Przez dekady woda traktowana była jak problem, którego trzeba się jak najszybciej pozbyć. Tworzono więc rowy melioracyjne, prostowano rzeki, osuszano torfowiska. W obszarach wiejskich robiono to w dużej mierze po to, by powiększyć powierzchnię gruntów rolnych i wyeliminować ryzyka związane z wiosennymi roztopami.

Chcąc uniknąć okresowych nadmiarów wody, wylano – nomen omen – dziecko z kąpielą. Pogłębiające się susze i większe ryzyko powodziowe to dziś efekt nie tylko globalnej zmiany klimatu. Wpływa na to również celowa ingerencja w środowisko dokonywana lokalnie. Osuszanie torfowisk oznacza zaś pozbywanie się ogromnych magazynów wody i znaczne emisje gazów cieplarnianych, które są w nich składowane.

Tymczasem aż 85% mokradeł (to szersza kategoria obejmująca m.in. torfowiska) jest w Polsce zdegradowanych. Ich pogarszający się stan w połączeniu z postępującą zmianą klimatu sprawiają, że odtwarzanie tych ekosystemów staje się coraz pilniejsze. Problem w tym, że tak naprawdę nawet nie wiemy, jakim potencjałem w tym zakresie dysponujemy.

Powstaje baza miąższości torfu

Za czasów PRL prowadzono szeroko zakrojone badania torfowisk. Dane te są jednak mocno rozproszone i szczątkowe, a do tego wiele z nich powstało z myślą o eksploatacji surowca. Dziś nie ma więc żadnej bazy danych wykazującej, co mamy pod nogami – ile torfu, gdzie dokładnie i jaka jest jego miąższość (czyli grubość warstwy).

Naukowcy i eksperci pracują nad tym, by to zmienić. Powstająca otwarta baza danych ma zgromadzić informacje o głębokości torfu i zasobach węgla w torfowiskach. Zostanie utworzona m.in. ze starych opracowań, nowych wierceń i danych z projektów terenowych. Baza powstaje we współpracy Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza, Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu, Lasów Państwowych i Centrum Ochrony Mokradeł (CMok).

„Chcemy ratować torfowiska, ale nie mamy dobrej mapy ich miąższości ani aktualnej estymacji zasobów węgla organicznego. To paradoks, który trzeba zmienić, jeśli ochrona torfowisk rzeczywiście ma być skuteczna” – mówi w rozmowie z „Nauką o klimacie” prof. Mariusz Lamentowicz z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu.

Baza ma być uruchomiona w 2028 r., ale później cały czas będzie aktualizowana. Zgromadzone w niej informacje mogą być przydatne m.in. dla administracji publicznej, rolników, naukowców i organizacji pozarządowych. Choć skrywać będzie wiele skomplikowanych danych, potrzebę jej powstania można sprowadzić do prostego i niezwykle ważnego celu. To ochrona ubywającej w polskim środowisku wody i zmagazynowanego węgla (jako pierwiastka). Więcej dowiesz się z nagrania webinarium.

Dobre dla klimatu

Warstwa torfu zazwyczaj posiada miąższość od kilkudziesięciu centymetrów do kilkunastu metrów. Przy niskim poziomie wód gruntowych torf zaczyna się rozkładać, a węgiel „idzie w powietrze”. „Do atmosfery ulatują ogromne ilości dwutlenku węgla. Na przykład na intensywnie odwodnionych glebach organicznych będących osuszonymi torfowiskami z kukurydzą na Żuławach to nawet około 40 ton ekwiwalentu CO₂ z hektara rocznie” – opowiada prof. Lamentowicz.

Podniesienie lustra wody do mniej więcej 10 cm poniżej powierzchni gruntu sprawia, że emisje CO₂ spadają niemal do zera, a torfowisko znowu zaczyna być magazynem węgla. Wierzchnia warstwa torfu znajduje się wtedy w warunkach beztlenowych, co ogranicza rozkład torfu. Po takim nawodnieniu jest szansa, że proces torfotwórczy się odrodzi i torfowiska zaczną znów gromadzić węgiel z atmosfery. W skrócie: że gleba organiczna znów zacznie funkcjonować prawidłowo.

„Można powiedzieć, że wartość około 10 cm to „święty Graal” nawadniania torfowisk. Dzięki temu jest w nich tyle wilgotno, by ograniczyć rozkład torfu i emisje CO₂, a jednocześnie nie tak mokro, żeby powodować duże emisje metanu jak przy trwałym, głębokim zalaniu” – wyjaśnia naukowiec (więcej w tym opracowaniu).​

Nawadnianie to nie zalewanie

Jako że działania w kierunku odtwarzania torfowisk podjęła Unia Europejska, temat ten został upolityczniony przez jej przeciwników. Planowane rzekomo „zalewanie” gruntów rolnych i odbieranie terenów rolnikom stało się zaś często podnoszonym argumentem. I, jak przekonuje prof. Lamentowicz, jest to argument nieprawdziwy. „To dezinformacja podobna do tej w sprawie zmiany klimatu, tyle że z dziedziny odtwarzania ekosystemów” – uważa.

Jak tłumaczy naukowiec, kluczowy błąd w debacie to wrzucanie do jednego worka nawadniania i zalewania. W praktyce to dwie różne rzeczy.​

• Nawadnianie oznacza uzyskanie wody na poziomie do ok. 10 cm poniżej powierzchni gruntu, tak by torf był stale wilgotny (czyli to, o czym już pisaliśmy).​
• Zalewanie to utrzymywanie otwartej wody ponad powierzchnią torfowiska przez cały rok (można uznać, że to stworzenie zbiornika wodnego).​

Czy rolnik ma się o co martwić?

Nawadnianie torfowisk nie oznacza więc automatycznego zakazu użytkowania gruntów. To raczej przejście z logiki „odprowadzić wodę jak najszybciej” do logiki „zatrzymać wodę jak najbliżej pola”. Poziom wody można zaś dopasować do rodzaju upraw i warunków lokalnych. Choć 10 cm to wartość optymalna klimatycznie i ekosystemowo, możliwe są różne scenariusze. 

„Po nawadnianiu użytkowanie ziemi wciąż jest możliwe. Nikt nie chce zabierać gruntów rolnikom. Ich zgoda na nawadnianie będzie dobrowolna, a jeśli się na to zdecydują, otrzymają dopłaty. Chodzi o przywrócenie wody w krajobrazie, która jest niezbędna dla klimatu i produkcji rolnej” – wyjaśnia prof. Lamentowicz.

Z szacunków wynika, że w Polsce można nawodnić około miliona hektarów torfowisk, z czego znacząca część stanowi grunty rolne potencjalnie objęte systemem dopłat (ich wysokość jest obecnie negocjowana).

Naukowiec zwraca też uwagę na „mnóstwo pozytywnych efektów”, jakie to przyniesie. „To nie tylko mniejsze emisje CO₂. Z punktu widzenia rolnika kluczowy efekt jest bardzo podstawowy: więcej wody w krajobrazie oznacza stabilniejsze plony i mniejszą podatność na suszę, a więc bardziej przewidywalne dochody. To nie jest więc szalony wymysł przyrodników, tylko próba uratowania pracy opartej na wodzie w kraju, w którym tej wody zaczyna brakować” – podsumowuje prof. Lamentowicz.

The post Po co nawadniać torfowiska? I jak pomoże w tym baza danych? appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Ponad 360 osób spotkało się w lutym, by pochylić się nad losem mokradeł.

Pochylać się jest nad czym, bo mokradła to jeden z najbardziej niedocenionych elementów przyrody. Choć jest niezwykle ważny, jego niszczenie przychodzi nam jednak z równie niezwykłą łatwością.

Dlatego uczestnicy konferencji na Uniwersytecie im. Adama Mickiewicza w Poznaniu nie ograniczyli się tylko do rozmów i wymiany myśli. Kilkudniowe wydarzenie zaowocowało też utworzeniem „paktu dla mokradeł”.

Dlaczego należy chronić mokradła?

Ekosystemy mokradłowe obejmują szeroką gamę siedlisk wodno-błotnych. To nie tylko torfowiska i bagna, lecz także po części jeziora, rzeki i solniska, wody stałe lub okresowe, a także zbiorniki naturalne lub sztuczne.

W deklaracji podkreślono, że prawidłowe funkcjonowanie wszystkich tych ekosystemów jest niezbędne dla spowolnienia postępującej zmiany klimatu, a także zniwelowania coraz częściej obserwowanych zdarzeń ekstremalnych i katastrofalnych.

Ochrona i odtwarzanie tych ekosystemów są więc naszym wspólnym obowiązkiem. Jest to szczególnie istotne, gdyż wiele obszarów podmokłych zostało zdegradowanych, a duża liczba gatunków fauny i flory typowych dla różnego rodzaju mokradeł w Polsce jest zagrożona wyginięciem i znajduje się w Polskich Czerwonych Listach i Księgach

odnotowano w „pakcie”. 

Zanikające torfowiska 

Najnowsze badania naukowe pokazują, że aż 25% europejskich torfowisk zostało zdegradowanych, w tym 50% torfowisk w samej Unii Europejskiej. W Polsce jest jeszcze gorzej, bo odsetek zdegradowanych torfowisk wynosi aż 85%.

Oznacza to, że te ogromne obszary stały się emitorami, a nie pochłaniaczami dwutlenku węgla. Stan jezior czy (w większości uregulowanych) cieków wodnych także nie jest dobry, co możemy zaobserwować poprzez coraz częściej pojawiające się informacje medialne nt. zakwitów glonów czy zatrucia ryb w wodach

– zauważają twórcy dokumentu.

To inwestycja…

Ochrona mokradeł wymaga współdziałania różnych środowisk – od administracji państwowej i unijnej, przez instytucje naukowe, po stowarzyszenia i fundacje. By do niej faktycznie doszło, niezbędne jest więc stworzenie odpowiednich planów uwzględniających wiedzę i naukową, i techniczną. Potrzebne jest też wsparcie prawne i finansowe.

– To inwestycje, które są niezbędne dla ochrony i odtwarzania mokradeł, ochrony zasobów wodnych i jakości wód, przeciwdziałania suszom i spadkowi bioróżnorodności. Potrzebujemy ich, by chronić się przed postępującą zmianą klimatu, ale i poprawić obronność kraju. Przedostanie się wroga przez tego typu tereny jest przecież o wiele trudniejsze

– komentuje w rozmowie z „Nauką o Klimacie” prof. dr hab. Mariusz Lamentowicz z UAM, który od lat bada mokradła w Polsce i na świecie (przeczytaj wywiad z prof. Lamentowiczem).

… i akt patriotyczny

Do tego torfowiska stanowią jedne z najlepszych archiwów archeologicznych, historycznych i paleoekologicznych. Dzięki swoim właściwościom są unikatowym rezerwuarem doskonale zachowanych naturalnych „zabytków”. A tym samym kluczem do rekonstrukcji i zrozumienia naszej przeszłości oraz relacji naszych przodków z otaczającą ich przyrodą.

„To przecież w torfie zapisane zostało dziedzictwo kulturowe i historia naszych ziem, począwszy od pierwszych rolników sprzed siedmiu tysięcy lat, poprzez pogrzebane w torfie wały Biskupina, początki państwa Mieszka i jego następców aż po czasy obecne” – piszą autorzy „paktu dla mokradeł”.

I dodają: „Ochrona mokradeł to zatem akt patriotyczny, pozwalający zarówno na ochronę pamięci historycznej, naszej tożsamości i ochronę przyrody dla przyszłych pokoleń w myśl, że przeszłość to dziś.”

Czego potrzeba mokradłom?

W deklaracji zwrócono też uwagę na szereg działań, które należy podjąć, aby skutecznie chronić i odtwarzać mokradła w Polsce.

I tak uczestnicy konferencji postulują, by jako punkt wyjścia w ogóle uznano to, że jest to kluczowe działanie. Nie tylko w zakresie adaptacji do zmiany klimatu, ale i ochrony środowiska, w tym np. ograniczania czy też powstrzymywania wymierania gatunków.

Autorzy deklaracji postulują też o utworzenia systemu monitoringu stanu ekologicznego mokradeł oraz oceny ich funkcji ekosystemowych. Potrzebne są również lepsze instrumenty prawne, administracyjne i finansowe – służące również temu, by w odtwarzanie mokradeł chętniej zaangażował się sektor prywatny.

I miasta, i rolnictwo

Kolejne z rzeczy na liście „do zrobienia” to ograniczenia wydobycia i stosowania torfu w przemyśle ogrodniczym, szkółkarskim i innych sektorach, a także ochrona mokradeł w miastach, które często osuszane są na potrzeby inwestycji.

Niezwykle ważne jest też wypracowanie nowych zasad gospodarowania glebami torfowymi w sektorze rolniczym i leśnym. To o tyle istotne, że unijne plany z tym związane były jednym z elementów składowych rolniczych protestów w całej Europie.

– Dopiero niedawno w pełni doceniono znaczenie mokradeł w kontekście zmian klimatycznych. Mokradła gromadzą dwa razy więcej węgla niż lasy, a ich degradacja może prowadzić do emisji znacznych ilości dwutlenku węgla i metanu. Dlatego ich ochrona i odtwarzanie stanowią priorytetowe wyzwania dla ludzkości. Teraz musimy działać efektywnie w skali lokalnej, na obszarach rolniczych, leśnych i w miastach. W Polsce to dopiero początek drogi po ponad kilkuset latach degradacji

– podsumowuje prof. Lamentowicz.

The post Aż 85% mokradeł w Polsce zostało zdegradowane. Blisko 400 specjalistów stworzyło pakt, by je ratować appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Jak to się stało, że zaczął pan badać odległą Syberię?

W 2012 r. uzyskaliśmy finansowanie z programu INTERACT i we współpracy z naukowcami ze Szwajcarii i Francji podjęliśmy działania w zachodniej części Syberii. Polecieliśmy do Chanty-Mansyjska – tam, gdzie Ob łączy się z Irtyszem. Celem wyjazdu było stworzenie eksperymentu oraz pobranie rdzeni torfowych.

Później w 2019 r. razem z prof. Michałem Słowińskim z PAN podjęliśmy wyprawę w podobny region. Też zaczęliśmy od okolic Chanty-Mansyjska, gdzie jest nieregularna zmarzlina, ale później przemieściliśmy się na północ od Nojabrska, gdzie wieloletnia zmarzlina jest już wyraźnie rozpoznawalna. Niestety, badania Syberii zakończyliśmy wraz z wybuchem wojny w Ukrainie.

Czemu Syberia?

Badania wieloletniej zmarzliny są szeroko zakrojone w kontekście Ameryki Północnej, ale na Syberii, ze względu na niedostępność obszaru, jest ich znacznie mniej. Udało nam się pobrać kilka rdzeni, których analizy są obecnie opracowywane. Dotychczasowe badania wskazują, że torfowiska syberyjskie, szczególnie te związane z wieloletnią zmarzliną, bardzo gwałtownie się zmieniają. Zresztą, aby dojść do takiego wniosku, nie trzeba analizy rdzenia torfu obejmującej tysiące poprzednich lat. To coś, co widać nawet na powierzchni – po prostu całe obszary zapadają się.

Gdy wieloletnia zmarzlina rozmarza…

Co to znaczy „zapadają”?

Po angielsku używa się pojęcia „tajanie”, czyli thawing. Lód, który związał węgiel organiczny w postaci torfu, topi się, a powierzchnia zmarzliny zapada się. W rezultacie torfowiska typu palsa, czyli takie pagóry torfowe z rdzeniem lodowym, zanurzają się pod wodę. Podobne procesy obserwujemy w północnej Norwegii. We wschodniej Syberii, gdzie znajduje się mineralny grunt, proces może wyglądać nieco inaczej, choć w efekcie także ziemia staje się niestabilna i powstają zapadliska.

Jakie są konsekwencje tego procesu?

Musimy mieć świadomość, że obecnie zapadający się pod wodę węgiel był zgromadzony i konserwowany przez tysiące lat. Syberia nie była pokryta lodem podczas ostatniego zlodowacenia, więc ten węgiel ma dziesiątki tysięcy lat. Obecne zapadanie się jest zaś widoczne nie w kontekście setek lat, lecz dekad. Ktoś może uznać: „ok, najwyżej torf znajdzie się pod wodą i będzie zakonserwowany właśnie w niej, żadna różnica”. Ale różnica jest znacząca, bo proces prowadzi do gwałtownych emisji metanu do atmosfery.

Dlaczego tak się dzieje?

Mówiąc bardzo ogólnie, torfowiska, które mają zbyt niski poziom wody, wydzielają dużo dwutlenku węgla. Tu proces wygląda odwrotnie – gwałtowne zalewanie węgla zgromadzonego w torfie prowadzi do zwiększonej aktywności bakterii metanogennych, które przekształcają materię organiczną. W przeciwieństwie do suchych torfowisk, gdzie emisje metanu są niewielkie lub zerowe, w zalanych torfowiskach proces ten jest bardzo intensywny. Czasami dochodzi do tego właśnie poprzez wspomniane zapadanie się wieloletniej zmarzliny, ale czasami również poprzez nieumiejętne nawadnianie, czyli zalewanie powierzchni torfowiska wodą.

Zalewanie torfowisk to w Polsce temat budzący dużo kontrowersji, głównie w kontekście politycznej nagonki i niechęci ze strony części rolników. Od razu więc dopytam: czy źle odtworzone torfowisko może doprowadzić do emisji metanu również w Polsce?

Tak – niewłaściwe nawadnianie torfowisk może prowadzić do podobnych, niepożądanych efektów również u nas. Dlatego ważne jest, aby proces odtwarzania torfowisk był przeprowadzany prawidłowo, z uwzględnieniem potencjalnych skutków ubocznych, takich jak zwiększona emisja metanu.

Tego uczą nas doświadczenia m.in. z zapadającymi się torfowiskami palsa w obszarze pagórkowatych terenów w Arktyce. W miejscu zmrożonych gruntów tworzą się tam wręcz jeziora. Nadmierne zalewanie mokradeł rzeczywiście może więc prowadzić do procesów niekorzystnych dla klimatu. Oczywiście podniesienie poziomu wody jest potrzebne, ale nieumiejętne piętrzenie powodujące zalanie powierzchni torfowiska może wywołać nagły impuls metanowy. Jak obrazowo określa to mój kolega prof. Bogdan Chojnicki, torfowisko zaczyna wtedy „dymić metanem”.

Jak w takim razie powinno wyglądać prawidłowe odtwarzanie torfowisk?

Przede wszystkim warto wyjaśnić, że nikt w Polsce nie chce zalewać torfowisk czy łąk, które są użytkowane przez rolników. Celem powinno być zaś utrzymanie torfowisk w stanie wilgotnym, ale nie zalanym. Nie chodzi o tworzenie jezior z torfowisk, tylko o podniesienia poziomu wody do optymalnego.

Wróćmy więc do Syberii i waszych ustaleń…

Można powiedzieć, że obserwujemy tam kontrastowe zjawiska. Niektóre jeziora znikają, gdy woda ucieka przez rozpadliny powstałe w wyniku wytapiania wieloletniej zmarzliny – to tak, jakby ktoś wyciągnął korek z wanny. Jednak globalnie dominuje zapadanie się gruntu i powstawanie nowych zbiorników wodnych oraz obszarów ze stojącą i przepływającą wodą.

Powoduje to wyraźną transformację krajobrazu. Na pierwszy rzut oka dla przyrodnika może to wyglądać fantastycznie – powstaje wilgotne, piękne i malownicze bagno. Jednak z perspektywy globalnego ocieplenia efekt jest bardzo niekorzystny. Zmiany te zachodzą zaś bardzo szybko. Widać to bardzo dobrze chociażby w północnej Norwegii, gdzie obserwujemy gwałtownie degradujące i rozpadające się palsa, które mogą mieć nawet 2-3 metry wysokości. Widać wyraźnie, że ulegają one degeneracji – krawędzie są już mocno poobrywane i są zalewane przez wodę. Dzieje się tak, ponieważ zanika lód, który spajał te struktury. Dotarcie do nich staje się coraz trudniejsze ze względu na bardzo wilgotne, bagienne warunki wokół nich. Z roku na rok mamy do czynienia z bardzo gwałtownym zapadaniem się ziemi.

A przecież mówimy o miejscu, które istniało w niezmienionym kształcie przez wiele tysięcy lat…

Tymczasem omawiane procesy zachodzą bardzo szybko. Nie mówimy tu o setkach lat, ale o dekadach. To, co obserwujemy, to smutne pomniki zanikającej wieloletniej zmarzliny. To nie spekulacje, ale realne zjawiska zachodzące na naszych oczach. Jeśli temperatura w regionie będzie wzrastać, ostateczny proces rozpadu może nastąpić zaledwie w ciągu kilku najbliższych lat. Te obserwacje potwierdzają, jak szybko i dramatycznie zmieniają się obszary dotknięte tajaniem wieloletniej zmarzliny. To kolejny dowód na to, jak istotne jest monitorowanie i badanie tych procesów w kontekście globalnych zmian klimatu.

Punkt krytyczny dla wieloletniej zmarzliny

Czy w związku z tym zbliżamy się do punktu krytycznego (tipping point) dla wiecznej zmarzliny? To coś, przed czym naukowcy bardzo przestrzegają.

Nie chcę popadać w fatalistyczny ton…

To dobrze, bo ja do tego nie namawiam – interesuje mnie realizm.

Realizm jest więc w tym przypadku do bólu blisko fatalizmu. Punkty krytyczne, które są przekraczane w skali globalnej, są wyraźnie widoczne w obszarach wiecznej zmarzliny. Na przykład w publikacji prof. Tima Lentona o punktach krytycznych na mapie zaznaczono te związane z wieczną zmarzliną. Nie uwzględniono w niej jednak borealnych torfowisk zachodniej Syberii, które również odgrywają istotną rolę w tym procesie.

A, jak rozumiem, w różnych obszarach Syberii punkty krytyczne znajdują się gdzie indziej?

Dokładnie tak – punkty krytyczne są bardzo kontrastowe w zależności od regionu. W przypadku wieloletniej zmarzliny są one bardziej widoczne w postaci wytapiania się gruntu, zalewania obszarów i emisji metanu. Natomiast w południowej i środkowej części Syberii, a także w północnej części Ameryki Północnej, mamy do czynienia z innym zjawiskiem – pożarami. Jest to bardzo widoczne, bo trudno zaprzeczyć płonącym torfowiskom, tlącym się w głąb pod śniegiem. A do takich pożarów dochodzi nawet już bliżej środkowej części Syberii, nie tylko na południu.

Takie pożary otrzymały w mediach nazwę „pożary zombie”.

Zgadza się – zombie fires. Pożary takie mogą przetrwać zimę, aby wybuchnąć na nowo i ze wzmożoną siłą latem. Takie „pożary zombie” mają już miejsce na przykład w Jakucji. W ostatnich latach region ten jest często otoczony dymem, szczególnie w okresie letnim. To znacząco wpływa na jakość życia mieszkańców – tam po prostu trudno jest nawet oddychać.

Choć te obszary mogą wydawać się nam odległe, mają one znaczący wpływ na globalny klimat. Przykładem są pożary w Kanadzie sprzed kilku lat, których dym był widoczny nawet w pomiarach przeprowadzanych w Polsce. A gazy cieplarniane, które wydostają się do atmosfery z płonących torfowisk i tajającej wieloletniej zmarzliny, również dotyczą naszego życia, bo wpływają na globalny klimat. To pokazuje, jak ważne jest monitorowanie i badanie obszarów wieloletniej zmarzliny oraz borealnych lasów i torfowisk. Zmiany zachodzące w tych regionach mogą mieć istotny wpływ na globalny klimat i wymagają dalszych, intensywnych badań.

Kiedy możemy spodziewać się przekroczenia punktu krytycznego dla wieloletniej zmarzliny? To perspektywa naszej starości, trochę wcześniej, trochę później?

Trudno podać jedną datę, gdyż  –  jak wspomniałem – wieloletnia zmarzlina to ogromny i zróżnicowany obszar. Myślę jednak, że jest to perspektywa naszej starości. Obszary na północy mogą stać się więc nieodwracalnie przekształcone w stosunkowo krótkim czasie.

Problem w tym, że – jak mówią naukowcy zajmujący się tymi obszarami od wielu lat – wciąż nie wiemy wystarczająco dużo na ich temat. Pomiary, które wykonujemy, nie są wystarczająco gęste ani intensywne, szczególnie ze względu na ograniczony dostęp do wielu kluczowych miejsc, takich jak np. yedoma.

Czym jest yedoma?

Yedoma to rodzaj wieloletniej zmarzliny występujący w zimnych regionach wschodniej Syberii, takich jak północna Jakucja, a także na Alasce i Jukonie. Zawiera nawet do 90% lodu, a organiczna gleba leży bezpośrednio na lodzie. Jest znana z zawartości szczątków mamutów, często pozyskiwanych przez lokalną społeczność. Ta bardzo stara forma zmarzliny, mająca nawet kilkadziesiąt tysięcy lat, ulega obecnie gwałtownym zmianom z powodu zmiany klimatu.

Emisje dwutlenku węgla i metanu z tajającej zmarzliny

Jaka jest skala emisji gazów cieplarnianych z topniejącej wieloletniej zmarzliny? I o ile mogą one podwyższyć globalną temperaturę?

Dokładne oszacowanie emisji jest trudne ze względu na ograniczoną liczbę pomiarów. Potrzebne są rozszerzone badania, aby określić, jak ocieplenie może wpływać na topnienie wieloletniej zmarzliny – choć już teraz wiemy, że to bardzo duży wpływ. Arktyczna wieczna zmarzlina zawiera wiele miliardów ton zamrożonego i rozmrażającego się węgla. Ocieplenie grozi uwolnieniem tego węgla, wpływając na procesy klimatyczne zwane sprzężeniem zwrotnym węgla wiecznej zmarzliny.

Udział metanu (CH₄) zamiast dwutlenku węgla (CO₂) w przyszłych arktycznych emisjach dwutlenku węgla ma szczególne znaczenie dla określenia odpowiedzi, ponieważ znacznie większy wpływ metanu na globalną temperaturę w ciągu najbliższych kilku dekad w przeliczeniu na cząsteczkę czyni go silniejszym gazem cieplarnianym. Pomiary emisji to ogromne technologiczne wyzwanie związane z wykorzystaniem skomplikowanego i kosztownego sprzętu oraz szeroko zakrojonej logistyki pracy w terenie. Monitoring tych emisji jest niezwykle ważnym celem, choć równie ważne są przewidywania. 

Badania emisji gazów szklarniowych pozwalają na przybliżone estymacje. Mokradła i jeziora w regionie wiecznej zmarzliny emitują od 5,3 do 37,5 Tg CH₄-C/r (źródło netto), przy czym większość szacunków jest bliska 22,5 Tg CH₄-C/r (Treat i in., 2024). Oprócz wymiany dwutlenku węgla za pośrednictwem ekosystemów, bezpośrednie emisje z pożarów arktyczno-borealnych wynoszą od 100 do 400 Tg C rocznie (średnio 142 Tg C rocznie).

Opisujące estymacje z tajającej wieloletniej zmarzliny – skumulowane emisje CO₂ i CH₄ z wiecznej zmarzliny w tym stuleciu, przy globalnej trajektorii emisji zgodnej z celem 2°C, mogą być równoważne 55 miliardom ton węgla w CO₂, z czego około jedna trzecia pochodzi z CH₄. Pochłonęłoby to 18% „budżetu węglowego” społeczeństwa – bezpośrednich emisji dwutlenku węgla z działalności człowieka (czytaj: Pan-Arctic Methane: Current Monitoring Capabilities, Approaches for Improvement, and Implications for Global Mitigation Targets).

Czytałem w niedawnym badaniu, że topniejąca wieloletnia zmarzlina nie tylko emituje gazy cieplarniane, ale i może pochłaniać dwutlenek węgla – bo w miejsce zamarzniętej powierzchni pojawia się roślinność. Prawda to?

Tak, istnieją badania na ten temat. Opublikowaliśmy pracę dotyczącą hydrologii północnych torfowisk związanych z tymi procesami. Część z nich emituje dwutlenek węgla, szczególnie torfowiska borealne i w zachodniej Europie. Jednak na północy, gdzie wieloletnia zmarzlina się wytapia i tereny zapadają, zaczynają gromadzić się torfowce. Jest to związane z podniesieniem się poziomu wody i tworzeniem płycizn, w których szybko gromadzi się roślinność.

W przypadku obszarów tundrowych i wieloletniej zmarzliny na skutek wzrastającej temperatury dochodzi również do rozprzestrzeniania się krzewinek – to tzw. shrubification. Ponadto, na obszarach takich jak Grenlandia czy Spitsbergen, gdzie wcześniej nie było roślinności, zaczyna się ona pojawiać w miejscu ustępującego lodu. Podobne procesy zachodzą w obszarze Antarktyki. Na Grenlandii badania nowo pojawiających się torfowisk prowadzi prof. Katarzyna Marcisz z naszego zespołu. Podobne badania prowadzimy na Svalbardzie.

Zmiany w roślinności mogą więc wpływać na bilans węglowy i funkcjonowanie ekosystemów w tych regionach. W rezultacie, według modeli do 2100 r., torfowiska mogą w pewnym sensie kompensować emisje związane z innymi źródłami. Nawet w najbardziej dramatycznym scenariuszu klimatycznym, torfowiska do 2100 r. mogą jeszcze gromadzić węgiel, choć później większość obszarów prawdopodobnie stanie się emitentami, a nie pochłaniaczami.

Na pierwszy rzut oka takie „zazielenianie” rzeczywiście można odebrać za coś optymistycznego – ale nie możemy zapominać o perspektywie długoterminowej.

Czyli?

Po pierwsze – do procesów tych dochodzi na skutek degradacji przez człowieka tych terenów poprzez zmiany w atmosferze. Po drugie – nie równoważy to w żaden sposób zwiększonych emisji związanych z topnieniem wieloletniej zmarzliny. W skali ogólnej mówimy o skromnej kompensacji, a nie równowadze. Absolutnie nie powinniśmy traktować więc tych zmian jako pozytywnych ani naturalnych.

Dlaczego używamy terminu „wieloletnia zmarzlina” zamiast „wieczna zmarzlina”? Przez długie lata zawsze słyszałem tylko o tym drugim pojęciu. Zmiana klimatu jest już tak wyraźna, że coś „wiecznego” stało się tylko „wieloletnie”?

Raczej nie o to chodzi. Termin „wieloletnia zmarzlina” jest po prostu bardziej precyzyjny naukowo. „Wieczność” sugeruje, że coś trwa wieki. W Polsce utarło się jednak, że to coś, co trwa zawsze – a wiemy, że zmarzlina nie istniała zawsze w historii Ziemi, bo w przeszłości geologicznej były okresy zbyt ciepłe, aby mogła się utrzymać. Dlatego w literaturze naukowej preferuje się termin „wieloletnia zmarzlina”, choć „wieczna zmarzlina” wciąż funkcjonuje w języku potocznym. Jednak nie należy się zbytnio przywiązywać do konkretnego terminu – ważniejsze jest zrozumienie samego zjawiska i procesów z nim związanych.

Prof. dr hab. Mariusz Lamentowicz pracuje na Uniwersytecie im. Adama Mickiewicza w Poznaniu. Jego główne zainteresowania naukowe koncentrują się na ekologii i paleoekologii mokradeł. Jest specjalistą w dziedzinie badań wpływu klimatu i człowieka na torfowiska. W ramach swojej pracy naukowej i organizacyjnej kieruje Pracownią Ekologii Zmian Klimatu na Wydziale Nauk Geograficznych i Geologicznych. Jego projekty mają na celu zbadanie zaburzeń antropogenicznych, opracowanie strategii ochrony torfowisk i wykorzystania ich potencjału dla lepszej sekwestracji węgla w tych ekosystemach. Współpracuje z Centrum Ochrony Mokradeł (CMOK) w celu odtwarzania, ochrony i monitoringu torfowisk.

The post Polak badający wieloletnią zmarzlinę: „Realizm jest do bólu blisko fatalizmu” appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Specjalizuje się pan w badaniu mokradeł również w kontekście paleoklimatologii. Czemu to ważne?

Prof. Mariusz Lamentowicz: Moje zainteresowania zaczęły się od obserwacji ptaków, a przez to także od mokradeł. Później, pracując nad doktoratem, skupiłem się na paleoekologii oraz paleoklimatologii z wykorzystaniem torfowisk, czyli na badaniach ich historii. Interesuje mnie, jak torfowiska reagowały w przeszłości na zmianę klimatu, jak klimat wpływał na ich powstawanie, rozwój i roślinność. Ostatecznie doprowadziło to mnie do czasu sprzed 12 lat, gdy zająłem się eksperymentami badającymi potencjalne scenariusze związane z przyszłą zmianą klimatu.

Z zaskoczeniem odkryłem, że badania paleoklimatyczne nie są wystarczająco zintegrowane z monitoringiem i eksperymentami. Te dziedziny często działają osobno, a przecież ich połączenie może dostarczyć całościowego spojrzenia na przeszłość i przyszłość. Mimo to nie jest to powszechne podejście. Obserwacja obecnego stanu – gazów cieplarnianych, temperatury, opadów czy zanieczyszczeń – to oczywistość. Mniejszą oczywistością jest to, że należy też sięgnąć głębiej, integrując przeszłość z przyszłością na jednym stanowisku badawczym (więcej na ten temat znajdziecie w publikacji Lamentowicz i i in., 2017 – przyp. red.).

I jak rozumiem, w swoich badaniach łączycie te dwie skale czasowe, tak?

Tak – i cieszę się, że o tym rozmawiamy, bo mam wrażenie, że ten rodzaj badań nie jest jeszcze wystarczająco nagłośniony. W naszych projektach, na jednym stanowisku badawczym, pobieramy rdzeń torfowy, by prześledzić zmiany z ostatnich 12 tysięcy lat, a jednocześnie prowadzimy eksperymenty, w których testujemy potencjalny wpływ zmiany klimatu na te ekosystemy w przyszłości (patrz też Lamentowicz i in., 2016 – przyp. red.).

Jak w praktyce wyglądają eksperymenty na torfowiskach?

Za pomocą różnych technik manipulujemy siedliskami. Eksperymenty związane ze zmianą temperatury możemy nazwać „eksperymentami globalnego ocieplenia”. W ich trakcie stosujemy np. Open-Top Chamber, czyli zaprojektowane specjalnie na tę potrzebę heksagonalne przezroczyste klosze otwarte od góry. To swego rodzaju szklarnie, które pozwalają na podgrzewanie torfowiska w sposób pasywny, czyli bez żadnych dodatkowych urządzeń. Klosze takie mają mniej więcej 2 metry średnicy i podnoszą temperaturę o ok. 1-1,5°C – w zależności od nasłonecznienia w ciągu roku i oczywiście lokalizacji.

Przy okazji warto dodać, że choć temperatura jest kluczowa, to w ramach takiego eksperymentu możemy manipulować także wilgotnością, co w badaniach nad mokradłami jest równie ważne. W tym celu stosuje się systemy kurtyn przeciwdeszczowych. Rozwijają się one w nocy automatycznie, gdy zaczyna padać deszcz, co blokuje opad i pozwala ograniczyć dopływ wody do torfowiska. W dzień kurtyny są zaś odsłonięte, by nie blokować promieniowania słonecznego. To nowoczesny sposób na symulowanie ograniczonego dostępu do wody bez ingerowania w inne parametry środowiskowe. To rozwiązanie zastosowane jest w eksperymencie go na torfowisku Rzecin w Puszczy Noteckiej realizowanym przez Prof. Radosława Juszczaka z Uniwersytetu przyrodniczego w Poznaniu (patrz też Barabach, 2012, Basińska i in., 2020 – przyp. red.). 

To przykładowe sposoby pasywne. A jakie są sposoby aktywne?

Podejście aktywne to na przykład stosowanie promienników podczerwieni do kontrolowanego podgrzewania gleby. Stosowaliśmy je wraz z kolegami z Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu w ramach eksperymentu WETMAN. W tym przypadku mamy większą kontrolę nad poziomem podgrzewania, bo nie jesteśmy zależni od sezonowości, dostępności słońca czy nagromadzenia chmur. Dzięki temu możemy zaprojektować oczekiwany poziom ocieplenia i różne scenariusze, które odzwierciedlają potencjalną zmianę klimatu w przyszłości. W przypadku torfowisk podgrzewa się glebę i roślinność o ok. 1-2°C.

Kolejną metodą jest eksperyment translokacyjny, czyli przeszczepianie fragmentów torfowisk na przykład między różnymi szerokościami geograficznymi. Taki eksperyment już prowadziliśmy – w kooperacji z naukowcami z Francji dokonaliśmy transplantacji fragmentów torfowisk pomiędzy Laponią, Polską, Estonią i francuskimi Pirenejami, by przetestować, jak torfowiska z północy zareagują na cieplejszy klimat na południu i odwrotnie.

Czyli tworzycie „mokradła Frankensteina”?

Można tak to nazwać! Gdy zabieramy różnych ludzi w teren i im o tym opowiadamy, są zaskoczeni i zaciekawieni, że takie eksperymenty są w ogóle możliwe. Ale warto dodać, że nie trzeba przenosić torfowisk między różnymi regionami. Chodzi przecież o imitację zmienionych warunków klimatycznych, a to można osiągnąć też na inne sposoby. Na przykład w górach przenosi się fragmenty łąk między szczytami a dolinami, aby sprawdzić, jak reagują na różne warunki, w tym na temperaturę i zanieczyszczenia azotem. Takie eksperymenty robiono chociażby w Szwajcarii. 

Czyli podsumowując, mamy trzy podstawowe metody terenowych badań eksperymentalnych globalnego ocieplenia: pasywne, aktywne i translokacyjne. Choć w Polsce tego typu eksperymenty są ciągle rzadkością, staramy się je rozwijać wraz z Uniwersytetem Przyrodniczym w Poznaniu, Polską Akademią Nauk i naukowcami z Tuluzy.

Badania torfowisk w laboratoriach też można robić?

Tak. Mesocosm to większy naturalny fragment ekosystemu, wycinek torfowiska (np. monolit 30×30 cm i miąższości 30 cm) z naturalnymi układami gatunków, który można poddawać manipulacji w warunkach laboratoryjnych. Microscosm to z kolei wyodrębniony, prostszy układ, który zaszczepiamy w laboratorium i możemy go w pełni kontrolować, manipulując temperaturą, wilgotnością czy poziomem wody. 

W laboratorium dokładnie mierzymy m.in. emisję gazów cieplarnianych i reakcje ekosystemu, jednak problemem jest tu utrata naturalności. Żeby zrozumieć istotę danych procesów i powiązania między gatunkami i organizmami, musimy pracować w warunkach także naturalnych czyli realizując eksperymenty terenowe w większej skali przestrzennej. Celem takich badań jest więc łączenie badań laboratoryjnych z terenowymi, a to wymaga wielu ekspertów i oczywiście odpowiedniego finansowania.

W Polsce robiliście badania torfowiska Linje. Na czym polegały?

Torfowisko Linje k. Dąbrowy Chełmińskiej to jeden z najważniejszych rezerwatów chroniących m.in. brzozę karłowatą. I tu kłania się ta perspektywa paleoekologiczna, o której mówiłem na początku. Dzięki badaniom znamy historię tego obszaru w ostatnich 12 tys. lat. Wiele daje też prowadzony od wielu lat monitoring różnych zmiennych środowiska, takich jak poziom wody, temperatura i wilgotność powietrza. To wszystko sprawia, że możemy lepiej zrozumieć, w jakim stanie jest dziś tamtejsza przyroda. I stanowi podstawę dla naszych eksperymentów, które przeprowadzamy na specjalnie wyznaczonych poletkach eksperymentalnych. Zwykle takie poletka wyposażane są w sieć różnych czujników, które monitorują m.in. zmiany poziomu wody, temperaturę i wilgotność gleby oraz temperatury powietrza. Są też poletka do badań roślinności, udziału różnych gatunków, itp.

Na torfowisku tym przeszczepiliśmy też fragmenty 10-centymetrowego torfu z jednego do drugiego siedliska. Dzięki takim metodom możemy tworzyć suche i wilgotne stanowiska badawcze i kontrolne – bez jakichkolwiek manipulacji innymi parametrami. To wszystko pozwala nam obserwować efekty zmiany klimatu na różne typy siedlisk (patrz też: Samson i in., 2018 – przyp. red.).

I jakie są wyniki waszych badań?

Nasze badania to jeden z kroków pozwalających nam lepiej zrozumieć bardziej szczegółowe procesy zachodzące w glebie. Jednym z kluczy dla naszego życia jest właśnie gleba, ale one mają różne formy – a torfowiska są ich wyjątkowym przykładem. Chcemy je lepiej poznać. Wiadomo, że rośliny i mikroorganizmy odpowiadają za tworzenie się torfu. Sam rozkład martwej materii organicznej, czyli torfu, również związany jest z aktywnością różnych mikroorganizmów.

Nasze wyniki pokazały, że jeśli podgrzejemy siedlisko i zmniejszy się jego wilgotność, to następują znaczące zmiany w składzie gatunkowym roślin. Zauważyliśmy to w ciągu dwóch lat eksperymentu, więc w bardzo małej skali czasowej z perspektywy powstawania torfowisk. Tyle jednak wystarczyło, byśmy dostrzegli istotną zmianę – wzrost udziału roślin naczyniowych (wełnianki, turzyc i krzewinek) i zanik mchów torfowców. To o tyle istotne, że mówimy o miejscu dość reprezentatywnym w skali globalnej. Syberia, zwłaszcza jej zachodnia część, jest ogromnym torfowiskiem, a potężna część współczesnej biomasy roślin to są właśnie torfowce.

I w obu miejscach rosną podobne rośliny?

Rośliny na Syberii oczywiście nie są dokładnie takie same jak w Europie w sensie kompozycji gatunkowej, niemniej jest ona podobna do torfowiska, które badaliśmy.

Co jeszcze zaobserwowaliście podczas eksperymentu?

W lepszym zrozumieniu procesów zachodzących w torfowiskach bardzo ważne jest zrozumienie sieci troficznej w glebie już na poziomie mikroorganizmów, czyli np. bakterii, grzybów, ameb skorupkowych i nicieni. W naszym eksperymencie zauważyliśmy zmiany dotyczące przejścia pomiędzy różnymi grupami gatunków – na przykład od bakterii do grzybów. Mam na myśli mikroskopijne grzyby znajdujące się w glebie, które uczestniczą intensywnie w rozkładzie materii organicznej. Zaobserwowane przez nas zmiany w tym zakresie były bardzo subtelne, bo dwa lata eksperymentu to nie jest zbyt długi okres. Klosze, które postawiliśmy, cały czas tam jednak stoją, więc obstawiam, że gdybyśmy powtórzyli podobne badania (co planujemy) zmiany byłyby jeszcze klarowniej zauważalne (patrz też: Rzeczuga i in., 2018, Buttler i in., 2020, Rzeczuga i in., 2020– przyp. red.).

A co z poziomem wody?

Kluczowe jest zrozumienie, jak różne mokradła będą reagowały na zmianę klimatu. Podczas eksperymentu odnotowaliśmy pewien przeskok, który związany był z dość gwałtowną zmianą w kierunku ocieplenia i przesuszenia.

Jak istotne jest zachowanie odpowiedniego bilansu wodnego w torfowiskach?

Zdrowe torfowiska zwykle posiadają wysoki poziom wody gruntowej. Zwykle, bo czasem jest ona na powierzchni, a czasem poniżej. W większości torfowisk europejskich ten odpowiedni poziom wody zaczął się obniżać z powodu melioracji i innych działań związanych ze zlewnią, a ostatnio także z powodu zmiany klimatu ponad 200 lat temu. Dotyczy to szczególnie Europy, która stopniowo się wysusza . Tymczasem konkretny poziom wody w torfowiskach jest kluczowy dla ich wzrostu i zdrowego funkcjonowania. Niestety, jak już powiedziałem – zaobserwowaliśmy, że ten poziom wody gwałtownie się obniża.

Skoro znów pan o tym wspomina, to doprecyzujmy – co to znaczy „dość gwałtownie”?

W ciągu dwóch lat eksperymentu zaobserwowaliśmy, że obniżenie poziomu wody gruntowej o blisko 20 centymetrów było kluczowe dla gwałtownej transformacji ekosystemu torfowiska. W rezultacie nastąpiło szybkie przełączenie systemu na zwiększoną emisję dwutlenku węgla. Za pomiary emisji dwutlenku węgla w tych siedliskach odpowiadał prof. Bogdan Chojnicki z Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu.

Chcę to wyraźnie podkreślić: w ciągu dwóch lat zauważyliśmy wyraźne zmiany w strukturze roślinności oraz zmieniające się proporcje pomiędzy mikroorganizmami (wspomniane bakterie i grzyby), wyraźne obniżenie poziomu wody i zmianę w „oddychaniu” tego ekosystemu poprzez zwiększoną ilość emisji dwutlenku węgla wydostającego się z gleby. Nie rozumiemy jeszcze wystarczająco, jak globalne ocieplenie zmieni torfowiska na całym świecie w skali mikro, ale nasze wyniki pokazują, w jakim kierunku może zmieniać się wiele torfowisk na półkuli północnej (patrz też Chojnicki i in., 2017, Jassey i in., 2018 – przyp. red.).

Czy to znaczy, że torfowiska przestają być torfowiskami?

Nie – one dalej nimi są, tylko że zaburzonymi, zniszczonymi. Można powiedzieć, że przestają być zdrowymi torfowiskami, które – jakby to powiedział mój kolega prof. Wiktor Kotowski – przestają być bagnami. Te torfowiska i tak są już bardzo często w jakimś stopniu zaburzone, bo przez lata były eksploatowane i meliorowane. Zazwyczaj nie mówimy więc o pierwotnym ekosystemie.

W przypadku mokradeł warto zrozumieć, że są środowiskiem szczególnie wrażliwym na zmiany temperatury i wilgotności. Dlatego ważne jest, aby w badaniach eksperymentalnych powinno się kontrolować temperaturę, ale również wilgotność. 

Kluczowym czynnikiem dla życia torfowisk jest dostępność wody mierzona przez poziom lustra wody gruntowej. Jeśli będzie odpowiednio wysoki, to jest odpowiedzialny za „konserwację” i akumulację materii organicznej, która trafia do gleby w postaci obumarłych roślin. Jeśli poziom wody długoterminowo spadnie jednak poniżej typowego dla zdrowego torfowiska poziomu ok. 10 centymetrów (poniżej poziomu powierzchni torfowiska), to następują zwiększone emisje dwutlenku węgla. Dla kontrastu, gdy torfowisko zostanie zalane wodą, choćby centymetrową warstewką, spadają emisje dwutlenku węgla, za to do atmosfery zaczyna wydostawać się metan. Jak więc widać kluczowy próg poziomu wody jest bardzo ważny. Imitując zmianę klimatu poprzez eksperymenty, możemy dokonywać pewnej predykcji dotyczącej tego, ile dwutlenku węgla bądź metanu wydostanie się w przyszłości z torfowisk.

I możemy już teraz, choćby orientacyjnie, to określić? Z tego co kojarzę wspomniany prof. Kotowski zajmował się takimi wyliczeniami.

W skali Polski nie mamy precyzyjnych obliczeń z odwodnionych siedlisk z powodu braku dokładnych danych o rozmieszczeniu torfowisk i głębokości ich odwodnienia. Prof. Wiktor Kotowski dokonał próby oszacowania emisji na ok. 34 mln ton ekwiwalentu dwutlenku węgla rocznie (Czytaj więcej: Bagna a klimat. Wysuszone torfowiska na świecie emitują 2 mld ton CO2 rocznie). Bardzo dobrze, że taka analiza powstała, przy czym warto mieć na uwadze, że nie są to dokładne pomiary, tylko estymacja oparta na emisjach z różnych typach torfowisk, które zapisano w raporcie Międzyrządowego Zespołu ds. Zmiany Klimatu (IPCC). Jeżeli chodzi o dokładne pomiary emisji dwutlenku węgla i metanu z torfowisk w Polsce i ekstrapolację tego na cały kraj, wciąż nie wiemy zbyt wiele. Dlatego bardzo ważne jest, aby naukowcy mogli prowadzić systemowe, wieloletnie badania w obrębie różnych siedlisk, czyli długoterminowy monitoring gazów szklarniowych.

A jak to wygląda w skali Europy, świata?

Torfowiska, choć zajmują zaledwie 3% powierzchni lądów, kryją w sobie ogromny potencjał magazynowania węgla, stanowiąc około 25% globalnych zasobów węgla glebowego (ok. 600 miliardów ton węgla). Często postrzegane są jako stabilne systemy o niewielkim wpływie na roczny obieg węgla na Ziemi. To przekonanie ma swoje uzasadnienie: roczny przyrost węgla w torfowiskach stanowi około 1% antropogenicznych emisji z paliw kopalnych lub 3-10% pochłaniania węgla przez inne ekosystemy lądowe. Jednakże pozorna stabilność torfowisk jest złudna. Ich zniszczenie, najczęściej związane z osuszaniem i podgrzaniem, prowadzi do intensywnej emisji dwutlenku węgla, przyczyniając się do blisko 5% globalnych antropogenicznych emisji tego gazu cieplarnianego. To czyni z nich jedno z największych naturalnych źródeł emisji CO₂.

Czemu los mokradeł miałby obchodzić „przeciętną” osobę w Polsce? W skrócie: co z tego, że mokradła wysychają?

Nie lubię i nie chcę fatalizować. Mogę jednak powiedzieć, że w naszych poletkach eksperymentalnych w przeszłości zobaczyliśmy coś , co dzieje się teraz i jest wzmacnianie przez różne czynniki: od przecinania torfowisk rowami melioracyjnymi, po zmianę klimatu. Mówiący więc o złożonych ekosystemach, które zmieniają się szybko na naszych oczach. Myślę, że ci, którzy obserwują mokradła, dostrzegają, że w wielu miejscach następuje gwałtowny spadek poziomu wody i zmiany roślinności. Jednocześnie w dużej części nie wiemy lub nie jesteśmy pewni, jakie organizmy i gatunki uczestniczą funkcjonalnie w wymianie gazowej ani jak poważne będą tego konsekwencje. Globalnie sytuacja też zmieniła się znacząco, czego dramatycznym przykładem jest rosnąca liczba i intensywność pożarów na Syberii. I na tym właśnie polega ten dramat, że jest on wielowarstwowy, wciąż nie do końca zrozumiały, ale i jednocześnie o wymiarze globalnym.

Do tego sądzę, że mokradłami warto interesować się tak po prostu, z czystej potrzeby zbliżenia się do środowiska i edukacji oraz uwrażliwianiu, które dzięki temu mają miejsce. To trochę jak z obrączkowaniem ptaków. Na ile przyczynia się to do lepszego zrozumienia populacji ptaków globalnie? Jednakże budzi to duże zainteresowanie i gromadzi wielu ludzi, w sensie edukacyjnym to bardzo ważny proces, który ma ogromny wpływ na jakość i efekty ochrony przyrody.

Paleoklimatologiczne badania mokradeł

Skończy tym, od czego zaczęliśmy. Badania paleoklimatyczne mokradeł są bardziej skomplikowane?

Są inne. Jeśli myślimy o perspektywie ochrony torfowisk, to warto znać ich stan początkowy, warto znać warunki referencyjne z przeszłości w relacji do stanu obecnego. Takie spojrzenie w przeszłość mówi nam bardzo wiele.

I w jaki sposób spogląda się w tę przeszłość?

Na przykład poprzez badania zmian poziomu wody, które jesteśmy w stanie z łatwością zrekonstruować za pomocą różnych proxy zawartych w rdzeniach torfowych (np. makroszczątki roślinne oraz pyłek roślin) Wykorzystujemy do tego także ameby skorupkowe – jednokomórkowe organizmy występujące w torfowiskach, które pozostawiają po śmierci skorupki. Dzięki temu możemy zrekonstruować poziomy wody w centymetrach. 

Chęć takiego głębszego spojrzenia w przeszłość doprowadziła przeprowadzenia syntezy dla Europy i rekonstrukcji zmian poziomu wody dla wielu torfowisk. W ten sposób odkryliśmy, że spadkowy trend w torfowiskach europejskich istnieje od co najmniej 200 lat.

A odpowiada za to…?

Związane jest to bardzo mocno ze wzrostem temperatury. Oczywiście eksploatacja i odwadnianie torfowisk też mają na to istotny wpływ, niemniej głównym czynnikiem jest właśnie temperatura. Gdybyśmy nałożyli na siebie zmiany poziomu wody i temperatury Europie w ostatnich 200 latach, to zobaczylibyśmy, że oba wykresy są ze sobą wyraźnie powiązana i w pewnym momencie się przecinają. Można wręcz powiedzieć, że te zmiany zachodzą równoległe. Pokazuje to determinujący wpływ zmiany klimatu.

Wiadomo, w jakim stopniu odpowiada za to zmiana klimatu i wzrost temperatury, a w jakim melioracja bądź inne bezpośrednie czynniki ludzkie?

Bardzo ciężko to oszacować. Duża część badań była jednak wykonywana na obiektach, które nie były odwadniane. To tym bardziej wskazuje więc na czynnik klimatyczny. Obecnie realizujemy badania w Norwegii, w ramach których chcemy obliczyć, czy proces obniżania poziomu wody przyspieszył 100 lat temu, czy też bardziej w okresie ostatnich 20-30 lat. W Europie, pociętej rowami melioracyjnymi wzdłuż i wszerz, odfiltrowanie od tych czynników zmiany klimatu jest jednak bardzo trudne. Badania w Polsce były pod tym względem dość unikatowe, bo choć problem melioracji istnieje również u nas, to jednak udało się znaleźć do eksperymentów torfowiska niezmienione przez tego typu praktyki.

Jak już wspominałem, na podstawie naszych eksperymentów ustaliliśmy, że około 20-25 centymetrów to krytyczny próg, po którego przekroczeniu zmienia się skład roślin i mikroorganizmów na torfowisku zaburzonym. W badaniach, paleoklimatycznych czy wręcz paleohydrologicznych dotyczących torfowisk zachowanych w stanie bardziej zbliżonym do naturalnego, ten próg znajduje się około 10-12 centymetrów pod powierzchnią torfowiska. Gdy poziom wody spada długoterminowo poniżej, dochodzi do transformacji roślinności i zespołów mikroorganizmów oraz w efekcie zwiększenia emisji dwutlenku węgla. 

Rozmawiał Szymon Bujalski

Prof. dr hab. Mariusz Lamentowicz pracuje na Uniwersytecie im. Adama Mickiewicza w Poznaniu. Jego główne zainteresowania naukowe koncentrują się na ekologii i paleoekologii mokradeł. Jest specjalistą w dziedzinie badań wpływu klimatu i człowieka na torfowiska. W ramach swojej pracy naukowej i organizacyjnej kieruje Pracownią Ekologii Zmian Klimatu na Wydziale Nauk Geograficznych i Geologicznych. Jego projekty mają na celu zbadanie zaburzeń antropogenicznych, opracowanie strategii ochrony torfowisk i wykorzystania ich potencjału dla lepszej sekwestracji węgla w tych ekosystemach. Współpracuje z Centrum Ochrony Mokradeł (CMOK) w celu odtwarzania, ochrony i monitoringu torfowisk.

The post Od lat bada mokradła w Polsce i na świecie. „Zmieniają się na naszych oczach” appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Nawozy i nieorganiczny węgiel

Nawożenie to standardowy zabieg rolniczy, pozwalający zwiększyć plony na danym obszarze. Jest jednak jednocześnie przyczyną emisji gazów cieplarnianych z gleb. W największej mierze (w ok. ¾) odpowiadają za to nawozy sztuczne. Przynajmniej części tych emisji można byłoby łatwo uniknąć poprzez racjonalizację zużycia nawozów. 

Jest to dobrze widoczne szczególnie w przypadku podtlenku azotu, N₂O. Podwyższone emisje tego gazu z gleb w największym stopniu wynikają z niedostosowania dawek nawozowych do potrzeb roślin. W skali świata ok. 50% azotu aplikowanego w postaci nawozów naturalnych i sztucznych nie jest pobierane przez rośliny. Duży wpływ na obniżenie emisji N₂O w rolnictwie miałoby więc zmniejszenie dawek nawozów azotowych w regionach gdzie są one wysokie i przekraczają wymagania roślin uprawnych (np.: w Europie i Ameryce Północnej). Pomogłoby to dodatkowo ograniczać, szczególnie w przypadku nawozów sztucznych, potencjalny negatywny wpływ nawożenia na mikroorganizmy i faunę glebową (zobacz artykuł Glebowy magazyn węgla)

Przenawożenie nawozami azotowymi jest też jednym z czynników powodujących zakwaszanie gleb (Wang i in., 2016), co jest dużym problemem m.in. w Polsce, gdzie ponad połowa gruntów ornych ma odczyn kwaśny lub bardzo kwaśny. Jest to o tyle istotne, że pH gleby musi być dostosowane do wymagań konkretnych roślin, aby mogły one efektywnie pobierać składniki odżywcze – niskie pH służy tylko nielicznym gatunkom uprawnym np. borówkom (Ochal i Smreczek, 2020).

Wapnowanie

Aby podwyższyć pH gleb rolniczych stosuje się wapnowanie, jednak jego skutkiem mogą być zwiększone emisje CO₂ z pola. CO₂ jest uwalniany w wyniku reakcji substancji znajdujących się w preparacie (najczęściej są to rozdrobnione wapienie kredowe lub dolomity) z jonami wodorowymi (H⁺) w glebie. Podobne reakcje zachodzą także w glebach o wyższym pH, co powoduje wyczerpywanie występujących w nich naturalnie składników „zasadowych” (np.: węglanów) i w konsekwencji także zakwaszanie. O ile jednak w przypadku rozkładu materii organicznej dochodzi do uwalniania w postaci CO₂ węgla organicznego, to w przypadku buforowania zakwaszania uwalniany jest węgiel nieorganiczny, pochodzący ze wspomnianych wyżej skał węglanowych. Powoduje to nie tylko zmniejszanie ogólnej ilości węgla glebowego, ale także wprowadzenie do atmosfery atomów węgla, które nie uczestniczyły w bieżącym, szybkim cyklu węglowym: wapienie kredowe czy dolomity tworzyły się miliony lat temu.

Naturalnie występujące w glebach węglany (głównie CaCO₃) w wierzchniej, jednometrowej warstwie gleby zawierają około 750 GtC. W wyniku zakwaszania zasoby te kurczą się – szacunki zespołu Kazema Zamaniana mówią o 0,41 GtC traconych rocznie w ciągu ostatnich 50 lat i o dalszych 0,72 Gt, które będą uwalniane co roku jako CO₂ do 2050 r. Wapnowanie doprowadza do dodatkowych strat ok. 0,27 GtC rocznie, co jest drugim w kolejności największym źródłem strat nieorganicznego węgla. Glebowe węglany i skały wapienne są zasobem nieodnawialnym w skali ludzkiego życia, a straty zawartego w nich nieorganicznego węgla nie są na ogół wliczane do żadnych szacunków dotyczących emisji gazów cieplarnianych z gleb (Goulding 2016, Dai i in., 2021, Raza  i in., 2021, Zamanian i in., 2021).

Nawozy naturalne

Problem zakwaszania można częściowo mitygować poprzez używanie nawozów naturalnych. Trwające 20 lat badanie zespołu Wanga pokazało, że o ile nawozy sztuczne (azotowy, fosforowy i potasowy) obniżały pH gleby na polu doświadczalnym o 0,07 rocznie, to organiczne zwiększały o 0,04 rocznie. Ich dodanie podnosiło ponadto ilość materii organicznej w glebie i ograniczało straty azotu, jednak ostateczny efekt może być różny dla poszczególnych gleb w różnych strefach klimatycznych. Na pewno jednak w wielu aspektach są one lepsze niż długotrwałe stosowanie samych nawozów mineralnych, które powoduje spadek jakości gleby ze wszystkimi tego negatywnymi konsekwencjami (np. ucieczka azotu, większa dostępność metali ciężkich dla roślin). 

Dodawanie organicznych nawozów pomaga osiągnąć stabilne plony w długim horyzoncie czasu, a ze względu na pozytywny wpływ na stan gleby jest korzystne dla gospodarstwa pod względem adaptacji do zmiany klimatu (Singh i Singh, 2017, Menšík i in., 2018, Wang i in., 2019, Waqas i in., 2020, Dai i in., 2021, Xie i in., 2021).

Emisje z pastwisk 

Wedug IPCC (raport IPCC Climate Change and Land, 2019) ważnym źródłem emisji N₂O w rolnictwie są także tereny pastwiskowe, głównie w Ameryce Północnej, Europie oraz Azji Południowej i Wschodniej. Odpowiadają globalnie za 1/3 całkowitych emisji antropogenicznych N₂O. Tutaj podobnie – problemem jest nawożenie – a także pozostające na pastwiskach odchody zwierząt. Intensywnie użytkowane pastwiska wymagają nawożenia aby uzupełniać w glebie składniki mineralne zjedzone z trawą przez zwierzęta. Same odchody nie są w stanie zrównoważyć tych strat, do tego proporcje składników odżywczych w  nich zawartych mogą być mało korzystne dla traw. 

IPCC nie rozgranicza w swoich wyliczeniach pastwisk, które są np. pielęgnowane zgodnie z regułami wzbogacania gleby w materię organiczną i takich, które są używane intensywnie. Emisje z tych pierwszych mogą być dużo niższe, jednak zasadniczo w ujęciu świata przeważają te drugie, które dodatkowo w sytuacji przekspolatowania są także źródłem emisji związanych z erozją gleby (zobacz też: Ujemne emisje? Jak to osiągnąć w swoim gospodarstwie? Tłumaczy Marcin Wójcik i Klimatyczny ślad kotleta).

Ze względu na rosnące od dekad pogłowie zwierząt hodowlanych, emisje z terenów pastwiskowych wzrosły od 1960 r. do początku XXI w. o ok. 80%. Choć teoretycznie zmiana pól uprawnych w pastwiska może zwiększać przez pewien czas gromadzenie węgla organicznego w wierzchniej warstwie gleby, to korzyści netto zostają zniwelowane jak tylko wpuści się na trawę zwierzęta – ze względu na emisje metanu (raport IPCC Climate Change and Land, 2019) 

Mikroorganizmy gleb i oceanów

Oprócz emisji bezpośrednich, na polu czy pastwisku, nawożenie jest także źródłem pośrednich emisji N₂O. Jest to skutek wypłukiwania z pól niewykorzystanych przez rośliny składników odżywczych. Związki azotu (a także fosforu) trafiają poprzez strumienie i rzeki ostatecznie do mórz i oceanów, gdzie przyczyniają się do powstawania tzw. martwych stref. Ponieważ ilość tlenu rozpuszczonego w wodzie silnie wpływa na produkcję N₂O, to odtlenione, zeutrofizowane wody przybrzeżne są miejscem największych emisji tego gazu z oceanów (zobacz też: Globalne ocieplenie, prądy morskie i życie w oceanach) (Zhang i Ye, 2021). 

Jak ograniczać emisje podtlenku azotu (N₂O)?

Sposobem na ograniczenie emisji pośrednich N₂O (ale także bezpośrednich) jest wysiewanie międzyplonów, szczególnie jeśli nie wymagają one (dużego) nawożenia. Rosnące rośliny pobierają azot z gleby (co zmniejsza jego ilość dostępną dla mikroorganizmów), a ich korzenie stabilizują wierzchnią warstwę gleby, ograniczając spływ powierzchniowy, a tym samym wymywanie składników odżywczych do wody. Międzyplony z roślin motylkowatych, które ze względu na symbiozę z bakteriami potrafią “wiązać” azot atmosferyczny,  pozwalają dodatkowo obniżyć zużycie nawozów azotowych.

Wyliczenia Kaye i Quemady dla upraw kukurydzy na obszarach klimatu umiarkowanego, wysiewanych po roślinach motylkowatych pokazały, że w porównaniu do innych międzyplonów potrzebne jest około 5 g/m² mniej nawozu. Ponieważ w wyniku syntezy sztucznych nawozów azotowych emitowane jest ok. 4 g CO_2e na 1 gram, to redukcja o 5 g/m² oznacza zmniejszenie emisji o ok. 20 g CO_2e/m² (Kaye i Quemada, 2017) (zobacz też: Glebowe magazyny węgla – jak je chronić przed erozją?) . 

Emisje N₂O można także ograniczać (nawet do 40%) poprzez substancje chemiczne wpływające na mikroorganizmy glebowe, np.: nitrapirynę, która zabija bakterie m.in. z gatunku Nitrosomonas. Problem w tym, że mikroorganizmy są kluczowe dla zdrowia gleby. Spadek ich biomasy i różnorodności, który obserwuje się np.: na obszarach, gdzie używa się intensywnie nawozów sztucznych czy tradycyjnej orki obniża jakość gleby, a tym samym jej odporności na zmianę klimatu.

Międzyplony także w tym przypadku są pewnym remedium. Badania pokazały, że mogą o ok. 25% podnieść ilość mikroorganizmów glebowych, o ok. 20% ich aktywność i o ok. 2,5% ich różnorodność (w porównaniu do „gołego pola”). Choć potencjalnie międzyplony mogą obniżać o kilka % plon głównej uprawy, to naukowcy wskazują, że można temu przeciwdziałać dobierając odpowiednie gatunki roślin, w zależności m.in. od rodzaju gleby i warunków klimatycznych, co może wręcz zwiększyć plon główny o ok. 10% (Smith i Olesen, 2010, Paustian K. i in., 2016, Schmidt i in., 2018, Abdalla i in., 2019, Baveye i in., 2020, Kim i in., 2020).

Kluczowa w temacie emisji N₂O jest oczywiście gospodarka nawozowa. Dawki powinny być dostosowane do typu gleby, wymagań roślin itp. i wyliczane bardzo skrupulatnie dla wszystkich składników odżywczych. Oprócz korzyści środowiskowych przynosi  to też oczywiście  korzyści finansowe  dla  rolnika. Badania pokazują, że w  przypadku ograniczania strat azotu z pól istotne są także inne czynniki np. moment aplikacji (faza wzrostu rośliny), gdzie nawet kilka dni może mieć wpływ na sumaryczne emisje N₂O z pola. Dodatkowo odtwarzanie lub tworzenie terenów podmokłych, które poprawiają retencję wody na terenie gospodarstwa pozwala zmniejszać odpływ składników odżywczych do wód, co ogranicza ich eutrofizację (McLellaan i in., 2018). 

Coraz więcej czynników przemawia za koniecznością odchodzenia od stosowania nawozów mineralnych. Są to m.in. wyczerpywanie zasobów (nieodnawialnych) fosforytów potrzebnych do produkcji nawozów fosforowych czy zanieczyszczanie gleby i wody, w tym zbiorników podziemnych, prowadzące min. do zagrożenia zdrowia ludzi poprzez większą mobilność metali ciężkich w glebie.  (Cordell i White, 2011, Khan i in., 2018)

Tak jak inne działania, które wpływają na ograniczenie emisji rolniczych (np. siania międzyplonów), również poprawa sposobu aplikacji nawozów pozwala na jednoczesne uzyskanie korzyści różnego rodzaju. Możliwe jest jednoczesne obniżenie kosztów prowadzenia gospodarstwa, utrzymanie lepszego stanu gleby (np.: poprzez ograniczenie jej zakwaszania) – co jest istotne z punktu widzenia adaptacji do zmiany klimatu- a także obniżenie emisje gazów cieplarnianych z pól. Odpowiednie techniki rolnicze mogą więc odegrać nie tylko rolę w  zmniejszaniu tempa globalnego ocieplenia, ale także przekształcić rolnictwo w bardziej ekonomiczne, odporne i zrównoważone rolnictwo przyszłości. 

Anna Sierpińska, konsultacja merytoryczna: prof. Paulina Kramarz

The post Z pól do morza – nawozy a środowisko i klimat appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Szymon Bujalski: Każdy kraj może być samowystarczalny żywnościowy?

Prof. Paulina Kramarz, Instytut Nauk o Środowisku Uniwersytetu Jagiellońskiego, serwis Nauka dla Przyrody: Żyzny Półksiężyc [obejmuje głównie kraje Bliskiego Wschodu oraz część Egiptu i Turcji] jest przykładem miejsca, gdzie obecnie prawie nie da się uprawiać żywności. A przecież to obszar, w którym w ogóle zrodziło się rolnictwo, bo – jak sama nazwa wskazuje – był bardzo żyzny. Między innymi z powodu zmiany klimatu doszło tam jednak do pustynnienia, co doprowadziło do jednej z pierwszych wojen klimatycznych. Niemożność uprawiania żywności spowodowała migracje ludności z wsi do miast, a w rezultacie ich bardzo duże przegęszczenie, które było jednym z powodów Arabskiej Wiosny i potem wojny w Syrii.

Z drugiej strony, jeżeli temperatura i wilgotność na to pozwalają, istnieją metody umożliwiające uprawy nawet w trudnych rejonach. To metody stosowane przez wieki, do których teraz częściowo się wraca.

Takie jak?

Jak choćby agroekologia.

Czyli?

Często nazywam agroekologię rolnictwem ekologicznym z dodatkiem społecznym. Są to takie metody wytwarzania żywności, które opierają się na doświadczeniu i wiedzy rolników, ale obecnie również na najnowszej wiedzy, choćby na temat funkcjonowania gleby czy organizmów, które mogą zastąpić pestycydy i nawozy sztuczne. Agroekologia to także wytwarzanie żywności lokalne i sezonowe. W taki sposób, by każda osoba miała dostęp do wystarczającej ilości dobrej jakości żywności, a osoby ją wytwarzające – żeby miały dobrą zapłatę. 

W aspekcie społecznym istotne jest też łączenie społeczności wytwarzających żywność, np. w sprawnie działające spółdzielnie, żeby odejść od praktyki, gdzie prawie każdy gospodarz ma swój park maszynowy. Kolejny element to łączenie wytwórców z konsumentami, m.in. poprzez kooperatywy społeczne i rolnictwo wspierane przez społeczność. W takim przypadku z góry płaci się rolnikowi za wytwarzanie żywności, obdarzając go zaufaniem. Gdy jednego produktu z jakiejś trudnej do przewidzenia przyczyny zabraknie, nie ma więc problemu, by zastąpić go innym. Czyli coraz większą rolę odgrywają nawzajem wspierające się wspólnoty.

Na czym polega ten ekologiczny sposób wytwarzania żywności?

Na danym terenie nie ma wielkoobszarowych monokultur, a jest wiele różnych upraw. Rośliny mogą rosnąć dokładnie na tym samym terenie, ale może to też być wiele poletek z różnymi uprawami poprzedzielanych miedzami czy zadrzewieniami. Nawet jak przyjdzie jakaś klęska – pożar, powódź, gradobicie – to przy dobrym ustaleniu upraw zawsze coś przeżyje. Zadrzewienia mogą powodować rozbicie coraz częstszych wichur i pomóc zatrzymać rozprzestrzenianie się pożarów. Trudno znaleźć też owada [pasożyta – przyp. red.] żerującego na dwóch uprawach, np. pszenicy i jabłkach. Tego rodzaju polikultury prowadzą więc do zwiększenia bezpieczeństwa żywnościowego, jednocześnie chroniąc przy tym bioróżnorodność. Z badań m.in. dr Adama Zbyryta wiemy, że na wschodzie Polski dzięki wolnemu wypasowi krów w urozmaiconym zadrzewieniami terenie jest więcej bocianów. Zapewne jest też więcej innych ptaków i owadów.

Jak agroekologiczne podejście przekłada się na efekty?

Badania pokazują, że jeżeli ludziom na Globalnym Południu [Ameryka Południowa, Ameryka Środkowa, Afryka, częściowo Azja – przyp. red.] pozwoli się na wytwarzanie żywności w oparciu o doświadczenie poprzednich pokoleń, znajomość terenu oraz uwarunkowań klimatycznych, to wydajność rolnictwa może być nawet o 93% wyższa niż w rolnictwie konwencjonalnym. Jest to możliwe również dlatego, że osoby te znają odmiany i gatunki lokalne. 

Niedawno w Scientific American pojawił się bardzo ciekawy artykuł na ten temat. Chodziło o metody agroekologiczne stosowane w Indiach w trakcie lockdownu. Przy odpowiednio dobranych roślinach i zwierzętach, które są źródłem nawozu, rolnicy radzili sobie naprawdę dobrze. Na niewielkiej powierzchni niecałych dwóch hektarów byli w stanie zapewnić żywność kilku tysiącom osób i nawet rozdawać ją na zewnątrz. Do tego w gospodarstwie pracowały i osoby z ludności rdzennej, i osoby należące kiedyś do kasty wykluczonych. 

Zdaję sobie sprawę, że ludzi bardzo trudno do tego przekonać. Są jednak dane pokazujące, że zwykły zabieg proekologiczny, który został wymyślony 1500 lat temu, powoduje wyższe plony i ich większą odporność na zmieniające się temperatury i wilgotność. Mam na myśli płodozmian.

Dlaczego jest tak skuteczny?

W jednym miejscu nie hoduje się cały czas tej samej rośliny, więc gleba nie wyjaławia się tak bardzo. I tyle wystarczy. Jeśli do tego wprowadzi się tzw. międzyplony, czyli uprawy innych roślin przed i po głównej uprawie, możemy dodatkowo zyskać „zielone nawozy”.

Czyli?

To np. rośliny motylkowe, które mają w swoim układzie korzeniowym symbiotyczne bakterie wiążące azot. Do tego sprawiają, że gleba nie jest cały czas wystawiona na wysychanie, a więc chronią ją.

Jaki potencjał drzemie w agroekologii?

Przede wszystkim musimy zacząć oszczędzać, również energię. Rolnictwo jest jedną z dziedzin, gdzie można jej zaoszczędzić mnóstwo. W rolnictwie konwencjonalnym praktycznie do każdej czynności używa się jakiejś maszyny na olej napędowy, które są w każdym większym gospodarstwie. Jeśli nie stosujemy nawozów sztucznych i chemicznych środków ochrony upraw, odpadają nam fabryki, maszyny z nimi powiązane, bo nie ma potrzeby ich produkcji. Nie ma też potrzeby wydobywania surowców do ich produkcji, m.in. metanu.

W agroekologii w ogóle nie ma maszyn?

Jeżeli mamy niewielkie gospodarstwa albo nieduże poletka, to trudno używać na nich wielkoskalowe maszyny rolnicze jak kombajny. Na pewno nie w tak dużym zakresie. W pozytywnie ekstremalnym podejściu do agroekologii, jakim jest permakultura [samoregulujący się system rolniczy wzorowany na ekosystemach naturalnych -przyp. red.], dobrze ustawiony system praktycznie nie wymaga nakładów pracy. Wystarczy odpowiednie poukładanie interakcji między roślinami, opartej na wiedzy biologicznej i doświadczeniu, oraz połączenie upraw z hodowlą zwierząt, co wspomaga nawożenie gleby. Otrzymujemy wówczas coś na kształt zamkniętego systemu, w którym rośliny nawzajem się chronią (z pomocą dobrze funkcjonującej gleby) i wraz ze zwierzętami wytwarzają żywność. W ten system, zresztą podobnie jak w agroekologii, włączony jest również człowiek – jako jeden z konsumentów, ale i producent nawozów naturalnych.

Permakultura może być stosowana na dużą skalę?

Nie znam danych na temat wielkoskalowych permakultur, ale jednym z przykładów jest 15-hektarowe gospodarstwo w Belgii, które nadwyżki żywności sprzedaje. Z tyłu głowy cały czas musimy też mieć złą organizację i nadmiar wytwarzanej żywności. 

Wróćmy więc do tej lokalności i jej znaczenia dla całego, globalnego systemu wytwarzania żywności. Mało kto wie, ale większość kupowanych w Polsce róż pochodzi z Kenii. Zamiast żywności uprawia się tam kwiaty m.in. dla Europy. Musimy skończyć z takimi fanaberiami i oddać tereny dzikiej przyrodzie albo ludności lokalnej do produkowania żywności na swoje potrzeby. Nie może być tak, że pasza do hodowli zwierząt w Chinach czy Europie jest uprawiana w kompletnie innej części świata.

Dobrym przykładem jest też awokado – wydawałoby się świetny zamiennik mięsa, bo jest dobrym źródłem substancji odżywczych. Byłoby w porządku, gdyby raz na jakiś każdy mógł je sobie zjeść. Ale tylko z powodu rosnącej popularności na Globalnej Północy, jego uprawy zamieniły się w ogromny przemysł, pod który wycina się dżungle, a ludom rdzennym zabiera się tereny, na których do tej pory żyły. Kolejny przykład to komosa ryżowa. Pochodzi z Ameryki Południowej, gdzie była bardzo popularnym pożywieniem. Obecnie uprawia się ją tam masowo, znów dla Globalnej Północy, przez co robi się za droga dla miejscowej ludności. Albo produkcja białka roślinnego. Przerabia się coś, co można jeść bez przerabiania, by zrobić kiełbaskę zapakowaną dodatkowo w masę plastiku.

Czy będzie to kiełbaska z białka grochu, czy groszek konserwowy i tak zapakować go trzeba.

Chodzi o to, by pakować produkty tylko wtedy, gdy to konieczne. Nie wymyślajmy co raz to nowych sposobów na zapakowanie czegoś w plastik.

Niektórzy tłumaczą, że kupują co raz to nowe rzeczy – na przykład dania gotowe – bo nie mają czasu gotować albo nie lubią.

I tu dochodzimy do kolejnej rzeczy, czyli ekonomii ekologicznej. Różne badania pokazują, że gdy pracujemy mniej dni w tygodniu, jesteśmy bardziej wydajni, bardziej szczęśliwi i podejmujemy działania bardziej korzystne dla środowiska, ale emitujemy też mniej gazów cieplarnianych (choćby z powodu ograniczonego przemieszczania się). 

Niektóre osoby, jak np. prof. Ewa Bińczyk, proponują, byśmy pracowali trzy dni w tygodniu i mieli dwa miesiące urlopu. Mielibyśmy wtedy znacznie więcej czasu, by odpocząć, zajmować się hobby czy właśnie gotować. Moglibyśmy też więcej gotować wspólnie, spożywać razem posiłki, bo obecnie trochę zapomnieliśmy, że to coś, co bardzo mocno sprzyja budowaniu relacji międzyludzkich. Ci, którzy nie lubią gotować, mogliby zaś korzystać np. z sieci niedużych knajpek na każdym osiedlu, dostępnych spacerem z domu – ze zdrową żywnością, z towarzystwem innych ludzi.

Dlaczego lokalność jest tak ważna?

Z jednej strony chodzi o emisje związane z jej transportem. Ale bardzo ważne jest też to, że dochodzi do przerwania połączeń w ekosystemach. W normalnym ekosystemie zwierzęta zjadają rośliny, wydalają odchody, a jak umrą, ich ciała rozkładają się w danym ekosystemie. Rośliny dzięki mają dostęp do substancji odżywczych, z których (z udziałem dwutlenku węgla i energii słonecznej) wytwarzają swoje tkanki, zjadane przez inne organizmy. I wszystko się kręci w obiegu materii i energii. Obecnie mamy kompletne rozerwanie połączeń, które powinny być podstawą w wytwarzaniu żywności w systemie gospodarki cyrkularnej, na którą musimy przestawić właściwie całą naszą cywilizację.

Mięso krowy hodowanej w systemie ekologicznym będzie znacznie mniej szkodliwe dla środowiska? 

Chcę podkreślić: nie chodzi o to, żebyśmy hodowali tyle krów, ile obecnie, lecz o maksymalne ograniczenie chowu zwierząt. A jeżeli już je hodujemy, to róbmy to w sposób przyjazny dla środowiska i z maksymalnym zapewnieniem dobrostanu. W Niemczech są naciski, by zacząć hodować świnie w wolnym chowie, bo w systemie zamkniętym mają bardzo złe warunki. Ale jeśli będzie to wolny chów przy tej samej skali, to się nie pozbieramy –-nie ma na to miejsca na Ziemi. To w ogóle nie wchodzi w grę.

Wracając do pytania, są badania pokazujące, że jeśli krowy są hodowane w systemie agroleśnictwa (wielogatunkowe łąki z zadrzewieniami) i nie są karmione wysokobiałkowymi paszami, produkują znacznie mniej metanu.

O ile?

Znane mi dane z Kolumbii pokazują, że o około 70% mniej w przeliczeniu na hektar. Czyli naprawdę dużo. Poza tym system agroleśny – jakkolwiek okropnie to nie zabrzmi – jest bardziej wydajny. W tym sensie, że większe przyrosty masy oraz większą ilość mleka uzyskuje się z mniejszej powierzchni w porównaniu do hodowli przemysłowych (pamiętajmy, że w tych ostatnich zwierzęta albo całkowicie, albo częściowo są karmione paszą uprawianą/wyprodukowaną w innym miejscu).

A więc wykorzystujemy mniejszą powierzchnię, powstaje znacznie mniej metanu, tworzy się bardziej różnorodne środowisko. Taka hodowla też wspomaga regenerację gleby. To da się zrobić. Jest prawie niemożliwe, żebyśmy jako ludzkość przestali jeść mięso. Musimy jednak drastycznie ograniczyć i hodowlę, i konsumpcję. Wtedy tak produkowane mięso, jeśli ktoś chce już je zjeść, powinno być rarytasem. Podobnie awokado.

Co to znaczy „drastycznie”?

Spróbujmy odwrócić proporcje. Obecnie 77% powierzchni rolnych przeznaczanych jest na wszystko, co wiąże się z hodowlą zwierząt. Jednocześnie produkcja ta zaspokaja zaledwie 17% zapotrzebowania energetycznego ludzkości. Przy odwróconych proporcjach żywność roślinna wystarcza dla ponad 20 miliardów ludzi… Czyli na tak prostym przykładzie widać, ile terenów moglibyśmy oddać dzikiej przyrodzie – nawet zakładając, że będzie nas 10 mld.

Przyjmijmy, że chcemy odwrócić proporcje, o których pani wspomniała. Co dalej warto zrobić?

W pierwszej kolejności zamknijmy wszystkie fermy przemysłowe. Nie tylko wiążą się z ogromnym cierpieniem zwierząt, ale to również czyste marnotrawstwo zasobów naszej planety. Skoncentrowany chów zwierząt sprawia, że są one mniej odporne np. na choroby – zwłaszcza, że najczęściej hoduje się jedną odmianę, przez co zróżnicowanie genetyczne jest bardzo małe. No i duże zagęszczenie ułatwia rozprzestrzenianie się chorób, co już po doświadczeniach obecnej pandemii dobrze wiemy. Do tego, gdy przychodzi jakaś klęska – wojna, pożar, epidemia – tysiące, setki tysięcy, a nawet milionów zwierząt giną. 

Kiedy w kilkutysięcznej fermie zachoruje tylko parę świń, zabija się wszystkie. A zwierzęta te wcześniej zostały przecież czymś nakarmione. Na przykład – kura, żeby przyrosnąć o 1 kg, musi zjeść około 3 kg paszy. Zabijając i „utylizując” ją, tracimy nie tylko kurę (która wówczas nie jest pożywieniem), ale wszystko to, co zostało użyte do jej wyhodowania. Obecnie trwa epidemia ptasiej grypy, w tamtym roku Polskę obiegła wiadomość o „utylizacji” dziesiątków milionów ptaków w województwie mazowieckim. Proszę policzyć ile milionów ton paszy, którą karmiono te kury się zmarnowało. Przy czym przemysłowy chów zwierząt działa na prąd, pojawiają się również ogromne problemy z zanieczyszczeniem środowiska pochodzącym z gnojowicy w postaci m.in. emisji podtlenku azotu, zanieczyszczenia wód i gleb. 

Na razie takie fermy nie są jednak zamykane, a dotowane. Niestety, Unia Europejska dalej przyznaje najwięcej największym gospodarstwom, bo wielkość dopłat zależy od posiadanej liczby hektarów i zwierząt, a nie np. od jakości wytwarzanej żywności. W ten sposób dotowane jest wielkoskalowe, przemysłowe rolnictwo. 

Plus wspominane przeze mnie przenoszenie kosztów środowiskowych do innych krajów, gdzie np. uprawia się rośliny na paszę. Ceny mięsa czy nabiału są przez to niższe, od wielu roślinnych produktów wysokobiałkowych (np. fasoli), co powoduje, że ludzie zamiast kupować roślinne produkty, wybierają mięso. Dotacje sprawiają też, że te pozornie tanie produkty są eksportowane, powodując likwidację hodowli w innych państwach. Dlatego na dzisiaj nawet rolnictwo ekologiczne, które jeszcze nie oznacza agroekologii, jest mało konkurencyjne. 

Rolnikom wytwarzającym żywność lepszej jakości bardzo trudno jest konkurować z niskimi cenami żywności wytwarzanej przemysłowo. To podstawowy problem. I bardzo niepokojące jest to, że w związku z wojną w Ukrainie niektóre środowiska chcą zmienić zapisy Zielonego Ładu, zgodnie z którymi co najmniej 25% gospodarstw rolnych w Europie powinno być ekologiczne. W Polsce to dziś zaledwie 3% gospodarstw.

Co jeszcze warto zmienić?

Trzeba zapewnić rolnikom i rolniczkom lokalne rynki. Tak, by mieli zagwarantowane, że za dobrą cenę sprzedadzą żywność u nas w kraju. Nie skupiajmy się na eksporcie, tylko na wytwarzaniu żywności dla lokalnych społeczności. Eksport żywności powinny być minimalny. Tymczasem dziś na fermach przemysłowych dochodzi do takiej skali nadprodukcji, choćby wspominanych kur, że ich właściciele niemal się proszą, aby znaleźć im rynek zbytu. 

