OPRACOWANIE Paweł Pstrokoński
Obieg węgla w przyrodzie to grupa złożonych procesów, związanych z przemieszczaniem tego pierwiastka pomiędzy atmosferą, lądami i oceanami. W cyklu węglowym dominują procesy naturalne, które są niestety zaburzane przez działalność człowieka. Spalanie paliw kopalnych, wylesianie czy spadek różnorodności biologicznej odciskają silne, negatywne piętno na naturalnym obiegu węgla w przyrodzie. Jednym z proponowanych rozwiązań tego problemu jest sekwestracja, czyli proces przechwytywania i przenoszenia CO2 z atmosfery do gleby (rysunek 1 ). Gdy węgiel zostanie związany i przeniesiony do jej pokładów, może być tam przechowywany przez dziesięciolecia (i dłużej). Sekwestrację można osiągnąć poprzez: (1) maksymalizację przyrostu biomasy (prawidłowe zarządzanie w zakresie nawożenia, nawadniania i wypasu) oraz (2) zmniejszenie rozkładu istniejącej lub nowej martwej materii organicznej (Silveira i in. 2018).
Wielka Brytania od lat 30. ubiegłego wieku straciła trzy miliony hektarów łąk polnych bogatych w kwiaty. To olbrzymia szkoda, ponieważ z raportu UK National Ecosystem Assessment (Bullock i in. 2011) wynika, że obszary łąkowe, które zajmują dużą część Wysp Brytyjskich, zawierają największe zasoby węgla ze wszystkich rozległych obszarów Wielkiej Brytanii. Potwierdzają to także najbardziej wszechstronne badania roślinności i gleb UK – Countryside Survey (1978–2007), w których uwzględniono również składowanie dwutlenku węgla w trwałych użytkach zielonych. Autorzy i autorki dowodzą, że zasoby węgla w glebie łąk półnaturalnych wahają się od 60 ton węgla na hektar w zbiorowiskach porastających gleby o odczynie obojętnym do 87 ton węgla na hektar w zbiorowiskach kwaśnych (Emmet i in. 2010). Ze względu na bardziej ekstensywną gospodarkę i rzadsze zabiegi agrotechniczne skutkujące mniejszym naruszeniem struktury gleby, półnaturalne łąki odgrywają ważną rolę w łagodzeniu zmian klimatycznych. Badanie wyżynnych łąk w północnej Anglii, porastających gleby o neutralnym pH oraz uprawianych w sposób tradycyjny (na siano i kiszonkę), wykazało, że miejsca te gromadziły w wierzchniej warstwie gleby (0–15 cm) znaczne ilości węgla, w zakresie od 58,93 ± 3,50 do 100,69 ± 8,64 ton węgla na hektar (Eze i in. 2018). Co ciekawe, węgiel w ekosystemach łąkowych magazynowany jest głównie pod ziemią, w glebie, a nie w roślinności nadziemnej. Badania wykazały, że znaczne zapasy węgla są ulokowane na głębokości poniżej 30 cm (Gregg i in. 2021). Ward i in (2016) ustalili, że około 60% całkowitego węgla w trwałych użytkach zielonych znajdowało się poniżej 30 cm głębokości. Ponieważ węgiel przechowywany pod ziemią jest trwalszy niż, np. zielona biomasa roślinna, sekwestracja węgla w glebie na łąkach stanowi długoterminową alternatywę dla ograniczenia emisji gazów cieplarnianych do atmosfery (Silveira i in. 2018).
Podobnie kształtuje się sytuacja w Stanach Zjednoczonych, gdzie dodatkowym, ważnym aspektem jest obszar zajmowany przez łąki. Follett i in. (2001) uważają, że na łąkach w USA może być sekwestrowanych od 29,5 do 110 milionów ton węgla rocznie. Dla porównania Polska co roku produkuje łącznie 400 mln ton CO2 (GUS 2020). Ponieważ nieleśne ekosystemy, na których prowadzony jest wypas w Stanach Zjednoczonych obejmują rozległy obszar (ok. 1/3 powierzchni lądu), niewielkie zmiany w ilości dwutlenku węgla sekwestrowanego w glebach tych formacji mają poważne konsekwencje dla globalnego obiegu węgla. Dalej Follett i in. (2001) dowodzą, że wzrost (lub utrata) tylko 1% węgla w glebie łąk w jej górnych, płytkich warstwach (do 10 cm) odpowiada całkowitej emisji dwutlenku węgla z rolnictwa na polach uprawnych w USA. Takie zestawienie danych pokazuje znaczenie łąk dla ograniczenia przynajmniej części globalnej emisji CO2 do atmosfery.
