Abstrak
Penghapusan karbon dioksida (CO 2 ) (penghapusan karbon dioksida (CDR)) yang menggabungkan penurunan emisi gas rumah kaca dengan pengurangan CO 2 atmosfer diperlukan untuk membatasi perubahan iklim. Pelapukan batuan yang ditingkatkan (ERW) dari mineral silikat tanah adalah teknologi CDR yang muncul dengan potensi untuk mengurangi CO 2 atmosfer . Namun, ada beberapa studi lapangan multi-tahun dan ketidakpastian yang cukup besar dalam tingkat lapangan ERW. Kami mengeksplorasi menggabungkan batuan metabasaltik yang digiling halus dengan teknologi CDR tanah lainnya (amandemen kompos dan biochar) untuk merangsang penyerapan karbon (C). Gabungan batuan tanah (GR), kompos, dan amandemen biochar memiliki peningkatan terbesar dalam stok C tanah selama 3 tahun (15,3 ± 4,8 Mg C ha −1 ). Semua perawatan lainnya memperlambat atau membalikkan kehilangan C latar belakang, dengan perawatan GR saja mengurangi laju kehilangan C tanah relatif terhadap kontrol tetapi masih kehilangan C tanah dari waktu ke waktu. Amandemen batuan dasar menurunkan emisi nitrogen oksida (N 2 O) sebesar 11,0 ± 0,6 kg CO 2 e ha −1 yr −1 dan meningkatkan konsumsi metana (CH 4 ) sebesar 9,5 ± 3,5 hingga 18,4 ± 4,4 kg CO 2 e ha −1 yr −1 ; meskipun patut dicatat, pengurangan emisi adalah orde besaran yang lebih kecil daripada penyerapan C organik dengan amandemen kompos. Amandemen gabungan menghasilkan manfaat ekosistem bersih yang diperkirakan terbesar (perubahan relatif 3 tahun dalam C tanah, perkiraan laju ERW, dan emisi gas rumah kaca) sebesar −86,0 ± 24,7 Mg CO 2 e ha −1 . Manfaat didominasi oleh perolehan C organik tanah, secara langsung dari amandemen organik dan secara tidak langsung dari peningkatan pertumbuhan tanaman. Laju pelapukan <10% dari potensi teoritis. Amandemen ERW dan organik gabungan meningkatkan perkiraan laju pelapukan dan merangsang penyerapan C organik tanah.
Poin-poin Utama:
- Kombinasi amandemen organik dan anorganik memiliki tingkat peningkatan pelapukan dan akumulasi karbon organik tertinggi.
- Amandemen batuan dasar anorganik (GR) mengurangi fluks nitrogen oksida dan metana namun menurunkan produksi primer bersih di atas tanah.
- Peningkatan skala hingga 8% dari luas padang rumput California menunjukkan bahwa menggabungkan amandemen organik dan anorganik dapat memberikan manfaat bersih CO2 e hingga −51,7 Mt CO2 e y −1
Ringkasan Bahasa Sederhana
Untuk memerangi perubahan iklim, kita memerlukan strategi yang dapat mengurangi emisi gas rumah kaca dan menghilangkan gas rumah kaca yang ada. Salah satu metode yang diusulkan adalah menambahkan zat organik (kompos dan biochar) dan batuan dasar anorganik (GR) ke tanah, yang dapat meningkatkan pertumbuhan tanaman dan mentransfer karbon atmosfer ke dalam tanah. Sebagian besar penelitian melihat amandemen secara terpisah, tetapi penelitian ini mengukur apa yang terjadi ketika digunakan bersama-sama. Para peneliti menemukan bahwa penggunaan campuran kompos, GR, dan biochar menghasilkan karbon paling banyak yang disimpan di dalam tanah. Semua perlakuan yang menyertakan kompos meningkatkan jumlah karbon di dalam tanah. Para peneliti juga mengukur emisi gas rumah kaca dan menemukan bahwa penambahan GR mengurangi emisi N 2 O (gas rumah kaca yang kuat) dan meningkatkan kemampuan ekosistem untuk mengonsumsi metana (gas rumah kaca kuat lainnya). Kombinasi kompos, GR, dan biochar memiliki manfaat bersih terbesar, mengurangi setara dengan 86,0{plus minus}7,2 ton CO 2 -ekuivalen per hektar setelah 3 tahun. Semua perlakuan menunjukkan manfaat bersih, termasuk memperlambat atau membalikkan hilangnya karbon tanah. Hal ini menunjukkan bahwa penggunaan kombinasi amandemen tanah dapat menyebabkan peningkatan karbon organik dalam tanah, dan mengurangi emisi gas rumah kaca di tanah padang rumput yang digembalakan.
1 Pendahuluan
Praktik pengelolaan lahan menawarkan potensi signifikan sebagai jalur berbasis alam untuk membantu mengurangi perubahan iklim dengan menurunkan emisi gas rumah kaca dan/atau menyerap karbon dioksida atmosfer (CO 2 ). Amandemen debu batu adalah teknologi penghilangan CO2 (CDR) yang baru muncul yang berpotensi menghilangkan CO 2 atmosfer melalui pelapukan yang ditingkatkan dan pembentukan serta pelindian karbonat dan bikarbonat anorganik berikutnya (Beerling et al., 2018 ). Senyawa-senyawa ini diasumsikan meninggalkan ekosistem dan akhirnya mengendap jauh di dalam laut di mana mereka akan terlindungi dari degassing untuk jangka waktu yang lama (misalnya, ribuan tahun) (Hartmann et al., 2013 ). Ada beberapa uji coba lapangan tentang pelapukan yang ditingkatkan dan uji coba tersebut menunjukkan tingkat penghilangan CO 2 yang sangat bervariasi (Deng et al., 2023 ). Variabilitas yang tinggi ini kemungkinan disebabkan oleh faktor lingkungan dan biogeokimia yang dapat mengubah pembentukan dan perilaku karbonat dan bikarbonat di tanah termasuk pH tanah, kadar air, dan konsentrasi nitrat (NO 3 − ) yang dapat mendukung pelapukan asam kuat dibandingkan pelapukan asam karbonat (Knapp & Tipper, 2022 ).
Sebagian besar penelitian lapangan yang meneliti pelapukan yang ditingkatkan di lahan kerja difokuskan pada amandemen mineral tunggal. Kombinasi amandemen mineral (GR) dan organik (kompos, biochar) berpotensi memperbaiki beberapa kondisi yang menurunkan penyerapan C anorganik melalui pelapukan yang ditingkatkan (misalnya, pH yang tidak menguntungkan, kadar air rendah) sekaligus merangsang penyerapan C organik dari penambahan C organik dan peningkatan produktivitas tanaman selanjutnya. Penerapan teknologi CDR yang ada, seperti kompos atau amandemen tanah biochar, telah terbukti berkontribusi terhadap penangkapan C atmosfer dengan merangsang pertumbuhan tanaman dan pengendapan bahan organik terkait di tanah (Kutos et al., 2023 ; Mayer et al., 2018 ; Mayer & Silver, 2022 ; Smith, 2008 ; Smith et al., 2016 ; Soussana et al., 2010 ), dan mengurangi emisi gas rumah kaca dari aliran limbah beremisi tinggi (Almaraz et al., 2023 ; DeLonge et al., 2013 ; Owen & Silver, 2015 ; Pérez et al., 2023 ; Rubin et al., 2023 ). Menggabungkan amandemen anorganik dan organik dapat memberikan beberapa jalur untuk penghapusan CO2 , tetapi ada peringatannya. Misalnya, menambahkan amandemen GR dalam kombinasi dengan bahan organik dapat menambah laju pelapukan karena asam organik yang dihasilkan oleh penguraian bahan organik dapat mempercepat pelapukan kimia dan pelarutan mineral tanah yang diaplikasikan (Drever & Stillings, 1997 ), meskipun dapat menurunkan laju pelapukan jika pH menjadi tinggi yang tidak menguntungkan (Dietzen & Rosing, 2023 ). Bersamaan dengan itu, amandemen anorganik dapat menyediakan lebih banyak luas permukaan untuk ikatan organo-mineral yang dapat meningkatkan jumlah dan waktu hidup C organik di tanah (Calabrese et al., 2022 ; Song et al., 2018 ), tetapi ikatan organo-mineral dapat memperlambat laju pelapukan mineral dengan melapisi permukaan mineral dan membatasi kontak langsung dengan agen pelapukan seperti air dan asam, atau dengan mengurangi luas permukaan reaktif yang tersedia untuk reaksi pelarutan. Amandemen biochar juga dapat meningkatkan penyimpanan C tanah organik sekaligus mengurangi emisi gas rumah kaca tanah bersih (Borchard et al., 2019 ; He et al., 2017 ), meskipun C tanah dan emisi sering kali bergantung pada jenis tanah dan karakteristik biochar (Joseph et al., 2021 ). Menerapkan biochar dan kompos dengan amandemen GR dapat meningkatkan aerasi tanah dan ketersediaan nutrisi yang dapat mendorong hilangnya C tanah yang lebih besar melalui dekomposisi (Schmidt et al., 2011 ; Xu et al., 2021). Amandemen organik ini juga dapat meningkatkan penangkapan C dengan merangsang produktivitas primer bersih (Ding et al., 2010 ; Laird et al., 2010 ; Vijay et al., 2021 ). Menerapkan amandemen tanah dalam kombinasi dapat menurunkan biaya aplikasi per unit total C yang diserap dengan menyediakan beberapa jalur sinergis (Sevilla-Perea et al., 2016 ) untuk pengurangan emisi gas rumah kaca dan penyerapan C organik plus anorganik. Namun, potensi ini belum dieksplorasi secara menyeluruh dalam uji coba skala lapangan, khususnya di padang rumput.
