Teems đất khỏe mạnh với vi khuẩn, nấm, vi rút và các vi sinh vật khác giúp lưu trữ carbon và chống lại các bệnh thực vật.
Hình ảnh qua Shutterstock.
của Matthew Wallenstein, Đại học bang Colorado
Đất của chúng tôi đang gặp rắc rối. Trong thế kỷ qua, chúng tôi đã lạm dụng chúng bằng cách cày, xới và quá nhiều phân bón.
Những gì nhiều người nghĩ là chỉ là bụi bẩn thực sự là một hỗn hợp cực kỳ phức tạp của các khoáng chất có nguồn gốc từ đá, chất hữu cơ có nguồn gốc thực vật, chất dinh dưỡng hòa tan, khí và một mạng lưới thức ăn phong phú của các sinh vật tương tác.
Bằng cách cày và vượt, chúng tôi đã tăng xói mòn trên các cánh đồng nông nghiệp từ 10 đến 100 lần so với tỷ lệ tự nhiên. Chỉ trong vài thập kỷ qua, chúng ta có thể đã mất khoảng một nửa lớp đất mặt mà các quá trình tự nhiên được tạo ra trong hàng ngàn năm ở vành đai ngô của Hoa Kỳ.
Lớp đất mặt rất giàu chất hữu cơ đất - vật liệu xốp tối được hình thành từ mô thực vật và động vật bị phân hủy. Chất hữu cơ trong đất rất quan trọng: Nó giúp đất giữ nước và chất dinh dưỡng và hỗ trợ các vi khuẩn trong đất tái chế chất dinh dưỡng. Mất chất hữu cơ trong đất đã khiến nhiều trang trại ngày càng phụ thuộc vào phân bón, thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ.
Nhiều nghiên cứu gần đây đã tập trung vào việc thêm vật liệu hữu cơ trở lại đất để khôi phục chúng. Đây là một chiến lược quan trọng, nhưng tôi tin rằng chúng ta cũng nên đặt mục tiêu tăng cường các vi khuẩn chịu trách nhiệm hình thành đất. Tôi là thành viên của một nhóm nghiên cứu đã chứng minh trong một nghiên cứu năm 2015 rằng việc bổ sung các vi khuẩn hiệu quả vào đất có thể tăng cường tỷ lệ carbon thực vật được chuyển hóa thành đất. Nghiên cứu mới cho thấy rằng bằng cách thúc đẩy một hệ vi sinh vật đất hiệu quả và hoạt động, chúng ta có thể đẩy nhanh quá trình tái sinh đất vượt xa tốc độ điển hình được thấy trong tự nhiên.
Vi khuẩn thực hiện các chức năng quan trọng trong lưới thức ăn của đất, như phân hủy vật liệu hữu cơ, đạp xe dinh dưỡng và cải thiện cấu trúc đất. Hình ảnh qua USDA NRCS.
Phải mất một ngôi làng để làm cho đất khỏe mạnh
Đất tự nhiên đang phát triển mạnh với cuộc sống. Chúng chứa một sự đa dạng đáng kinh ngạc của vi khuẩn siêu nhỏ, nấm, vi rút và các sinh vật khác. Một nắm đất có thể chứa hàng chục ngàn loài khác nhau.
Các vi khuẩn này tương tác chặt chẽ với nhau, tạo thành các mạng phức tạp. Chúng giao tiếp với các tín hiệu hóa học. Họ làm việc cùng nhau để phá vỡ các vật liệu hữu cơ phức tạp, bao gồm cả thực vật và động vật đã chết. Họ thường làm việc theo nhóm để hoàn thành các quá trình sinh hóa, như biến đổi nitơ từ khí trơ thành các dạng có thể sử dụng được của thực vật và tái chế nó từ các vật liệu thực vật đã chết trở lại thành các dạng hòa tan.
Trong đất lành, chất hữu cơ được bảo vệ khỏi sự phân hủy bên trong các khối đất gọi là cốt liệu. Nhưng việc làm đất nghiền nát các tập hợp, mở khóa carbon của chúng và cho phép các vi khuẩn và động vật đất tấn công nó.
Thành phần của chất hữu cơ đất. Hình ảnh qua USDA NRCS.
Điều này tạo ra một bữa tiệc tạm thời cho các vi khuẩn đất, nhưng cuối cùng chúng làm cạn kiệt nguồn cung cấp thực phẩm và chết đi. Không có một cộng đồng vi sinh vật khỏe mạnh, các chất dinh dưỡng không còn được tái chế, các loài gây hại cơ hội có thể xâm chiếm và nông dân ngày càng phụ thuộc vào hóa chất để thay thế các chức năng đất sinh học.
Phục hồi đất nông nghiệp
Suy thoái đất là một vấn đề nghiêm trọng vì nó đe dọa khả năng của chúng ta trong việc sản xuất đủ thực phẩm lành mạnh cho dân số ngày càng tăng và góp phần thay đổi khí hậu. Đáp lại, các công ty lớn, các tổ chức phi lợi nhuận, các nhà khoa học và các cơ quan chính phủ đang hợp tác để khôi phục sức khỏe của đất.
