دور النباتات في المناخ التحديث وعزل الكربون

The Biophysical Mechanisms of Climate Moderation by Vegetation

وتؤدي النباتات دورا حيويا في التأثير على المناخ من خلال مجموعة معقدة من الآليات الفيزيائية الحيوية التي تعمل على نطاقات فضائية متعددة - من أوراق فردية إلى مشهدات متطورة، وهذه العمليات متميزة ولكنها مكملة للوظيفة الكيميائية الحيوية لعزل الكربون، وتنشأ الآثار المباشرة والفورية عن تعديل أرصدة الطاقة السطحية ودورة الهيدرولوجيا التي تنظم بشكل مشترك درجات الحرارة والرطوبة والظروف الجوية.

نظام التمهيد عن طريق التهرب والبداو

ومن بين الطرق الرئيسية التي يعتدلها النباتات الحرارة المحلية والإقليمية، التهرب من التبخر ]، وتشمل هذه العملية استيلاء على رطوبة التربة من جذور النباتات وإطلاقها لاحقاً في الغلاف الجوي كبخار الماء من خلال البخار في الأوراق، ويتطلب التحول التدريجي من المياه السائلة إلى البخار طاقة، تعرف بأنها حرارة متخلفة، مما يبرد في وقت واحد.

In addition to cooling via evapotranspiration, vegetation influences climate by altering the surface albedo, or reflectionivity of incoming solar radiation. Forested areas, particularly dense canopies, tend to have lower albepirdo compared to grasslands or baplay soil, meaning they absorb more sunlight.

التلقيح والتنبؤ بالطلب

إن النباتات عنصر حاسم في دورة المياه الأرضية، ومن خلال النظم الجذرية العميقة، تُتاح النباتات المياه الجوفية ورطوبة التربة، وتُعيدها إلى الغلاف الجوي كبخار رطب، وهذه العملية، التي يُشار إليها في كثير من الأحيان بتدفق المياه الجوفية، تسهم إسهاما كبيرا في أنماط التهطال المحلية والإقليمية، فعلى سبيل المثال، تُعيد غابة الأمازون المطيرة إلى نصف قطرها عن طريق التهرب من البقع.

وعندما يتم إزالة الغطاء النباتي، مثل إزالة الغابات، تعطل إعادة التدوير هذه، مما يؤدي إلى انخفاض سقوط الأمطار، وطول فترات الجفاف، وتغير النظم المناخية الإقليمية، علاوة على ذلك، يطلق الغطاء النباتي مركبات عضوية متفجرة ذات طبيعة جينية بيولوجية، تستخدم كسلائف لنواة التكثيف السحابي، مما يعزز التكوين السحابي والتهيؤ، وهذا التأثير البيولوجي على الديناميات السحابية يجسد عمليات الترابط.

عمليات التفريغ والتعديلات الدقيقة

وتساهم هياكل النباتات مثل أحزمة المأوى، والمبردات، والحواف الحراجية في الاعتدال المناخي من خلال تغيير أنماط الرياح وخلق مهابط صغيرة محلية، وتخفض الحواجز النباتية سرعة الرياح على السطح، مما يقلل بدوره من آثار البرد الريحي ويخفض معدلات التبخر من التربة وأسطح النباتات، وهذا التنظيم المتناثر للخلة الدقيقة مفيد بصفة خاصة في المناظر الزراعية والمناطق القاحلة والمناطق الساحلية التي يمكن أن تحركها.

ومن خلال الحد من تآكل الرياح وحفظ التربة، تحسن عمليات كسر الريح صحة التربة وإنتاجية المحاصيل، بالإضافة إلى أن الخشونة الهوائية في كنوب الغابات تؤثر على طبقة الحدود الكواكبية بتعديل عمليات الاضطراب وتبادل الحرارة بين سطح الأرض والغلاف الجوي، ويمكن أن تترتب على هذا التأثير آثار مناخية إقليمية، بما في ذلك الحد من درجات الحرارة القصوى والرطوبة.

Urban Vegetation as a Climate Adaptation Tool

وتشكل المناطق الحضرية تحديات فريدة أمام اعتدال المناخ بسبب اتساع نطاق الأسطح غير المنتشرة، والمواد التي تغذي الحرارة، والانبعاثات الحرارية البشرية المنشأ، وهذه العوامل تخلق جزرا حرارية حضرية، حيث تكون درجات الحرارة أعلى بكثير من المناطق الريفية المحيطة بها، وإدماج الغطاء النباتي في التصميم الحضري استراتيجية فعالة للتصدي لهذه الآثار وتعزيز القدرة على مواجهة المناخ في المناطق الحضرية.

