkan pupuk nitrogen dengan tiga tingkat berbeda mulai dari 54 pon per acre hingga sekitar 160 pon per acre. Pupuk nitrogen mendukung produksi biomassa, dan para ilmuwan ingin melihat apakah produksi lebih banyak biomassa tanaman menghasilkan penyerapan lebih banyak karbon di dalam tanah. Beberapa plot switchgrass juga dipertahankan tanpa amandemen nitrogen.
Residu tanaman pascapanen, atau “bongkahan”—yang juga berkontribusi terhadap karbon tanah—tidak dihilangkan di separuh lahan jagung tanpa pengolahan; di ladang lain, setengah dari kompor telah dilepas. Setelah tanaman ditanam, para peneliti mengambil sampel tanah di lahan produksi dengan interval 3 tahun.
Apa kejutan terbesar mereka? Di ladang jagung tanpa olah tanah, tingkat karbon organik tanah meningkat dari waktu ke waktu di semua kedalaman, dengan semua perlakuan nitrogen, dan dengan salah satu jenis pengelolaan brangkasan pascapanen. Hampir semua peningkatan signifikan secara statistik. Hasil gabah jagung paling besar dari ladang yang telah diubah dengan 107 pon nitrogen per acre dan di mana tidak ada brangkasan yang dihilangkan, sebuah strategi pengelolaan yang menghasilkan peningkatan rata-rata tahunan karbon tanah yang melebihi 0,9 ton per acre.
Di plot switchgrass, para peneliti juga mengamati peningkatan penyerapan karbon tanah yang mengesankan di seluruh profil tanah. Tingkat penyerapan meningkat seiring dengan peningkatan tingkat pemupukan nitrogen, dan hampir semua peningkatan karbon tanah secara statistik signifikan.
Seperti yang mereka amati dengan plot jagung yang tidak diolah, lebih dari 50 persen karbon tanah ditemukan antara 1 dan 5 kaki di bawah permukaan tanah. Peningkatan tahunan rata-rata karbon organik tanah sepanjang 5 kaki pertama lapisan tanah juga melebihi 0,9 ton per acre per tahun, yang setara dengan 3,25 ton karbon dioksida per acre per tahun.
“Kami tidak menyangka akan menemukan simpanan karbon tanah yang dalam ini, meskipun kami selalu tahu bahwa akar tanaman mencapai sedalam ini, karena kami tidak menyadari seberapa besar aktivitas di sekitar akar dapat memengaruhi anggaran karbon tanah,” kata Follett. “Sebagian besar penelitian hanya mengambil sampel tanah untuk karbon hingga kedalaman 18 inci.”
Karena temuan mereka, tim menyimpulkan bahwa menghitung tingkat penyerapan karbon tanah untuk tanaman bioenergi bukanlah proposisi satu ukuran untuk semua. Pemilihan tanaman, perbedaan tanah, kondisi lingkungan, dan praktik pengelolaan mempengaruhi tingkat sekuestrasi secara berbeda dari satu daerah ke daerah lain. Akibatnya, model produksi tanaman bioenergi mungkin memerlukan beberapa penyesuaian besar.
“Pekerjaan kami menunjukkan bahwa tingkat penyerapan karbon yang digunakan dalam model analisis siklus hidup saat ini untuk tanaman bioenergi mungkin menghasilkan perkiraan yang terlalu rendah tentang berapa banyak karbon yang diserap di dalam tanah,” kata Vogel. “Ini juga menyoroti bagaimana amandemen nitrogen dan keputusan manajemen lainnya penting dalam hal jagung dan penyerapan karbon—dan bahwa tanaman tahunan dapat memberikan kontribusi penting untuk karbon tanah.”
Makalah tersebut diterima oleh Bioenergy Research dan diterbitkan pada tahun 2012. Namun meskipun hasilnya sangat mengejutkan, dua penelitian ARS lainnya menyoroti dinamika yang serupa
Panen Tahunan Dengan Efek Tahan Lama
Pada tahun 2011, hasil dari studi karbon tanah jangka panjang terkait yang dilakukan oleh Varvel dan rekannya dari ARS Wally Wilhelm (almarhum) diterbitkan dalam Penelitian Tanah &Pengolahan Tanah. Para peneliti telah mempelajari tingkat karbon tanah di lahan yang dibangun pada tahun 1980 untuk tiga sistem tanam nonirigasi yang berbeda—jagung kontinu, kedelai kontinu, dan rotasi kedelai/jagung—yang dikelola dengan enam sistem pengolahan tanah yang berbeda.
