השפעת ממשקי עיבוד חיטה על מחזור הפחמן בין הקרקע לאטמוספרה באזורים צחיחים וצחיחים למחצה

הערכה זהירה קובעת שאקלים כדור-הארץ חווה במאתיים השנים האחרונות תקופה של שינויים מהותיים. אחד המאפיינים של שינויים אלו הוא עליה בטמפרטורה הגלובלית הממוצעת. חלק מהגורמים לעליה זו הם פליטת גזי חממה (כגון: פחמן דו-חמצני,CO2 ) לאטמוספרה, כתוצאה משריפת דלקים פוסיליים.

מבין מאגרי הפחמן (C) הפעילים, הפדוספרה (קרקעות כדור-הארץ) היא השלישית בגודלה, ומכילה כ- 1550 Pg פחמן אורגני (SOC) וכ- 950 Pg פחמן אי-אורגני (SIC). מחזור הפחמן בין הפדוספרה לאטמוספרה מונע ע"י תהליכים ביולוגיים, כאשר צמחים מקבעים פחמן באמצעות פוטוסינטזה. הפחמן מוחזר לאטמוספרה כ- CO2 ע"י פעילות נשימה מיקרוביוטית ושורשי צמחים, בתהליך המכונה 'נשימת קרקעות'. שארית החומר האורגני היציבה נצברת בקרקע כחומר האורגני, אשר הפחמן מהווה את היסוד העיקרי בו.

עיבוד קרקעות לצרכים חקלאיים מלווה לרוב בירידה ניכרת בכמות החומר האורגני בקרקע. אחת הפעולות העיקריות התורמות לירידה היא פליחת קרקעות. פליחה נועדה לרוב כדי לאוורר את הקרקע ולסניטציה של עשביה, ולשיפור תנאי הגידול של יבולים. יחד עם זאת פעולת הפליחה מפרה את מבנה הקרקע, ובכך חושפת את החומר האורגני לתנאי חימצון, ולמעשה לפירוקו ואיבודו לאטמוספרה. ניתן לשחזר את תכולת החומר האורגני ע"י אימוץ טיפולים חקלאיים נכונים, כגון ממשק אי-פליחה, ובנוסף דישון הולם, אשר תורם להגדלת היבול מחד, אך לרוב גם לעליה בפעילות המיקרוביוטית ולהיקף נשימת הקרקע מאידך.

באזורי אקלים צחיחים, בהם הקרקע היא לרוב בסיסית, מרבית הפחמן מצוי בקרקע בצורת פחמן אי-אורגני. כיוון שאזורים אלו (בהגדרתם) מוגבלים בכמות המשקעים, ומקור החומציות העיקרי הוא פחמתי, קיים בהם פוטנציאל להוות מבלע לפחמן, באמצעות מחזורי המסה ושקיעה של פחמות, אשר לוכדים פחמן אורגני ממקור נשימתי, ויוצרים פחמות פדוגניות. ניתן לזהות פחמות אלו כאשר מנתחים את יחסי האיזוטופים היציבים של הפחמן, כאשר לפחמן מועשר באיזוטופ C12 יחסית לפחמן האי-אורגני.

תהליך זה עשוי להוות מבלע כאשר מקור הסידן הוא חיצוני למערכת הפחמתית, כמו למשל מהמסה של מינרלים בעלי סידן, כגון פצלות שדה. מטרות מחקר זה הן:
1.    להעריך באופן כמותי את השפעת קרקעות בשדות חיטה מעובדים על מחזור הפחמן בין הרקע לאטמוספרה באזורים צחיחים וצחיחים למחצה.
2.    להעריך באופן כמותי את תרומת ממשק העיבוד (פליחה, דישון והשקיה) על מחזור הפחמן בין הקרקע לאטמוספרה בקרקעות בשדות חיטה באזורים צחיחים וצחיחים למחצה.
3.    לבחון האם, ותחת אילו תנאים, קרקעות בשדות חיטה מעובדים באזורים צחיחים וצחיחים למחצה מהווים מבלע או מקור לפחמן דו-חמצני אטמוספרי.

כדי לענות על מטרות המחקר, נבחרו שתי חלקות חיטה באזורים שונים: 1) בחלקת ניסוי גידולי חיטה ארוכת טווח, בתחנת המחקר החקלאי 'גילת', בדרום ישראל, תחת אקלים צחיח. בחלקה זו, נבחרו חמישה טיפולים שונים המשלבים ממשקי פליחה, דישון והשקיה. 2) במושב 'ביצרון', בשפלת החוף של ישראל, תחת אקלים צחיח למחצה. בחלקה זו נבחר טיפול אחד המשלב ממשק פליחה ודישון.

המחקר הורכב מניסוי שדה, ובדיקות מעבדה משלימות. בניסוי השדה נמדדו מאפייני הקרקע, ונערך מעקב אחר התפתחות החיטה במהלך עונת הגידול. מאפייני הקרקע עקבו אחר מחזור הפחמן, באמצעות בדיקת היקף נשימת הקרקעות, והלחצים החלקיים של CO2 בתת הקרקע, עד לעומק של 2 מ'. כמו כן, נמדדו רטיבות הקרקע והטמפרטורה שלה. המעקב אחר התפתחות החיטה נעשה ע"י מדידה של גובהה, ומספר פעמים במשך השנה מדידת היקף ייצור הביומסה. בדיקות המעבדה ניתחו את מרכיבי הקרקע עד לעומק של 2 מ', וכללו בדיקות של הצפיפות הגושית, pH הקרקע, כמות החומר האורגני וכמות הגיר. כמו כן, נבדקו כמות הפחמן הכללית וכמות החנקן הכללית. כמות הפחמן חולקה לאחר מכן לפחמן האורגני ולפחמן האי-אורגני, ונבדקו ערכי δ13C של הפחמן הכללי והפחמן האי-אורגני, כדי לאפשר את חישוב היקף הפחמות הפדוגניות.

תוצאות המחקר מראות, כי משטר רטיבות גבוה יותר תורם, כצפוי, לעליה בהיקף מחזור הפחמן השנתי בין הקרקע לאטמוספרה, ומעלה את כמות הפחמן הכללית בקרקע, הן אורגני, כתוצאה מקצב יצור ראשוני גבוה יותר, והן אי-אורגני כאשר ההשקיה במים הרוויים פחמות מומסות. ממשק העיבוד לעומת זאת, מראה כי לממשק פליחה השפעה שלילית על היקף מחזור הפחמן בין הקרקע לאטמוספרה, הן בהיקף נשימת הקרקע (בעיקר בשל קרום פיסיקלי הנוצר ע"ג הקרקע החשופה, כתוצאה מפגיעת טיפות הגשם, היוצר חסם לתחלופת גזים, וחידור מים) והן בייצור ביומסה נמוכה יותר.

כמו כן, נמצא כי ממשק פליחה מוריד את כמות הפחמן הכללית בקרקע, הן אורגני, ובמידה מסוימת אף של פחמן אי-אורגני, בשל חדירות מים נמוכה יותר והיקף המסה ושקיעת פחמות נמוך יותר. לממשק הדישון לא נמצאה השפעה על היקף נשימת הקרקע, אך נמצא כי הוא מעלה את כמות הביומסה. כמו כן, נמצא כי הדישון מוריד את pH הקרקע, ומשפיע בעיקר על קצב ההמסה ושקיעה של הפחמות, כאשר חלקות מדושנות מכילות יותר פחמות פדוגניות, אף על פי שמקור החומציות הינו חיצוני, ולא פחמתי. 

מסקנות המחקר הן שחלקות בעלות ממשק רטיבות גבוהה יותר אכן מעלות את היקף מחזור הפחמן השנתי בין הקרקע לאטמוספרה, ויחד עם זאת מכילות פוטנציאל ללכוד כמות פחמן גבוהה יותר. לממשק פליחה יש השפעות שליליות על מחזור הפחמן כמעט בכל אספקט שנבדק, בהורידו את כמות הפחמן הכללי, הן בעיקר בצורה אורגנית, ובנוסף מוריד את כמות ייצור הביומסה העונתית. לדישון נמצאה השפעה רק בעליית קצב ייצור הביומסה, וכמו כן על מחזורי ההמסה ושקיעת הפחמות, ויצירת כמות פחמות פדוגניות גבוהה יותר. על כן, המלצת המחקר הינה על מעבר שדות חיטה מעובדים לממשק אי-פליחה, הכולל דישון, על מנת להעלות את כמות הפחמן בקרקע, וכמו כן להוות פוטנציאל למבלע עונתי לפחמן במשך עונת הגידול.