چکیده

افزایش غلظت گازهای گلخانهای، مانند دیاکسیدکربن، متان و اکسیدهای ازت، در اثر دستکاریهای گسترده انسانی در بوم سامانههای زیستی و مصرف بیرویه سوختهای سنگوارهای سبب گیرافتادن انرژی تابش طول موجهای بلند زمینی در نیوار زمین است. این فرآیند، افزایش میانگین دمای زمین و در نتیجه گرمایش جهانی و تغییرات اقلیمی را به همراه داشته است. گاز متان در اثر فرآیندهای صنعتی و واکنشهای بیهوازی زیستی در زیستسپهر تولید میشود. اثر گلخانهای این گاز نسبت به دیاکسید کربن، ۲۰ تا ۳۰ برابر میباشد. سرچشمه عمده گسیل این گاز (تا (%۷۰ به نیوار زمین، توسط انسان با انجام عملیات کشاورزی، دفع فاضلاب، سوزاندن زیستتوده و فرآیندهای بیهوازی ماندابها و شالیزارها میباشد. در محیط شالیزار که به دلیل غرقاب بودن، اکسیژنی وجود ندارد تجزیه مواد آلی منجر به تولید متان میشود. کاهش دوره ماندابی در خلال دوره کشت و خشکاندن خاک با احداث زهکش در شالیزار در فصلهای غیر زراعی سبب تغییر فرآیند بیهوازی به هوازی و گسیل دیاکسیدکربن میشود. پیامد چنین مدیریت کشتی کاهش تولید متان میباشد. هر ساله گستره کلانی از کشتزارهای استان مازندران به کشت برنج اختصاص مییابد. بنابراین هدف این پژوهش یافتن راهکارهایی عملی برای کاهش گسیل گاز متان است. در این پژوهش اثر اجرای طرحهای تجهیز، نوسازی و یکپارچهسازی زمینهای شالیزاری بر کاهش گسیل گاز متان بررسی میشود. در پژوهشهای همانند این طرح، ایجاد زهکش زیرزمینی در خاکهای شالیزارهای ماندابی تا %۴۰ سبب کاهش گسیل گاز متان شده است.

واژههای کلیدی: زیستمحیط، گرمایش جهانی، زهکشی، شالیزار، گازهای گلخانهای، متان، برنج، کشاورزی پایدار.

مقدمه

بسیاری از دانشمندان معتقدند که سیاره زمین دارای نشانه هایی از گرم شدن تدریجی است، زیرا بیشتر انرژی رسیده از خورشید و دریافت شده از هوای احاطه شده به دور زمین در جو نگه داشته می شود و غیر قابل خروج از اتمسفر کره زمین است. با وجود آن که علل واقعی تغییر پذیری اقلیم به طور کامل شناخته نشده است، فرضیه هایی به عنوان عوامل موثر در تغییرات اقلیم مطرح شده اند تقرباًی می توان گفت که تمام این فرضیه ها یکی از مهمترین بحثهای خود را در رابطه با مقدار یا پراکندگی گرما و سرمای جو زمین قرار دادند از آنجا که گردش عمومی جو با نحوه توزیع و پراکندگی انرژی مشخص می شود و چون آب و هوای کره زمین رابطه مستقیم با گردش عمومی جو دارد، بنابراین تغییر وضعی که در شدت یا الگوی گرمایش زمین روی می دهد، موجب تغییرات اقلیمی می شود و با ایجاد این تغییرات در مقیاس جهانی، جریانات عمومی جو و جریانات عمومی آب اقیانوسها در عمق و سطح که در مدل جهانی مشخص هستند و کنترل کننده و مشخص کننده آب و هوای کلی جهان می باشد نیز تغییر می کند.