Pada tahun 1999, sebagai bagian dari penelitian, Varvel dan Wilhelm mengumpulkan sampel tanah dari ladang ini pada beberapa interval hingga kedalaman 5 kaki. Mereka menemukan bahwa pengelolaan pengolahan tanah dan pemilihan tanaman secara independen mempengaruhi tingkat nitrogen dan karbon tanah dan bahwa tingkat nitrogen dan karbon tertinggi telah terakumulasi dalam sistem penanaman jagung berkelanjutan di bawah pengelolaan tanpa olah tanah. Namun seperti studi selanjutnya, kejutan terbesar adalah berapa banyak nitrogen dan karbon yang terkumpul di profil tanah antara 12 inci dan 5 kaki di semua sistem tanam dan pengolahan tanah.
“Saat kami mengumpulkan sampel ini, banyak ilmuwan tanah percaya bahwa tanaman tahunan tidak menyerap karbon dalam sistem pengolahan tanah konvensional, jadi hasilnya sangat mengejutkan,” kata Varvel. “Tetapi melakukan studi jangka panjang memungkinkan kami untuk mengamati apa yang terjadi dengan penyerapan karbon tanah setelah sistem pengelolaan ditetapkan dan variasi dari tahun ke tahun berkurang.” Dia juga mencatat bahwa mengidentifikasi kumpulan karbon dan nitrogen yang lebih dalam ini dapat membantu petani lebih efektif memilih pengelolaan pengolahan tanah yang membantu mempertahankan nutrisi ini di dalam tanah.
Temuan ini sejalan dengan hasil dari studi selama 8 tahun, yang diterbitkan pada tahun 2013, yang dilakukan Follett pada penyerapan karbon dalam sistem jagung tanpa olah dan irigasi terus menerus di dekat Fort Collins. Dia dan ilmuwan tanah Fort Collins Ardell Halvorson menemukan bahwa pengelolaan tanpa olah tanah menghasilkan tingkat karbon tanah yang lebih tinggi daripada pengolahan tanah konvensional dan tingkat tersebut tidak banyak berubah selama 8 tahun.
“Beberapa karbon tanah di tanah ini berumur ribuan tahun dan sangat stabil, jadi hilangnyanya merupakan kejutan,” kata Follett, yang menerbitkan hasilnya di Soil Science Society of America Journal. “Irigasi teratur pada tanah semikering yang biasanya dapat menjadi salah satu faktor yang mengakibatkan hilangnya karbon, tetapi kami perlu melakukan studi tambahan untuk menentukannya.”
Follett mencatat bahwa kelompok mikroba tanah di lingkungan ini masih perlu diidentifikasi, seperti halnya pergeseran lingkungan yang memungkinkan mikroba ini lebih mudah mengakses karbon untuk digunakan sendiri. Dia juga memiliki keyakinan yang sama dengan Varvel bahwa temuan ini menggarisbawahi bagaimana petani dapat menggunakan pengelolaan tanpa olah tanah untuk melestarikan karbon tanah jauh di dalam profil tanah—dan nilai studi jangka panjang untuk memahami dinamika karbon tanah.
“Dibutuhkan waktu untuk sistem manajemen baru untuk memiliki efek pada karbon tanah. Mengidentifikasi efek ini memerlukan studi jangka panjang, mengambil sampel lebih dalam di dalam profil tanah, dan menggunakan teknik pengukuran tingkat lanjut, ”kata Follett. “Kami mencari perubahan kecil di kolam besar yang hebat.”
Penelitian ini merupakan bagian dari Sistem Pasture, Forage, and Rangeland (#215), Bioenergi (#213), dan Perubahan Iklim, Tanah, dan Emisi (#212), tiga program nasional ARS yang dijelaskan di www.nps.ars .usda.gov. Untuk menghubungi ilmuwan yang disebutkan dalam artikel ini, hubungi Ann Perry, Staf Informasi USDA-ARS, 5601 Sunnyside Ave., Beltsville, MD 20705-5128; (301) 504-1628.
“Pasokan Karbon Tanah Dalam yang Mengejutkan ” diterbitkan dalam majalah Riset Pertanian edisi Februari 2014.
