علم مهندسی خاک در خط مقدم مبارزه با تغییر اقلیم/ نقش دانشمندان جوان در نوآوری برای آینده‌ای پایدار

خاک‌های سالم می‌توانند مقادیر عظیمی از دی‌اکسید کربن اتمسفری را از طریق فرآیندی به نام "ترسیب کربن" جذب و ذخیره کنند، و این پتانسیل، خاک را به یکی از قدرتمندترین ابزارهایطبیعی در مبارزه با گرمایش جهانی تبدیل کرده است.
با این حال، این منبع عظیم با چالش‌هایی نظیر فرسایش،تخریب، و مدیریت ناپایدار مواجه است که نیازمندنوآوری‌های جسورانه و مشارکت نسل جدید دانشمندان است.

خاک: بزرگ‌ترین سینک کربن طبیعت
خاک به‌عنوان بزرگ‌ترین مخزن کربن خشکی، حدود 1500 میلیارد تن کربن آلی ذخیره می‌کند، که تقریباً دو برابر کربن موجود در اتمسفر (حدود 800 میلیارد تن) است.
این ظرفیت عظیم، خاک را به یک ابزار کلیدی برای کاهش گازهای گلخانه‌ای تبدیل می‌کند. برخلاف تصور رایج که کربن خاک عمدتاً در لایه‌های سطحی (15 تا 30 سانتی‌متر) ذخیره می‌شود، تحقیقات جدید نشان داده‌اند که خاک‌های عمیق‌تر، به‌ویژه در اکوسیستم‌هایی با گیاهان ریشه‌دار عمیق مانند علفزارها، می‌توانند کربن را در عمق‌های تا 5 متر یا بیشترذخیره کنند.
این کشف، افق‌های جدیدی را برای مهندسی خاک و افزایش ظرفیت ذخیره کربن در کره زمین گشوده است. 
جالب است بدانید که خاک‌های کشاورزی جهان می‌توانند سالانه بین 0.9 تا 1.85 میلیارد تن کربن ذخیره کنند، که معادل 26 تا 53 درصد هدف ابتکار "4 در 1000" (افزایش 0.4 درصدیکربن آلی خاک در سال) است. این ابتکار که در کنفرانسCOP21 پاریس مطرح شد، نشان‌دهنده پتانسیل عظیم خاک برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای است.
اما نکته شگفت‌انگیز اینجاست: خاک‌های سالم نه‌تنها کربن را ذخیرهمی‌کنند، بلکه با بهبود ساختار خاک و افزایش فعالیتمیکروبی، بهره‌وری کشاورزی را تا 20 تا 40 کیلوگرم در هکتار برای گندم و 10 تا 20 کیلوگرم برای ذرت افزایش می‌دهند. اینیعنی خاک می‌تواند همزمان گرسنگی جهانی را کاهش دهد، امنیت غذایی را تضمین کرده و برای سازگاری با تغییر اقلیم راه حل ارائه دهد. 
 
چالش‌های جهانی علوم خاک
با وجود این پتانسیل عظیم، علوم خاک با چالش‌های متعددیروبه‌روست. تخریب خاک، که نتیجه کشاورزی ناپایدار،جنگل‌زدایی، و فرسایش است، بیش از یک‌سوم خاک‌هایجهان را در قرن گذشته تحت تأثیر قرار داده و حدود 110 میلیارد تن کربن را از لایه‌های سطحی خاک آزاد کرده است.
این مقدار معادل 80 سال انتشار کربن ایالات متحده در سطح فعلی است! علاوه بر این، پدیده "اشباع کربن خاک"، که در آن ظرفیت خاک برای ذخیره کربن به حد نهایی خود می‌رسد، مانع بزرگی برای استراتژی‌های بلندمدت ترسیب کربن ایجادمی‌کند.
این چالش‌ها با اثرات تغییر اقلیم، مانند افزایش دمای خاک و تسریع تجزیه مواد آلی، پیچیده‌تر می‌شوند، که می‌تواند خاک را از یک سینک کربن به یک منبع انتشار تبدیل کند.
یکی از حقایق شگفت‌انگیز که کمتر مورد توجه قرار گرفته، نقش میکروب‌های خاک در ذخیره کربن است. تحقیقات اخیرنشان داده‌اند که قارچ‌های میکوریزی، که با ریشه‌های گیاهان همزیستی دارند، می‌توانند تا 70 درصد کربن بیشتری در خاک ذخیره کنند.
این قارچ‌ها ماده‌ای چسبناک به نام "گلومالین" تولید می‌کنند که نه‌تنها کربن را تثبیت می‌کند،بلکه ساختار خاک را بهبود می‌بخشد و از فرسایش جلوگیری می‌کند. این کشف، که در سال 1996 انجام شد، نشان‌دهنده پتانسیل عظیم میکروبیوم خاک در مهندسی پایدار است.