Penelitian yang ada tentang pelapukan yang ditingkatkan di lahan kerja sebagian besar terjadi di lahan pertanian dan hutan (Almaraz et al., 2022 ; Beerling et al., 2018 ; Calabrese et al., 2022 ). Padang rumput yang dikelola menutupi lebih dari 30% permukaan lahan daratan (White et al., 2000 ), dan secara luas diakui karena potensinya untuk menyerap karbon tanah (C) karena luas lahannya dan alokasi biomassa bawah tanah yang tinggi (Conant et al., 2001 ; Conant & Paustian, 2002 ; Lorenz & Lal, 2018 ). Lahan penggembalaan sangat menarik untuk solusi iklim berbasis alam karena tersebar luas di seluruh dunia dan dapat mengalami manfaat tambahan untuk produksi pangan dan serat (Beerling et al., 2018 ). Karena lahan penggembalaan umumnya dikelola tanpa pengolahan tanah, solusi iklim berbasis alam dalam ekosistem ini kemungkinan besar menunjukkan penyimpanan C jangka panjang dibandingkan dengan sistem penanaman dengan gangguan tanah yang sering terjadi (Mayer & Silver, 2022 ; Mehra et al., 2018 ; Ryals et al., 2015 ).
Eksperimen lapangan multi-tahun yang membandingkan amandemen tunggal dan gabungan diperlukan untuk mengidentifikasi efek antagonis atau sinergis dari amandemen campuran, serta mengukur manfaat iklim bersih dari berbagai jenis amandemen di bawah serangkaian kondisi tanah dan lingkungan yang sama serta pendekatan manajemen. Beberapa eksperimen amandemen tanah skala lapangan telah mengukur baik efek pada stok C tanaman dan tanah di samping dampak bersih pada emisi gas rumah kaca, apalagi anggaran tahunan fluks gas rumah kaca ekosistem. Pengukuran skala ekosistem multi-tahun berkelanjutan dari CO 2 , CH 4 , dan N 2 O diperlukan untuk memastikan amandemen tidak menggeser waktu atau besarnya emisi: jika emisi tiba-tiba bergeser di luar periode pengambilan sampel yang khas, maka pengukuran fluks non-kontinyu dapat secara sistematis melebih-lebihkan atau meremehkan dampak bersih pada anggaran gas rumah kaca ekosistem (Anthony & Silver, 2021 , 2023 ). Dengan demikian, pengukuran berkelanjutan dapat menangkap potensi efek skala awal atau akhir yang penting dari amandemen tanah terhadap fluks gas rumah kaca dan diperlukan untuk benar-benar mengukur dampak skala ekosistem dari amandemen tanah terhadap stok C tanah, produktivitas tanaman, dan manfaat bersama lainnya.
Dengan menggunakan aplikasi lapangan in-situ , kami mengeksplorasi efek dari amandemen debu batu yang terpisah dan gabungan dengan dan tanpa amandemen kompos dan biochar pada stok C organik dan anorganik tanah ekosistem, C anorganik terlarut dalam air pori, biomassa di atas tanah, dan emisi gas rumah kaca dalam ekosistem padang rumput. Kami mengukur fluks gas rumah kaca berkelanjutan pada plot amandemen tunggal dan menggunakan nilai-nilai ini bersama dengan pengambilan sampel tanah dan tanaman pada semua plot untuk menentukan efek pada anggaran gas rumah kaca ekosistem, siklus nutrisi, biomassa di atas tanah, dan stok C tanah selama tiga musim tanam. Kami memperkirakan manfaat iklim ekosistem bersih (jumlah peningkatan relatif dalam karbon organik dan anorganik, peningkatan biomassa di atas tanah, dan pengurangan emisi N 2 O dan CH 4 ) menggunakan latihan peningkatan skala sederhana untuk menentukan dampak potensial dari amandemen anorganik dan organik gabungan di padang rumput California. Pekerjaan kami menguji hipotesis bahwa perawatan debu batu akan meningkatkan kumpulan C anorganik tanah dan karbon anorganik terlarut dalam air pori tanah (DIC) dari pelapukan yang ditingkatkan dan akan menurunkan emisi N 2 O karena penyangga pH tanah. Kami juga menduga bahwa penambahan kompos pada perlakuan GR akan meningkatkan stok C organik tanah dari produktivitas tanaman yang lebih besar, dan bahwa manfaat bersih CO 2 e akan diimbangi oleh peningkatan emisi N 2 O dari penambahan N. Akhirnya, kami berhipotesis bahwa menggabungkan GR dengan kompos dan amandemen biochar akan menciptakan efek sinergis tambahan, karena biochar dapat menyangga pH tanah, mencegah pencucian nutrisi dan secara langsung menyerap C di tanah. Kami memperkirakan bahwa menggabungkan ketiga amandemen akan menghasilkan tingkat pelapukan yang lebih tinggi dan penyerapan C organik tanah, dan pengurangan terbesar dalam emisi CO 2 e bersih.
2 Metode
2.1 Deskripsi Situs
Lokasi penelitian lapangan terletak di University of California Sierra Foothill Research and Extension Center (SFREC) di Browns Valley, California. Tanah berasal dari batuan vulkanik Mesozoikum dan Fransiskan dan diklasifikasikan sebagai Inceptisols dan Alfisols xerik di kompleks Auburn-Sobrante (Staf Survei Tanah, 2020 ). Kedalaman tanah sekitar 30 cm menutupi batuan yang tidak terkonsolidasi. Area tersebut diklasifikasikan sebagai hutan ek dan padang rumput tahunan telah secara eksklusif digembalakan oleh ternak setidaknya sejak tahun 1960. Tingkat stok ternak baru-baru ini sekitar 8 hektar per sapi. Lokasi penelitian lapangan tidak ditanami benih, diairi, dipupuk, atau diolah. Wilayah studi memiliki iklim Mediterania dengan curah hujan tahunan rata-rata 700 mm dengan variabilitas antartahunan yang tinggi dan suhu tahunan rata-rata 16,6°C (California Irrigation Management Information System, 2023 ), tetapi mengalami kekeringan yang panjang selama percobaan (Liu et al., 2022 ). Musim tanam terjadi selama kondisi cuaca dingin dan basah, biasanya dari Oktober hingga Mei sementara musim panas panas dan kering. Lokasi tersebut didominasi oleh tegakan rumput tahunan yang ternaturalisasi (Ryals et al., 2016 ).
2.2 Desain Eksperimen
Perlakuan kontrol dan lima kombinasi amandemen tanah GR, kompos (CP), dan biochar (BC) diterapkan dalam rancangan blok acak untuk memperhitungkan variabilitas spasial latar belakang kondisi lokasi. Ini termasuk lima plot 15 × 60 m yang ditempatkan secara acak di masing-masing dari tiga blok (total 15 plot, n = 3 per perlakuan), dengan setiap blok berisi plot kontrol dan plot yang diamandemen dengan GR- atau CP-saja, GR plus kompos (GR + CP); GR plus kompos plus biochar (GR + CP + BC) ditambahkan pada tahun ke-2 (Tabel 1 ). Untuk mengukur emisi gas rumah kaca tanah terus-menerus, tiga plot ulangan tambahan 10 × 10 m dibuat untuk setiap kontrol, GR-saja, dan CP-saja perlakuan ( total n = 9 plot).
Tabel 1. Tingkat Aplikasi, Jumlah Aplikasi, dan Total Amandemen Tanah yang Diterapkan, dan Singkatan Terkait untuk Semua Kombinasi Perlakuan
| Perlakuan | Singkatan | Tingkat aplikasi (MT ha -1 thn -1 ) | Jumlah aplikasi selama 3 tahun | Jumlah total amandemen biochar yang diaplikasikan (MT ha −1 ) | Total amandemen kompos yang diaplikasikan (MT ha −1 ) | Total amandemen batuan dasar yang diterapkan (MT ha −1 ) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Kontrol | CT | Tidak tersedia | Tidak tersedia | Tidak tersedia | Tidak tersedia | Tidak tersedia |
| Kompos | CP | 36.8 | 1 | Tidak tersedia | 36.8 | 36.8 |
| Batuan tanah | GR | 37.8 | 3 | Tidak tersedia | Tidak tersedia | 113.4 |
| Batu giling, Kompos | GR + CP | CPnya: 36,8
GR: 37,8 |
CP: 1
GR: 3 |
Tidak tersedia | 36.8 | 113.4 |
| Batuan tanah, Kompos, Biochar | GR + CP + SM | CPnya: 36,8
GR: 37,8 SM: 9,9 |
CP: 1
GR: 3 SM: 1 |
9.9 | 36.8 | 113.4 |
Amandemen diterapkan secara individual dan ke permukaan tanah karena tanah ini tidak diolah. Batuan tanah untuk meningkatkan pelapukan silikat adalah batuan metabasaltik yang digiling halus yang bersumber dari bahan limbah dari operasi penambangan regional (Specialty Granules, Ione, CA). Ringkasan sifat amandemen tanah yang relevan, kimia, total kandungan C dan N, dan mineralogi disediakan dalam Tabel S1-S3 dalam Informasi Pendukung S1 . Amandemen kompos berasal dari campuran puing-puing halaman organik (potongan taman dan serpihan kayu) dan kotoran sapi, ayam, dan kuda dan diproduksi secara komersial di Fasilitas Kompos West Marin (Nicasio, California) dengan pematangan di tumpukan air dengan aerasi mingguan selama sekitar 3 bulan (Vergara & Silver, 2019 ). Amandemen biochar dibeli secara komersial (Rogue Biochar, Oregon Biochar Solutions, White City, OR) dan dibuat dengan bahan baku biomassa kayu cemara Douglas dan pinus yang bersumber dari penebangan lokal dan residu pabrik. Amandemen kompos dan biochar diterapkan satu kali selama penelitian mengikuti praktik peternak yang umum di wilayah tersebut, dan GR diterapkan setiap tahun pada tahun 2019, 2020, dan 2021 (Tabel 1 ). Kami mencatat bahwa tidak ada data skala lapangan yang tersedia untuk amandemen GR pada lahan penggembalaan, jadi kami mengadopsi praktik terbaik yang disarankan untuk aplikasi lahan pertanian (Andrews & Taylor, 2019 ; Larkin et al., 2022 ) . Semua amandemen diterapkan sebelum hujan pertama di musim gugur sebelum dimulainya musim tanam.
2.3 Analisis Biomassa Tanah dan Atas Tanah
Sampel tanah dikumpulkan sebelum aplikasi amandemen dan setiap tahun pada akhir setiap tiga musim tanam. Tanah dikumpulkan dari lima lokasi acak di setiap plot menggunakan bor tangan (diameter 6 cm). Tanah dikumpulkan dari kedalaman 0 hingga 10, 10–20, dan 20–30 cm. Sampel dikeringkan dengan udara, diayak hingga <2 mm, akar yang terlihat dibuang, dan subsampel digiling menjadi bubuk halus. Sampel kemudian dianalisis dalam duplikat untuk total C dan N pada penganalisa unsur (CE Elantech, Inc., Lakewood, New Jersey). Untuk mengukur perubahan C anorganik tanah, sampel tanah yang dikeringkan dengan udara dianalisis pada kubus soliTOC (Elementar, Ronkonkoma, NY) menggunakan metode peningkatan suhu DIN 19539 yang dapat menghitung secara terpisah total C organik, residu C organik, dan total C anorganik (TIC).
Subsampel dianalisis untuk pH tanah, kelembaban tanah gravimetrik, dan diekstraksi dengan kalium klorida (KCl) untuk mengukur jumlah N anorganik dalam waktu 24 jam setelah pengambilan sampel. pH tanah ditentukan dengan mengocok larutan tanah dan air 1:1 (5 g tanah dengan 5 ml air deionisasi) selama 1 menit kemudian mengukur pH larutan setelah 10 menit (McLean, 1982 ). Kelembaban tanah ditentukan secara gravimetrik dengan menimbang tanah segar, mengeringkannya dalam oven selama 24 jam pada suhu 105°C, menimbang kembali tanah kering, dan menghitung selisihnya sebagai persentase kelembaban tanah.
Nitrat (NO 3 − ) ditambah nitrit (NO 2 − ) dan amonium (NH 4 + ) diukur setelah ekstraksi 15 g tanah segar dari lapangan dalam 75 ml larutan KCl 2 M. Ekstrak KCl tanah disimpan pada suhu -20°C hingga dianalisis secara kolorimetri menggunakan penganalisa diskret (Model AQ300, Seal Instruments, Mequon, WI). Kepadatan massal diambil sampelnya pada 0–10, 10–20, dan 20–30 cm di setiap plot sebelum aplikasi amandemen dan setelah tiga musim tanam menggunakan inti kepadatan massal berdiameter 6,35 cm (Tabel S9 dalam Informasi Pendukung S1 ). Subsampel dikeringkan pada suhu 105°C hingga beratnya konstan. Kepadatan massal dihitung sebagai volume kering bebas batu dari total inti tanah.
Vegetasi di atas permukaan tanah diambil sampelnya pada saat puncak tanaman berdiri untuk produksi biomassa di akhir setiap musim tanam ( n = 9 sampel ulangan per plot). Di padang rumput tahunan, puncak tanaman berdiri umumnya dianggap sebagai indeks produktivitas primer bersih di atas permukaan tanah (Chiariello, 1989 ). Jaringan tanaman hidup di atas permukaan tanah dipotong dari cincin berdiameter 20 cm yang ditempatkan secara acak dan dikumpulkan ke dalam kantong kertas yang telah dikeringkan dan ditimbang sebelumnya. Sampel dikeringkan pada suhu 65°C dan kemudian ditimbang untuk biomassa. Kandungan C biomassa di atas permukaan tanah diasumsikan sebesar 50% dari massa kering oven.
2.4 Analisis Air Pori Tanah
Pada musim gugur 2021, lisimeter tanah (Soil Water Sampler, Soil Moisture Corp., Santa Barbara, CA) dipasang pada kedalaman 30 cm untuk mengambil sampel air pori tanah setelah hujan. Pengambilan sampel lisimeter dicoba sekitar 24 jam setelah setiap hujan, tetapi pengambilan sampel tidak selalu memungkinkan karena volume zat terlarut yang rendah. Pengambilan sampel dilakukan dari November 2021 setelah hujan pertama hingga Januari 2022 hingga pengambilan tidak memungkinkan karena penurunan kadar air tanah. Setelah pengambilan sampel, karbon organik terlarut (DOC) dan DIC dianalisis dengan metode penyerapan inframerah nondispersif oksidasi pembakaran pada penganalisis total C terlarut (varioTOC, Elementar, Hanau, Jerman), dengan DIC dihitung sebagai perbedaan antara sampel yang diasamkan dan tidak diasamkan. Pengasaman sampel hingga pH < 2 dilakukan dengan menambahkan sedikit asam klorida murni (Tisserand et al., 2024 ). Untuk mengukur metrik lain dari pelapukan silikat, sub-sampel lisimeter tanah juga dianalisis untuk kalsium (Ca), magnesium (Mg), dan natrium (Na) sebanyak tiga kali melalui spektroskopi emisi optik plasma yang digabungkan secara induktif (ICP-OES; Model Optima 5.300 DV, Perkin Elmer, Waltham, MA).
2.5 Pengukuran Fluks Tanah dan Gas Rumah Kaca Secara Otomatis
Fluks permukaan N 2 O, CH 4 , dan CO 2 diukur terus menerus selama tiga musim tanam lengkap (Oktober hingga Juni) dari 2019 hingga 2022 menggunakan sistem ruang otomatis. Sistem ini terdiri dari sembilan ruang fluks gas otomatis buram (eosAC, Eosense, Nova Scotia, Kanada) yang disalurkan ke multiplexer (eosMX, Eosense, Nova Scotia, Kanada). Setiap ruang ditempatkan secara acak dalam plot replikasi 10 × 10 m, dan tanaman dimasukkan ke dalam kerah tanah dan hanya dipangkas untuk memastikan penutupan ruang sepenuhnya. Multiplexer memungkinkan penyebaran ruang dengan sinyal dinamis dan mengarahkan gas ke spektrometer cincin-bawah rongga (Model G2508, Picarro Inc., Santa Clara, CA, AS). Ruang diukur secara berurutan kira-kira setiap 2 jam, dengan periode pengambilan sampel 10 menit dengan periode pembilasan 1,5 menit sebelum dan sesudah setiap pengukuran. Volume ruang digunakan untuk menghitung fluks terdeteksi minimum sebesar 0,004 nmol N 2 O m −2 s −1 , 0,02 nmol CO 2 m −2 s −1 , dan 0,004 nmol CH 4 m −2 s −1 (Nickerson, 2016 ).
Perhitungan dan analisis fluks pertama kali dilakukan menggunakan perangkat lunak Eosense eosAnalyze-AC v . 3.7.7; penilaian dan kontrol kualitas data dilakukan di R (RStudio, v.1.1.4633). Fluks dihapus dari kumpulan data akhir jika dikaitkan dengan pembacaan suhu atau tekanan rongga spektrometer yang salah atau jika ada konsentrasi gas yang negatif, yang berhubungan dengan kegagalan fungsi instrumen. Fluks juga dihapus jika periode penyebaran ruang kurang dari 9 menit atau lebih dari 11 menit, yang menunjukkan kegagalan fungsi ruang. Fluks linear dan eksponensial yang dihitung dibandingkan menggunakan estimasi ketidakpastian untuk memperkirakan rasio, dan dalam kasus di mana model linear dan eksponensial menghasilkan ketidakpastian yang tinggi, fluks individual dihilangkan dari kumpulan data. Penyaringan data menghapus 8,7% periode pengukuran fluks, menghasilkan kumpulan data akhir dari 47.762 pengukuran fluks simultan CO 2 , N 2 O, dan CH 4 . Nilai fluks rata-rata harian di berbagai tahun dan perlakuan disajikan pada Gambar S1 di Informasi Pendukung S1 . Untuk mengonversi pengukuran fluks ke CO 2 e, kami menggunakan nilai GWP 100 tahun IPCC AR5 sebesar 28 CO 2 e untuk CH 4 dan 298 CO 2 e untuk N 2 O (Myhre et al., 2013 ).
2.6 Estimasi Tingkat Pelapukan dan Manfaat Bersih Ekosistem C
Produksi bikarbonat melalui pelapukan mineral basal yang ditingkatkan sebagian besar bergantung pada konsentrasi Ca 2+ dan Mg 2+ . Sebagai perkiraan konservatif untuk memperhitungkan potensi produksi CO 2 melalui presipitasi karbonat (CaCO 3 , MgCO 3 ), kami berasumsi 1 mol CO 2 diubah menjadi bikarbonat (HCO 3 − ) per Ca 2+ dan Mg 2+ yang diproduksi melalui pelapukan (Beerling et al., 2018 ). Material metabasaltik yang mengalami pelapukan dalam penelitian ini diaplikasikan setiap tahun selama 3 tahun dengan laju 37,8 Mg ha −1 thn −1 dan mengandung 4,25%–6,46% Ca dan 1,02%–4,14% Mg berdasarkan massa (Tabel S2 dalam Informasi Pendukung S1 ). Selama periode studi, curah hujan tahunan di lokasi ini bervariasi dari 266,7 hingga 548,2 mm tahun −1 (1 mm setara dengan 10.000 L ha −1 ), dengan 266,7 mm tahun −1 curah hujan selama periode pengamatan lysimeter (Sistem Informasi Manajemen Irigasi California, 2023 ). Untuk menghitung laju bersih pelapukan yang ditingkatkan, semua curah hujan diasumsikan menjadi air tanah dengan konsentrasi DIC yang serupa dengan pengamatan lysimeter kami. Karena pendekatan ini kemungkinan melebih-lebihkan pergerakan zat terlarut melalui tanah, nilai-nilai tersebut harus diperlakukan dengan kehati-hatian yang tepat. Kami menggunakan nilai 2021–2022 sebagai perkiraan laju pelapukan selama dua musim tanam lainnya; karena 2021–2022 adalah tahun curah hujan terendah dalam studi ini, ini harus dianggap sebagai perkiraan yang konservatif.
Kami memperkirakan manfaat ekosistem C bersih dari setiap perlakuan setelah tiga musim tanam. Hal ini dilakukan dengan menggabungkan perubahan tahunan dalam biomassa di atas tanah, perubahan bersih dalam stok C tanah dari garis dasar awal, perkiraan tingkat pelapukan tahunan yang ditingkatkan, dan perubahan yang diukur atau diperkirakan dalam fluks N 2 O dan CH 4 tahunan dalam CO 2 e dari pengukuran fluks perlakuan kompos dan GR individual. Perubahan stok C tanah dalam blok dihitung sebagai perbedaan stok C tanah pada setiap kedalaman (0–10, 10–20, dan 20–30 cm) dari sebelum aplikasi perlakuan pada Musim Gugur 2019 dan akhir musim tanam ketiga pada Musim Semi 2022 dan dikonversi ke nilai CO 2 e. Sebagai perkiraan pertama dari perubahan fluks N 2 O dan CH 4 untuk perlakuan gabungan, kami menghitung perbedaan yang dijumlahkan dari perlakuan kompos dan/atau GR saja relatif terhadap kontrol. Penting untuk menyadari bahwa nilai-nilai ini mungkin tidak menangkap efek sinergis dari amandemen gabungan dan digunakan di sini untuk menangkap kemungkinan dampak skala orde-magnitudo. Emisi yang terkait dengan produksi, transportasi, dan aplikasi amandemen tidak disertakan, sehingga nilai yang dilaporkan harus dianggap sebagai estimasi manfaat karbon bersih dari dalam batas-batas ekosistem.
2.7 Perhitungan dan Analisis Statistik
Semua analisis statistik, kecuali untuk model efek campuran linear, dilakukan dengan menggunakan JMP Pro 15 (SAS Institute Inc., Cary, NC). Perbedaan dalam perlakuan, tahun, total C, dan stok C tanah anorganik, biomassa di atas tanah, karakteristik tanah (kelembapan tanah, pH tanah, mineral N), konsentrasi kation lysimeter, dan fluks CO 2 , CH 4 , dan N 2 O tahunan dianalisis dengan ANOVA dua arah diikuti oleh uji Tukey post-hoc untuk memperhitungkan variabilitas di seluruh blok perlakuan dan mengidentifikasi perbedaan di seluruh perlakuan dalam setiap tahun perlakuan. Model efek campuran linear dilakukan di R (Bates et al., 2015 ) untuk lebih jauh mengeksplorasi efek perlakuan individual dan gabungan pada stok C tanah total dan organik di seluruh tahun lokasi. Gambar dibuat menggunakan ggplot2 di R (Wickham, 2009 ). Nilai yang dilaporkan dalam teks adalah rata-rata ± kesalahan standar kecuali dinyatakan lain.
3 Hasil
3.1 Efek Amandemen terhadap Stok Karbon Organik Tanah
Kandungan C organik tanah di plot GR saja menurun selama studi 3 tahun (−3,2 ± 2,6 Mg C ha −1 thn −1 ), tetapi penurunan tersebut lebih kecil daripada yang diamati di kontrol (Tabel 2 ). Kandungan C organik tanah di plot kontrol juga menurun pada laju −2,8 ± 3,0 Mg C ha −1 thn −1 sehingga total kehilangannya adalah −8,3 ± 3,0 Mg C ha −1 setelah tiga musim tanam, yang secara signifikan lebih tinggi daripada laju kehilangan C dari perlakuan GR saja (Gambar 1 , p < 0,01). Semua perlakuan dengan penambahan kompos (CP, GR + CP, GR + CP + BC) secara signifikan meningkatkan total (0–30 cm) stok organik C tanah (2,0–15,3 Mg C ha −1 ) relatif terhadap kontrol (Gambar S1, S2 dalam Informasi Pendukung S1 , 0–10 cm: p < 0,001, 10–20 dan 20–30 cm: p < 0,05). Hanya perlakuan GR + CP + BC yang meningkatkan stok organik C tanah (15,3 Mg C ha −1 ) lebih besar daripada total C yang ditambahkan langsung sebagai amandemen organik (kompos: 9,2 Mg C ha −1 dan biochar: 3,3 Mg C ha −1 , total: 12,5 Mg C ha −1 ). C tanah meningkat terutama pada kedalaman 0–10 cm kecuali untuk perlakuan CP saja di mana peningkatan signifikan sebagian besar terjadi pada 10–20 cm (Gambar S2 dalam Informasi Pendukung S1 , Tabel S4 dalam Informasi Pendukung S1 ). Perlakuan gabungan GR + CP + BC memiliki peningkatan tertinggi yang diamati pada stok C organik tanah dalam profil 30 cm (15,3 ± 4,8 Mg C ha −1 ) relatif terhadap semua perlakuan lain pada akhir musim tanam ketiga (Gambar 1 , bawah, Tabel S4 dalam Informasi Pendukung S1 , p < 0,01). Stok C organik tanah dalam kontrol dan perlakuan GR saja menurun pada 0–10 dan 10–20 cm setelah tiga tahun perlakuan, dengan perlakuan GR saja mengandung stok C tanah yang sedikit lebih tinggi pada 20–30 cm (Gambar S2 dalam Informasi Pendukung S1 , kiri bawah). Perbedaan stok C organik tanah di seluruh plot dan dari waktu ke waktu terutama disebabkan oleh perubahan konsentrasi C tanah karena kerapatan massal tidak bervariasi secara signifikan dari waktu ke waktu (Tabel S4, S9 dalam Informasi Pendukung S1 ).
Tabel 2. Jumlah Rata-rata Perubahan Tahunan Karbon Biomassa di Atas Tanah (Mg C Ha −1 ) menurut Perlakuan Relatif terhadap Kontrol Selama Masing-masing dari Tiga Musim Tanam, Perubahan Bersih Cadangan Karbon Tanah (Mg C Ha −1 ) Relatif terhadap Kontrol di Akhir Musim Tanam Ketiga, Jumlah Total Konsumsi Karbon Dioksida (CO 2 ) oleh Pelapukan yang Ditingkatkan (Mg CO 2 Ha −1 ) Setelah Tiga Musim Tanam, Reduksi Gas Rumah Kaca (GRK) (Mg CO 2 e ha −1 , Jumlah Perubahan Tahunan dalam Fluks Metana (CH 4 ) dan Nitrous Oxide Relatif terhadap Kontrol), Perubahan CO 2 e Dari Garis Dasar (Mg CO 2 e ha −1 , Jumlah Perubahan per Perlakuan Sejak Sebelum Penambahan Amandemen), dan Manfaat Ekosistem Bersih Relatif terhadap Kontrol (Mg CO 2 e ha −1 ) menurut Perlakuan (CT: Kontrol, CP: Kompos, GR: Batuan Giling, GR + CP: Kompos dan Batuan Giling, GR + CP + BC: Kompos, Batuan Giling, dan Biochar) Setelah Tiga Musim Tanam
| Perlakuan | Perubahan biomassa C (Mg C ha −1 ) | Perubahan C tanah (Mg C ha −1 ) | Perkiraan pelapukan (Mg CO 2 ha −1 ) | Perubahan emisi GRK (Mg CO 2 e ha −1 ) | Perubahan CO 2 e dari nilai dasar (Mg CO 2 e ha −1 ) | Manfaat bersih ekosistem (Mg CO 2 e ha −1 ) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| CT | – | -8,3 ± 3,0 | 0,21 ± 0,01 | – | +30,3 ± 11,0 | – |
| CP | 1,3 ± 0,4 | 2,0 ± 2,9 | 0,21 ± 0,01 | 0,20 ± 0,07 | -8,1 ± 10,6 | -38,4 ± 15,3 |
| GR | -1,1 ± 0,2 | -3,2 ± 2,6 | 1,02 ± 0,1 | -0,06 ± 0,01 | +13,9 ± 12,1 | -16,3 ± 16,4 |
| GR + CP | 0,8 ± 0,4 | 6,0 ± 3,0 | 1,20 ± 0,07 | 0,14 ± 0,01 | -20,2 ± 13,6 | -50,5 ± 17,5 |
| GR + CP + SM | 0,7 ± 0,3 | 15,3 ± 4,8 | 2,01 ± 0,16 | 0,14 ± 0,01 | -55,7 ± 22,4 | -86,0 ± 24,7 |
Model efek campuran linear yang menggabungkan efek perlakuan di semua tahun-situs menunjukkan bahwa perlakuan CP saja menghasilkan peningkatan terbesar dalam C organik tanah, yang berjumlah 3,0 ± 0,7 Mg C ha −1 yr −1 lebih banyak daripada kontrol ( p < 0,001). Kombinasi GR + CP + BC secara signifikan meningkatkan C organik tanah dengan rata-rata 1,1 ± 0,7 Mg C ha −1 yr −1 ( p = 0,01) selama periode pengamatan 2 tahun dari perlakuan ini. Sebaliknya, perlakuan GR saja dan GR + CP tidak secara signifikan mempengaruhi C organik tanah, dengan nilai 0,7 ± 0,7 Mg C ha −1 yr −1 ( p = 0,29) dan 0,5 ± 0,7 Mg C ha −1 yr −1 ( p = 0,50), masing-masing. Variabilitas yang tinggi dalam stok C tanah di semua perlakuan dari waktu ke waktu membuatnya sulit untuk mendeteksi tren dalam perlakuan tersebut.
