مفاهیم بیوفیزیک جریان کربن در دیم‌کاریها
مقدمه:
فرآیندهای جریان کربن در خاکها قسمتی از چرخه کربن جهان را تشکیل می‌دهد. جابجایی کربن میان خاک و محیط روی زمین، دو جهتی و به طور متوالی ذخیره کربن در خاک به تعادل میان فرآیندهای مخالف هم (تجمع و کاهش) بستگی دارد. این ذخیره کربن خاک در واقع فعال است و نه تنها کربن به طور دائمی به خاک وارد و خارج می‌شود کربن خاک میان گروههای مختلف و دسته‌های مختلف گسترده مغناطیسی شده تقسیم می‌شود. همچنین کربن خاک درماده آلی زنده خاک به عنوان یک ذخیره ساکن و بخشی از آن در پدیده دیگری بعنوان چرخه تجزیه و پخش گازها نقش بازی می‌کند. کمیت کربن ذخیره شده در خاکها به طور عمده مشخص است. خاکها شامل سه برابر کربن نسبت به قبل از رویش و دو برابر مقداری که در اتمسفر است، می‌باشند.
در اینجا حقیقتی که فاکتورهای محیطی می‌تواند به طور مشخص به درجه‌بندی که اندازه گروههای کربن خاک را کنترل می‌کنند، اثر کنند. کمیت کربن درون خاک تا حدی به وسیله یک رابطه توازن ساده شرح داده‌شده است:
کربن خالص تجمعی = کربن خروجی – کربن ورودی
بسیاری از فاکتورهای تعیین ورود و خروج کربن از خاک به طور عمده و غیر عمده بوسیله عملیات مدیریتی زمین تاثیر پذیرفته‌اند. بنابراین بسیاری از فرآیندهای آگرواکولوژی برای تاثیر کربن ورودی و خروجی وجود دارد. به منظور ایجاد جریان کربن فعالیت انسانی به ماکسیمم کربن ورودی و مینیمم کربن خروجی نیاز دارد. در صورتی که جریان کربن در خاکها برای جبران پخش گاز CO2 مورد استفاده قرار می گیرد. محیط‌های دیم کاری بوسیله یک سری از ویژگی‌های خاص دیم‌کاری مختص شده اند و اینها نکاتی روی جنبه های جزئی جریان کربن خواهند بود. برای مثال عدم وجود آب یک جنبه کلیسدی است و این جنبه در بسیاری از مناطق خشک بوسیله وجود حرارتهای بالا در بعضی از زمانها همراه شده است. نقصان آب در دیم‌کاریها به طور شدیدی تولیدات گیاهی که منبع نهایی کرین خاک را تشکیل می‌دهند در فشار می‌گذارد. بعلاوه اندازه گروههای ماده آلی خاک در اکوسیستمهای طبیعی به طور تصاعدی همراه با حرارت کاهش می‌یابد و به طور متوالی باید خاکهای دیم‌کاری کمتر از یک درصد و غالباً کمتر از 5 درصد کربن را شامل شوند. بنابراین اگر چه عملیات کشاورزی کربن خاک را کاهش داده است بطور کلی مراحل محوطه سازی دیم‌کاری بطور عملی برای کاهش و رها سازی آن مستعد است. بنابراین کمیت کربن در خاکهای دیم‌کاری از یک پایه اولیه کاهش یافته است. اگر چه جنبه‌های مثبتی در ارتباط با ذخایر کربنی در خاکهای دیم‌کاری وجود دارد در خاکهای خشک به طور عمده کاهش کربن احتمال کمتری دارد و بطور متوالی جریان کربن درخاکهای دیم‌کاری نسبت به خاکهای جنگلی بسیار طولانی‌تر است.
