منوعات

تقدير جديد للكربون العضوي في التربة الأمريكية لتحسين نماذج نظام الأرض

تحتوي التربة على حوالي ضعف كمية الكربون الموجودة في الغلاف الجوي والنباتات مجتمعة. إنه بالوعة كبيرة للكربون، قادر على امتصاص ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي أكثر مما يطلقه. تعد إدارة الكربون في التربة أمرًا ضروريًا للجهود المبذولة للتخفيف من تغير المناخ، فضلاً عن كونها حيوية لصحة التربة والإنتاجية الزراعية.

ومع ذلك، فإن قياس الكربون في التربة عملية شاقة ومكلفة. ويجب استخراج العينات من التربة وإرسالها إلى المختبر لتحليلها، مما يجعل من الصعب قياس القياسات على نطاقات مكانية كبيرة.

قام علماء البيئة الآن بدمج البيانات الميدانية مع تقنيات التعلم الآلي لتقدير الكربون العضوي في التربة على النطاق القاري للولايات المتحدة. مجلة البحوث الجيوفيزيائية – أصدرت Biogeosciences التقدير الجديد للكربون العضوي في التربة، مما يحسن التقدير الإجمالي للولايات المتحدة ويوفر معلومات جديدة عن تأثيرات المتغيرات البيئية على الكربون العضوي في التربة.

يقول ديبجاني سيهي، المؤلف الرئيسي للدراسة والأستاذ المساعد في العلوم والدراسات البيئية في جامعة إيموري: “هناك اعتراف متزايد بأهمية الكربون العضوي في التربة وأنه يجب علينا الاستثمار في بنائه من خلال ممارسات الإدارة المستدامة للأراضي”. “تقديراتنا أكثر دقة من التقديرات الحالية وتوفر معيارا أفضل لتوجيه صناع السياسات ومديري الأراضي في اعتماد الممارسات الذكية مناخيا.”

ويشير سيهي إلى أن الأرض أكثر فعالية بكثير من المحيط في عزل الكربون، وتوفر حلاً ممكنًا قائمًا على الطبيعة للمساعدة في التخفيف من تغير المناخ.

وتوضح قائلة: “يمكننا أن نخلق ظروفًا مواتية للتربة لالتقاط ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي وحبسه هناك لفترة طويلة جدًا، على مدى آلاف السنين”.

سيهي هو عالم كيمياء حيوية يدرس قضايا البيئة والاستدامة عند تقاطع التربة والمناخ.

المؤلف الأول للورقة الحالية هو Zhuonan Wang، زميل ما بعد الدكتوراه السابق في مختبر سيهي والذي يعمل الآن في جامعة ولاية كولورادو.

استكشاف بيانات التربة

يتكون الكربون العضوي في التربة من مواد نباتية وحيوانية في حالات مختلفة من التحلل. على الرغم من أن الكربون غير العضوي موجود أيضًا في التربة على شكل معادن كربونات، إلا أن الكربون العضوي عمومًا يشكل النسبة الأكبر والعامل الأكثر أهمية في بيولوجيا التربة وجودتها.

تحتفظ وزارة الزراعة الأمريكية بقاعدة بيانات توصيف التربة لمسح التربة التعاوني الوطني. تم جمع هذه البيانات على مدى عقود، سواء من خلال المشي في الميدان والمراقبة، أو من خلال استخراج النوى وإرسالها إلى المختبرات لتحليلها. يتطلب قياس الكربون العضوي في التربة، على سبيل المثال، حفر عينة أساسية وصولاً إلى منطقة الجذر، بعمق حوالي 30 سم للحصول على صورة التربة السطحية وحتى تلامس النواة الأساس للحصول على صورة كاملة للتربة.

ويتم أخذ عينات التربة أيضًا في أجزاء أخرى من العالم. تتضمن الشبكة الدولية للكربون العضوي في التربة أكثر من 430.000 ملف تعريف للتربة من جميع أنحاء العالم. يستخدم العلماء هذه البيانات لإنشاء “خرائط التربة” أو تقديرات لخصائص التربة في مناطق مختلفة. إحدى خرائط التربة المعروفة هي قاعدة بيانات التربة العالمية المنسقة، التي طورتها منظمة الأغذية والزراعة للأمم المتحدة والمتعاونون معها. ومثال آخر هو SoilGrids، الذي يدعمه المركز الدولي لمراجع ومعلومات التربة في هولندا.