التخفيف من تأثير جزيرة القوطين

وتُظهر الأشجار الحضرية والأسطح الخضراء أن الحد من درجات الحرارة السطحية يخفض مباشرة من خلال وقف الإشعاع الشمسي، علاوة على ذلك، من خلال التهرب، يبرد الغطاء النباتي الهواء، ويُقلل من تراكم الحرارة في المدن، وتُظهر البحوث التي أجرتها وكالة الحماية البيئية التابعة لبرنامج خفض انبعاثات هيت في الجزر، أن زيادة معدل انخفاض حرارة الأشجار في المناطق الحضرية بنسبة 10 في المائة يمكن أن تقلل من حجمها.

كما توفر السقف والأسور الخضراء العزل للمباني، وتخفض نقل الحرارة وتحافظ على درجات الحرارة الداخلية المبردة، وعندما تدمج مع مواد السطح المرئي والتخطيط الحضري التي تزيد من تدفق الهواء إلى أقصى حد، تصبح البنية التحتية الخضراء أداة قوية للتخفيف من آثار تغير المناخ وتحسين القابلية للزراعة في المناطق الحضرية.

إدارة مياه العاصفة وتجديد الهواء

وتؤدي المناطق المزروعة في المدن دورا حاسما في إدارة مياه العواصف باعتراض سقوط الأمطار وتشجيع التسلل والحد من المياه السطحية، وتعترض أجهزة التجميل التي تستخدمها الأشجار، والتي يعود بعضها مباشرة إلى الغلاف الجوي، بينما تعزز النظم الجذرية قدرة التربة على التدفئة وتخزين المياه، مما يقلل من خطر الفيضانات الحضرية ويحد من نقل الملوثات إلى المجاري المائية.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن النباتات الحضرية تحسن نوعية الهواء من خلال تصفية الملوثات مثل الأوزون وثاني أكسيد النيتروجين والجسيمات، حيث تلتقط الإجازات الجسيمات المحمولة جواً وتستوعب الملوثات الغازية، مما يؤدي إلى تخفيضات قابلة للقياس في تلوث الهواء في المناطق الحضرية، فعلى سبيل المثال، يمكن للأشجار في المدن الكبرى في الولايات المتحدة أن تزيل عدة مئات من الأطنان المترية من الملوثات الجوية سنوياً، مما يسهم في تحسين الصحة التنفسية وانخفاض معدلات الوفيات.

احتجاز الكربون: من تركيبة فوتوسين إلى تخزين طويل الأجل

إن عزل الكربون عن طريق النبات عملية طبيعية حرجة للتخفيف من تغير المناخ عن طريق إزالة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي وتخزينه في الكتلة الحيوية والتربة، وهذه الوظيفة الحيوية هي أحد أكثر الحلول المناخية فعالية المتاحة.

عملية تحديد أماكن الكربون

وترتكز عملية التخصيب الفوتوسي على أساس عزل الكربون، وتستوعب النباتات ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي وتستخدم ضوء الشمس لتحويله إلى كربوهيدرات من خلال سلسلة من ردود الفعل الكيميائية الحيوية، وتطلق أوكسجين كمنتج ثانوي، ويخصص الكربون الذي يُعاد تصنيعه أثناء التصوير الضوئي لمختلف أجزاء النباتات، والجذع، والجذور، والهياكل الإنجابية التي تشكل الكتلة الأحيائية للمصانع.

ويتخذ الإنتاج الأولي الصافي تدابير بشأن الكربون المحتفظ به بالنبات بعد خصم الكمية التي فقدت عن طريق تنفس النباتات، ويولد الغطاء النباتي الأرضي على الصعيد العالمي حوالي 56 مليار طن متري من الكربون سنوياً عن طريق الشراكة الوطنية من أجل تنمية القدرات، ويشكل أساس تخزين الكربون في النظم الإيكولوجية (]) تعليم الطبيعة، 2014 ) غير أن نظم إدارة الاضطرابات البيئية الطويلة تتوقف على تخزين الكربون.