نقش دانشمندان جوان در نوآوری
نسل جدید دانشمندان، با ایده‌های خلاقانه و فناوری‌هایپیشرفته، در حال بازتعریف علوم خاک هستند. از حسگرهای هوشمند برای پایش سلامت خاک گرفته تا الگوریتم‌های یادگیری ماشین برای بهینه‌سازی مدیریت کربن، دانشمندان جوان ابزارهایی را توسعه می‌دهند که می‌توانندظرفیت ذخیره کربن خاک را به حداکثر برسانند.
برای مثال، استفاده از بیوچار (زغال زیستی) به‌عنوان یک ماده اصلاحی خاک، که از تجزیه حرارتی مواد آلی در محیط کم‌اکسیژن تلید می‌شود، می‌تواند کربن را برای قرن‌ها در خاک تثبیت کند. مطالعه‌ای در سال 2023 نشان داد که افزودن بیوچار به خاک‌های کشاورزی می‌تواند ذخیره کربن را تا 34 درصد افزایش دهد، در حالی که استفاده از کودهای معدنی تنها 9.4 درصد افزایش را به همراه دارد.
این تفاوت چشمگیر،نوآوری‌های دانشمندان جوان را در کانون توجه قرار می‌دهد.
علاوه بر این، تکنیک‌های کشاورزی احیاگر مانند کشت بدون شخم، استفاده از گیاهان پوششی، و تناوب زراعی پیشرفته،نه‌تنها کربن خاک را افزایش می‌دهند، بلکه اثرات مثبتی بر بهره‌وری و پایداری دارند.
برای مثال، پروژه SIMLESA در آفریقا نشان داد که کشاورزی حفاظتی می‌تواند بازده محصولات را تا 38 درصد افزایش دهد و در عین حال سلامت خاک را حفظ کند. این دستاوردها، که عمدتاً توسط پژوهشگران جوان هدایت می‌شوند، نشان‌دهنده پتانسیل عظیم نوآوری در حل چالش‌های جهانی است.

موانع و راهکارها
با وجود پیشرفت‌های چشمگیر، موانع متعددی بر سر راه ترسیب کربن خاک وجود دارد. کمبود بودجه برای تحقیقات خاک، فقدان همکاری‌های بین‌المللی منسجم، و نیاز به آموزش کشاورزان محلی برای پذیرش شیوه‌های پایدار، از جمله این موانع هستند.
علاوه بر این، تفاوت‌های منطقه‌ای در نوع خاک، شرایط اقلیمی، و شیوه‌های کشاورزی، نیازمند راه‌حل‌هایبومی‌سازی‌شده است. برای مثال، خاک‌های شنی ظرفیت ذخیره کربن کمتری نسبت به خاک‌های رسی دارند، و این موضوع باید در طراحی استراتژی‌های محلی مدنظر قرار گیرد.