توجد تناقضات كبيرة في تقديرات الكربون العضوي في التربة في قاعدة بيانات التربة العالمية المنسقة وSoilGrids. استكشف سيهي وفريقه ما إذا كان بإمكانهم حل هذه التناقضات في التقديرات الأمريكية من خلال إيجاد طرق أكثر فعالية لزيادة بيانات عينات التربة.

قام الباحثون بتقسيم الولايات المتحدة – بما في ذلك جميع الولايات الخمسين وبورتوريكو – إلى 20 منطقة مختلفة وأنشأوا نماذج للتعلم الآلي لكل منطقة. وحصلوا على ما يقرب من 50 ألف عينة من التربة، يتراوح عمقها بين 30 سنتيمترًا ومترًا واحدًا، من هذه المناطق. وقاموا ببناء خوارزمياتهم باستخدام عينات بيانات الكربون العضوي في التربة، والتي تتوافق مع مواقع نظام المعلومات الجغرافية الدقيقة.

واعتمدوا أيضًا على بيانات إضافية مفتوحة المصدر لملء نماذجهم بـ 36 متغيرًا بيئيًا، بما في ذلك تفاصيل حول المناخ، والسمات الطبوغرافية للتضاريس، والخصائص البيوجيوكيميائية للتربة، وكمية النباتات في المناظر الطبيعية.

مرجع أفضل لنمذجة أنظمة الأرض

وأظهرت النتائج أن الطريقة الجديدة قدمت تقديرات أكثر دقة من قاعدة بيانات التربة العالمية المنسقة وSoilGrids لأعلى 30 سم من التربة، حيث يميل الكربون العضوي في التربة الأكثر نشاطًا بيولوجيًا إلى التركيز.

وكشفت الطريقة الجديدة أيضًا كيف تختلف تأثيرات المتغيرات البيئية على الكربون العضوي في التربة حسب المنطقة. وفي حين كان المناخ هو المؤشر الأكثر شيوعًا للكربون العضوي في التربة في معظم المناطق، فإن مؤشر الغطاء النباتي يميل إلى أن يكون أكثر أهمية في الأراضي الجافة في الجنوب الغربي. كان الارتفاع متغيرًا رئيسيًا في المناطق الجبلية أو المناطق ذات دلتا الأنهار الكبيرة.

ويأمل الباحثون أن يطبق الآخرون نهجهم على بلدان وقارات أخرى حيث تتوفر بيانات ميدانية كافية.

يقول سيهي: “إن جمال النهج الذي نتبعه هو أنه يمنحنا القدرة على تحديد المناطق التي تتسم بدرجة عالية من عدم اليقين في تقديراتنا، مما يساعدنا في توجيه جهود أخذ العينات في المستقبل”.

كما أن أخذ المتغيرات البيئية في الاعتبار يزيد من مرونة النموذج الجديد مع ارتفاع درجات الحرارة العالمية بسبب تغير المناخ، مما يتسبب في ارتفاع درجة حرارة الأرض وتغيير أنماط هطول الأمطار. ويشير سيهي إلى أنه لا يزال من غير الواضح ما إذا كانت التربة ستستمر في العمل كمخزن للكربون أو تتحول إلى مصدر للكربون.

يقول سيهي: “لكي نفهم كيف سيتطور الكربون في التربة في مناخ متغير، نحتاج أولاً إلى تقديرات دقيقة لمستويات الكربون العضوي في التربة الحالية والعوامل الرئيسية التي تؤثر عليها”. “إن تقديرنا الجديد هو خطوة نحو الحصول على بيانات أساسية أكثر دقة لتحسين نماذج نظام الأرض لتغير المناخ.”

من بين المؤلفين المشاركين في التقدير الجديد جيتندرا كومار (مختبر أوك ريدج الوطني)، وسامانثا وينتراوب ليف (شبكة المرصد البيئي الوطني)، وكاثرين تود براون (جامعة فلوريدا)، وأوماكانت ميشرا (مختبرات المرصد البيئي الوطني). .

تم دعم هذا العمل من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم ووزارة الطاقة الأمريكية.

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى