Możliwości zwiększenia sekwestracji CO2 poprzez uprawę międzyplonów. Cykl: “Nauki Rolnicze XXI wieku”

Polska, realizując cele polityki klimatycznej Unii Europejskiej oraz chcąc sprostać nowym wyzwaniom związanym ze zjawiskiem globalnego ocieplenia, musi być przygotowana na konieczność przejścia na gospodarkę niskowęglową (niskoemisyjną), w której dużą rolę mogą odegrać obszary wiejskie. W niniejszym artykule przedstawiono wyniki badań własnych, na podstawie których dokonano oceny znaczenia rolnictwa oraz terenów wiejskich Lubelszczyzny w kształtowaniu gospodarki niskoemisyjnej na poziomie lokalnym, a także wskazano kierunki działań w tych obszarach, umożliwiających ograniczenie emisji gazów cieplarnianych i poprawę zdolności pochłaniania CO₂poprzez uprawę międzyplonów – wnoszących do gleby dodatkową biomasę i przyczyniających się do zatrzymywania CO₂ w glebie.

Międzyplony oprócz zwiększenia sekwestracji CO₂w glebie i innych aspektów prośrodowiskowych przynosiłyby rolnikom wymierne korzyści produkcyjne i ekonomiczne poprzez stymulowanie większego plonowania roślin następczych (dostarczenie z ich biomasą do gleby związków organicznych i mineralnych, ograniczenie występowania chwastów i chorób grzybowych w agrocenozach) i uzyskiwanie dopłat za uprawę międzyplonów z funduszy Unii Europejskiej.

Międzyplonem nazywamy rośliny uprawiane w siewie czystym lub w mieszankach,
w zmianowaniu pomiędzy dwoma plonami głównymi. W międzyplonie uprawia się głównie rośliny o krótkim okresie wegetacji, a użytkuje w okresie rozwoju wegetatywnego lub w początkowym okresie rozwoju generatywnego z przeznaczeniem na paszę lub na tzw. zielony nawóz. Obecnie, międzyplony rozpatrujemy wieloaspektowo, a główne znaczenie mają ich wartości fitosanitarne, nawozowe, strukturotwórcze i ochronne, a ostatnio także jako czynnik wpływający na łagodzenie negatywnych skutków ocieplania się klimatu (dodatkowa szata roślinna – źródło sekwestracji CO₂z atmosfery.

Wzrosła ranga kiedyś niedocenianych międzyplonów ścierniskowych i wsiewek poplonowych, natomiast zmalało znaczenie międzyplonów ozimych z racji dużego wysycenia zmianowań zbożami i ograniczonej uprawy roślin plonu wtórego.

Produkcyjność międzyplonów zależy w dużej mierze od czynników pogodowych, stąd też celowe jest określenie, które gatunki są najlepiej dostosowane do konkretnego rejonu kraju (np. Lubelszczyzny). Wadą międzyplonów jest zawodność plonowania wynikająca szczególnie z ich wrażliwości w pierwszych tygodniach po siewie nasion.

W tabeli 1 przedstawiono plon biomasy wybranych gatunków międzyplonów
w świetle badań wieloletnich prowadzonych na Lubelszczyźnie.

Tabela 1. Średni plon suchej masy międzyplonu i średnia zawartość dwutlenku węgla
w biomasie

tabela z danymi

Z naszych badań wynika, że rozbieżność w plonach poszczególnych gatunków międzyplonów jest bardzo duża. Międzyplony ścierniskowe (gorczyca biała, facelia błękitna, mieszanka wyka jara + groch polny) oraz niektóre międzyplony ozime (żyto ozime) dają najbardziej stabilne plony. Biomasa tych międzyplonów była istotnie wyższa niż biomasa pozostałych gatunków międzyplonów uwzględnionych w naszych badaniach. Wymienione międzyplony charakteryzują się istotnie największą sekwestracją CO₂ (wyrażoną w t ha^-1·rok^-1). Najniższe plony dają wsiewki poplonowe (koniczyna czerwona, seradela, życica westerwoldzka) oraz niektóre gatunki strączkowych w czystym siewie (pojedynczych upraw) – łubin żółty, łubin wąskolistny, wyka ozima). Podsumowując, należy zauważyć, że wszystkie badane gatunki międzyplonów wykazywały wysoką sekwestrację dwutlenku węgla przez biomasę nadziemną, wahającą się od 4,03 (życica westerwoldzka) do 6,64 (gorczyca biała)
t CO2 ha^-1·rok^-1. Sekwestracja przez korzenie międzyplonów wynosiła od 0,07 (życica westerwoldzka) do 0,46 (łubin wąskolistny, łubin żółty) t CO₂ ha^-1·rok^-1.

Należy jednak zauważyć, że to nadziemna część biomasy międzyplonów
w przeważającym stopniu determinuje skalę sekwestracji CO₂. Oznacza to, że międzyplony stanowią istotną wartość dodaną (np. +30%) sekwestracji dwutlenku węgla w stosunku do uprawy głównych roślin (w szczególności dominujących w strukturze upraw w Polsce zbóż, roślin oleistych i strączkowych) – tabela 2. W rzeczywistości międzyplony są przede wszystkim uprawiane pomiędzy zbożami uprawianymi jako uprawa główna. Są więc ważnym czynnikiem w sekwestracji CO₂ przez rolnictwo. Niższy udział międzyplonów w całkowitej sekwestracji CO₂ w stosunku do roślin okopowych (np. 7,6%) wynika zarówno z wysokiego plonu pierwotnego roślin okopowych (korzeni) jak i wysokiego plonu biomasy liści pochłaniających CO₂.