Archvie of SID

آنچه این روزها از آن به عنوان گرمایش جهانی نام برده می شود در حقیقت افزایش میانگین درجه حرارت زمین در نزدیکی سطح آن است. گرمایش جهانی اثرات ناخوشایند فراوانی بر زندگی انسان ها و جانوران دارد. با گرم شدن زمین، یخ های قطبی آب می شوند، سطح آب دریاها بالا می آید و فصل ها شدت بیشتری میگیرند. یعنی زمستان ها سردتر از همیشه خواهد بود و تابستان ها گرم و خشک. این ماجرا بر کشاورزی که یکی از کلیدی ترین صنایع موجود روی زمین است تاثیر ناخوشایند می گذارد. با گرم شدن تدریجی زمین، به زودی نوع محصولات کشاورزی زمین ها هم تغییر خواهد کرد. در طول این سال ها دمای هوا چه بر سطح آب و چه بر سطح خشکی افزایش یافته، اما افزایش دما بر سطح خشکی به مراتب بیش از سطح آب می باشد.

اثر گازهای گلخانه ای بر گرمایش جهانی

جو یا هوایی که در اطراف ماست، شبیه یک گلخانه است. برخی از گازهای موجود در جو درست مثل شیشه های گلخانه عمل می کنند. نور خورشید پس از عبور از لایه های این گازها وارد جو زمین می شود. زمانی که نور خورشید به سطح زمین میرسد مقداری از انرژی گرمایی آن توسط خاک، آب و سایر موجودات جذب می شود. مقداری هم در جو زمین میماند و باقیمانده آن به فضا بر می گردد. اگر مقدار این گازها در جو از حد طبیعی آن بالاتر باشد، به جهت جذب تشعشعات مادون قرمز منعکس شده از سطح زمین توسط این گازها، گرما در اتمسفر زمین محبوس می شود و انرژی کمتری به فضا بر میگردد، در نتیجه جو زمین گرم تر می شود و به دنبال آن دمای کره زمین بالا می رود. وجود این گازها به خودی خود و به میزان طبیعی برای ادامه حیات لازم می باشد در صورت عدم وجود این گازها گرمای منعکس شده به فضا بر می گردد و هوا آن قدر سرد می شود که ادامه حیات را مختل می کند. اگر این گازها در جو نبودند، انرژی گرمایی خورشید که مجدداً به فضا برمی-گشت باعث میشد دمای هوای اطراف زمین ۳۳ درجه سانتیگراد سردتر از دمای کنونی باشداین. ویژگی اقلیم عموماً اثر گلخانهای نامیده می شود و گازهای جذب کننده تشعشعات مادون قرمز را گازهای گلخانهای میگویند.[۱۳]

کارخانجات صنعتی آلاینده؛ دود ناشی از سوختن ناقص خودروها؛ آتش سوزی جنگل ها؛ زمینهای بایر و غیر قابل کشت؛ صحرا و طوفانهای شن که معلول چرای بی رویه دامهاست همه از عواملی هستند که دست انسان در ایجاد آن به وضوح دیده می شود. دستکاری های انسان سبب افزایش گازهای گلخانه ای در جو می شوند.

دی اکسید کربن، متان و N2O که در گرمایش جهانی نقش دارند به ترتیب ۶۰، ۱۵ و ۵ درصد کل گازهای گلخانهای را تشکیل میدهند. غلظت این گازها به ترتیب در هر سال به مقدار ۰/۴، ۳ و ۰/۲۲ درصد افزایش مییابد.[۹] افزایش گازهای گلخانهای سبب افزایش دمای کره زمین در قرن آینده میشود. این افزایش دما الگوهای بارندگی را تغییر داده و سبب بالا آمدن سطح آب دریاها میشود.