أكياس الكربون فوق الأرض وداخل الأرض

ويُعزل الكربون في عدة مجمعات داخل النظم الإيكولوجية، وتشمل الكتلة الأحيائية فوق الأرض جذوع وفروع وأوراق وخشب مسدود، التي تحتوي على كميات كبيرة من مخزونات الكربون - غابات النمو القديمة - يمكن أن تحتوي على مئات الأطنان المترية من الكربون لكل هكتار، والأشجار ذات قطر كبير أهمية خاصة لأنها تجمع الكربون بسرعة وأقل عرضة للتحلل.

تتألف مجمعات الكربون الأرضية من جذور ومواد عضوية للتربة، بما في ذلك الكربون الذي ينقل إلى التربة عن طريق البروديات الجذرية والفطريات المغلوطة، ويمكن أن يظل كربون التربة مستقراً منذ عقود إلى آلاف السنين إذا ما تمت حمايته من التحلل الميكروبي، وتتفاوت نسبة الكربون فوق الأرض من نوع الغطاء النباتي: فالأراضي العشبية، مثلاً، تخزن غالبية نظمها الأعلى من الغابات في ممتدة.

Soil Organic Carbon Dynamics

ويمثل الكربون العضوي في التربة أكبر خزان للكربون الأرضي - حوالي ثلاثة أضعاف كمية الكربون الموجودة في الغلاف الجوي، ويساهم الغطاء النباتي في إنتاج المواد النباتية الميتة ومركبات الكربون المتولدة عن جذورها، ويعتمد استقرار وتراكم التربة السطحية على عوامل مثل الطبيعة الكيميائية للمدخلات العضوية، والتربة المعدنية، ودرجة الحرارة، والرطوبة، وإدارة الأراضي.

فالممارسات التي تعزز الكتلة الأحيائية الجذرية وتخفف من اضطراب التربة، مثل الزراعة غير المزروعة، وتغطي زراعة المحاصيل، والحراجة الزراعية، تعزز تراكمات التربة السطحية، وعلى العكس من ذلك، فإن الحراثة المكثفة، والنزوح المفرط للأراضي الخماسية، وتسريع تآكل التربة من فقدان الكربون، وترميم ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي، وتقويض مخزونات الكربون في النظام الإيكولوجي.

Comparative Carbon Sequestration Potential of Major Vegetation Types

وتختلف النظم الإيكولوجية اختلافا كبيرا في قدرتها على عزل الكربون وتخزينه، ويعتبر فهم هذه التباينات أمرا أساسيا لإرشاد أولويات الحفظ وجهود الإصلاح واستراتيجيات التخفيف من حدة المناخ.

الغابات

وتشكل الغابات المطيرة المدارية من بين أكثر النظم الإيكولوجية كثافة بالكربون في العالم، حيث تبلغ مخزونات الكربون في الكتلة الأحيائية فوق الأرض ما بين 200 و 300 طن متري لكل هكتار، بينما تخزن الغابات البنفسجية أقل من الكربون فوق الأرض، وتتراكم كميات كبيرة من المواد العضوية والترسبات الخماسية، وتشغل الغابات المعبدة أرضا متوسطة، مع كثافة كربونية متوسطة ولكن أسرع معدلات نمو وتحول.

وعادة ما تُنقِل الغابات الشابة والمتجددة الكربون بسرعة خلال العقود القليلة الأولى من النمو؛ غير أن الغابات القديمة النمو لا تزال تعمل كبواليع للكربون، وإن كانت بطيئة، وحماية هذه الغابات الناضجة أمر حاسم لأنها تستخدم كمستودعات للكربون لا يمكن استبدالها ومستودعات للتنوع البيولوجي (]Luyssaert وآخرون، 2008، PNAS[FLT]:].

Grasslands and Savannas

وكثيرا ما تكون الأراضي المزروعة بالفلور والمراعي التي تخزن أكثر من ثلث الكربون الأرضي، والتي تسودها في أعماقها نظم جذور الألياف التي يمكن أن تمتد عدة أمتار، وهذه الكتلة الحيوية الجذرية الواسعة تجعل الأراضي العشبية مرنة لاضطرابات مثل الحرائق والجفاف، وتظهر السافانا، التي تتسم بمزيج من الأعشاب والأشجار المتناثرة، مخزونات من الكربون الوسيط ولكنها تغطي مناطق شاسعة على الصعيد العالمي.