Można więc powiedzieć, że chodzi o proste do wyobrażanie rzeczy, które w naszym świecie wprowadzić jest jednak bardzo trudno.

Jakie widzi pani największe przeszkody na drodze?

Co tu dużo mówić: lobbing koncernów. To za nim idzie tak duży opór środowiska rolniczego przed zmianami. Dlatego to, co możemy zrobić jako społeczeństwo, to przede wszystkim rozmawiać ze sobą. Być w dialogu ze środowiskami rolniczymi, a nie obwiniać je za to, co się dzieje.

Postulaty agroekologii zakładają zresztą, by nie unikać polityki. Inne dotyczą podkreślenia roli kobiet i młodych ludzi. Dlaczego to tak ważne?

W przypadku młodych ludzi chodzi o to, że wieś się starzeje. Z powodu uprzemysłowienia rolnictwa w całej Europie zniknęło 10 mln gospodarstw rolnych, a w Polsce w ostatnich 10 latach – ok. 190 tys. Młodzi nie chcą zostawać na wsi. M.in. dlatego, że ceny skupu są tak niskie, że bardzo często nie pokrywają nawet kosztów produkcji. Stąd też może to prowadzić do konieczności zwiększania liczby zwierząt hodowlanych, co oznacza więcej pracy. Jest więc dużo pracy, a zarobki są bardzo niepewne. 

Jeśli doprowadzimy do starzenia się i wyludniania wsi, co w Europie i Polsce ma miejsce na masową skalę, skończymy z gigantycznymi fermami i uprawami mniej lub bardziej obsługiwanymi maszynowo i elektronicznie. Ale to będzie miało bardzo krótkie nogi – bo przypominam, musimy oszczędzać energię, bez względu na jej źródło. Młodym trzeba więc umożliwić zmiany, pomóc im w tym. Jeśli zmienią się warunki pracy, bycie rolnikiem czy rolniczką nie musi oznaczać niekończącego się stresu i niepewności. Są również badania pokazujące, że wytwarzanie żywności dobrej jakości bardzo pozytywnie wpływa na psychikę osoby, która się tym zajmuje. To w sumie logiczne. Gdy robisz coś dobrej jakości i wiesz, że sprawi to komuś przyjemność, cieszysz się z tego. Jesteśmy przecież gatunkiem społecznym, nie wszyscy chcą się pozabijać i wykorzystywać innych.

Jeżeli chodzi o kobiety, to u nas tego problemu za bardzo nie widać. Ale perspektywa Globalnej Północy to jakieś 2 mld osób. Cała reszta to Afryka, Ameryka Południowa, Azja, gdzie kobiety są głównymi osobami zaangażowanymi w wytwarzanie żywności. Stąd konieczność ich docenienia.

Zresztą choć u nas rolnictwo zrobiło się męskim zajęciem, zasługi kobiet są ogromne. Mam na myśli coś, czego często nie widać: darmową pracę kobiet. Nawet jeżeli nie wszystkie jeżdżą traktorami, to nie znaczy, że nie pracują. Opiekują się dziećmi i osobami starszymi, wykonują prace domowe, gotują itd. Przyjmuje się to za oczywiste, a przecież bez tego obecny system ekonomiczno-społeczny nie byłby w stanie funkcjonować.

Dlaczego z perspektywy agroekologii potrzebna jest hodowla zwierząt?

Nie tylko z perspektywy agroekologii, ale po prostu z perspektywy wytwarzania żywności przyjaznego środowisku. Dążymy przecież do gospodarki cyrkularnej, a w rolnictwie do naśladowania ekosystemów naturalnych, których częścią są zwierzęta roślinożerne. W ekosystemie pierwszym składnikiem jest tzw. produkcja pierwotna, czyli rośliny. Kolejne elementy to wszystkie organizmy, które na nich żerują oraz na sobie nawzajem – roślinożercy, drapieżniki, ale i wszelkiego rodzaju pasożyty i organizmy żywiące się martwą materią organiczną. Można zobrazować to w postaci koła obiegu materii i energii znanego wszystkim ze szkoły, ale to oczywiście bardzo skomplikowana sieć.

Dlatego też zaledwie ułamek potomstwa każdego organizmu przeżywa do dorosłości. Jest też tak w przypadku zwierząt roślinożernych – są po prostu pokarmem dla innych organizmów. Podobnie powinien funkcjonować ekosystem rolniczy. Zwierzęta roślinożerne lub wszystkożerne (jakimi są choćby świnie) żywią się roślinami, dla nas np. niestrawnymi jak trawy, resztkami po plonach, resztkami jedzenia. Jeżeli są chowane i hodowane z zachowaniem dobrostanu, ich odchody są świetnym nawozem naturalnym i mają bardzo duże właściwości glebotwórcze. Nie tylko dają więc substancje odżywcze roślinie, ale i wzbogacają warstwę próchniczą, tworząc glebę.

I nie można tego obiegu materii zapewnić w taki sposób, by nie zabijać zwierząt?

Niektóre osoby przekonują mnie, że da się to zrobić bez zwierząt, bo istnieją np. gnojówki roślinne albo kompost. Na niewielką skalę na pewno. Ale choćby w przypadku Polski musimy pamiętać, że większość gleb jest słabej jakości, do tego postępuje degradacja gleb spowodowana uprzemysłowieniem rolnictwa.

Kolejnym problemem są susze. Zdegradowane gleby, pozbawione warstwy organicznej, praktycznie nie zatrzymują wody. A właściwie prowadzony chów i hodowla zwierząt pozwala przywrócić, a potem utrzymać dobrą jakość gleby – z pożytecznymi mikroorganizmami, z substancjami odżywczymi dla roślin, z warstwą organiczną. Takie gleby zatrzymują nawet gwałtowne opady, podobnie jak naturalne ekosystemy leśne czy łąkowe. Zresztą te ostatnie bardzo często są tworzone właśnie przez roślinożerne zwierzęta. W przyrodzie większość ich potomstwa nie dożywa dorosłości, giną też dorosłe osobniki, zabijane przez inne organizmy – zwierzęta, pasożyty. 

Rezygnacja z zabijania ma przede wszystkim wymiar etyczny, który w pełni rozumiem. Ale jednocześnie, jako biolożka, nie mogę zaprzeczyć istnieniu śmierci, ale i okrucieństwa w przyrodzie. Przyroda nie jest ani dobra, ani zła, nasz gatunek zaś z pewnością mógłby ograniczyć i cierpienie, i zabijanie nie tylko innych gatunków, ale również swojego własnego. To, że tak się nie dzieje – cóż, jednym z powodów jest również uprzemysłowienie rolnictwa, w tym fermy przemysłowe. Żeby to zmienić, musimy zacząć ze sobą rozmawiać, a nie okopywać się w swoich poglądach, co prowadzi nie do merytorycznej dyskusji, a kłótni i awantur. Ku satysfakcji i zyskom najbogatszych, zarabiających na coraz to nowych podziałach w społeczeństwach. 

Rozmawiał Szymon Bujalski

Dr. hab. Paulina Kramarz – profesora nadzwyczajna Uniwersytetu Jagiellońskiego w Instytucie Nauk o Środowisku, jest współautorką publikacji dotyczących ekologii bezkręgowców lądowych, z czego część dotyczy ekotoksykologii, upraw GMO oraz biologicznej ochrony upraw. Obecnie zajmuje się przede wszystkim aspektami ewolucyjnymi i ekologicznymi fizjologii owadów oraz popularyzacją nauki. Współpracuje z organizacjami pozarządowymi oraz ruchami oddolnymi. Współtworzyła i współprowadzi portal popularnonaukowy Nauka dla Przyrody.

The post Na czym polega agroekologia i jak pomaga chronić klimat? Wyjaśnia prof. Paulina Kramarz appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Żyzna gleba o odpowiedniej strukturze to podstawa dobrych plonów, jednak jej właściwości mają także wpływ na ilość emitowanych (głównie podtlenku azotu) lub pochłanianych przez nią gazów cieplarnianych (dwutlenku węgla). Zasadniczą rolę odgrywają tutaj mikroorganizmy, które przekształcają materię organiczną oraz substancje mineralne (azot). Na skład gatunkowy i aktywności mikrobiomu glebowego wpływają m.in. zabiegi agrotechnicze. Dzieje się to zarówno bezpośrednio (np. fungicydy oprócz grzybów chorobotwórczych zabijają także pożyteczne gatunki) jak i pośrednio (np. ujednolicanie struktury gleby przez nadmierne zagęszczanie w wyniku przejazdów maszynami rolniczymi powoduje zmniejszanie ilości nisz dostępnych dla mikroorganizmów).

Mikroorganizmy są także wrażliwe na różne czynniki środowiskowe. Przykładowo w wyższej temperaturze, przy odpowiednich warunkach wilgotnościowych, stają się bardziej aktywne, a to przekłada się bezpośrednio na bilans wymiany CO₂, CH₄ i N₂O (produkty i substraty ich metabolizmu) pomiędzy glebą a atmosferą. Biorąc pod uwagę, że gleby to największy lądowy magazyn organicznego węgla (w warstwie do 1 m głębokości zawierają ok. 1500 GtC, czyli ok. dwa razy więcej niż atmosfera) wartość tego bilansu, zależna od składu gatunkowego mikrobiomu i jego aktywności, ma duże znaczenie, a zwiększenie glebowego magazynu nawet o kilka procent mogłoby zdecydowanie wpłynąć na ograniczanie tempa  wzrostu  temperatury atmosfery .

Próchnica vs. erozja

Od początków naszej cywilizacji do tej pory w wyniku „oddychania gleb” (de facto glebowych mikroorganizmów) do atmosfery trafiło ok. 40-70 Gt węgla. W XXI w. tempo jego uwalniania wzrosło wraz z intensyfikacją rolnictwa. To, wraz z innymi procesami (np. wynikającymi z erozji, , doprowadziło do utraty przez gleby uprawne 20-60% zawartego w nich węgla organicznego (w stosunku do czasów przedprzemysłowych, przed rozwojem rolnictwa). Prognozy na XXI w. pokazują, że ten trend może być kontynuowany, w najbardziej pesymistycznych scenariuszach prowadząc do dalszego zmniejszenia glebowego magazynu nawet o 37 GtC (co oznacza uwolnienie  ok. 133 Gt CO₂). Zapobieganie tym stratom ma duże znaczenie dla klimatu, ale także dla rolnictwa, gdyż gleba z mniejszą zawartością materii organicznej ma gorsze właściwości: ma mniej składników odżywczych dla roślin oraz dużo słabiej „zatrzymuje” wodę, co w rezultacie zmniejsza jej odporność na susze a zwiększa ryzyko lokalnych powodzi (woda szybciej spływa, zamiast pozostawać w glebie). 

Do zmniejszania ilości próchnicy (czyli rozkładających się w glebie szczątków organicznych) przyczyniają się różne tradycyjne formy uprawy, takie jak głęboka orka. Bezpośrednim powodem jest jednak erozja, na skutek której gleba jest zwiewana bądź spłukiwana z pola. W jej wyniku ponad 900 mln ton gleby znika co roku z europejskich pól, a tempo utraty jest ok. 1,5-2 razy większe od tempa ich formowania.  W USA, w tzw. pasie kukurydzianym, ponad 1/3 pól (ok. 40 mln ha) całkowicie utraciło wierzchnią, bogatą w materię organiczną warstwę gleby, co doprowadziło do spadku plonów soi i kukurydzy o ok. 6% (Paustian K. i in., 2016, raport IPCC Climate Change and Land, 2019, Panagos P. i in., 2020, Lei J. i in., 2021, Thaler i in., 2021). 

Długi cień erozji gleb

Większość cząsteczek wypłukiwanych z gleby gromadzi się tuż obok pól, ale około 15% dostaje się do rzek i dalej do oceanów. Organiczny węgiel trafia w tym przypadku głównie do ekosystemów na wybrzeżach mórz takich jak lasy namorzynowe, marsze (bagna) czy łąki podmorskie. Są to naturalne magazyny, stabilne w długim terminie. Jednak wycinka, osuszanie czy niszczenie w wyniku zmiany warunków naturalnych powoduje uwalnianie nagromadzonego w nich węgla organicznego: globalnie jest to nawet ok. 1 GtC rocznie. 

Cząsteczki gleby zwiewane z pól uprawnych są także źródłem unoszącego się w atmosferze pyłu, inaczej – aerozolu. Szacunki na podstawie zdjęć satelitarnych wskazują, że erozja gleb odpowiada za ok. 1/4 światowych emisji pyłów. W zależności od rodzaju cząsteczek wchodzących w skład aerozolu, mogą one absorbować albo rozpraszać promieniowanie podczerwone, a także służyć jako jądra kondensacji dla chmur. Emisje pyłu mogą więc wpływać na mikrofizyczne właściwości chmur, czas ich trwania czy wielkość opadów (raport IPCC Climate Change and Land, 2019, Panagos P. i in., 2019, Panagos P. i in., 2020, Lal 2020). 

Ochrona gleb przed erozją ma w związku z tym znaczenie nie tylko bezpośrednio dla gospodarstw rolnych ale także dla klimatu, tym bardziej, że IPCC szacuje, że lepsze działania w tym zakresie pozwoliłyby uniknąć rocznie emisji netto w wysokości 1,36–3,67 GtCO₂. Zmniejszenie erozji można osiągnąć m.in. poprzez wysiewanie międzyplonów czy ściółkowanie, gdyż w największym stopniu jest na nią narażona  odsłonięta gleba. 

Choć materia organiczna wypłukana/wywiana z pól trafia ostatecznie w inne miejsca, nie ma to żadnego znaczenia w przypadku rolnictwa. Może jedynie ewentualnie rekompensować te straty w ogólnym, „środowiskowym” rozrachunku. Warunkiem jednak jest to, by miejsca, gdzie jest nagromadzona, pozostały nienaruszone. W wielu przypadkach jest to trudne, np. bagna są osuszane pod pastwiska, a lasy namorzynowe w Azji są coraz częściej likwidowane aby tworzyć akwakultury (raport IPCC Climate Change and Land, 2019). 

Jak ograniczać erozję i wspomagać gromadzenie węgla w glebie?

Szczegółowe rozpatrywanie wpływu różnych praktyk rolniczych na emisje gazów cieplarnianych jest o tyle istotne, że IPCC uznaje sekwestrację węgla przez gleby pól i pastwisk za jedną z trzech najważniejszych opcji mitygacji (ograniczania) emisji jeśli chodzi o działania związane z zarządzaniem terenami. Dwie pozostałe to zalesianie/odtwarzania lasów i BECCS. Działania te mają potencjał techniczny* ograniczenia globalnych emisji do 2050 roku odpowiednio o: 0,4-8,6 GtCO_2e rocznie, 0,5-10,1 i 0,4–11,3. Żeby gleby mogły jednak służyć jako „pochłaniacz” gazów cieplarnianych konieczne mogą być zmiany w sposobach uprawy gleby. (zobacz też: 3 pytania o BECCS) (Panagos P. i in., 2016, Paustian K. i in., 2016, Panagos P. i in., 2019, raport IPCC Climate Change and Land, 2019, Baveye i in., 2020, Thaler i in., 2021).

Uprawa bezorkowa

Straty składników odżywczych na polu można zmniejszać poprzez ograniczenie orki czy zupełne jej zaniechanie (przy jednoczesnym zastąpieniu orki innymi metodami uprawy gleby). Taki sposób uprawy chroni zasoby węgla w glebie poprzez ograniczanie erozji. Korzystny efekt ochrony przeciwerozyjnej jest większy, gdy na polu pozostawione są resztki pożniwne w takiej ilości, by nie utrudniały przenikania wody w głąb gleby (mulczowanie). Pozostawianie nadmiernych ilości resztek pożniwnych na polu może spowodować pojawienie się pleśni w mulczu i w konsekwencji zwiększyć emisje gazów cieplarnianych do atmosfery (rozkład materii organicznej).  (Paustian K. i in., 2016, raport IPCC Climate Change and Land, 2019).

Międzyplony

Wysiewanie międzyplonów pozwala zapewnić przykrycie gleby i nie narażanie jej na działanie wysokiej temperatury która prowadzi do nadmiernej mineralizacji, ale także poprawiać jakość gleby i ograniczać  erozję.  Temperatura obniżana jest na skutek wyższej ewapotranspiracji – parowania wody z gleby i roślin (uwalnianie jej z aparatów szparkowych). Niższa temperatura gleby oznacza spowolnienie procesów rozkładu materii organicznej w glebie, a tym samym „ucieczki” z niej węgla (w postaci CO₂ i CH₄).

Wysiewanie międzyplonów pozwala zapewnić przykrycie gleby i nie narażanie jej na działanie wysokiej temperatury która prowadzi do nadmiernej mineralizacji, ale także poprawiać jakość gleby i ograniczać  erozję.  Temperatura obniżana jest na skutek wyższej ewapotranspiracji – parowania wody z gleby i roślin (uwalnianie jej z aparatów szparkowych). Niższa temperatura gleby oznacza spowolnienie procesów rozkładu materii organicznej w glebie, a tym samym „ucieczki” z niej węgla (w postaci CO₂ i CH₄).

IPCC szacuje, że globalny potencjał międzyplonów, jeśli chodzi o sekwestrację węgla, to ok. 0,12 GtC rocznie, a obsianie nimi 1/4  ziemi uprawnej na świecie ma według wyliczeń Kaye i Quemady potencjał mitygacyjny ok. 0,6 Gt CO_2e rocznie. 

Wysiewanie międzyplonów przynosi także bezpośrednie korzyści dla gospodarstwa. Przedstawione w zacytowanej wyżej pracy badania przeprowadzone w Hiszpanii pokazały, że obsianie pola trawą (np. życicą) lub motylkowatymi zmniejszyło – w porównaniu do nieobsianych pól – spływ wody z pola w czasie wiosny i jesieni nawet 2,5 raza. Poprawa struktury gleby uzyskana w trakcie eksperymentu dzięki międzyplonom pozwalała na utrzymanie korzystnych warunków wodnych także w trakcie wzrostu uprawy głównej, a wpływ ten był coraz bardziej widoczny z roku na rok. W przypadku suchych wiosen międzyplony były niszczone, aby transpiracja nie zmniejszała zasobów wodnych w glebie dla uprawy głównej, a pozostawione na polu resztki ograniczały dodatkowo parowanie z gleby. Można spodziewać się, że takie korzyści będą  widoczne również w przypadku pól znajdujących się w innych regionach świata. 

Siew międzyplonów z gatunków z  rodziny krzyżowych (kapustowatych np. rzepak) o dużym, głębokim systemie korzeniowym, jest też korzystne w przypadku bardzo zagęszczonych gleb (np. ze względu na używanie ciężkiego sprzętu rolniczego), gdyż „rozluźnia” ich strukturę i pozwala roślinom plonu głównego korzystać z głębiej położonych zasobów wody. Resztki międzyplonów pozostawiane na polu czy zaorywane służą także jako „zielony” nawóz wzbogacający ją w materię organiczną czy – w  przypadku roślin z rodziny motylkowatych – także azot. 

Międzyplony pozwalają więc osiągać szereg korzyści, w tym takich, które pozwalają lepiej adaptować gospodarstwo do zmiany klimatu. Jest to także działanie mitygacyjne mogące zwiększać zawartość węgla organicznego w glebie niskim kosztem, a nawet w jakimś stopniu generować zyski dla rolników (poprzez np.: nasiona czy paszę z zebranego międzyplonu) (Smith i Olesen, 2010, Aguilera i in., 2013, Kaye i Quemada, 2017, Singh i Singh, 2017, Abdalla i in., 2019, raport IPCC Climate Change and Land, 2019, Demenois i in., 2020). 

Rośliny wieloletnie w miejsce jednorocznych

Wśród działań, które mogłyby pomóc w lepszych gromadzeniu węgla organicznego przez gleby, IPCC wskazuje również zmianę uprawianych roślin – z jednorocznych na wieloletnie, które mają głębszy system korzeniowy i nie wymagają corocznych zabiegów w postaci orki. I nie chodzi tu tylko o zastępowanie np. zbóż krzewami owocowymi, ale o nowe gatunki i odmiany znanych roślin. Przykładem jest wieloletni ryż, który ma plony podobne do najlepszych odmian jednorocznych uprawianych w prowincji Yunnan. Prowadzone są też prace nad wieloletnim gatunkiem perzu, produkującym ziarno podobne nieco do pszenicy a nazywane „kernza”. Choć na ten moment te rośliny mają niższe plony od pszenicy, to może się to zmienić w wyniku selekcji hodowlanej. Uprawa roślin wieloletnich może zmniejszyć ilość koniecznych zabiegów agrotechnicznych (co przekłada się np. na mniejszą ilość paliwa zużywaną w  gospodarstwie), ale też ograniczyć erozję czy zwiększyć ilości azotu i wody zatrzymywanych w glebie (raport IPCC Climate Change and Land, 2019). 

Agroleśnictwo

Za pewną odmianę systemu rolnego, w którym stosowane są rośliny wieloletnie można uznać agroleśnictwo. Tutaj, oprócz związanej z obecnością drzew poprawy funkcji ekologicznych obszaru rolnego (np.  zwiększania zawartości węgla w  glebie czy ograniczania erozji) osiągane są także cele gospodarcze. Na przykład sadzone w państwach afrykańskich gatunki drzew z rodziny motylkowatych zwiększają zawartość azotu w glebie, co przynajmniej częściowo kompensuje brak nawozów  naturalnych. Co więcej, badania pokazały, że afrykańskie systemy agroleśne są trzecim największym magazynem węgla (po lasach pierwotnych i wieloletnich nieużytkach) na kontynencie. Drzewa tworzą także mikroklimat, który poprawia plony niektórych roślin np. kawy – chronią krzewy przed słońcem, łagodzą ekstrema temperaturowe, zwiększają wilgotność powietrza, zmniejszają temperaturę gleby. 