آینده خاک و تغییر اقلیم
آینده مبارزه با تغییر اقلیم بدون شک به خاک وابسته است. خاک نه‌تنها بزرگ‌ترین سینک کربن طبیعت است، بلکه با بهبود سلامت اکوسیستم‌ها، امنیت غذایی و پایداری محیطی را تضمین می‌کند. نوآوری‌های دانشمندان جوان، از بیوچار و کشاورزی احیاگر گرفته تا فناوری‌های دیجیتال، در حال باز کردن فصل جدیدی در علوم خاک هستند.
با این حال، موفقیتاین تلاش‌ها نیازمند سرمایه‌گذاری کلان، همکاری جهانی، و تعهد به حفظ خاک به‌عنوان یک منبع تجدیدپذیر است.
مهندسی خاک به‌عنوان یکی از حوزه‌های کلیدی در مبارزه با تغییر اقلیم، نقش مهمی در توسعه راهکارهای پایدار برایمدیریت منابع طبیعی و کاهش اثرات گرمایش جهانی ایفامی‌کند.
اسناد سازمان ملل متحد، به‌ویژه گزارش‌های هیئتبین‌دولتی تغییر اقلیم (IPCC)، بر اهمیت مدیریت پایدارخاک برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و افزایش ظرفیت ذخیره کربن تأکید دارند. به عنوان مثال، در گزارش ارزیابی سال ۲۰۱۴ IPCC ، اشاره شده که بهبود روش‌های کشاورزی و احیای خاک‌های تخریب‌شده می‌تواند به‌عنوان انباشتگاه‌های کربن عمل کند و از انتشار دی‌اکسید کربن جلوگیری نماید.
علاوه بر این، کنوانسیون چارچوب ملل متحد در مورد تغییراتآب و هوا (UNFCCC) از سال ۱۹۹۲، با امضای بیش از ۱۵۰ کشور، بر تثبیت غلظت گازهای گلخانه‌ای از طریق مدیریت منابع طبیعی، از جمله خاک، تأکید کرده است.
فعالیت‌های بین‌المللی مانند کنفرانس‌های COP، به‌ویژه COP21 در پاریس (۲۰۱۵)، توافق‌نامه‌هایی را برای ترویج فناوری‌های پایدار در مدیریت خاک و کشاورزی به منظور کاهش اثرات اقلیمی ترغیب کرده‌اند.
دانشمندان جوان در این حوزه نقش برجسته‌ای در نوآوری و پیشبرد اهداف توسعه پایدار سازمان ملل متحد دارند. برنامه‌های سازمان ملل، مانند "Youth4Climate" که در حاشیهCOP26 در سال ۲۰۲۱ برگزار شد، بستری برای جوانان فراهم کرد تا ایده‌های نوآورانه خود را در زمینه فناوری‌های اقلیمی،از جمله مهندسی خاک، ارائه دهند. این رویدادها بر نقش فناوری‌های پاک و مدیریت پایدار خاک برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای تأکید داشتند.
همچنین، مرکز و شبکه فناوری اقلیم سازمان ملل متحد (CTCN) از سال ۲۰۰۹ با هدف انتقال فناوری‌های سازگار با محیط‌زیست به کشورهای در حال توسعه، از پروژه‌های نوآورانه‌ای حمایت می‌کند که توسط دانشمندان جوان در زمینه‌هایی مانند احیای خاک و مدیریتمنابع آب هدایت می‌شوند.
این تلاش‌ها نشان‌دهنده تعهد جهانیبه توانمندسازی نسل جدید برای ایجاد آینده‌ای پایدار از طریق مهندسی خاک و دیگر راهکارهای اقلیمی است. 
محققان خاک با بهره‌گیری از فناوری‌های پیشرفته مانند فناوری هسته‌ای و روش‌های ایزوتوپی، نقش مهمی در مبارزه با تغییر اقلیم ایفا می‌کنند.
اسناد آژانس بین‌المللی انرژیاتمی (IAEA) و سازمان ملل متحد نشان می‌دهند که تکنیک‌های هسته‌ای، نظیر استفاده از ایزوتوپ‌های پایدار برای ردیابی چرخه کربن در خاک، به بهبود مدیریت خاک و افزایش ظرفیت ذخیره‌سازی کربن کمک می‌کنند.
این فناوری‌ها امکان اندازه‌گیری دقیق‌تر میزان کربن آلی خاک و اثرات روش‌های کشاورزی پایدار را فراهم می‌کنند، که به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای منجر می‌شود.
علاوه بر این، محققان خاک با استفاده از داده‌های پیشرفته حسگرهای ماهواره‌ای و مدل‌سازی‌های مبتنی بر هوش مصنوعی، که گاهی با داده‌های هسته‌ای تلفیق می‌شوند، به توسعه استراتژی‌های احیای خاک‌های تخریب‌شده و بهبود بهره‌وری کشاورزی کمک می‌کنند، که این اقدامات مستقیماً به کاهش اثرات تغییر اقلیم و تحقق اهداف توسعه پایدار سازمان ملل متحد مرتبط است.
در پایان، خاک تنها یک ماده زیر پای ما نیست؛ بلکه شریک حیاتی ما در ساختن جهانی پایدار است. با توانمندسازیدانشمندان جوان و حمایت از نوآوری‌های مبتنی بر خاک، می‌توانیم آینده‌ای را رقم بزنیم که در آن خاک نه‌تنها کربن را ذخیره کند، بلکه به عنوان ستون فقرات اکوسیستم‌های سالم، زندگی میلیاردها نفر را بهبود بخشد.
کشورهای خاورمیانه، با چشم‌انداز پیشرو خود، می‌توانند رهبری این تحول را بر عهده بگیرند و جهانی را به نمایش بگذارند که در آن خاک، کلیدنجات سیاره ماست.

به قلم: سیده خمساء اسبقیان-پژوهشگر دکتری مهندسی بیولوژی و بیوتکنولوژی خاک دانشگاه تهران
انتهای پیام/