ويمكن للإدارة السليمة لكثافة الرعي ونظم الحريق أن تعزز عزل الكربون في هذه النظم عن طريق تعزيز النمو الجذري وتخزين الكربون في التربة، وعلى العكس من ذلك، فإن الإفراط في الرعي وتحويل الأراضي يهددان مجمع الكربون هذا.

الأراضي الرطبة والمنغروف

والأراضي الرطبة، والأشجار المانغروفية، والمروج البحرية - المروج - المرادفة - التي يشار إليها على نحو مختلط بالنظم الإيكولوجية " الكربون الزلق " - هي من أكثر البواليع طبيعية كفاءة للكربون على أساس كل منطقة، وتبطئ الظروف الملوّثة بالماء التي تعاني منها أوكسجين من تدهور المادة العضوية، مما يسمح للكربون بأن يتراكم في الرواسب على امتداد فترات زمنية طويلة.

وتخزن غابات مانغروف أكثر من ثلاثة إلى خمسة أضعاف الكربون لكل هكتار من الغابات الاستوائية المطيرة، ومعظمها يُعزل في التربة العميقة والسمية، وتتراكم أراضي بيتالاند على آلاف السنين مخزونات كربونية ضخمة، ولكن الصرف وتدهورها يؤديان إلى انبعاثات كربونية سريعة، كما أن إعادة هذه النظم الإيكولوجية توفر بعض أعلى عائدات عزل الكربون لكل وحدة من استثماراتها وتوفر أيضا موئلا حرجا للتنوع البيولوجي وحماية السواحل.

التهديدات لخدمة المناخ في النباتات

ورغم أهميتها، تواجه خدمات تنظيم المناخ في النباتات تهديدات متزايدة من الأنشطة البشرية والتغير البيئي العالمي، مما يعرض قدرتها على اعتدال المناخ وتخزين الكربون للخطر.

إزالة الغابات وتغير استخدام الأراضي

ويشكل إزالة الغابات، ولا سيما في المناطق المدارية، نحو 10 في المائة من انبعاثات غازات الدفيئة العالمية سنويا، وعندما تُزال الغابات وتُحرق، تُطلق بسرعة كميات كبيرة من الكربون المخزن في الغلاف الجوي، ولا يؤدي تحويل الغابات إلى الزراعة أو المراعي إلى إزالة مغسلة كربونية كبرى فحسب، بل يؤدي في كثير من الأحيان إلى نظم إيكولوجية ذات إمكانات مخفضة طويلة الأجل لتخزين الكربون.

بل إن قطع الأشجار الانتقائي يمكن أن يقلل من مخزونات الكربون في الغابات بنسبة تتراوح بين 30 و 50 في المائة، ويعطل التجزؤ الأنظمة المحلية للمناخ عن طريق تغيير الميكروفونات والحد من التبخر، ويزيد التوسع الحضري وتطوير الهياكل الأساسية من تجزؤ الموائل ويتدهور وظائف النظم الإيكولوجية.

Climate Change Feedbacks

ويطرح تغير المناخ نفسه تهديدات كبيرة للنباتات، إذ إن ارتفاع درجات الحرارة، وتغيير أنماط التهطال، وارتفاع تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي تؤثر على الفيزيولوجيا النباتية وديناميات النظم الإيكولوجية، وفي حين أن تخصيب ثاني أكسيد الكربون قد يعزز نمو النباتات في بعض السياقات، فإن الفوائد كثيرا ما تعوض عن ذلك زيادة الضغط على الجفاف، والقيود على المغذيات، والمبالغ الشديدة الحرارة.

كما أن تغير المناخ يسبب هجرة الأنواع، مما قد يقلل من قدرة عزل الكربون في النباتات الحالية، وذلك بسبب تزايد تواتر وتفاقم حرائق الغابات، وتفشي الآفات، والعواصف التي تقترف الأشجار، والإفراج عن الكربون المخزن، مما قد يؤدي إلى تحويل الغابات من مصارف الكربون إلى مصادر الكربون.

التلوث وتدهور التربة

ويحمض التلوث الجوي، بما في ذلك ترسب النيتروجين والكبريت من الأنشطة الصناعية والزراعية، التربة ويغير توافر المغذيات، ويضر بالأنواع الحساسة من النباتات، ويضر بالأنسجة التي تروج للأوزون المداري، ويقلل من الكفاءة والنمو الاصطناعية للصور، ويزيد تقلص التربة، والتلوث بالمعادن الثقيلة، وانتشار الأنواع الغازية من تدهور صحة النظام الإيكولوجي ويقلل من إمكانية عزل الكربون.