3.2 Efek Amandemen pada Kumpulan C Anorganik dan Terlarut
Stok C anorganik rendah, berjumlah 0,01%–0,04% dari stok C organik tanah (Tabel S5 dalam Informasi Pendukung S1 ). Setelah tiga tahun, perlakuan gabungan GR + CP + BC menunjukkan peningkatan yang lebih besar dalam kumpulan C anorganik daripada semua perlakuan lainnya pada kedalaman 0–10 cm (Gambar S2 dalam Informasi Pendukung S1 , kanan bawah, p < 0,001). Semua perlakuan yang mengandung kompos secara signifikan meningkatkan stok C anorganik tanah pada kedalaman 10–20 cm setelah tiga musim tanam, dan stok C anorganik pada kedalaman 20–30 cm menurun pada perlakuan GR + CP dan GR + CP + BC (Gambar S2 dalam Informasi Pendukung S1 , kanan bawah, p < 0,01). Perlakuan kontrol memiliki peningkatan terbesar dalam stok C anorganik pada 0–10 cm setelah satu musim tanam ( p < 0,001) tetapi memiliki stok C anorganik yang jauh lebih rendah di semua kedalaman pada akhir musim tanam ketiga ( p < 0,01). Perlakuan GR saja secara konsisten meningkatkan stok C anorganik pada 0–10 cm di ketiga musim tanam dan secara konsisten memiliki stok C anorganik yang lebih rendah pada 20–30 cm di semua tahun (Gambar S2 dalam Informasi Pendukung S1 , panel kanan).
Perlakuan batuan dasar meningkatkan DIC dalam air pori tanah. Sampel lisimeter yang dikumpulkan setelah kejadian hujan pada tahun ketiga dari semua perlakuan yang mengandung GR (GR + CP, dan GR + CP + BC) memiliki konsentrasi DIC yang secara signifikan lebih tinggi daripada kontrol (Gambar 2 , kiri, p < 0,001). Perlakuan GR + CP + BC menunjukkan konsentrasi DIC yang secara signifikan lebih tinggi relatif terhadap perlakuan GR lainnya (hanya GR, GR + CP, Gambar 2 , kiri, p < 0,01). Perlakuan GR saja menunjukkan konsentrasi DOC yang secara signifikan lebih rendah relatif terhadap semua perlakuan lainnya, sedangkan plot GR + CP + BC gabungan memiliki konsentrasi DOC yang secara signifikan lebih tinggi relatif terhadap semua perlakuan lainnya (Gambar 2 , kanan, p < 0,01). Ketika dikelompokkan berdasarkan tanggal sampel, perlakuan GR saja secara signifikan meningkatkan Mg terlarut relatif terhadap kontrol, dan Na terlarut lebih tinggi pada perlakuan GR saja dan GR + CP relatif terhadap kontrol (Tabel S10 dalam Informasi Pendukung S1 , p < 0,03).
3.3 Dampak Amandemen terhadap Emisi Gas Rumah Kaca Tanah
Perlakuan GR saja menurunkan emisi N 2 O tahunan relatif terhadap kontrol di seluruh tiga musim tanam hingga 0,01 ± 0,002 mg N 2 O m −2 d −1 atau 11 ± 1,1 kg CO 2 e ha −1 yr −1 (rata-rata 6,5 ± 1,6 kg CO 2 e ha −1 yr −1 lebih rendah daripada kontrol selama tiga tahun, Gambar 3 , kiri, p < 0,01). Perlakuan GR saja juga meningkatkan konsumsi CH4 secara signifikan pada tahun perlakuan pertama dan kedua hingga 0,18 ± 0,004 mg CH4 m − 2 d −1 atau 18,5 ± 4,4 kg CO2e ha − 1 yr −1 (perbedaan rata-rata dari kontrol pada tahun pertama dan kedua: 13,3 ± 3,0,3 kg CO2e ha − 1 yr −1 , Gambar 3 , tengah, p < 0,001). Sebaliknya, perlakuan CP meningkatkan emisi N 2 O sebanyak 0,02 ± 0,001 hingga 0,07 ± 0,003 mg N 2 O m −2 d −1 , atau 25,0 ± 1,3 hingga 77,7 ± 4,3 kg CO 2 e ha −1 yr −1 (perbedaan rata-rata dari kontrol: 60,0 ± 5,7 kg CO 2 e ha −1 yr −1 , Gambar 3 , kiri, p < 0,001) di seluruh tiga musim tanam dan secara signifikan menurunkan serapan CH 4 pada tahun perlakuan kedua dan ketiga (perbedaan rata-rata dari kontrol: 0,23 ± 0,004 mg CH 4 m −2 d −1 atau 5,4 ± 0,3 kg CO 2 e ha −1 yr −1 , Gambar 3 , tengah, p < 0,001). Pada musim tanam kedua dan ketiga, fluks CO2 tanah secara signifikan lebih tinggi (1,88 ± 0,02 g CO2 m −2 d −1 hingga atau 2,64 ± 0,02 g CO2 m −2 d −1 atau 20,0 ± 0,1 hingga 21,81 ± 0,1 Mg CO2 ha −1 thn −1 ) pada perlakuan CP relatif terhadap kontrol (13,2 ± 0,1 hingga 16,4 ± 0,1 Mg CO2 ha −1 thn −1 ) dan GR (14,5 ± 0,1 hingga 17,2 ± 0,1 Mg CO2 ha −1 thn −1 ) ( Gambar 3). Perlakuan GR juga memiliki fluks CO2 tanah yang jauh lebih besar dibandingkan dengan kontrol (Gambar 3 , kanan, p < 0,001).
3.4 Dampak Amandemen terhadap Biomassa di Atas Tanah
Semua perlakuan yang mengandung amandemen kompos memiliki biomassa di atas tanah yang secara signifikan lebih banyak relatif terhadap kontrol dan perlakuan GR saja sepanjang tahun pertama dan kedua (Tabel S6 dalam Informasi Pendukung S1 , p < 0,05). Biomassa di atas tanah dalam semua perlakuan GR tidak berbeda secara signifikan dibandingkan perlakuan kontrol pada tahun pertama dan kedua, dan semua perlakuan dengan amandemen GR lebih rendah daripada perlakuan kontrol dan CP saja pada akhir musim tanam ketiga (Tabel S5 dalam Informasi Pendukung S1 , p < 0,05). Perlakuan dengan gabungan GR dan amandemen organik memiliki biomassa di atas tanah yang secara signifikan lebih tinggi daripada perlakuan GR saja pada tahun perlakuan pertama (GR + CP) dan kedua (GR + CP dan GR + CP + BC) (Tabel S6 dalam Informasi Pendukung S1 , p < 0,05).
3.5 Efek Amandemen pada pH Tanah dan Cadangan N
pH tanah bervariasi dari 5,81 ± 0,06 pada kontrol selama tahun perlakuan ketiga hingga 7,09 ± 0,19 pada GR + CP + BC pada akhir tahun perlakuan kedua (Tabel S6 pada Informasi Pendukung S1 ). Perlakuan GR secara signifikan meningkatkan pH relatif terhadap kontrol dan perlakuan CP saja pada tahun 1 (Tabel S6 pada Informasi Pendukung S1 p < 0,05). Setelah musim tanam kedua, perlakuan gabungan GR + CP + BC memiliki pH yang secara signifikan lebih tinggi daripada semua perlakuan lainnya, menggeser pH lebih dari 0,5 satuan dari kontrol (Tabel S6 pada Informasi Pendukung S1 , p < 0,05). Pada musim tanam terakhir, semua perlakuan dengan amandemen memiliki pH yang secara signifikan lebih tinggi (0,14–0,22 satuan) daripada perlakuan kontrol pada 0–10 cm (Tabel S7 pada Informasi Pendukung S1 , p < 0,01). Semua perlakuan, kecuali perlakuan gabungan GR + CP + BC, menunjukkan pH tanah yang secara signifikan lebih tinggi dibandingkan dengan perlakuan kontrol pada kedalaman 10–20 cm (Tabel S7 dalam Informasi Pendukung S1 , p < 0,01).
Secara keseluruhan, konsentrasi mineral N rendah di tanah permukaan (selalu <5,4 μg N g −1 tanah) dan rata-rata 2,59 ± 0,44 μg NO 3 − -N g −1 tanah dan 2,26 ± 0,25 μg NH 4 + -N g −1 tanah (Tabel S6-S7 dalam Informasi Pendukung S1 ). Amandemen tidak secara konsisten mengubah ketersediaan mineral N dari waktu ke waktu relatif terhadap kontrol di tanah ini, meskipun ada beberapa perbedaan sementara. Konsentrasi NO 3 − tanah pada 0–10 cm secara signifikan lebih tinggi dalam perlakuan CP saja relatif terhadap semua perlakuan lain pada akhir musim tanam pertama (Tabel S6 dalam Informasi Pendukung S1 , p < 0,01). Pada tahun kedua, konsentrasi NO 3 − tanah secara signifikan lebih tinggi di semua perlakuan ( p < 0,05) daripada musim tanam lainnya tetapi tidak berbeda di antara perlakuan. Selama musim tanam ketiga konsentrasi NO 3 − lebih rendah relatif terhadap tahun-tahun lainnya (Tabel S6 dalam Informasi Pendukung S1 , p < 0,05). Pada akhir musim tanam ketiga konsentrasi NO 3 − pada 0–10 cm secara signifikan lebih rendah dalam perlakuan GR saja relatif terhadap perlakuan GR + CP + BC (Tabel S7 dalam Informasi Pendukung S1 , p < 0,05). Tidak ada perbedaan yang signifikan secara statistik dalam konsentrasi NO 3 − antara perlakuan apa pun dan kontrol pada 10–20 atau 20–30 cm pada akhir musim tanam ketiga.