Systemy agroleśne pozwalają drobnym producentom afrykańskim lepiej zaadaptować się do zmiany klimatu, chociażby poprzez poprawę wysokości plonów, ochronę upraw przed uszkodzeniami przez wiatr czy wodę, dostarczanie paszy dla zwierząt lub nowych produktów (np. owoców) zwiększających zysk gospodarstwa. Wszystko to ma wpływ na bezpieczeństwo żywnościowe lokalnych społeczności. 

Systemy agroleśne, gdzie hoduje się zwierzęta (sylwopastoralizm), jak np. hiszpańska dehesa, pozwalają jeszcze bardziej zróżnicować produkcję. Początki rozwoju dehesy sięgają kilku tysięcy lat wstecz i przetrwała ona w praktycznie niezmienionej formie do dziś. Te agrosystemy są zróżnicowane, wytrzymałe na niekorzystne warunki, wymagają małego nakładu finansowego, a dodatkowo są siedliskiem różnych dzikich gatunków zwierząt (Joffre i in., 1999, Smith i Olesen, 2010 Mbow i in., 2014, Kaye i Quemada, 2017, Singh i Singh, 2017, raport IPCC Climate Change and Land, 2019). 

Płodozmian, nawozy naturalne i biowęgiel

Innymi technikami, które pozwalają zwiększyć zawartość węgla w glebie jest odpowiedni płodozmian (czyli zmianowanie upraw w kolejnych latach), stosowanie nawozów organicznych (np. obornika, kompostu) oraz dodawanie do gleby biowęgla (biochar). W przypadku płodozmianu dodatkowymi korzyściami z rolniczego punktu widzenia są: zwiększanie jakości gleby (wpływ na jej strukturę) i poprawa plonów dzięki oddziaływaniu na krążenie składników odżywczych czy cykle życiowe szkodników. Obornik/kompost pozwala m.in. zwiększyć różnorodność mikroorganizmów glebowych i napowietrzenie gleby a przede wszystkim przyczyniać się do odbudowy materii organicznej gleby. Stosowanie nawozów organicznych może podnieść dwukrotnie zawartość węgla i azotu w glebie w ciągu 40 lat. 

Zastosowanie rolnicze biowęgla, wytwarzanego w wyniku pirolizy biomasy, mogłoby wedle ustaleń IPCC zmniejszyć antropogeniczne, roczne emisje dwutlenku węgla netto o 0,03–4,9 Gt. Duże niepewności wynikają m.in. z tego, że globalny efekt takiego działania jest słabo zbadany. Biowęgiel jest stosunkowo odporny na rozkład – jego mineralizacja zachodzi 10-100 razy wolniej niż nieprzetworzonej biomasy – co powoduje, że jest długotrwałym (dekady) magazynem węgla organicznego. Z tego względu jest wskazywany jako potencjalna technologia „ujemnych emisji” (czyli po prostu usuwania dwutlenku węgla z atmosfery). Gazy uwalniane w trakcie pirolizy biomasy mogą zostać użyte do produkcji ciepła lub elektryczności zastępując paliwa kopalne. 

Należy się jednak liczyć z tym, że jeśli technologia biowęgla jest wdrażana w sposób zrównoważony (np. produkcja biomasy potrzebnej do wytworzenia biowęgla nie konkuruje z uprawami żywnościowymi), jej potencjał mitygacyjny jest ograniczony: według szacunków mogłaby wtedy zmniejszyć emisje gazów cieplarnianych o 0,5–2 GtCO_2e rocznie. Klimatyczne zalety biowęgla mogą dodatkowo zostać zredukowane, jeśli np. jest on rozprowadzony na powierzchni jasnych gleb (zmniejszanie albedo). 

Z punktu widzenia rolnictwa zaletą biowęgla jest m.in. zmniejszenie wymagań dotyczących nawożenia azotowego (zwiększonemu biologiczne wiązanie azotu ogranicza straty związane z wymywaniem i utlenianiem) czy poprawa plonów szczególnie w przypadku gleb piaszczystych i kwaśnych tropikalnych (Paustian K. i in., 2016, Singh i Singh, 2017, raport IPCC Climate Change and Land, 2019). 

Zagrożony magazyn

Gleby nie mogą niestety gromadzić węgla w nieskończoność. W pewnym momencie osiągają coś w rodzaju „stanu nasycenia”, co oznacza spadek tempa sekwestracji do znikomego poziomu w bardzo krótkim czasie (kilka dekad). Jednak lepsze zarządzanie glebą mogłoby zrównoważyć w przeciągu 20-30 lat nawet 5-20% obecnych antropogenicznych emisji gazów cieplarnianych, co pozwoliłoby „kupić” nam nieco czasu. Co więcej, inne niż CO₂  gazy mogą być pochłaniane przez gleby właściwie w nieskończoność.

„Glebowy magazyn” jest w dodatku cały czas zagrożony z powodu zmiany klimatu – wyższa temperatura może powodować nasilone oddychanie, w wyniku zmian w opadach może zwiększać się erozja. Dodatkowo intensywne techniki uprawy czy wypasu powodują stałą utratę  z niego węgla.

Na świecie ciągle jest także powiększany areał ziem rolnych kosztem naturalnych ekosystemów – magazynów organicznego węgla, takich jak lasy i torfowiska. Pochłanianie CO₂ przez rośliny uprawne posadzone na tych terenach nie jest w żaden sposób w stanie zrekompensować zniszczenia tych ekosystemów. Jest to szczególnie wyraźnie widocznie w przypadku torfowisk, gdzie ślad węglowy produktów pochodzących z upraw na osuszonych torfowiskach jest co najmniej kilka razy większy od podobnych produktów pozyskiwanych z upraw na glebach mineralnych. 

Ochrona naturalnych ekosystemów a rolnictwo

Niszczenie terenów podmokłych przyczynia się nie tylko do zwiększenia emisji CO₂ i N₂O z powodu rozkładu materii organicznej, ale także do zmiany stosunków wodnych w okolicy, co może nasilać negatywne skutki susz (patrz Bagna a klimat. Wysuszone torfowiska na świecie emitują 2 mld ton CO2 rocznie).

Zachowanie naturalnych terenów może więc wbrew pozorom przynosić korzyści z punktu widzenia rolnictwa. Oprócz zwiększania lokalnej retencji wody, takie obszary są także m.in. siedliskami pożytecznych owadów (zapylaczy czy drapieżników jedzących szkodniki). Tworzą również korzystny mikroklimat (chłodniej, bardziej wilgotno), a zadrzewienia chronią przed erozją. 

Na kontynencie afrykańskim lasy, ale także zadrzewienia w ramach systemów agroleśnych mogą mieć istotne znaczenie dla ograniczania susz, gdyż redukcja pokrywy roślinnej powoduje spadek ilości opadów poprzez system sprzężeń zwrotnych związanych z ewapotranspiracją i albedo (zobacz też: Podniebne rzeki: jak wylesianie wpływa na globalny cykl hydrologiczny) 

Usługi świadczone przez naturalne ekosystemy mogą więc wpływać na rentowność gospodarstwa. Dodatkowo mogą stać się elementem wspomagającym adaptację do zmiany klimatu np. służąc jako rezerwuar dzikich gatunków, które potencjalnie mogą zostać udomowione czy bufory ograniczające eutrofizację zbiorników wodnych (a tym samym jakość wody pitnej dla zwierząt czy możliwość hodowli ryb). 

Postrzeganie rolnictwa bardziej w kontekście współdziałania z naturą, zamiast opierania się głównie na zdobyczach technologicznych (jak chociażby nawozach mineralnych, które zapoczątkowały „zieloną rewolucję”) staje się pewnego rodzaju koniecznością w sytuacji zmieniających się warunków na Ziemi. Pozwala bowiem nie tylko ograniczać koszty, ale także kształtować rolnictwo bardziej odporne na zmianę klimatu   (Smith i Olesen, 2010, Mbow i in., 2014, Locatelli i in., 2015, raport IPCC Climate Change and Land, 2019, Meijide A. i in., 2020).

The post Glebowe magazyny węgla – jak je chronić przed erozją? appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Torfowiska a bagna

Torfowiskami nazywamy obszary z naturalnie zakumulowanym pokładem torfu. Ponieważ termin ten stosuje  się zarówno w naukach biologicznych, jak w rolnictwie, czy geologii, abstrahuje on od aktualnej roślinności, czy procesów ekosystemowych. Naturalne torfowiska, które aktywnie akumulują torf, nazywamy bagnami. Oznacza to, że występuje tam warstwa torfu oraz roślinność bagienna, i wysycenie podłoża wodą (warunkujące długotrwałe występowanie warunków braku tlenu w podłożu), które umożliwiają podtrzymanie procesów torfotwórczych. 

Według takiej definicji wszystkie bagna są torfowiskami – czyli obszarami ze zakumulowanym naturalnie pokładem torfu. Nie jest natomiast prawdziwe twierdzenie odwrotne: większość torfowisk (przynajmniej w strefie umiarkowanej) nie jest bagnami (a mówiąc ściślej: nie są one JUŻ bagnami), ponieważ szeroko prowadzone prace melioracyjne pozbawiły je wody, przełączając je z funkcji akumulacji torfu na jego przyspieszony rozkład. Tym samym torfowiska z pochłaniaczy atmosferycznego dwutlenku węgla zostały zmienione w istotne źródła tego gazu do atmosfery.

W Polsce osuszyliśmy ok. 85% bagien, zmieniając je w tereny rolnicze i lasy gospodarcze. Wraz z nimi zniknęły zamieszkujące je gatunki roślin i zwierząt. W skali Europy ten wskaźnik wygląda lepiej: około połowa torfowisk to nadal bagna. To zasługa wciąż dużych obszarów bagiennych istniejących w północnej Skandynawii, Rosji, Białorusi i na Wyspach Brytyjskich. Za to na zachodzie naszego kontynentu jest jeszcze gorzej niż u nas: państwa o dużej powierzchni torfowisk osuszyły je niemal całkowicie (Niemcy 98%, Holandia 94%) (Tanneberger i in. 2019).

Bagna: najefektywniejszy magazyn węgla organicznego

W przeważającej większości ekosystemów lądowych produkcja materii organicznej jest z grubsza zbilansowana przez rozkład. Oznacza to, że w ciągu roku rośliny asymilują z powietrza tyle samo dwutlenku węgla, ile zostaje wyemitowane z powrotem w procesach respiracji (oddychania komórkowego).

Bagno jest od tej reguły szczególnym wyjątkiem: ma ujemny bilans węgla, jest ekosystemem z „dziurą”, w którą co roku „wpada” od kilku do kilkunastu procent wyprodukowanej biomasy roślinnej – wraz z zawartym w niej węglem. Ta „dziura” to powstające przez tysiące lat pokłady torfu, które mają wiele metrów głębokości i sprawiają, że bagna stają się najefektywniejszymi magazynami węgla organicznego w przeliczeniu na powierzchnię.

Niestety, osuszone torfowiska są również wyjątkowym zjawiskiem na tle naturalnej przyrody: to ekosystemy o znacząco dodatnim bilansie emisji węgla, co czyni je jednymi z największych występujących na lądach źródeł emisji gazów cieplarnianych.

Bagna jako pochłaniacze dwutlenku węgla

Tempo akumulacji torfu jest różne i oczywiście zależy zarówno od wielkości produkcji pierwotnej (wzrostu roślin), jak i tempa rozkładu. Najczęściej przyjmuje się, że średnia wartość przyrostu torfu na torfowiskach świata to ok. 1 mm rocznego. Tak się składa, że jest ona też typowa dla bagien umiarkowanej strefy klimatycznej.

Szacuje się, że średnio hektar bagien torfowych akumuluje ok. 300 kg węgla rocznie (co odpowiada 1,1 tony CO₂), a wszystkie zachowane w stanie bagiennym torfowiska świata (zajmujące ponad 3 miliony km²) akumulują ok. 100 milionów ton (MtC) węgla (albo 370 MtCO₂) (Frolking i in. 2011).

Czy to dużo? Porównując tę wartość do skali emisji antropogenicznych, okazuje się, że bagna świata są w stanie pochłonąć w ciągu roku zaledwie niecały 1% dwutlenku węgla pochodzącego z rocznego spalania węgla, ropy czy gazu ziemnego. Z naszej perspektywy jest to więc proces powolny, jednak przez to, że może on zachodzić nieprzerwanie przez tysiące lat, torfowiska są najefektywniejszym w biosferze lądowej długotrwałym pochłaniaczem węgla.

A co z metanem emitowanym z torfowisk?

Pytanie o metan jest jak najbardziej uzasadnione. Metan jest produktem oddychania żyjących w torfie mikroorganizmów beztlenowych rozkładających materię organiczną, przez co torfowiska są źródłem emisji tego silnego gazu cieplarnianego. Biorąc pod uwagę dość krótki czas życia metanu w atmosferze oraz fakt, że ilość CO₂ usuniętego przez naturalny ekosystem bagienny znacznie przewyższa ilość uwolnionego CH₄, okazuje się, że wpływ emisji metanu maleje wraz z wydłużaniem rozpatrywanego okresu. W krótkim horyzoncie czasowym (do kilku lat) wpływ emisji metanu przeważa, to w dłuższym okresie (powyżej kilkudziesięciu lat) schładzający efekt związany z pochłanianiem CO₂ dominuje. 

Torfowiska jako długotrwałe magazyny węgla

Dla ograniczenia zmiany klimatu fundamentalna jest rola torfowisk jako magazynów węgla, które mogą – w zależności od warunków hydrologicznych i klimatycznych – zachowywać go lub uwalniać do atmosfery. To dziś najważniejszy globalny kontekst ich ochrony.

Ilość węgla zgromadzonego w torfowiskach świata jest wciąż przedmiotem obliczeń. Zwykle przyjmuje się, że jest to ok. 500 miliardów ton (Yu i in. 2010), ale niedawno pojawiły się nowe oszacowania (Nichols i Peteet 2019) sugerujące, że jest to nawet 1 bilion ton. Zważywszy, że poprawność tych ostatnich wyliczeń jest przedmiotem dyskusji, przyjmijmy, że ilość węgla zgromadzonego w torfowiskach mieści się w przedziale od 500 do 1000 GtC. Oznacza to, że jest ona co najmniej dwukrotnie większa niż ilość węgla zawarta w biomasie wszystkich lasów i zbliżona do ilości węgla zawartej w atmosferze w postaci CO₂ (aktualnie ok. 870 GtC). Pamiętajmy, że ta ilość jest zgromadzona na obszarze zajmującym ok. 3% powierzchni lądów, co czyni torfowiska najbardziej skoncentrowanymi magazynami węgla organicznego spośród wszystkich ekosystemów lądowych.

Setki miliardów ton węgla zgromadzone w torfowiskach w ciągu ostatnich 11 tysięcy lat (czyli w czasie holocenu) obrazują niezwykłą skuteczność długotrwałego wycofywania węgla z obiegu wskutek procesów torfotwórczych, czego skutkiem jest stopniowe osłabianie efektu cieplarnianego. Warto przypomnieć, że ten proces działał już w historii naszej planety na znacznie większą skalę niż dziś. W karbonie (359–299 milionów lat temu) rozwój bagien tak znacząco obniżył zawartość dwutlenku węgla w atmosferze, że niemal doprowadził do globalnego zlodowacenia (Feulner 2017).

To właśnie z torfu zakumulowanego w karbońskich bagnach powstały złoża węgla kamiennego, których eksploatacja i spalanie napędza dziś efekt cieplarniany. Czy torfy obecne w dzisiejszych bagnach mają szansę przetrwać miliony lat i w przyszłych procesach geologicznych również przekształcą się w węgiel brunatny, a następnie kamienny? Kluczowy czynnik prawdopodobnie stanowić będzie bezpośredni wpływ człowieka (Loisel i in. 2021). Innymi słowy wydaje się, że to od naszej decyzji zależy, czy torfowiska przetrwają w stanie bagiennym burzliwy okres antropocenu.

Na razie robimy wszystko, by z pochłaniaczy i magazynów węgla w geologicznym mgnieniu oka zmieniły się w potężne źródła jego emisji do atmosfery. Wystarczy bowiem usunąć z torfu chroniącą go wodę, aby uruchomić procesy rozkładu i raptownie oddać gromadzony przez tysiące lat węgiel z powrotem do atmosfery.

Wpływ osuszania torfowisk na globalny cykl węgla

Osuszanie torfowisk przerywa proces torfotwórczy i przyspiesza dekompozycję dotychczas zgromadzonego torfu. Wystawiony na działanie tlenu torf staje się środowiskiem dostępnym do zasiedlenia przez bakterie i grzyby, które bardzo szybko doprowadzają do rozkładu materii organicznej. Rozkład ten jest co najmniej 10-krotnie szybszy niż akumulacja torfu w warunkach bagiennych, a w przypadku głębokiego odwodnienia i ciepłego klimatu nawet kilkadziesiąt razy (Hiraishi i in. (ed.) 2014).

Jednym z produktów tlenowego rozkładu torfu jest dwutlenek węgla. Oznacza to, że jeśli hektar torfowiska w stanie bagiennym usuwał z atmosfery średnio 1 tonę CO₂ rocznie, to hektar osuszonego torfowiska emituje w tym czasie od kilku do kilkudziesięciu ton tego gazu.

W skali świata osuszyliśmy 15–20% wszystkich torfowisk. Zajmując pół procenta powierzchni lądów, emitują one do atmosfery ok. 2 GtCO₂ rocznie, co odpowiada ok. 5% światowych emisji tego gazu cieplarnianego z sektorów energetyki, transportu i przemysłu (Parish i in. 2008). Emisje z odwodnionych torfowisk wielokrotnie przewyższają dziś tempo akumulacji węgla w pozostałych jeszcze ok. 80% bagien naturalnych.

Dochodzą do tego jeszcze emisje tlenku azotu (I), który pochodzi z utleniania azotu, będącego skutkiem rozkładu torfu (ale też nawożenia rolniczego) oraz metanu, który powstaje z rozpuszczonej frakcji materii organicznej, przedostającej się do wód torfowisk i rowów odwadniających. Wielkość emisji zależy od głębokości odwodnienia (im bardziej sucho, tym są one większe), sposobu użytkowania (np. orka znacząco zwiększa mineralizację torfu i w efekcie emisje CO₂) oraz temperatury (emisje z odwodnionych torfowisk są najwyższe w okresach wysokich temperatur, są też wyższe w tropikach niż klimacie umiarkowanym, a niższe w klimacie borealnym).

W skali świata wyróżniają się dwa główne regiony wzmożonej emisji dwutlenku węgla z odwodnionych torfowisk. Pierwszym jest Azja Południowo-Wschodnia (w szczególności Indonezja i Malezja), gdzie osuszano je głównie na potrzeby zakładania upraw palmy olejowej i nieudanych projektów stworzenia plantacji ryżu. Odwodnienie ogromnych połaci torfowisk doprowadza tam co roku do rozległych i długotrwałych pożarów torfowisk, w wyniku których do atmosfery uwalniane są ogromne ilości dwutlenku węgla. Drugim „hotspotem” jest Europa Środkowo-Wschodnia (Białoruś, Polska, Niemcy, kraje nadbałtyckie, Finlandia, europejska część Rosji), gdzie większość emisji jest skutkiem osuszania torfowisk na potrzeby rolnictwa i leśnictwa.

Emisje z użytkowania torfowisk Polski to odpowiednik 10% emisji z energetyki i przemysłu

Spośród ok. 1,5 miliona hektarów występujących w Polsce torfowisk, ponad 1,2 miliona hektarów jest osuszonych, pokrytych dziś łąkami i lasami uprawnymi, a także wycofanych z użytkowania, ale wciąż odwadnianych starymi systemami rowów melioracyjnych (Joosten i in. (ed.) 2017). Najpowszechniej występujące łąki kośne, odwodnione na głębokość kilkudziesięciu cm poniżej powierzchni torfu, emitują ok. 20–30 ton ekwiwalentu dwutlenku węgla na hektar rocznie (Hiraishi i in. (ed.) 2014). To odpowiednik emisji wygenerowanych przez przejechanie 200–300 tysięcy kilometrów samochodem osobowym. Ponadto, na ok. 7,5 tys. ha (ok. 0,5% powierzchni torfowisk) wydobywamy torf, w ilości ok. 1,4 miliona m³ rocznie.

Ponadto, na ok. 7,5 tys. ha (ok. 0,5% powierzchni torfowisk) wydobywamy torf, w ilości ok. 1,4 miliona m³ rocznie. W szacowaniu emisji gazów cieplarnianych z wydobycia torfu należy wziąć pod uwagę zarówno emisje mające miejsce na miejscu wydobycia, jak i wynikające z całkowitego rozłożenia się wydobytego torfu w ciągu kolejnych kilku lat.

Dokładne wyliczenie emisji gazów cieplarnianych z osuszonych torfowisk Polski jest aktualnie niemożliwe ze względu na brak dokładnych danych o rozmieszczeniu gleb torfowych i głębokości odwodnienia. Oszacowanie oparte na dostępnych danych wskazuje, że łączne emisje z obszarów zagospodarowanych rolniczo, leśnie i na potrzeby eksploatacji to ok. 34 mln ton ekwiwalentu CO₂ rocznie (Kotowski 2021). To odpowiednik ponad 10% polskich emisji ze spalania paliw kopalnych, do tego formalnie nie raportowany! Za zdecydowanie największą część odpowiadają torfowiska użytkowane rolniczo, stanowiąc największe źródło emisji z rolnictwa. Warto podkreślić, że emisje te są kilkunastokrotnie zaniżone w oficjalnych raportach Polski do Konwencji Klimatycznej (KOBiZE 2021, por. Kotowski 2021) i sytuują Polskę wśród czterech największych emitentów gazów cieplarnianych z osuszonych torfowisk w Unii Europejskiej (obok Niemiec, Finlandii i Wielkiej Brytanii).