Tabela 2. Sekwestracja CO₂ przez międzyplony jako wartość dodana w porównaniu
do sekwestracji CO₂ przez różne grupy głównych roślin uprawnych.

^*(średnio dla: gorczycy białej, rzepaku jarego, facelii błękitnej, koniczyny czerwonej, seradeli, życicy westerwoldzkiej, wyki jarej + peluszki, łubinu wąskolistnego, łubinu żółtego, owsa + wyki jarej + peluszki, żyta ozimego, życicy Westerwoldzkiej + wyki ozimej, wyki ozimej, pszenicy ozimej + wyki ozimej).

Z badań własnych wynika, że powierzchnia międzyplonów w Polsce wynosi 1177 mln ha. Obliczono, że międzyplony rosnące na tym terenie pochłaniają 6,85 mln t CO₂ rocznie.

Zakładając, że utrzymany zostanie dotychczasowy trend popularności poszczególnych międzyplonów wśród polskich rolników, można stwierdzić, że możliwe jest zwiększenie powierzchni zasiewów międzyplonów o 30% w ciągu najbliższych 10 lat. Zwiększy
to powierzchnię międzyplonów do ok. 1530 mln ha, a roczną sekwestrację CO₂ do 8,88 mln t CO₂ rok^-1. Wydaje się to być realistyczną prognozą, zwłaszcza przy większej promocji takiej działalności. Międzyplony mogą zatrzymać ok. 6% rocznej emisji CO₂ w Polsce i mogą zrekompensować ponad 50% krajowej emisji gazów cieplarnianych z rolnictwa. Dodatkowo absorpcja węgla w międzyplonach odpowiada 20% ilości węgla zawartej w biomasie zbóż (pszenica, żyto, jęczmień, owies, pszenżyto), które są dominującymi uprawami w Polsce.

Podsumowanie:

Biosekwestracja w roślinach i sekwestracja w glebie, to najprostsze metody ograniczenia emisji CO₂ do atmosfery. Dwutlenek węgla jest drugim po parze wodnej najważniejszym gazem cieplarnianym wpływającym na tzw. efekt cieplarniany.

W rolnictwie rośliny budując plon redukują CO₂. Oznacza to, że zwiększanie plonów między innymi poprzez uprawę międzyplonów, przy umiejętnej agrotechnice, będzie sprzyjało ograniczeniu emisji CO₂ do atmosfery.

Udane zasiewy międzyplonów mogą przyczynić się do zwiększenia sekwestracji CO₂z atmosfery o 20-25% w porównaniu z sekwestracją roślin plonu głównego (bez uprawy międzyplonów). Kluczowe jest natomiast dalsze „zatrzymanie węgla w glebie” wprowadzonego z biomasą roślin międzyplonów.

Międzyplony są w stanie związać znaczące ilości węgla, a ten z przyoraną ich biomasą jest akumulowany w glebie. Węgiel organiczny zawarty w glebach stanowi istotny wkład w ogólny bilans tego pierwiastka. Całkowity jego udział w glebach jest szacowany na 1500 GT i jest większy od zasobów biocenozy.

Dr hab. Elżbieta Harasim, prof. uczelni,
Prof. dr hab. Cezary A. Kwiatkowski
Katedra Herbologii i Technik Uprawy Roślin
Wydział Agrobioinżynierii

Bibliografia:

Kwiatkowski C.A., Harasim E., Wesołowski M. Effects of catch crops and tillage system on weed infestation and health of spring wheat. Journal of Agricultural Science and Technology 2016, 18(4), 999-1012. https://www.researchgate.net/publication/305375322_
Harasim, E.; Antonkiewicz, J.; Kwiatkowski, C.A. The Effects of Catch Crops and Tillage Systems on Selected Physical Properties and Enzymatic Activity of Loess Soil in a Spring Wheat Monoculture. Agronomy 2020, 10, 334. https://doi.org/10.3390/agronomy10030334
Kwiatkowski, C.A.; Harasim, E.; Pawłowski, L. Can catch crops be an important factor in carbon dioxide sequestration? J. Conserv. Sci. 2020, 11, 1005–1018. Available online: http://ijcs.ro/public/IJCS-20-74_Kwiatkowski.pdf
Pawłowski, L., Kwiatkowski, C.A., Harasim, E., Klikocka-Wiśniewska, O., Cel, W., Kujawska, J. Environmental Benefits of Catch Crops Cultivation. Chemistry-Didactics-Ecology-Metrology 2021, 26, no.1-2, 109-121. https://doi.org/10.2478/cdem-2021-0009
Pawłowski, L.; Pawłowska, M.; Kwiatkowski, C.A.; Harasim, E. The Role of Agriculture in Climate Change Mitigation—A Polish Example. Energies 2021, 14, 3657. https://doi.org/10.3390/en14123657.
Kwiatkowski, C.A.; Pawłowska, M.; Harasim, E.; Pawłowski, L. Strategies of Climate Change Mitigation in Agriculture Plant Production—A Critical Review. Energies2023, 16, 4225. https://doi.org/10.3390/en16104225