Tidak ada perbedaan dalam konsentrasi NH4+ tanah pada kedalaman 0–10 cm di akhir musim tanam pertama (Tabel S6 dalam Informasi Pendukung S1 ). Pada tahun kedua, konsentrasi NH4 + secara signifikan lebih tinggi pada perlakuan CP saja dibandingkan dengan semua perlakuan lain kecuali kontrol (Tabel S6 dalam Informasi Pendukung S1 , p <0,05). Setelah tiga musim tanam, gabungan GR + CP + BC memiliki konsentrasi NH4+ secara signifikan lebih besar dibandingkan dengan perlakuan GR saja ( p <0,05 ) tetapi tidak berbeda secara signifikan dari perlakuan lain atau kontrol (Tabel S7 dalam Informasi Pendukung S1 ). Mirip dengan NO3− , pada akhir musim tanam ketiga konsentrasi NH4 + pada 0–10 cm secara signifikan lebih rendah pada perlakuan GR dibandingkan dengan perlakuan GR + CP + BC (Tabel S7 dalam Informasi Pendukung S1 , p <0,05). Setelah tiga musim tanam, perlakuan CP saja memiliki konsentrasi NH 4 + yang secara signifikan lebih rendah dibandingkan dengan kontrol pada kedalaman 10–20 cm (Tabel S7 dalam Informasi Pendukung S1 , p < 0,05), tanpa ada perbedaan antar perlakuan pada kedalaman 20–30 cm (Tabel S7 dalam Informasi Pendukung S1 ).
3.6 Estimasi Produksi C Anorganik Terlarut Secara Teoritis dan Observasi
Material metabasaltik yang telah mengalami pelapukan dalam penelitian ini diaplikasikan setiap tahun selama 3 tahun dengan laju 37,8 Mg ha −1 thn −1 dan mengandung 4,25%–6,46% Ca dan 1,02%–4,14% Mg berdasarkan massa (Tabel S2 dalam Informasi Pendukung S1 ). Jika mengalami pelapukan sepenuhnya, ini setara dengan laju penyerapan CO 2 sebesar 2,47 Mg CO 2 ha −1 thn −1 atau total 7,42 Mg CO 2 ha −1 setelah tiga kali aplikasi. Secara komparatif, hal ini setara dengan 13,2% peningkatan terbesar dalam stok C tanah organik yang diamati (15,3 Mg C ha −1 = 56,1 Mg CO 2 ha −1 ) dalam perlakuan gabungan GR + CP + BC dan secara kasar setara (101,1%) dengan perubahan relatif dalam stok C organik dalam perlakuan GR saja (2,0 Mg C ha −1 = 7,34 Mg CO 2 ha −1 ).
Jumlah tahunan penghapusan CO 2 kemungkinan kurang dari maksimum teoritis ini. Curah hujan tahunan adalah 266,7 mm tahun −1 (Sistem Informasi Manajemen Irigasi California, 2023 ), dan 1 mm curah hujan setara dengan 10.000 L ha −1 selama periode pengukuran lysimeter. Dengan asumsi semua curah hujan menjadi air tanah (kemungkinan perkiraan yang berlebihan) dengan konsentrasi DIC yang serupa dengan pengamatan lysimeter kami (Tabel S8 dalam Informasi Pendukung S1 ), perkiraan laju produksi DIC meningkat sebesar 0,27 ± 0,06, 0,33 ± 0,04, dan 0,60 ± 0,09 Mg CO 2 ha −1 tahun −1 untuk perlakuan GR, GR + CP, dan GR + CP + BC, masing-masing (Tabel S8 dalam Informasi Pendukung S1 ). Ini akan menghasilkan total penghapusan CO 2 dari produksi DIC selama 3 tahun sebesar 0,81 ± 0,18, 0,99 ± 0,12, dan 1,8 ± 0,27 Mg CO 2 ha −1 untuk perlakuan GR, GR + CP, dan gabungan GR + CP + BC. Ini setara dengan 11%–24% dari estimasi potensi pelapukan maksimum di atas.
3.7 Estimasi CO2 Bersih Ekosistem Manfaat Amandemen Tunggal dan Gabungan
Perlakuan gabungan GR + CP + BC memiliki potensi manfaat ekosistem bersih CO 2 e terbesar setelah tiga musim tanam (Tabel 2 , p < 0,01). Perlakuan kontrol dan GR saja kehilangan C tanah yang setara sebesar 30,3 ± 11,0 Mg CO 2 e ha −1 (−8,3 ± 3,0 Mg C ha −1 ) dan 13,9 ± 12,1 Mg CO 2 e ha −1 (−3,2 ± 2,6 Mg C ha −1 ), masing-masing, setelah tiga musim tanam (Tabel 2 ). Namun, semua perlakuan amandemen tanah menunjukkan manfaat ekosistem bersih C positif yang signifikan (pengurangan bersih CO 2 e) relatif terhadap kontrol (Tabel 2 , p < 0,01). Perubahan emisi N 2 O dan CH 4 dari perlakuan GR saja dan CP saja digunakan untuk memberikan perkiraan awal fluks gas rumah kaca dari perlakuan gabungan GR + CP dan GR + CP + BC. Meskipun kami menyadari bahwa fluks gas rumah kaca ini mungkin tidak bersifat aditif, perlu dicatat bahwa ketidakpastian dalam kumpulan C organik saja lebih besar daripada dampak emisi gas rumah kaca pada CO 2 e bersih dalam semua perlakuan.
Menggabungkan amandemen organik dan anorganik meningkatkan manfaat bersih ekosistem CO 2 e sebesar 34,2 ± 17,0 untuk GR + CP dan 69,7 ± 20,1 Mg CO 2 e ha −1 untuk GR + CP + BC relatif terhadap perlakuan GR saja (Tabel 2 ). Amandemen gabungan juga menunjukkan variabilitas yang lebih sedikit daripada GR saja. Sementara manfaat ekosistem bersih dari amandemen organik satu kali cenderung menurun seiring waktu, bahkan pengurangan 50% dalam C tanah yang diserap (17,1 Mg CO 2 e ha −1 untuk GR + CP dan 16,7 Mg CO 2 e ha −1 ) dari perlakuan kompos akan tetap menghasilkan perolehan C bersih yang lebih besar daripada potensi maksimum CO 2 yang diserap (7,4 Mg CO 2 ha −1 ) dari pelapukan lengkap dari tiga aplikasi GR tahunan.
Emisi yang terkait dengan produksi, transportasi, dan aplikasi amandemen tidak disertakan, meskipun proses ini biasanya melibatkan penggunaan bahan bakar fosil dan konsumsi energi, yang berkontribusi terhadap jejak karbon keseluruhan dari aplikasi amandemen. Namun, penting untuk dicatat bahwa ada upaya berkelanjutan dan strategi potensial untuk meminimalkan emisi siklus hidup ini yang berada di luar cakupan studi ini. Oleh karena itu, nilai yang dilaporkan harus dianggap sebagai estimasi manfaat karbon bersih dari dalam batas ekosistem.
3.8 Potensi Mitigasi Iklim Regional
Kami melakukan latihan peningkatan skala sederhana untuk mengukur potensi mitigasi iklim dari area padang rumput yang dapat diubah dengan bahan-bahan yang tersedia pada tahun 2050 di California (Di Vittorio et al., 2024 ). Ini berjumlah sekitar 1,8 juta ha, setara dengan 50% dari padang rumput milik pribadi California dan 8% dari keseluruhan area padang rumput California (Forest and Rangeland Resources Assessment Program, 1988 ). Berdasarkan hasil dari studi ini, tiga aplikasi GR saja per tahun di 1,8 juta ha padang rumput California akan menghasilkan manfaat bersih CO 2 e (pengurangan atau pembalikan hilangnya C tanah bersamaan dengan penyerapan C anorganik dan pengurangan N 2 O dan CH 4 ) sebesar −9,8 ± 9,9 Mt CO 2 e y −1 dengan ketidakpastian yang cukup besar. Penambahan kompos organik satu kali (GR + CP) atau aplikasi kompos organik dan biochar satu kali (GR + CP + BC) bersamaan dengan amandemen anorganik akan meningkatkannya menjadi -30,4 ± 10,5 Mt CO 2 e y -1 dan -51,7 ± 14,9 Mt CO 2 e y -1 , masing-masing. Selama 3 tahun, manfaat bersih dari amandemen gabungan akan menjadi -91,2 ± 31,2 (GR + CP) hingga -155,1 ± 44,6 (GR + CP + BC) Mt CO 2 e. Bahkan dengan asumsi 50% manfaat dari penambahan amandemen organik tunggal (CP atau CP + BC) hilang seiring waktu, hal ini masih merupakan manfaat iklim bersih sebesar −45,5 Mt CO 2 e dan −77,6 Mt CO 2 e dari penambahan kompos atau kompos ditambah biochar ke amandemen GR, masing-masing.
4 Diskusi
4.1 Dampak Batuan Dasar terhadap Kolam dan Fluks Ekosistem C
Penerapan amandemen GR untuk merangsang pelapukan yang ditingkatkan mendapatkan momentum sebagai teknologi penghilangan CO 2 yang potensial di lahan kerja (Almaraz et al., 2022 ; Calabrese et al., 2022 ; Kantola et al., 2017 , 2023 ). Namun, sedikit studi lapangan tentang teknologi ini yang ada dan kami tidak mengetahui studi skala lapangan lain yang dilakukan di padang rumput. Padang rumput merupakan opsi potensial yang penting untuk proyek pelapukan yang ditingkatkan karena luas lahan yang besar dan kemudahan aplikasi batu karena tidak adanya tanaman baris. Dalam studi ini, kami menemukan bahwa peningkatan DIC dan peningkatan C anorganik tanah dalam perlakuan yang diamandemen GR mengonfirmasi terjadinya pelapukan mineral yang ditingkatkan. Perlakuan gabungan GR + CP + BC menunjukkan konsentrasi DIC tertinggi, yang menunjukkan perlakuan ini memiliki tingkat pelapukan tertinggi selama periode pengumpulan sampel. Dekomposisi bahan organik tanah mungkin juga berkontribusi terhadap proporsi yang signifikan dari DIC air tanah (Sveinbjörnsdóttir et al., 2020 ) dengan pelapukan batuan yang ditingkatkan (ERW) yang meningkatkan konversi CO 2 terlarut yang dihasilkan melalui respirasi tanah menjadi bikarbonat dan dengan demikian DIC yang stabil. Perlakuan gabungan GR + CP + BC mengandung konsentrasi DOC yang jauh lebih tinggi, yang menunjukkan peningkatan ketersediaan bahan organik dan dekomposisi mungkin merupakan kontributor yang signifikan terhadap peningkatan konsentrasi DIC yang diamati dalam perlakuan yang ditambahkan kompos dan biochar. Sebagai alternatif, pergeseran pH dapat memfasilitasi pembentukan dan persistensi karbonat dalam lingkungan tanah (Haque et al., 2020 ), yang sesuai dengan peningkatan TIC yang diamati dalam perlakuan gabungan GR + CP + BC. Baik biochar maupun pelapukan yang ditingkatkan dapat meningkatkan pH tanah, dan peningkatan pH tanah terbesar di semua kedalaman terjadi pada perlakuan gabungan.