W dobie kryzysu klimatycznego coraz więcej się mówi o roli łąk* w sekwestracji CO2. Kilka czynników sprzyja większej akumulacji węgla w glebie właśnie przez te zbiorowiska roślinne w porównaniu z gruntami rolnymi. Są to m.in. duże zagęszczenie korzeni i ich rozłożystość oraz, co istotne, brak fizycznych zaburzeń gleby wynikających z braku uprawy (orka). Istotną rolę w procesie sekwestracji odgrywają bakterie i grzyby. Roślinność łąkowa kojarzona jest z mikoryzą arbuskularną, czyli takim rodzajem mikoryzy, w którym grzybnia wnika do środka korzenia roślin (Sørensen 2018). Ponadto należy pamiętać, że zbiorowiska glebowe zawierają niezliczoną liczbę gatunków, które tworzą sieć troficzną producentów pierwotnych i konsumentów oraz konsumentów wtórnych i wyższego poziomu. Zbiorowiska łąkowe mają ograniczoną pojemność i nie są w stanie absorbować węgla powyżej pewnej objętości. Ważne jest także podkreślenie faktu, że sama obecność łąk ma ograniczony wpływ na zdolność do absorpcji węgla – istotny jest także sposób gospodarowania i zarządzania takim terenem. Jest to kluczowy aspekt w kontekście ochrony zasobów węgla ukrytego w glebie, ponieważ gleby o wiele łatwiej i szybciej tracą związany węgiel niż go przyswajają (wiążą). W rzeczywistości większość technik stosowanych do poprawy produktywności łąk i pastwisk m.in. nawadnianie, wypas, nawożenie, poprawia wiązanie węgla w glebie i zwiększa jego sekwestrację (Silveira i in. 2018). Po wprowadzeniu zmiany w sposobie gospodarowania, równowaga może zostać osiągnięta po upływie około stu lat (rysunek 2) (Smith 2014).
Zachodzące zmiany klimatyczne – np. gwałtowne opady deszczu, przedłużające się susze – nie pozostają bez wpływu na glebę, a co za tym idzie na jej zdolność m.in. do sekwestracji. Jak zauważają Pugnaire i in. (2019) w wyniku suszy odnotowano na łąkach zmniejszenie wzrostu roślin i podziemnej alokacji węgla. Uporczywa susza prowadzi do zmiany składu gatunkowego i mniejszej produkcji biomasy nadziemnej (przyspieszona transpiracja), co skutkuje mniejszą produkcją ściółki, która może podlegać rozkładowi przez żyjące w glebie mikroorganizmy (grzyby, bakterie, bezkręgowce detrytusowe). W skrajnych wypadkach, przy zbyt chciwym wykorzystywaniu obszarów rolniczych, może dojść do silnej erozji gleb, która w połączeniu z przedłużającymi się suszami może tworzyć bezwodne burze pyłowe tzw. dustery. Tego rodzaju katastrofa ekologiczna – Dust Bowl – miała miejsce w latach 1931–1938 na terenie dziewiętnastu stanów USA (obszar Wielkiej Równiny), kiedy to czarne chmury, gnane wiatrem o prędkości nawet 100 km/h, niosły tumany pyłu na wiele kilometrów. Nieodpowiednio pielęgnowane łąki zarastają roślinnością krzewiastą i drzewiastą, przez co z czasem przestają pełnić swoją funkcję m.in. tracą zdolność do sekwestracji węgla. By temu zapobiec, konieczne jest odpowiednie długoterminowe zarządzanie takim obszarem (zarezerwowanie odpowiedniej ilości środków finansowych na sprawne przeprowadzenie prac pielęgnacyjnych w perspektywie kilkunasto-, a nie kilkuletniej) (Scott 2020). Zarastanie przez krzewy terenów łąk alpejskich obszaru tundrowego (Dovrefjell, Norwegia, 1100 m n.p.m.) może zmieniać aktywność mikrobiologiczną, a to z kolei może powodować znaczące zmiany w procesach wymiany gazowej i dynamice pochłaniania węgla. Przekształceniom w nadziemnym składzie zbiorowisk roślinnych mogą towarzyszyć zmiany jakości ściółki, temperatury, wilgotności, pH oraz napowietrzenia gleby, z których wszystkie mogą mniej lub bardziej bezpośrednio wpływać na zmianę mikroflory glebowej (Sørensen i in. 2019). W dobie kryzysu klimatycznego wszelkie działania mu zapobiegające są pożądane. Jednym