مهمترین گاز گلخانهای دی اکسیدکربن میباشد ولی متان و مونوکسید نیتروژن نیز نقش قابل توجهی در گرمایش جهانی دارند. اگرچه مقدار خالص انتشار این گازها در مقایسه با دی اکسید کربن کم است ولی اثر آنها در جذب اشعه مادون قرمز و در نتیجه در گرمایش جهانی بسیار بیشتر است. در یک دوره ۱۰۰ ساله پتانسیل گرمایی یک کیلوگرم متان ۲۳ برابر و پتانسیل گرمایی یک کیلوگرم مونوکسید نیتروژن تقریبا ۳۰۰ برابر بیشتر از پتانسیل گرمایی یک کیلوگرم دیاکسیدکربن است.[۹] چون طول عمر N2O بسیار بیشتر از طول عمر دی اکسید کربن میباشدبنابراین. تغییرات نسبتاً کوچکی در انتشار N2O از خاک کشاورزی میتواند تاثیر نسبتاً بزرگی در سهم گاز گلخانهای سیستم کشت داشته باشد.[۶] تجزیه و تحلیل گازهای فشرده شده در هستههای یخی عمیق جمعآوری شده از مناطق قطبی نشان میدهد که در بیش از ۱۵۰ سال گذشته، میزان N2O اتمسفر به مقدار ۱۸ درصد افزایش یافته است. این افزایش عمدتاً محصول افزایش مصرف کود ازته در سراسر جهان میباشدN2O . [12] تولید شده در خاک از طریق فرایند پخشیدگی از منافذ خاک به سرعت وارد اتمسفر میشود. انتشار N2O به اتمسفر از لحاظ کشاورزی اهمیت زیادی دارد زیرا هر نوع خروج نیتروژن از خاک نشان دهنده مقدار نیتروژنی است که نمیتواند بوسیله گیاه مورد استفاده قرار گیرد. در بیشتر مواقع تلفات سالانه N2O معادل ۱ تا ۵ درصد کود اضافه شده به خاک میباشد ضمن اینکه مقادیر بیشتر از این نیز اندازه گیری شده است.[۱۰]

Archvie of SID

خاک و استفاده از آن اساساً نقش عمدهای در تولید گازهای گلخانهای و گرم شدن جهانی دارد. تمام گازهای گلخانهای طی فرآیندهای میکروبی در خاک تولید یا مصرف میشوند. دمای خاک و محتوای رطوبتی آن با تاثیر بر فعالیت میکرو ارگانیسمها و ریشه مستقیماً در تولید و مصرف گازهای گلخانهای نقش دارند. خلل و فرج پر از آب (یا پر از هوا) ظرفیت خاک را برای تولید این گازها تعیین می کنند. خشک کردن خاک با احداث زهکش در مزارع شالیزاری در فصول غیر زراعی موجب توقف فعالیت میکرو ارگانیسمها در نتیجه کاهش تولید CO2 میشود. اما پایین بردن سطح ایستابی در خاکهای آلی تولید این گاز را افزایش و تولید CH4 را کاهش میدهد. افزایش حفرههای پر از آب خاک، فضای بیهوازی خاک را افزایش میدهد که این امر سبب می شود انتشار N2O به صورت نمایی افزایش یابد.[۱۴]

میزان انتشار گازهای گلخانهای از اکوسیستمهای کشاورزی به شدت در زمان و مکان متغیر است زیرا تحت تاثیر عوامل اکولوژکویکی (مانند اقلیم، پوشش گیاهی و عوامل انسانی)، عوامل مربوط به محیط زیست خاک (مانند دما، رطوبت، PH، پتانسیل احیا و غلظت عناصر موجود) و واکنش های بیو شیمیایی یا ژئوشیمیایی می باشد.[۸] دمای خاک و نگهداشت رطوبت بواسطه تاثیر بر میکروارگانیسمها و فعالیتریشه، مستقیماً بر تولید و مصرف گازهای گلخانهای تاثیر میگذارند. پخشیدگی گاز که به تخلخل پر شده از هوا بستگی دارد و بطور معکوس با نگهداشت رطوبت تغییر می کند، جابجایی گازها به اتمسفر و از آن را کنترل میکند، همچنین بر تهویه خاک تاثیر میگذارد و در نتیجه بطور غیر مستقیم توانایی خاک را برای تولید یا مصرف دی اکسیدکربن، مونوکسید نیتروژن و متان کنترل مینماید.[۱۱]

سهم بخش کشاورزی در انتشار جهانی مونوکسید نیتروژن تقریبا برابر ۳۵ درصد برآورد شده است. حدود ۸۰ درصد متان در فرآیندهای بیولوژیکی تولید میشود و منبع اصلی آن شالیزارهای برنج، مردابها، رسوبات، تخمیر رودهای و ضایعات حیوانی میباشند.[۱۷]