خود ماده آلی در فرآیندهای عمل روی آب برای هر تفاوتی در خشکی در منطقه گرم مقایسه شده با مناطق حرارتی جایی که مراحل کربن به طور عمومی بیشتر و جایی که تحقیقات بیشتر باید صورت گیرد، مورد قبول نمی‌باشد. علی الخصوص محتوای پایین کربن در خاکهای دیم‌کاری عمدتاً در دیم‌کاریها تقریباً 40 درصد نواحی زمینهای جهان را تشکیل می‌دهد. (Fao 2000) با واقعیتی که این خاکها آلوده شده‌اند معنی می‌دهد که دیم‌کاریها ممکن است بالاترین پتانسیل برای کربن به منظور تثبیت کنندگی کربن را داشته باشد.
فاکتورهای کنترلی جریان کربن
پتانسیل جریان کربن به ظرفیت حفظ گیاه که با هم حمایت و تجمع ماده آلی را تشکیل می‌دهد بستگی دارد. کمیت وجود کربن خاک بوسیله فعالیت فرآیندهای پیچیده درونی کنترل شده است که بوسیله کربنهای ورودی و میزان تجزیه تعیین می‌شود. فاکتورهای کنترلی کمیت ماده آلی در خاک شامل حرارت، رطوبت، اکسیژن، pH مواد غذایی، محتوای رس و مواد معدنی است.
تجمع کربن بوسیله شرایطی که برای تجزیه مساعد نباشد مطلوب شده است، یعنی حرارت پایین مواد مادری، اسیدی بودن خاک و شرایط بی‌هوازی، هیمیز در سال 1998 تخمین زد که این شرایط در 832 کیلوگرم نیتروژن، 200 کیلوگرم پتاس و 143 کیلوگرم گوگرد بواسطه 10 تن کربن در هوموس اتفاق می‌افتد و یک جنبه مهم از تثبیت کربن هنوز در بسیاری از خاکهای دیم‌کاریها امروزه پایین بودن مواد غذایی است. راس موسن و کارتن در سال 1994 پیشنهاد کردند که مراحل جریان کربن در خاکهای دیم‌کاری میان 10 تا 20 درصد از میزانی که کربن اضافه شده است را به دست می دهد. منبع اصلی کربن خاک co2 جو است که درست بوسیله گیاهان در فرآیندهای فتوسنتز ساخته می‌شود. بنابراین تولید اولیه حد بالای را روی مقدار کربنی که می‌تواند در خاک ذخیره شود، می گذارد و از طریق بیوماسی که در تولید خالص اولیه به دست می دهد در دسترس خواهد بود. موثرترین روش تجمع کربن در خاکها باید بوسیله تجزیه مستقیم مواد گیاهی باشد. اگر کربن که بوسیله بعضی زنجیره‌های هتروتروف مستقیما‌ً به اتمسفر بعنوان یک co2 زنجیرخه‌ای برگردانده شود فعالیت انگلی و گوارشی و تاثیرات جذبی آنها می‌باشد. این مراحل در شکل یک نشان داده شده است. در جایی که مدل کربن خاک مورد استفاده برای تاثیر کود سبز گیاهی و گاوی اضافه شده برای خاک ورتی‌سول در ناحیه نیمه‌خشک آندراپارادش نشان داده شده است. این سیستم یک موقعیت پایا است. زمانی که (در سال 1989 ) پنج تن در هکتار درساختار مواد زائد گیاهی یا کود که برای پنج سال پیاپی اضافته شده است. محتوی کربن آلی خاک عمدتاً در طول دوره کاربرد و پس از آن که به طور متوالی به دست آورده شده و پس از آن روی سالهای متوالی پایین آمده است. تجمع پنجاه درصدی محتوای کربن مواد گیاهی ده تنی از مواد زائد گیاهی که واقعاً برای تهیه هر پنج تن کاربرد کربن گیاهی مورد نیاز می‌باشد. برای کاربرد کود اگر تاثیر مواد گوارشی و مواد حیوانی شصت درصد باشد، ده تن از مواد زائد گیاهی از کود را تولید خواهد کرد. اگر کود گاوی شامل 25 درصد کربن شود فقط در واقع یک تن کربن دردسترس ترکیب خاک خواهد بود.