Kami menghitung laju pelapukan konservatif untuk memperkirakan produksi bikarbonat tahunan menggunakan kondisi tanah dan lingkungan yang terukur. Estimasi laju pelapukan yang ditingkatkan terkait dengan amandemen GR adalah serapan bersih CO2 pada skala ekosistem. Lahan penggembalaan dalam studi ini memiliki variabilitas antartahunan yang signifikan dalam presipitasi, oleh karena itu kemungkinan jumlah penghapusan CO2 kurang dari maksimum teoritis ini pada tahun-tahun yang lebih kering. Hal ini diperkuat oleh estimasi pelapukan tahunan yang ditingkatkan dari pengukuran lisimeter kami, yang hanya 4,6%–9% dari maksimum teoritis. Pelapukan tidak sepenuhnya menghilangkan material yang diaplikasikan selama satu musim tanam atau bahkan setelah tiga musim tanam. Observasi lapangan lainnya telah mengukur laju pelapukan yang ditingkatkan yang secara signifikan lebih rendah daripada inkubasi lab (Dietzen et al., 2018 ) atau estimasi pemodelan (Calabrese et al., 2022 ). Di sini, material GR yang tidak terlapukkan diamati pada akhir musim tanam terakhir, yang selanjutnya menguatkan pelapukan batuan yang tidak lengkap. Perlu juga dicatat bahwa curah hujan tahunan selama periode pemantauan lysimeter adalah yang terkering yang pernah tercatat (Sistem Informasi Manajemen Irigasi California, 2023 ), sehingga perkiraan kami tentang peningkatan laju pelapukan dari musim tanam ini kemungkinan konservatif untuk wilayah ini.
Menentukan nasib akhir CO2 yang diserap sebagai bikarbonat melalui pelapukan mineral yang ditingkatkan itu sulit. Ada beberapa jalur potensial alternatif untuk nasib bikarbonat, beberapa di antaranya mungkin tidak menghasilkan penyerapan CO2 yang efektif . Misalnya, bikarbonat yang disimpan dalam air tanah dapat dikembalikan ke atmosfer jika air tanah ini digunakan untuk irigasi (Macpherson, 2009 ). Bikarbonat juga dapat hilang dari larutan melalui pergeseran spesiasi menjadi CO2 melalui penurunan pH tanah dan/atau air tanah atau penurunan kelarutan melalui peningkatan suhu. Potensi penyerapan tanaman baik bikarbonat atau kation terkait (Ca2 + , Mg2 + ) juga dapat memengaruhi potensi nasib bikarbonat (Bertagni & Porporato, 2022 ; Calabrese et al., 2022 ). Nasib alternatif lain dari air kaya bikarbonat juga harus dipertimbangkan dan diukur, termasuk hilangnya konektivitas aliran sungai dan/atau potensi penguapan saat menentukan penyerapan CO2 bersih dari peningkatan pelapukan mineral.
4.2 Total Cadangan Karbon Tanah dan Produktivitas Ekosistem
Peningkatan manfaat ekosistem C bersih di seluruh perlakuan sebagian besar didorong oleh perubahan stok C organik tanah. Amandemen gabungan GR + CP + BC menunjukkan peningkatan terbesar dalam total stok C tanah sebesar 15,3 ± 4,8 Mg C ha −1 di 0–30 cm teratas selama tiga tahun, yang mengonfirmasi hipotesis kami. Relatif terhadap kehilangan latar belakang dari kontrol pada tahun terakhir percobaan, perolehan C tanah dalam perlakuan dengan penambahan kompos dan biochar adalah satu-satunya perlakuan yang melebihi C yang ditambahkan langsung dari amandemen organik (12,5 Mg C ha −1 ), kemungkinan melalui peningkatan produktivitas tanaman (Mayer & Silver, 2022 ; Ryals & Silver, 2013 ). Perlakuan kontrol secara konsisten kehilangan C tanah selama percobaan, mungkin terkait dengan kondisi kekeringan yang dialami wilayah tersebut yang mencakup beberapa musim tanam selama percobaan ini (Liu et al., 2022 ), atau penurunan jangka panjang dalam C tanah setelah invasi rumput tahunan di lokasi tersebut (Chou et al., 2008 ). Karena kondisi latar belakang dikaitkan dengan hilangnya C tanah dari waktu ke waktu, peningkatan yang terukur dalam stok C tanah sebesar 2,0 ± 2,9 hingga 15,3 ± 4,8 Mg C ha −1 dalam perlakuan dengan kompos dari tahun 2019 setara dengan perubahan bersih sebesar 10,2 ± 3,1 hingga 23,6 ± 6,2 Mg C ha −1 relatif terhadap kontrol. Peningkatan C tanah dalam perlakuan CP saja agak lebih rendah daripada yang diamati dalam penelitian sebelumnya di lokasi lapangan terdekat, meskipun penelitian tersebut menambahkan dua kali lipat jumlah kompos daripada perlakuan saat ini (Ryals et al., 2014 ). Kondisi kekeringan selama percobaan ini juga kemungkinan membatasi kelembapan tanah yang menyebabkan produksi primer bersih lebih rendah daripada yang dilaporkan dalam penelitian sebelumnya di lokasi tersebut (Ryals et al., 2016 ). Namun, penambahan kompos satu kali meningkatkan produktivitas tanaman; semua perlakuan yang mengandung kompos menghasilkan biomassa di atas tanah yang lebih besar relatif terhadap kontrol pada tahun pertama dan kedua masing-masing sebesar 0,3 ± 0,1 hingga 1,1 ± 0,3 Mg C ha −1 y −1 . Peningkatan dalam produktivitas primer bersih ini kemungkinan didorong oleh perubahan struktural dan kimia pada lingkungan tanah yang mengakibatkan ketersediaan N yang berkelanjutan bahkan bertahun-tahun setelah aplikasi amandemen (Brinton, 1985 ; Kutos et al., 2023 ; Ryals et al., 2016 ; Ryals & Silver, 2013 ; Shiralipour et al., 1992 ). Baik produksi kompos maupun biochar mengalihkan bahan dari aliran limbah organik di mana sebagian besar C yang berasal dari fotosintesis ini akan dilepaskan kembali ke atmosfer sebagai CO 2 atau CH 4 (DeLonge et al., 2013 ; Pérez et al., 2023 ; Vergara & Silver, 2019 ). Oleh karena itu, setiap peningkatan relatif stok C tanah di petak perlakuan merupakan serapan C bersih dari atmosfer. Produksi CO2 tanah yang dihasilkan langsung dari penguraian kompos atau biochar berasal dari C yang baru saja difiksasi dan oleh karena itu secara umum tidak dianggap sebagai sumber emisi tambahan.
Bahasa Indonesia: Setelah tiga tahun perlakuan, biomassa di atas tanah secara signifikan lebih rendah daripada kontrol dalam semua perlakuan yang mengandung amandemen GR. Ini berbeda dengan sistem lahan pertanian yang telah mengamati peningkatan biomassa di atas tanah setelah aplikasi GR (Kantola et al., 2023 ; Skov et al., 2024 ). Aplikasi batu tanah dalam percobaan ini diterapkan setiap tahun ke permukaan tanah; karena padang rumput jarang diolah, amandemen batu tidak dimasukkan ke dalam tanah seperti yang sering terjadi pada sistem pertanian lainnya (Dietzen et al., 2018 ; Kelland et al., 2020 ). Kehadiran GR yang terakumulasi di permukaan tanah, atau gangguan tutupan serasah setelah aplikasi dapat mengurangi kepadatan bibit dan kemunculan rumput tahunan (Vanderburg et al., 2020 ). Biochar dapat memiliki efek positif dan negatif pada tingkat perkecambahan benih (Duan et al., 2024 ). Kurangnya respons biomassa di atas tanah dari perlakuan dengan biochar tidak terduga karena biochar dianggap meningkatkan ketersediaan nutrisi, meskipun kurangnya respons pertumbuhan di padang rumput telah diamati di tempat lain (Reed et al., 2017 ). Efek aditif dari penambahan nutrisi dan bahan organik melalui amandemen kompos dan biochar (Joseph et al., 2021 ; Kutos et al., 2023 ) meningkatkan laju pelapukan dari gabungan amandemen kompos dan GR (Di Vittorio et al., 2024 ), kemungkinan perubahan dalam alokasi di bawah tanah, dan/atau penyangga pH dari GR dan biochar (Shi et al., 2017 ) kemungkinan menjelaskan mengapa peningkatan terbesar dalam biomassa di atas tanah diamati dalam perlakuan gabungan GR + CP + BC.