استراتيجيات لتعزيز دور النباتات

ومن الضروري، من أجل تحقيق أقصى قدر من الفوائد المناخية للنباتات، اتباع نهج متعدد الجوانب يجمع بين الحفظ، وإعادة الاستعادة، والإدارة المستدامة، والخضرنة الحضرية، كما أن هذه الاستراتيجيات تدعم حفظ التنوع البيولوجي ورفاه البشر.

إعادة التحريج والتحريج مع الأنواع الأصلية

إن إعادة الغطاء الشجري على الأراضي المتدهورة تتيح إمكانات كبيرة لعزل الكربون، غير أنه من المهم إعطاء الأولوية للأنواع الأصلية وتنوع التركيبات الحرجية على مزارع تربية الأحادية من الأنواع الغريبة السريعة النمو، التي كثيرا ما تخزن أقل من الكربون وتدعم التنوع البيولوجي المخفض، وينبغي لجهود إعادة البناء أن تشدد على الربط بين المناظر الطبيعية والسلامة الإيكولوجية لتعزيز القدرة على التكيف ووظيفتها.

وتهدف المبادرات العالمية مثل تحدي بون إلى استعادة 350 مليون هكتار من الأراضي المتدهورة بحلول عام 2030، مما يمثل فرصة كبيرة للتخفيف من حدة المناخ واستعادة النظام الإيكولوجي.

الزراعة الحرجية والزراعة المتجددة

ويعزز إدماج الأشجار في المناظر الزراعية من خلال النسيج، وزراعة الزقاق، وغيرها من نظم الحراجة الزراعية، تخزين الكربون في كل من الكتلة الأحيائية الخشبية والتربة، كما أن ممارسات الزراعة الإبداعية مثل الزراعة غير المزروعة، والغطاء المحصولي، والرعي التناوبي تزيد من المادة العضوية والتربة، وتحسن صحة التربة مع الحفاظ على الإنتاجية الزراعية أو زيادة إنتاجيتها.

كما أن هذه النهج تقلل من الحاجة إلى الأسمدة الاصطناعية ومبيدات الآفات، مما يقلل من انبعاثات غازات الدفيئة المرتبطة بالزراعة التقليدية ويعزز استخدام الأراضي على نحو أكثر استدامة.

البيئة الحضرية والهياكل الأساسية الخضراء

توسيع نطاق قنابل الأشجار الحضرية، وتركيب أسطح وأسور خضراء، وتطوير الحدائق، وبناء الأراضي الرطبة داخل المدن لا يُجردون الكربون فحسب، بل يعززون أيضا القدرة الحضرية على مواجهة موجات الحرارة والفيضانات وتلوث الهواء، وقد اعتمدت مدن كثيرة في جميع أنحاء العالم خططا رئيسية في مجال الحراجة الحضرية ترمي إلى زيادة الغطاء النباتي، مع الاعتراف بالفوائد الاجتماعية والبيئية والاقتصادية المتعددة.

كما تدعم البنية التحتية الخضراء التنوع البيولوجي في البيئات الحضرية وتحسن نوعية الحياة للمقيمين عن طريق توفير أماكن الترفيه والحد من التلوث بالضوضاء.

حفظ النظم الإيكولوجية السليمة

والحفاظ على الغابات الموجودة غير السليمة والأراضي العشبية والأراضي الرطبة وغيرها من النظم الإيكولوجية الطبيعية أمر حاسم للحفاظ على وظائفها المتعلقة بتنظيم المناخ، وتمنع جهود الحفظ انبعاثات الكربون المرتبطة بتغير استخدام الأراضي وحماية التنوع البيولوجي الذي يقوم على قدرة النظم الإيكولوجية على التكيف، وتسهم السياسات الفعالة والاعتراف بحقوق الشعوب الأصلية في الأراضي والإدارة المستدامة للموارد في حفظ النظم الإيكولوجية في الأجل الطويل.

كما أن حماية النظم الإيكولوجية السليمة تضمن أيضاً دورات الهيدرولوجيات والميكرويات، التي تعتبر أساسية لتحقيق الاستقرار الإقليمي للمناخ وسبل عيش البشر.