Ví dụ, General Mills đang hợp tác với Bảo tồn thiên nhiên và Viện sức khỏe đất để khuyến khích các hoạt động canh tác bắt đầu xây dựng lại đất.
Bước đầu tiên để cải thiện sức khỏe của đất là cầm máu. Thay vì để những cánh đồng cằn cỗi giữa các vụ mùa, dẫn đến xói mòn, nông dân đang ngày càng trồng các loại cây che phủ như cỏ lúa mạch đen, yến mạch và cỏ linh lăng. Họ cũng đang thay thế việc trồng trọt thâm canh bằng các biện pháp không canh tác để ngăn chặn sự phá vỡ cấu trúc đất.
Chất hữu cơ trong đất chứa hơn 50% carbon. Trên toàn cầu, đất chứa nhiều carbon hơn thực vật và bầu khí quyển kết hợp. Mất chất hữu cơ giàu carbon từ đất sẽ giải phóng carbon dioxide, một loại khí nhà kính, có thể đẩy nhanh quá trình nóng lên của khí hậu. Nhưng bằng cách tái tạo đất của chúng ta, chúng ta có thể cô lập nhiều carbon hơn dưới lòng đất và làm nóng khí hậu chậm.
Ngoài việc bảo vệ đất, che phủ cây trồng lấy carbon ra khỏi khí quyển khi chúng phát triển và đưa nó vào đất. Không giống như các loại cây trồng được thu hoạch và loại bỏ khỏi đất, các loại cây che phủ được để lại để phân hủy và góp phần hình thành đất.
Tăng nguồn cung cấp carbon thực vật theo cách này là bước đầu tiên quan trọng trong việc xây dựng lại carbon đất. Nhưng nghiên cứu mới cho thấy rằng nó có thể không đủ.
Một mô hình mới của sự hình thành đất
Chúng tôi đã từng nghĩ rằng chất hữu cơ của đất được hình thành từ những mảnh cây còn sót lại rất khó bị phân hủy. Theo thời gian, chúng tôi nghĩ rằng những hạt thực vật này đã biến đổi hóa học thành thứ gọi là mùn - vật chất tối, tồn tại lâu khi thực vật và động vật chết phân hủy. Quan điểm này cho thấy chìa khóa để xây dựng đất đã khiến nhiều vật liệu thực vật chết rơi xuống đất.
Tuy nhiên, gần đây, những tiến bộ công nghệ đã thay đổi sự hiểu biết của chúng ta về sự hình thành đất. Hiện nay có bằng chứng mạnh mẽ rằng các dạng carbon đất dai dẳng nhất được hình thành chủ yếu từ các cơ thể vi sinh vật chết chứ không phải từ các bộ phận thực vật còn sót lại. Phần lớn carbon đất cũ dường như đã trải qua quá trình phân hủy vi sinh vật. Mặc dù thực vật là nguồn carbon ban đầu của đất, vi khuẩn kiểm soát số phận của nó bằng cách sử dụng nó làm thực phẩm, do đó đảm bảo rằng ít nhất một phần trong số đó sẽ tồn tại trong đất.
Nông dân Bắc Dakota Gabe Brown mô tả các cách để cải thiện sức khỏe của đất, bao gồm cả việc dựa vào hành động của vi sinh vật.
Nuôi dưỡng đất bằng cách cho vi khuẩn ăn
Vi khuẩn có thể lấy một hợp chất đơn giản như đường và biến nó thành hàng ngàn phân tử phức tạp được tìm thấy trong đất. Khi vi khuẩn phá vỡ vật chất thực vật, chúng sử dụng một số vật liệu mà chúng tiêu thụ để xây dựng sinh khối mới - nghĩa là, để thúc đẩy sự tăng trưởng của chính chúng - và thở ra phần còn lại dưới dạng carbon dioxide. Hiệu quả mà họ tạo ra sinh khối mới rất khác nhau. Một số vi khuẩn giống như cỏ dại: Chúng phát triển nhanh chóng trong môi trường giàu thực phẩm, nhưng là những kẻ ăn uống cẩu thả và lãng phí phần lớn những gì chúng tiêu thụ. Những người khác phát triển chậm nhưng khỏe mạnh, lãng phí ít và có thể sống sót sau thời gian đói hoặc căng thẳng.
Để tối đa hóa tỷ lệ carbon thực vật được chuyển hóa thành chất hữu cơ của đất, chúng ta nên hướng tới hỗ trợ và tăng cường hệ vi sinh vật đất biến đổi nhanh chóng và hiệu quả các vật liệu thực vật chết thành chất hữu cơ trong đất. Đất khỏe mạnh cũng nên chứa các vi sinh vật giúp ngăn ngừa bệnh tật, chu trình dinh dưỡng và giúp giảm căng thẳng cho cây.
Matthew Wallenstein, Phó giáo sư và Giám đốc, Trung tâm đổi mới cho nông nghiệp bền vững, Đại học bang Colorado
Bài viết này ban đầu được xuất bản trên The Convers. Đọc bài viết gốc.