4.3 Efek Amandemen terhadap Emisi Gas Rumah Kaca Tanah
Salah satu potensi manfaat bersama dari amandemen GR adalah penurunan emisi N 2 O, meskipun sedikit, jika ada, penelitian telah membuat pengukuran berkelanjutan dari ketiga gas rumah kaca dalam eksperimen pelapukan yang ditingkatkan di lapangan (Kantola et al., 2023 ). Di sini, kami mengukur penurunan emisi N 2 O dan peningkatan oksidasi CH 4 atmosfer . Penurunan yang diukur dalam fluks CH 4 dan N 2 O dalam perlakuan GR setara dengan −20 ± 7 kg CO 2 e ha −1 yr −1 . Perlakuan GR saja memiliki fluks N 2 O 30% lebih rendah relatif terhadap kontrol. Jika efek serupa terjadi pada perlakuan gabungan GR + CP dan GR + CP + BC, ini dapat mengimbangi sebagian besar peningkatan emisi N 2 O yang terkait dengan perlakuan CP saja, yang berpotensi membantu mengurangi emisi gas rumah kaca yang terkait dengan amandemen kompos. Pengurangan emisi N 2 O ini kemungkinan didorong oleh pergeseran pH tanah ke arah kondisi yang lebih netral (Abalos et al., 2020 ; Kantola et al., 2017 ), atau berpotensi meningkatkan ketersediaan nutrisi, seperti tembaga yang penting untuk metabolisme metanotropik (Semrau et al., 2010 ) dan untuk aktivitas N 2 O reduktase yang dapat memfasilitasi denitrifikasi yang lebih lengkap (Chang et al., 2022 ). Peningkatan pH tanah juga kemungkinan merangsang peningkatan yang diamati dalam konsumsi CH 4 dalam perlakuan GR pada dua musim tanam pertama, karena konsumsi CH 4 yang optimal umumnya diamati pada nilai pH yang mendekati netral (Reddy et al., 2020 ). Peningkatan pH tanah dari penambahan GR mungkin juga merangsang aktivitas mikroba dengan mengurangi tekanan pH (Fuentes et al., 2006 ). Selain itu, perlakuan GR saja memiliki fluks CO2 ekosistem yang secara signifikan lebih tinggi relatif terhadap perlakuan kontrol pada tahun perlakuan kedua dan ketiga, setara dengan 0,14 ± 0,01 hingga 0,37 ± 0,01 Mg CO2 ha − 1 thn −1 . Tidak mungkin untuk memisahkan respirasi tanaman dan mikroba tanah dengan sumber abiotik dari fluks CO2 tanah yang diukur dalam penelitian ini. Namun, biomassa di atas tanah dalam perlakuan GR secara konsisten serupa dengan atau secara signifikan lebih rendah daripada kontrol, yang menunjukkan bahwa peningkatan fluks CO2 bukan berasal dari respirasi yang terkait dengan peningkatan biomassa tanaman dan mungkin sebaliknya merupakan respons stres dari respirasi tanaman atau mikroba (Crowther et al., 2015 ). CO2 tanah2 penyerapan dari reaksi pelapukan awal dapat mengonsumsi CO 2 relatif cepat, terutama dengan mineral yang digiling halus. Namun, presipitasi karbonat dapat terjadi dalam skala waktu yang lebih lama dan bergantung pada kondisi lingkungan tanah (Knapp & Tipper, 2022 ), sehingga berpotensi memisahkan penyerapan CO 2 dan potensi pelepasan CO 2 yang terkait dengan presipitasi karbonat dari waktu ke waktu. Material GR yang tidak terlapukkan juga diamati pada akhir musim tanam terakhir. Lapisan GR halus ini mungkin bertindak seperti penutup pada permukaan tanah, mirip dengan biokerak yang dapat mempertahankan kelembapan tanah dan meningkatkan terjadinya kondisi yang mendukung respirasi mikroba (Chamizo et al., 2013 ).
Gabungan penurunan oksidasi CH4 dan produksi N2O yang sedikit lebih tinggi dari perlakuan CP setara dengan 0,20 Mg CO2e ha − 1 thn −1 . Perubahan emisi N2O tanah setelah aplikasi kompos kemungkinan berasal dari masukan N organik dan mineralisasi berikutnya. Mayoritas emisi N2O dari semua perlakuan dicirikan oleh momen panas emisi jangka pendek (Anthony & Silver, 2021 ) setelah peristiwa hujan selama musim hujan ketika kelembapan tanah biasanya tinggi (Gambar S1 dalam Informasi Pendukung S1 ) yang menunjukkan denitrifikasi sebagai jalur utama produksi N2O dalam sistem ini. Perlakuan CP meningkatkan respirasi tanah tahunan sebesar 22%, kemungkinan dari kombinasi peningkatan respirasi autotrofik dari pertumbuhan tanaman yang lebih besar dan dekomposisi langsung bahan organik ini. Biomassa di atas tanah meningkat rata-rata 30% setiap tahunnya relatif terhadap kontrol di plot CP. Emisi biogenik dari dekomposisi kompos secara umum dianggap tidak memiliki efek pemanasan global bersih karena emisi CO2 dari sistem biologis dianggap berputar cepat (Christensen et al., 2009 ; Rabl et al., 2007 ; Vergara & Silver, 2019 ). Dengan menggunakan kompos sebagai amandemen tanah, C terkait kompos dapat dijauhkan dari atmosfer untuk jangka waktu yang lebih lama daripada jika bahan organik yang tidak dikomposkan dibiarkan terurai secara alami, memperlambat atau membatasi kembalinya C ini ke atmosfer sebagai CO2 dan CH4 . Peningkatan respirasi tanah yang diamati serupa dengan yang diamati sebelumnya di padang rumput yang amandemen kompos di dekatnya (Ryals & Silver, 2013 ). Konsumsi metana di plot CP secara konsisten lebih rendah daripada kontrol pada musim tanam kedua dan ketiga setelah aplikasi kompos. pH tanah secara umum lebih rendah, namun tidak konsisten, di plot CP, dan konsentrasi NH 4 + yang lebih tinggi menunjukkan bahwa peningkatan konsentrasi NH 4 + mungkin telah menghambat oksidasi CH 4 (Schnell & King, 1994 ).
4.4 Potensi Mitigasi Iklim Regional
Lahan penggembalaan secara global telah kehilangan C tanah karena pengelolaan (Sanderman et al., 2017 ). Di California, padang rumput telah kehilangan C tanah pada skala waktu multidekade, kemungkinan didorong oleh perubahan iklim dan invasi rumput tahunan non-asli pada tahun 1800-an yang menunjukkan sistem akar yang lebih dangkal dan kurang luas (Chou et al., 2008 ; Koteen et al., 2011 ). Praktik pengelolaan tanah yang memperlambat atau membalikkan hilangnya C tanah ini memberikan manfaat iklim bersih dengan mengurangi emisi dan/atau menyerap C tanah tambahan. Estimasi pemodelan terbaru dari potensi peningkatan penyerapan C anorganik terkait pelapukan untuk 8% area padang rumput California yang sama berada pada urutan 6,6 ± 4,8 Mt CO2 e y −1 (Di Vittorio et al., 2024 ). Ini kira-kira setengah dari estimasi peningkatan CO 2 e bersih kami untuk aplikasi GR saja (−16,3 ± 16,4 Mt CO 2 e y −1 ). Penambahan sumber C organik (kompos dan/atau biochar) dengan GR secara signifikan meningkatkan manfaat iklim bersih karena tingkat sekuestrasi C organik tanah yang lebih tinggi dan tingkat ERW yang diperkirakan lebih besar. Sebagian besar manfaat ini berasal dari perlambatan penurunan kehilangan C tanah organik, meskipun ada variabilitas yang signifikan dalam perubahan stok C organik dalam perlakuan GR saja. Jika diterapkan pada 50% lahan penggembalaan California yang dimiliki secara pribadi, estimasi kami menunjukkan potensi manfaat CO 2 e bersih sebesar −30,4 ± 10,5 dan −51,7 ± 14,9 Mt CO 2 e y −1 untuk penambahan kompos (GR + CP) dan kompos dan biochar (GR + CP + BC) bersama dengan amandemen GR, masing-masing. Ketika memperhitungkan CO 2 e yang terkait dengan C yang ditambahkan dari kompos dan amandemen biochar, GR + CP dan GR + CP + BC masih meningkatkan manfaat bersih CO 2 e masing-masing sebesar -7,9 dan -29,2 Mt CO 2 e selama periode 3 tahun. Hal ini menyoroti potensi mitigasi iklim aditif yang signifikan dari penerapan kombinasi amandemen organik di samping anorganik di lahan penggembalaan California.
5 Kesimpulan
Bersama-sama temuan kami menunjukkan bahwa menambahkan GR dengan kompos dan biochar sebagai amandemen campuran menghasilkan peningkatan terbesar dalam stok C tanah dan tingkat sekuestrasi C potensial dalam ekosistem padang rumput. Dengan melakukan percobaan lapangan berdampingan, multi-tahun dengan amandemen terpisah dan gabungan, kami menemukan bahwa amandemen GR sendiri tidak serta merta menghasilkan tingkat tinggi siklus C anorganik selama 3 tahun. Emisi N 2 O dan CH 4 yang lebih rendah dalam perawatan GR berpotensi memediasi peningkatan emisi gas rumah kaca dari kompos dalam amandemen campuran, meskipun total fluks CO 2 e dari N 2 O dan CH 4 adalah dua hingga tiga kali lipat lebih rendah daripada perubahan terkait dalam stok C organik. Dalam studi ini, peningkatan pelapukan terkait serapan C anorganik diperkirakan hanya mewakili maksimal 4% dari total manfaat CO 2 e ekosistem (pengurangan emisi ditambah sekuestrasi C organik). Lebih jauh, penting untuk dicatat bahwa emisi siklus hidup dari pembuatan amandemen tanah, pengangkutannya, dan penerapannya di lahan, serta emisi yang dikurangi dengan mengalihkan aliran limbah beremisi tinggi harus dipertimbangkan saat memperkirakan dampak perubahan iklim penuh dari praktik-praktik ini. Pekerjaan di masa mendatang tentang dinamika skala molekuler dari amandemen organik dan anorganik campuran, serta dampaknya pada komunitas mikroba akan membantu menentukan interaksi spesifik dari amandemen ini di tanah.
