Новый метод обещает точные и эффективные оценки углерода в почве

Jul 05, 2023

Почва Земли содержит большие запасы углерода — даже больше углерода, чем в атмосфере. Значительная часть этого почвенного углерода находится в органической форме (углерод, связанный с углеродом), называемой органическим углеродом почвы (SOC). Однако исторически SOC значительно уменьшался из-за сельскохозяйственной деятельности, в результате чего этот углерод выбрасывался в атмосферу в виде углекислого газа, что способствовало изменению климата.

Для мониторинга и устойчивого управления запасами ПОУ при использовании сельскохозяйственных земель необходим точный способ измерения ПОУ. Однако современные методы точной оценки SOC являются ресурсоемкими и дорогостоящими.В своем новом исследовании, опубликованное в журнале Geoderma, исследователи Центра устойчивости агроэкосистем (ASC) протестировали новый метод отбора проб в надежде улучшить способность оценивать запасы SOC.

Предыдущие исследования группы показали, что легкодоступная пространственная информация в общедоступных базах данных может повысить эффективность отбора проб SOC на сельскохозяйственных полях. Это исследование, проведенное Эриком Поташем из ASC, научным сотрудником Департамента природных ресурсов и наук об окружающей среде (NRES) Университета Иллинойса (Университет I) Урбана-Шампейн, проверило эту гипотезу на восьми месторождениях в Иллинойсе и Небраске.

Измерение SOC является сложной задачей из-за его изменчивости. Запасы SOC в двух местах, находящихся всего в нескольких футах друг от друга, могут существенно различаться. Это означает, что необходимо отобрать образцы во многих местах, чтобы оценить общий запас SOC, что требует большого объема работы в лаборатории и на местах.

«Предыдущие исследования, в том числе то, что мы провели год назад, предлагали способы сокращения количества необходимых образцов», — сказал Поташ. «Но было неизвестно, насколько более эффективны эти методы. Мы проверили эти методы, используя новый высококачественный набор данных, собранный нашей исследовательской группой».

Команда обнаружила, что запасы SOC на сельскохозяйственных полях можно более эффективно измерить, используя метод, называемый двойной сбалансированной выборкой, который учитывает вспомогательную информацию, доступную на картах высот, спутниковых изображениях и предыдущих исследованиях. Двойно сбалансированная выборка — это современная стратегия, которая совершенствует классический метод стратифицированной выборки за счет выбора мест, которые более репрезентативны для поля с точки зрения этой вспомогательной информации.

«Количественное определение запасов углерода в почве посредством отбора проб почвы — сложная и дорогостоящая задача, но наш подход позволил сократить количество необходимых проб почвы на очень многообещающие 30 процентов», — сказал Кайю Гуан, руководитель проекта и соавтор, директор-основатель ASC и доцент НРЭ. «Мы считаем, что это значительный шаг вперед в повышении эффективности отбора проб почвы, и его следует продвигать в будущей практике разработчиками или исследователями углеродных проектов».

Работа стала возможной благодаря уникальным полевым образцам почвы с высоким разрешением, собранным учеными из разных проектов.

«Я рад, что наша тяжелая работа и собранные данные по пробам почвы позволяют разработать этот подход», — сказал ДоКён Ли, еще один соавтор и профессор растениеводства в Университете Иллинойса.

Команда сделала свои методы и данные общедоступными, чтобы научное сообщество могло извлечь выгоду и сотрудничать в дальнейшем улучшении понимания SOC.

«Я особенно рад тому, что мы публично делимся данными этого исследования», — сказал Поташ. «Я надеюсь, что это будет способствовать расширению сотрудничества и ускорению прогресса в исследованиях углерода в почве».

Помимо Поташа, Гуана и Ли, соавторами этой публикации являются Эндрю Марженот, доцент кафедры растениеводства и заместитель директора ASC; Арвид Бо, профессор агрономии, садоводства и растениеводства Университета штата Южная Дакота; Майкл Дуглас, техник-исследователь ASC и Crop Sciences; Эмили Хитон, профессор растениеводства; Чунхва Чан, постдокторант в области растениеводства; Вирджиния Джин, исследователь почв Министерства сельского хозяйства США-ARS в Университете Небраски; Нан Ли, научный сотрудник ASC и растениеводства; Роб Митчелл, агроном-исследователь Министерства сельского хозяйства США и адъюнкт-профессор агрономии Университета Небраски; Никтор Намои, научный сотрудник ASC и сельскохозяйственных наук; Марти Шмер, агроном-исследователь USDA-ARS в Университете Небраски; Шэн Ван, доцент-исследователь ASC и NRES; и Коллин Цумпф, специалист по биоэнергетике и экосистемным услугам Аргоннской национальной лаборатории.