z nich zdaje się być sekwestracja. Od blisko dwóch dekad na świecie, zwłaszcza w Kanadzie i Stanach Zjednoczonych, trwają projekty geologicznego magazynowania CO2 z wykorzystaniem technologii polegającej na umieszczeniu tego gazu w skale osadowej, podziemnej warstwie solankowej lub niezdatnym do eksploatacji pokładzie węgla. Od 2009 roku działa Global CCS Institute, który co roku przygotowuje raporty o postępach w temacie technologicznego magazynowania. Niestety, dotychczasowe projekty nie doprowadziły do powstania wydajnych metod CCS – wszystkie działające obecnie projekty tego rodzaju odzyskują dziesięciokrotnie mniej CO2 niż emituje sama elektrownia Bełchatów. Sekwestracja poprzez wykorzystanie naturalnych ekosystemów ziemskich zdaje się być dobrym uzupełnieniem rozwiązań technologicznych, przy czym konieczne są dalsze badania i poszukiwanie jak najwydajniejszych metod. Wykazanie, czy łąki w miastach, zmagających się z wzmożonym ruchem samochodowym i smogiem, posiadają odpowiednie właściwości do pułapkowania, jest ciekawym kierunkiem wartym sprawdzenia.
*Na potrzeby niniejszego opracowania autor przeszukiwał anglojęzyczne publikacje naukowe zawierające terminy: meadow, pasture, grasslands, alpine meadow, wildflower meadow, zatem definicja polskiego słowa ‘łąka’ ma w tekście nieco szersze znaczenie.
Źródła
Bullock J.M., Jefferson R.G., Blackstock T.H. , Pakeman R.J., Emmett B.A.,
Pywell R.J., Grime J.P., Silvertown J. 2011. Semi-natural grasslands. The UK National Ecosystem Assessment Technical Report, s. 161–196.
Emmett B.A., Reynolds B., Chamberlain P.M., Rowe E., Spurgeon D., Brittain S.A., Frogbrook Z., Hughes S., Lawlor A.J., Poskitt J., Potter E., Robinson D.A., Scott A., Wood C., Woods C. 2010. Countryside survey: soils report from 2007.
Eze S., Palmer S.M., Chapman P.J. 2018. Soil organic carbon stock and fractional distribution in upland grasslands, Geoderma 314, s. 175–183.
Follett R.F., Kimble J.M., Lal. R. 2001. The potential of U.S. grazing lands to sequester carbon and mitigate the greenhouse effect, Boca Raton, FL: Lewis Publishers.
Główny Urząd statystyczny. 2020. Polska na drodze zrównoważonego rozwoju. Raport 2020.
Gregg R., Elias J.L., Alonso I., Crosher I.E., Muto P., Morecroft M.D. 2021. Carbon storage and sequestration by habitat: a review of the evidence (second edition), Natural England Research Report NERR094, Natural England, York.
Pugnaire F.I., Morillo J.A. , Peñuelas J., Reich P.B. , Bardgett R.D., Gaxiola A., Wardle D.A., van der Putten W.H. 2019. Climate change effects on plant-soil feedbacks and consequences for biodiversity and functioning of terrestrial ecosystems, Science Advances 5.
Scott R. 2020. The importance of soil and substrates in urban meadow creation, Conservation Land Management 18, s. 28–33.
Silveira M., Hanlon E., Azenha M., da Silva H.M. 2018. Carbon sequestration in grazing land ecosystems, Department of Soil and Water Sciences, UF/IFAS Extension, SL373.
Smith P. 2014. Do grasslands act as a perpetual sink for carbon?, Global Change Biology 20, s. 2708–2711. Sørensen M.V., Graae B.J., Classen A., Enquist B.J., Strimbeck R. 2019. Drivers of C cycling in three arctic-alpine plant communities, Arctic, Antarctic, and Alpine Research 51, s. 128–147. Sørensen M.V., Strimbeck R., Nystuen K.O., Kapas R.E., Enquist B.J., Graae B.J. 2018. Draining the pool? Carbon storage and fluxes in three alpine plant communities, Ecosystems 21, s. 316–330. Ward S.E., Smart S.M., Quirk H., Tallowin J.R.B., Mortimer S.R., Shiel R.S., Wilby A., Bardgett R.D. 2016. Legacy effects of grassland management on soil carbon to depth, Global Change Biology 22, s. 2929–2938.