Torfowiskowy ślad węglowy żywności

Aby uświadomić sobie związki przyczynowo-skutkowe między rolnictwem a emisjami z torfu, warto obliczyć ślad węglowy produktów żywnościowych wytworzonych na osuszonych torfowiskach.

Na każdy kilogram oleju palmowego pochodzącego z upraw na indonezyjskich torfowiskach przypadają średnio 24 kg CO₂ pochodzącego z rozkładu torfu (Verhagen i in. 2009). Ponadto emisje te rosną kilkukrotnie, jeśli uwzględni się pożary torfowisk wywołane odwodnieniem. 

Produkty z torfowisk naszej strefy biogeograficznej wcale nie przedstawiają się lepiej. Proste obliczenia pokazują, że litr mleka pozyskiwanego od krów żywionych sianem z łąk na głęboko odwodnionych polskich torfowiskach jest „obciążony” nawet 7,5 kg emisji CO₂ z rozkładu torfu, a 1 kg wyprodukowanej z niego śmietany – 37,5 kg emisji! W przypadku masła jest to nawet 190 kg CO₂ na kilogram!

Bagna a krążenie wody

Globalny obieg wody zależny jest przede wszystkim od parowania z oceanów, zatem tereny bagienne, zajmujące 3% lądów, nie odgrywają w nim znaczącej roli. Ale już w skali lokalnej i regionalnej okazują się ważnym czynnikiem regulującym krążenie wody między atmosferą a lądem (tzw. małe cykle hydrologiczne).

Należy pamiętać, że im wyższa temperatura powietrza, tym więcej pary wodnej może zatrzymać powietrze i tym szybciej wysychają ekosystemy lądowe, zwłaszcza grunty rolne o słabej zdolności retencji wody. Również dlatego ocieplenie klimatu powoduje, że susze stają się coraz bardziej dotkliwe. W takich przypadkach ratunkiem jest bliskość terenów podmokłych.

Po pierwsze, poprzez zwiększenie wilgotności powietrza skutecznie ograniczają one wysychanie innych otaczających je terenów – w tym gruntów rolnych. Po drugie, mokradła dosłownie „generują” opady. Wyparowana woda wróci do nas w postaci deszczu (w tym opadów konwekcyjnych, np. krótkotrwałych letnich burz), ale też mgieł czy rosy. W przypadku deszczu nie zawsze spadnie on na ten sam obszar, z którego woda wyparowała, bo chmury przemieszczą się wraz z wiatrem, ale w skali regionalnej mokradła wraz z lasami (które również mają znaczną zdolność do retencji wody i wysokie wskaźniki parowania wody w terenu, tzw. ewapotranspiracji) tworzą „pompę hydrologiczną” przemieszczającą opady w głąb kontynentów (Huryna i Pokorny 2017).

W niektórych kręgach związanych z gospodarką wodną wciąż pokutuje wąskie rozumienie ewapotranspiracji, jako „utraconej” wody, która nie zasili trwale wód podziemnych ani rzek. Takie podejście nie bierze jednak pod uwagę niezmiernie ważnej funkcji małego obiegu wody dla regulacji lokalnego klimatu, w tym powstawania opadów i łagodzenia anomalii temperaturowych. W warunkach klimatycznych Polski ok. 60–70% letnich opadów jest naturalnie generowane wskutek ewapotranspiracji z lądów, a tylko pozostałe 30–40% dociera do nas znad oceanów (Dirmeyer i in., 2014).

Wreszcie, ewapotranspiracja ma jeszcze jeden, niezmiernie ważny wpływ na klimat. Otóż proces ten pobiera ciepło z otoczenia, które oddawane jest dopiero podczas kondensacji pary wodnej w górnych warstwach atmosfery (Huryna i Pokorny 2017). Jest to podobne do działania klimatyzatorów, które chłodzą nasze domy lub samochody, w których „pompa ciepła” również opiera się na zmianie fazy nośnika ciepła (gaz-ciecz). Nasza własna fizjologiczna „klimatyzacja” działa w ten sam sposób – pocąc się w gorące dni, chłodzimy nasze ciała poprzez odparowanie wody. Mokradła są zatem takimi systemami klimatycznymi dla krajobrazów.

Z kolei różnego typu mokradła okresowe (np. tereny zalewowe rzek) różnią się od bagien tym właśnie, że dysponują wodą tylko przez część sezonu i często w czasie letnich upałów są po prostu suche. Takie mokradła odgrywają niezmiernie ważną rolę w ochronie przeciwpowodziowej, ale niekoniecznie pomagają schłodzić klimat w letnie upały i zmniejszyć lokalne deficyty wody. W odróżnieniu od nich, dzięki znakomitej zdolności retencyjnej torfu, bagna zatrzymują wodę znacznie skuteczniej, na długo „buforując” jej przepływ przez krajobraz. Są nią wysycone nawet wtedy, gdy innym ekosystemom jej brakuje – np. podczas letnich susz i silnych fal upałów. W takich okresach torfowiska, podobnie jak wody powierzchniowe, są głównym źródłem zaopatrzenia dla małego obiegu wody.

I jeszcze jedno: rośliny bagienne skutecznie transportują wodę tylko do pewnego poziomu. Przy bardzo wysokiej temperaturze aparaty szparkowe zamykają się, chroniąc rośliny przed nadmiernym poborem wody z solami mineralnymi (Lafleur 2008). Tworzy to swego rodzaju ujemne sprzężenie zwrotne, chroniące zasoby wody na bagnach przed wyczerpaniem i podtrzymujące ich zdolność stabilizowania klimatu. Osuszanie mokradeł niszczy te mechanizmy. Rozbudowując systemy melioracyjne sprawiliśmy, że znacznie więcej wody spływa bezpośrednio do rzek lub wsiąka w ziemię, co doprowadziło do osłabienia lokalnego obiegu wody oraz zaniku lub znacznego osłabienia efektu schładzania.

Misja „rewetting”: 15 milionów hektarów torfowisk do zalania w ciągu 20 lat

Z punktu widzenia technicznego naprawa sytuacji nie jest skomplikowana. Należy zatkać lub zasypać wykopane kiedyś rowy, a woda przestanie odpływać z torfowisk. Ponownie nawodnione torfowiska nie powrócą oczywiście tak zaraz do stanu sprzed degradacji – największym problemem jest ich podwyższona trofia (żyzność). To efekt rozkładu torfu, a często też długotrwałego nawożenia. W miejsce niegdysiejszych mechowisk wykształcają się tam zwykle wysokie szuwary, niezbyt gościnne dla większości zagrożonych gatunków bagiennych roślin i zwierząt.

Jednak z punktu widzenia klimatycznego sytuacja ulega natychmiastowej poprawie. Wysokie emisje CO₂ zostają zredukowane niemal do zera natychmiast po podniesieniu zwierciadła wody do powierzchni gruntu. Przez pierwsze lata po ponownym nawodnieniu ze zdegradowanych gleb torfowych wydobywa się wprawdzie zwiększona ilość metanu, ale wkrótce emisje te zrównują się z poziomem typowym dla naturalnych bagien i są mało znaczące w porównaniu z efektem ograniczenia wcześniejszych ogromnych emisji CO₂. W ten sposób przywrócimy też mikroklimatyczną rolę bagien wynikającą z retencji i regulacji obiegu wody, adaptując się do zmiany klimatu.

To wszystko można i trzeba zrobić na wielką skalę – o ile traktujemy poważnie zobowiązania Porozumienia Paryskiego o wyzerowaniu emisji gazów cieplarnianych. Przeprowadzenie tego procesu jest przede wszystkim wyzwaniem natury polityczno-administracyjnej. Na szczęście jest to problem wielu krajów Unii Europejskiej i powinien być wspólnie rozwiązany. Unia Europejska jest drugim, po Indonezji, emitentem gazów cieplarnianych z osuszonych torfowisk. Nie bez znaczenia jest fakt, że aktualne status quo jest wspierane przez system dopłat do rolnictwa w ramach Wspólnej Polityki Rolnej. Ta sytuacja ma się zmienić w najbliższej perspektywie finansowej, choć trudno dziś przewidzieć, na ile konieczność powstrzymania emisji z torfu zostanie doceniona przez polityków.

Według szacunków Greifswald Mire Centre z 2019 r., Unia Europejska powinna do 2050 r. ponownie nawodnić 15 mln ha osuszonych torfowisk. Oznacza to konieczność ponownego nawadniania co najmniej 500 tys. ha. rocznie. Wycofanie takich obszarów z sektora rolnego i oddanie ich przyrodzie po ponownym zabagnieniu jest niemal niemożliwe do realizacji w takiej perspektywie czasowej – nie dlatego, że mają one szczególnie duży udział w produkcji żywności (to wszak zaledwie parę procent obszarów rolniczych UE), ale ze względu na ekonomiczne i społeczne koszty takiego przedsięwzięcia.

Potrzeba paludikultury

Dlatego właśnie potrzebujemy paludikultury – czyli bagiennego rolnictwa (Wichtmann i in. (ed.) 2016). Paludikultura to przyjazna klimatowi i przyrodzie alternatywa dla użytkowania torfowisk w stanie odwodnienia, czyli uprawa roślin bagiennych (np. pałki szerokolistnej, trzciny pospolitej, olszy) w warunkach zachowujących pokłady torfu, a więc minimalizujących emisje gazów cieplarnianych. Sprzyja jej wysoka żyzność ponownie nawodnionych torfowisk. Przy użyciu różnych, sprawdzonych już technik, biomasa może być wykorzystana do produkcji energii lub być przetwarzana na materiały izolacyjne i budowlane, na podłoża do roślin uprawnych (kompost), wreszcie część roślin bagiennych sprawdza się również jako pasza dla zwierząt.

To opcja sprawdzona dotąd w stosunkowo niewielkiej, głównie eksperymentalnej skali (Wichmann 2017), ale w Niemczech będąca już podstawą regionalnego planowania (Tanneberger i in. 2020). Jej powszechne wdrożenie wydaje się jedyną drogą do szybkiego ograniczenia emisji gazów cieplarnianych z torfowisk, ale wymaga systemowego wsparcia.

Wiadomo już, że w nowej, zreformowanej Wspólnej Polityce Rolnej UE paludikultura ma być jednym z tzw. ekoschematów, do których realizacji przewidziano specjalne dopłaty. Konkretne rozwiązania i decyzje zapadną jednak na poziomie państw członkowskich i będą zapewne różne w poszczególnych krajach. Nie ulega wątpliwości, że wsparcie innowacyjnego rolnictwa bagiennego jest w Polsce bardzo potrzebne, pozwoli bowiem nie tylko na podtrzymanie dochodowości rolników gospodarujących na torfowiskach w warunkach ochrony klimatu, ale również zapewni niezbędne warunki brzegowe dla ochrony sąsiadujących torfowisk o wysokich walorach przyrodniczych, dziś zagrożonych w związku z odwadnianiem przyległych obszarów rolnych.

Jak mówi mój najważniejszy nauczyciel i mentor w zakresie wiedzy o bagnach, prof. Hans Joosten: Peatlands must be wet: for nature, for people, forever!  (Torfowiska muszą być mokre: dla przyrody, dla ludzi, na zawsze!)

dr hab. Wiktor Kotowski – profesor Uniwersytetu Warszawskiego na Wydziale Biologii, kierownik Grupy Badawczej ds. Ekologii Mokradeł w Centrum Nauk Biologiczno-Chemicznych UW oraz współzałożyciel i członek Zarządu Stowarzyszenia Centrum Ochrony Mokradeł.

The post Bagna a klimat. Wysuszone torfowiska na świecie emitują 2 mld ton CO2 rocznie appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Część naukowców zajmujących się torfowiskami jeszcze niedawno przychylała się do opinii, że mogą one „pomóc” w walce ze zmianami klimatu. Szacowano, że wydłużający się wraz z ociepleniem okres wegetacyjny pozwoli roślinności torfowisk efektywniej pochłaniać CO₂ z atmosfery, niwelując ogrzewający wpływ emitowanego przez nie metanu. Okazuje się jednak, że torfowiska są wyjątkowo wrażliwe na zmiany klimatu (Whiting i Chanton, 2001) oraz działania ludzi, a większość z nich znajduje się blisko punktu krytycznego (Joosten, 2015), po przekroczeniu którego bilans gazów cieplarnianych ulegnie niekorzystnej zmianie. Pojawia się więc coraz więcej głosów specjalistów wskazujących, że ze względu na zachodzące zmiany, torfowiska będą raczej dokładały się do wzrostu antropogenicznego wymuszenia radiacyjnego (Zech i in., 2011, Johnston, 2014, Parker i in., 2018), zamiast jak do tej pory „ochładzająco” działać na klimat.

8 powodów wzrostu emisji gazów cieplarnianych z torfowisk

Czynnikami w największym stopniu wpływającymi na los torfowisk są temperatura, rozkład i ilość opadów oraz przekształcenia związane z gospodarką człowieka.

1. Rosnąca średnia temperatura powierzchni Ziemi pociąga za sobą wzrost temperatury gleby. Sprzyja to wzmożonej aktywności rozkładających szczątki mikroorganizmów glebowych (Dorrepaal i in., 2009, McLaughlin i Webster, 2013). Dokłada się do tego towarzysząca wzrostowi temperatury redukcja populacji żywiących się nimi drapieżników (Jassey i in., 2012) oraz lepsze przemieszczanie się składników do produkcji gazów cieplarnianych z wodą glebową (Parish i in., 2008).

2. Skutkiem poprawy warunków dla działalności mikroorganizmów jest zwiększona respiracja ekosystemów (emisja CO₂) (Dorrepaal i in., 2009). Rośnie też – w warunkach beztlenowych – ilość powstającego metanu (Parish i in., 2008). Co więcej, wydzielane z rozkładanej materii organicznej ciepło dodatkowo ogrzewa glebę (Hollesen i in., 2015), uruchamiając w ten sposób sprzężenie zwrotne (ocieplenie powoduje dalsze ocieplanie).

3. Wzrost temperatury gleby, a tym samym wody glebowej, powoduje też spadek rozpuszczalności w niej gazów cieplarnianych, przez co są one łatwiej uwalniane do atmosfery.

4. Na obszarach północnych grunt staje się coraz cieplejszy również w okresie zimowym, co ma związek z wyższymi opadami śniegu przekładającymi się na grubość mającej dobre właściwości izolacyjne pokrywy śnieżnej. Do tej pory wychładzanie gleby zimą było jednym z czynników pozwalających zachować torfowiskowe magazyny węgla w nienaruszonym stanie. Jednak prognozy IPCC dotyczące wielkości i rozkładu opadów w przyszłości pozwalając wątpić w utrzymanie tej sytuacji w przyszłości (Treat i in., 2016).

5. Wyższa temperatura gruntu na północy zagraża stabilności wieloletniej zmarzliny. Jej rozpad będzie dostarczał kolejnych substratów do produkcji gazów cieplarnianych (zwiększają się emisje metanu, Blanc-Betes, 2016) oraz związków węgla (Hodgkins, 2014), które mogą zostać wymyte z torfu do cieków wodnych. Same „jeziorka” stojącej wody, pojawiające się latem podczas topnienia wieloletniej zmarzliny, mogą zwiększać lokalne emisje metanu o 25% (McLaughlin i Webster, 2013).

6. Coraz cieplejszy klimat, a także obecna przyczyna jego zmian – rosnące stężenie CO₂ – utrudniają życie podstawowej roślinie torfotwórczej porastającej siedliska na wysokich szerokościach geograficznych – mchom Sphagnum. Niekorzystnie wpływa na nie także coraz częstsze i bardziej długotrwałe opadanie lustra wód gruntowych latem, wynikające m.in. ze zmian w opadach. Zgodnie z prognozami IPCC, wraz z postępowaniem zmiany klimatu wzrośnie na świecie długość okresów suchych, zmniejszy się w ich trakcie ilość deszczu i zwiększy temperatura – opadów będzie więcej jedynie w porze mokrej/chłodnej. Według Roulet 1992, przy wzroście temperatury na obszarach borealnych oraz subarktycznych o 3 stopnie i opadów o 1 mm dziennie, poziom wód gruntowych w torfowiskach może się obniżyć o ponad 20 cm. To nie tylko zmieni warunki życia roślinności torfowisk, ale także grubość czynnej, wierzchniej warstwy torfu – akrotelmu, napędzając w ten sposób emisje CO₂.

7. Na dodatek krzewy wrzosowate czy trawy wkraczające na miejsce Sphagnum wpływają na skład społeczności mikroorganizmów glebowych, uruchamiając sprzężenie zwrotne dalej przebudowujące szatę roślinną. Substancje wydzielane przez ich korzenie wspomagają mikrobiologiczny rozkład wcześniej „zablokowanej” (trudnej do rozłożenia) materii organicznej z głębszych pokładów torfu (Bragazza i in., 2012). Powoduje to, że aż do 40% emisji CO₂ z ekosystemu może wynikać z „pomocy” roślin w utlenianiu torfu (Walker i in., 2016).

8. Wydawałoby się, że w sytuacji opadającego poziomu wód gruntowych można by się chociaż spodziewać spadku emisji metanu z torfowisk. Niestety nie zawsze się tak dzieje. Na torfowiskach porośniętych roślinami naczyniowymi emisje metanu są większe, niż na torfowiskach z mchami Sphagnum, a to dlatego, że resztki tych roślin łatwiej, w warunkach beztlenowych, ulegają rozkładowi niż szczątki mchów (Olefeldt i in. 2012, Bragazza i in., 2012). Dodatkowo na glebach zalanych wodą rośliny naczyniowe rozwinęły specyficzną cechę adaptacyjną – porowatą tkankę – (tzw. miękisz powietrzny aerenchyma), ułatwiającą transport tlenu do korzeni, oraz pozwalającą rozpuszczonym lub uwięzionym w podłożu gazom (np. metanowi) na ucieczkę do atmosfery (Parish i in., 2008). Badania przeprowadzone w Szwecji pokazały, że wzrost o 6,5-10% pokrycia danego obszaru subarktycznych torfowisk przez rośliny naczyniowe powodował wzrost emisji metanu o 22-66% (Anisimov, 2007).

Wędrujące drzewa i coraz częstsze pożary

Zmiana szaty roślinnej na północnych terenach globu, zwłaszcza gdy zaczynają na nie wkraczać drzewa i krzewy, wpływa nie tylko na emisje gazów cieplarnianych, ale także albedo tych obszarów (Lohila i in., 2010). Torfowiska odbijają więcej promieniowania słonecznego niż gęsto zalesione tereny, szczególnie zimą, gdy leży śnieg. Choć zbiorowiska leśne są bardziej produktywne od torfowiskowych (pochłaniają więcej CO₂), to ewentualne „klimatyczne” korzyści z tego faktu niwelowane są przez ich niższe albedo, wyższe emisje N₂O (silnego gazu cieplarnianego) (Danevcic, 2010), a także wpływ na cyrkulację atmosferyczną (IPCC, 2013) i związane z nią wzorce opadowe. W rezultacie przesuwanie się linii drzew na wyższe szerokości może skutkować silniejszym pochłanianiem promieniowania słonecznego i przyczyniać się do wzrostu globalnej temperatury (Aurela i in., 2004).

Ponadto sprzyjające sukcesji krzewów i drzew na tereny torfowisk opadanie poziomu wód gruntowych nie tylko wpływa na zwiększenie emisji CO₂ i N₂O (Nykanen 2003) – jest także czynnikiem zwiększającym ryzyko pożarów. Potwierdzają to m.in. obserwacje oscylacji ENSO. El Niño związane jest ze zmianą temperatury na powierzchni Oceanu Spokojnego, co oddziałuje na warunki meteorologiczne na wielu obszarach świata. Skutkiem mogą być słabsze opady, inne ich rozłożenie w czasie oraz wyższe temperatury. W przypadku torfowisk może to zwiększać podatność na pożary, szczególnie tam, gdzie siedliska te dodatkowo są wylesiane i poddawane zabiegom agrotechnicznym.

Korelację pomiędzy temperaturą powierzchni morza a pożarami zauważono zresztą nie tylko w Azji Południowo-Wschodniej (dane KNMI Climate Explorer, NASA, 2007, NASA, 2016, The Conversation, 2015, Drobyshev, I. i in., 2016). Silniejsze, częstsze El Niño oraz kilka innych czynników przyczyniło się w ostatnich dziesięcioleciach do dużego powiększania się wypalanych obszarów na całej planecie (Strack i in., 2008). W przypadku torfowisk oznacza to dodanie do CO₂ z oddychania ekosystemu dodatkowych gigaton węgla „puszczanych z dymem”. Problem jest o tyle duży, że torf może tlić się miesiącami, nawet w wilgotnych warunkach, a pożary głębokich pokładów naruszają „stary węgiel” (Turetsky i in., 2014), który nie był częścią obecnego szybkiego cyklu węglowego przez stulecia, a nawet tysiąclecia. W przypadku torfowisk Azji Południowo-Wschodniej około 80% węgla uwalnianego w pożarach pochodzi z torfu (Frolking i in., 2011), a emisje roczne mogą przy tym sięgać nawet około 1 GtC (Parish i in., 2008, G. R. van der Werf, 2010). To 10-krotnie więcej węgla, niż w ciągu roku są w stanie zmagazynować wszystkie torfowiska świata (Frolking i in., 2011).

Prognozy wskazują, że w cieplejszych, bardziej suchych warunkach związanych z postępującą zmianą klimatu, emisje z pożarów lasów borealnych, z których spora część porasta torfowiska, mogą wzrosnąć nawet 4-krotnie (I. Yang  i in., 2015). O ile jednak las może odrosnąć, „wyciągając” z powrotem część węgla z atmosfery, to torf – ze względu na niezwykle wolne tempo akumulacji – jest tracony właściwie bezpowrotnie. Pożary przyczyniają się też pośrednio do zmiany klimatu, wpływając na albedo terenów Arktyki i okolic (A. V. Rocha i in., 2012), szatę roślinną, produktywność roślinną, zmarzlinę oraz uwalniając do atmosfery dym z produktami spalania materii organicznej, zwiększający wymuszenie radiacyjne (M. Turetsky i in. , 2002, R. K. Chakrabarty i in., 2016).

Błędne koło utraty torfowisk

Powtarzające się okresy suszy oraz intensywne odwadnianie mogą prowadzić nawet bez pożarów do zaniku funkcjonalności torfu. Spękana powierzchnia łatwiej ulega erozji wietrznej i wodnej (Parish i in., 2008), a długie i częste susze mogą powodować poważne zmiany w składzie społeczności mikroorganizmów glebowych (Nunes i in., 2015). Światowe emisje z osuszania torfowisk wynoszą aż 0,6-0,9 GtC, czyli kilka procent emisji z paliw kopalnych (raport Global Environment Centre i Wetlands International, 2008, Joosten, Couwenberg, 2009, Hatano i in., 2010, Joosten i in., 2012), natomiast uwolnienie całego węgla z samych torfowisk Indonezji doprowadziłoby do wyemitowania aż (14-40 GtC). W Europie ponad 90% regionalnych emisji CO₂ z rolnictwa pochodzi z użytkowanych rolniczo, zdegradowanych torfowisk, choć stanowią one jedynie 3% gruntów uprawnych. Do tego odwadniające zabiegi agrotechniczne nie obniżają emisji metanu – jest on uwalniany np.: z wody stojącej w kanałach melioracyjnych. Fizyczna ingerencja w strukturę gleby organicznej oraz jej nawożenie są z klimatycznego punktu widzenia niekorzystne – dodawanie azotu do torfu powoduje zwiększenie emisji metanu o 97%, redukuje jego pochłanianie o 38% i ponad trzykrotnie zwiększa emisje N₂O (Liu i Graever, 2009) – torfowiska przekształcone rolniczo to zresztą główni światowi emitenci N₂O – gazu mającego w przeliczeniu na tonę 300 razy wyższy niż CO₂ potencjał ocieplający w horyzoncie 100-letnim (Jauhiainen i in., 2012).

Wszystkie te informacje wskazują na to, że torfowiska podlegające degradacji zaczynają „grzać” klimat, zamiast go chłodzić (Wu, 2014, Euskirchen i in., 2014). Do tego im bardziej warunki klimatyczne, szczególnie na północy globu, zaczną wykraczać poza normę holocenu, tym większe i trudniejsze do przewidzenia zmiany będą zachodzić w tych ekosystemach. Naukowcy wskazują bowiem, że „ocieplenie w XXI wieku będzie gwałtowne i duże w porównaniu do zmian w ostatnich kilku tysiącleciach – w takiej sytuacji torfowiska mogą zachować się w sposób nieudokumentowany w zapisach współczesnych czy paleologicznych” (Frolking i in., 2011).

Ze względu na ogrom torfowiskowego magazynu oznacza to stałe, trwające stulecia i tysiąclecia, „dokładanie się” tych ekosystemów do podgrzewania atmosfery (Friborg i in., 2003, Zimmerman, Labonte, 2015). Jak duży będzie to wkład, zależy m.in. od scenariusza przyszłych emisji antropogenicznych. Davidson i Janssens (2006) szacują, że do 2100 roku torfowiska mogą uwolnić do atmosfery nawet 100 GtC, co odpowiada kilkunastu latom spalania paliw kopalnych na obecnym poziomie. Obecne cele klimatyczne mogą więc zostać przekroczone w wyniku chociażby samych – słabo uwzględnianych w modelach i prognozach – zmian na torfowiskach (Abbot i in., 2016).

Anna Sierpińska, konsultacja merytoryczna dr hab. Bohdan H. Chojnicki

The post Torfowiska – kolejne dodatnie sprzężenie zwrotne zmiany klimatu appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Możliwość gromadzenia węgla ma związek ze specyficznymi warunkami, w jakich powstają i przyrastają torfowiska. Najważniejszym jest duża wilgotność wynikająca z położenia lustra wody gruntowej blisko powierzchni terenu. W ten sposób powyżej poziomu wody pojawia się cienka wierzchnia i biologicznie czynna tlenowa warstwa gleby – akrotelm, a poniżej – grubsza, beztlenowa – katotelm. Szczątki roślinne oraz zwierzęce ulegają w większości rozkładowi w akrotelemie, ale w sprzyjających warunkach nawet 20% biomasy trafia do katotelmu. Permanentne nasączenie katotelmu wodą wywołuje procesy biochemiczne, które mocno spowalniają rozkład materii organicznej. W ten sposób tworzy się torf – masa organiczna złożona z niecałkowicie rozłożonych szczątków roślin. Umożliwia to tworzenie pokładów o wielometrowej miąższości, a ponieważ torf zawiera około 50% węgla, torfowiska stają się ważnym rezerwuarem tego pierwiastka.

Szacunki dotyczące wielkości tego „magazynu” są ciągle aktualizowane – niepewności wynikają z trudności w dokładnym określeniu obszaru zajmowanego przez te ekosystemy oraz grubości warstw torfu. Ponadto w ostatnich latach odkryto ogromne torfowiska, na przykład w Dolinie Konga (Dargie i in., 2017) i w peruwiańskiej Pastaza-Marañón (Draper i in., 2014), co wpłynęło na ocenę wielkości światowych rezerwuarów węgla w torfie. Obecnie przyjmuje się, że jest to sporo ponad 600 GtC (Kleinen i in., 2016), z czego torfowiska północne (Rosja, Ameryka Północna, Europa) gromadzą około 550 GtC, a tropikalne około 95-104 GtC (w większości w Indonezji). Niewielka ilość węgla, około 15 GtC, znajduje się w torfowiskach na półkuli południowej (Kleinen i in., 2016, Köchy i in., 2015).

Gleby terenów podmokłych zawierają ok. 30% światowych zasobów glebowych węgla (Rydin H. i Jeglum J.K., 2013). Same torfowiska, choć zajmują jedynie około 5% powierzchni Ziemi, gromadzą dwa razy więcej węgla niż cała biomasa lasów świata i stanowią drugi po oceanie rezerwuar tego pierwiastka.

Węgiel znikający z atmosfery

Wielkość tych zasobów skłoniła naukowców do przyjrzenia się dokładniej roli torfowisk w cyklu węglowym. Ich badania, szczególnie dotyczące interglacjałów, przyniosły ciekawe wnioski.

Podczas zlodowaceń koncentracja CO₂ w atmosferze wynosiła 180-200ppm, natomiast między nimi 250-300ppm. Pojawienie się tak dużej (około 100ppm) różnicy w stężeniu dwutlenku węgla próbowano tłumaczyć tzw. hipotezą oceaniczną, która zakładała, że oceany, które są 60 razy bardziej pojemnym zbiornikiem węgla niż atmosfera, służyły jako jego pochłaniacz w czasie glacjałów. Nie udało się jednak potwierdzić tego ani badaniami, ani za pomocą modeli. Na trop innego dużego zbiornika, który mógł mieć znaczenie dla przejść integlacjał-glacjał, naprowadziły naukę m.in. badania Rolanda Zecha ze współpracownikami (Zech i in., 2011). Wykazali oni, że podczas zlodowaceń na wysokich szerokościach w glebach gromadziło się więcej węgla niż pomiędzy epokami lodowymi. Działo się tak pomimo niższej niż w trakcie interglacjałów produkcji biomasy, bardziej suchego klimatu i dużych obszarów pokrytych lodem. Jednak w miejscach, gdzie znajdowała się wieloletnia zmarzlina, tworząca warstwę „izolacji”, gleby były nasączone wodą, co sprzyjało spowalnianiu tempa rozkładu. Na niektórych obszarach, np. dzisiejszych szelfach kontynentalnych (które po obniżeniu poziomu oceanów w trakcie glacjałów o około 120 m znalazły się nad powierzchnią morza) mogły w ten sposób tworzyć się torfowiska gromadzące węgiel w pokładach torfu.

Prędkość gromadzenia się torfu zależy od dwóch czynników: pierwotnej produkcji roślinnej (ilości materii produkowanej przez rośliny z pochłanianego przez nie dwutlenku węgla) oraz tempa rozkładu materii organicznej. Wyższa produkcja pierwotna sprzyja akumulacji torfu tylko przy zachowaniu warunków spowalniających rozkład materii organicznej takich jak np. duża wilgotność gleby. I odwrotnie – nawet w niesprzyjających roślinom okresach, ograniczenie tempa rozkładu będzie korzystnie wpływało na gromadzenie węgla w glebach. To tłumaczy zarówno to, co zmierzył R. Zech jak i wahania stężenia CO₂ podczas holocenu.

Ocieplenie na początku holocenu spowodowało rozpad zmarzliny, uwalniając uwięziony w glebie węgiel zarówno w postaci gazów (CO₂ i CH₄), jak i poprzez wypływy z wodą rozpuszczonego węgla pochodzenia organicznego (DOC – dissolved organic carbon) i cząsteczkowego (zawieszonego) węgla organicznego (POC – particulate organic carbon). Wywołało także inne skutki: wyższe stężenie CO₂ oraz wydłużenie okresu wegetacyjnego przyspieszyły wzrost roślinności. Na uwolnionych spod lodu obszarach Syberii i Ameryki Północnej zaczęły tworzyć się torfowiska, dokładając do atmosfery swoją porcję metanu – w początkowym okresie powstawania tych ekosystemów emisje CH₄ przeważają bowiem nad pobieraniem CO₂. Jednak już około 12 tys. lat temu, dzięki nowym torfowiskom na północy globu, ekspansji torfowisk tropikalnych i przesuwaniu linii lasów ku wyższym szerokościom geograficznym nastąpił spadek zawartości CO₂ w atmosferze o 7ppm (Zech i in., 2011).

Szybkie tempo kumulacji torfu na początku holocenu wynikało także z ówczesnych warunków pogodowych. Wyraźna była różnica między porami roku: lata były ciepłe, sprzyjające wyższej produkcji pierwotnej roślinności, a zimy mroźne, z małą pokrywą śnieżną, co powodowało wychładzanie gleby i tym samym hamowanie procesów rozkładu. O tym, jak nawet drobne wahania klimatu przekładają się na odpowiedź torfowisk, można przekonać się chociażby obserwując zmiany tempa gromadzenia torfu w zależności od ilości opadów. Bardziej wilgotne okresy w holocenie – szczególnie 6900, 5500 i 4000 lat BP (czyli przed 1950 rokiem) związane są z większą kumulacją torfu i powstawaniem nowych torfowisk (Yu i in., 2003); natomiast w trakcie okresów suchych tempo magazynowania węgla przez torfowiska spadało do mniej więcej połowy obecnego. Zmiany te są widoczne zarówno w torfowiskach północnych, jak i starszych, tropikalnych, które zaczęły się formować na niektórych obszarach południowo-wschodniej Azji już pod koniec plejstocenu (ponad 20 tys. lat temu, np. Nakaikemi w Japonii).

Znaczenie ma nawet zachmurzenie (gdy jest większe, zmniejsza się produkcja pierwotna roślinności): gromadzenie torfu może wtedy pozostać na wysokim poziomie tylko jeśli spadnie także tempo rozkładu. Taka sytuacja miała np. miejsce podczas przejścia ze Średniowiecznego Optimum Klimatycznego do Małej Epoki Lodowcowej. Stężenie CO₂ w atmosferze spadło wtedy o 1ppm mimo mniej korzystnych dla roślin warunków tylko dlatego, że m.in. zmniejszyło się heterotroficzne oddychanie glebowe (patrz rysunek 1) (Jungclaus i in., 2010; Pongratz i in., 2009).

Wyniki analiz pokazują, że uwzględnienie akumulacji węgla przez torfowiska oraz drugiego „wolnego” procesu cyklu węglowego – uwalniania CO₂ z CaCO3 w płytkich wodach (podczas podnoszenia się poziomów morza) pozwala lepiej tłumaczyć historyczne wahania poziomu CO₂ w atmosferze. Dotyczy to zarówno modeli stworzonych dla holocenu, jak i interglacjału eemskiego czy ciepłego interglacjału MIS 11 (Marine Isotope Stage) ok. 400 tys. lat temu (Kleinen i in., 2016).

Obecnie, jak i w prawie całym holocenie, torfowiska nadal działają jak „pochłaniacze” węgla. Na całym świecie akumulują w biomasie, ściółce, warstwie torfu, warstwach mineralnych podglebia i wodzie glebowej 0,1-0,2 GtC rocznie (0,1 GtC = 100 MtC = 370 mln ton CO₂), w tym tropikalne torfowiska 0,06-0,093 Gt.

Ma to istotny wpływ na kształtowanie klimatu. Przez prawie 12 tysięcy lat ekosystemy te wchłonęły z atmosfery ogromną ilość CO_2, magazynując węgiel w torfie w tempie powyżej 5 GtC na stulecie (Yu i in., 2010). Chłodzący wpływ torfowisk północy w holocenie szacuje się na -0,2 (Frolking i Roulet, 2007) do -0,5 W/m² (Frolking i in., 2010). Same torfowiska Indonezji zgromadziły od ostatniego maksimum zlodowacenia ilość węgla odpowiadającą 26 ppm stężenia CO₂ w atmosferze (Dommain i in., 2014). Wiązanie węgla przez torfowiska zapoczątkowało trend ochładzający klimat, a dzięki powiększaniu się obszarów objętych wieloletnią zmarzliną (a tym samym zmniejszaniu tempa rozkładu materii organicznej) pojawiło się ujemne sprzężenie zwrotne, które mogłoby się przyczynić – gdyby nie emisje antropogeniczne – do zainicjowania kolejnej epoki lodowej.

Niszczenie torfowisk: tykająca bomba klimatyczna

Nie tylko emisja gazów cieplarnianych, ale też i inne nasze działania mają znaczący wpływ na zmianę roli torfowisk w cyklu węglowym oraz stabilność tych znaczących magazynów węgla. Wylesianie, osuszanie, użytkowanie rolnicze i pożary powodują m.in. uwalnianie gazów cieplarnianych. Naruszone torfowiska charakteryzują się także zwiększonym o 50% w stosunku do dziewiczych wypływem DOC, do tego głównie z głębszych warstw torfu, powstałych setki a nawet tysiące lat temu (Moore i in., 2013). Samo uwzględnienie tych procesów podwyższa szacunki strat węgla z niszczonych torfowisk o 22%. Ponadto część dziewiczych obszarów, głównie tropikalnych i znajdujących się na wieloletniej zmarzlinie, nie kumuluje już torfu z powodu ocieplania się klimatu. Szacuje się w związku z tym, że rzeczywiste tempo gromadzenia dziś węgla nie przekracza dla całego świata 0,1 GtC rocznie.

Wolne tempo formowania torfu powoduje, że powinien być traktowany jako zasób nieodnawialny – obecna prędkość jego znikania przewyższa 20-krotnie prędkość tworzenia, co powoduje roczny spadek objętości światowych torfowisk o około 20 km³. Niektóre badania pokazują, że pozyskiwanie i spalanie torfu z dziewiczych torfowisk pod względem wpływu na klimat właściwie niewiele się różni od spalania węgla. Zresztą węgiel brunatny czy kamienny to właśnie przekształcona materia organiczna skumulowana w ogromnej ilości w czasach wysokiego stężenia CO₂ w karbonie i trzeciorzędzie właśnie przez prehistoryczne torfowiska. Proces przekształcania torfu w węgiel brunatny można zaobserwować nawet obecnie – choćby na datowanym na plejstocen torfowisku Phillipi w Grecji (to najprawdopodobniej najgłębsze torfowisko na świecie o miąższości 190 m).

Torfowiska magazynują w sobie podobną ilość węgla jak światowe rezerwy paliw kopalnych. EIA (Energy Information Administration) w 2012 roku szacowała je na 978 Gt, co – zakładając średnią zawartość węgla 65% – daje 635 GtC. Całkowite zniszczenie torfowisk odpowiadałoby około 100 latom spalania węgla w obecnym tempie, mogłoby więc wprowadzić do atmosfery poważną ilość dwutlenku węgla.

Miejscem, które ma szczególne znaczenie w kontekście ochrony klimatu, jest Azja południowo-wschodnia. Torfowiska tropikalne mają bowiem o wiele większą potencjalną zdolność do pochłaniania węgla: mimo że stanowią jedynie 10% powierzchni światowych torfowisk odpowiadają aż za 37% tego potencjału. W porównaniu do ekosystemów na glebach mineralnych zawierają 10 razy więcej węgla na hektar (torfowiska w strefie subpolarnej i borealnej odpowiednio 3,5 i 7 razy), a średnia grubość torfu w tropikach jest dużo większa niż na północy globu – około 5m (do 20m) w porównaniu do np. 1,2m w Finlandii. Powoduje to, że uwięzione w nich jest około 20% węgla zgromadzonego w torfowiskach świata. Najwięcej torfowisk tropikalnych znajduje się w Indonezji, gdzie są systematycznie niszczone m.in. pod plantacje palmy oleistej. W wyniku melioracji terenów pod plantacje następuje utlenianie torfu i uwalnianie zgromadzonego w nim węgla. Dodatkowo takie obszary są o wiele bardziej narażone na pożary, które głęboko wypalają wysuszoną glebę. W najgorszym pod tym względem roku 1997 tylko z indonezyjskich torfowisk uwolnione zostało około 0,8-2,6 GtC (Page i in., 2002), co stanowi 13-40% średnich rocznych emisji ze spalania paliw kopalnych na świecie. Pożary niszczą także te wartościowe magazyny węgla na północy globu, jednak wieloletnia zmarzlina w dużym stopniu ogranicza głębokość wypalania torfu. W związku z samymi zmianami użytkowania terenów w latach 1990-2015 rezerwuar węgla w tropikalnych torfowiskach południowo-wschodniej Azji zmniejszył się o około 2,5 GtC, co odpowiada kilkuset albo nawet kilku tysiącom lat procesów akumulacji węgla w torfowiskach (Miettinen i in., 2015). Podobne niekorzystne zmiany zachodzą także na półkuli północnej – samo zniszczenie torfowisk w Kanadzie pod obecne i projektowane kopalnie piasków bitumicznych uwolni w sumie 0,14-4,73 GtC (Rooney i in., 2011).

Los tych ogromnych magazynów węgla zależy więc głównie od naszych działań gospodarczych, zarówno bezpośrednio, jak i pośrednio, bo powodowana przez nas zmiana klimatu na pewno wywrze wpływ na torfowiska. Ocieplenie będzie oddziaływać na poszczególne siedliska w sposób zróżnicowany – inaczej na torfowiska wysokie, inaczej na niskie, inaczej na tropikalne, inaczej na te leżące na wieloletniej zmarzlinie. Zmiana wzorców opadowych także ma duże znaczenie, np. im bardziej sucho, tym torfowiska stają się bardziej podatne na pożary.

Mimo olbrzymiego znaczenia torfowisk dla światowego cyklu węglowego, naukowcy nadal mają niepełną wiedzę na ten temat. Bardziej kompleksowe zrozumienie procesów zachodzących na styku torfowisk i klimatu pozwoliłoby np. lepiej określić czułość klimatyczną globalnego cyklu węglowego na wzrost temperatury (czyli jak duży wzrost koncentracji CO₂ w atmosferze spowoduje 1 stopień ocieplenia), która obecnie jest niezbyt precyzyjnie znana: od 1,7-21,4ppm CO₂ (Frank i in., 2010) do 40-60ppm (Cox i Jones, 2008) na 1 stopień wzrostu temperatury. Nadal także wiele modeli próbujących oszacować przyszłe zmiany klimatu nie uwzględnia ani sprzężeń związanych z torfowiskami ani z rafami koralowymi (CaCO₃). Okazuje się, że włączenie do wyliczeń węgla uwięzionego na terenach z wieloletnią zmarzliną powoduje zmiany wyników symulacji przyszłego wzrostu temperatur globalnych. Są one, w zależności od scenariusza emisji, od 10 do 40% wyższe niż w modelach nieuwzględniających tego sprzężenia (Crichton i in., 2016). Jak duża będzie ta różnica, zależy od emisji antropogenicznych (przeczytasz o tym więcej w tekście Dodatkowe emisje ze źródeł naturalnych a przyszła zmiana klimatu). Analizy dotyczące historycznych zmian ilości CO₂ atmosferycznego w odpowiedzi na procesy zachodzące w torfowiskach wskazują, że ekosystemy te mogą stać się jednym z większych „graczy” wpływających na przyszłe zmiany klimatu. Dlatego zarówno dalsze badania, jak i ochrona tych cennych siedlisk powinna być priorytetowym działaniem w kontekście globalnego ocieplenia.

Film: Badacze szacują ilość węgla zgromadzoną w torfowiskach Peru (6 min.)

Anna Sierpińska, konsultacja merytoryczna prof. Bogdan Chojnicki

The post Torfowiska: ważny gracz światowego cyklu węglowego appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.