Undersøgelse finder ud af, at arealer, der bruges til græsning, kan forværre eller hjælpe klimaændringer

Når det kommer til globale klimaændringer, kan husdyrgræsning være enten en velsignelse eller en forbandelse, ifølge en ny undersøgelse, som giver fingerpeg om, hvordan man kan kende forskel.

Hvis det forvaltes korrekt, viser undersøgelsen, kan afgræsning faktisk øge mængden af ​​kulstof fra luften, der bliver lagret i jorden og sekvestreret i det lange løb. Men hvis der er for meget græsning, kan der opstå jorderosion, og nettoeffekten er at forårsage flere kulstoftab, så jorden bliver en netto kulstofkilde i stedet for en kulstofdræn. Og undersøgelsen viste, at sidstnævnte er langt mere almindeligt i verden i dag.

Det nye værk, offentliggjort i tidsskriftet Nature Climate Change , giver måder at bestemme vippepunktet mellem de to, for græsningsarealer i en given klimazone og jordtype. Det giver også et skøn over den samlede mængde kulstof, der er gået tabt i løbet af de sidste årtier på grund af husdyrs græsning, og hvor meget der kunne fjernes fra atmosfæren, hvis styring af græsningsoptimering implementeres.

Undersøgelsen blev udført af Cesar Terrer, en assisterende professor i civil- og miljøteknik ved MIT; Shuai Ren, en ph.d. studerende ved det kinesiske videnskabsakademi, hvis speciale er co-supervised af Terrer; og fire andre.

"Dette har været et spørgsmål om debat i den videnskabelige litteratur i lang tid," siger Terrer. "I generelle eksperimenter reducerer græsning jordens kulstoflagre, men overraskende nok øger græsning nogle gange jordens kulstoflagre, hvilket er grunden til, at det har været gådefuldt."

Det, der sker, forklarer han, er, at "græsning kan stimulere vegetationsvækst ved at lette ressourcebegrænsninger såsom lys og næringsstoffer og derved øge rodkulstoftilførslen til jord, hvor kulstof kan forblive der i århundreder eller årtusinder."

Men det virker kun op til et vist punkt, fandt holdet efter en omhyggelig analyse af 1.473 jordkulstofobservationer fra forskellige græsningsundersøgelser fra mange steder rundt om i verden. "Når du krydser en tærskel for græsningsintensitet eller mængden af ​​dyr, der græsser der, er det, når du begynder at se en slags vendepunkt - et stærkt fald i mængden af ​​kulstof i jorden," forklarer Terrer.

Dette tab menes primært at skyldes øget jorderosion på den blottede jord. Og med den erosion, siger Terrer, "dybest set mister du meget af det kulstof, du har låst fast i i århundreder."

De forskellige undersøgelser, som holdet udarbejdede, selv om de adskilte sig noget, brugte i det væsentlige en lignende metode, som er at indhegne en del af jorden, så husdyr ikke kan få adgang til det, og derefter efter nogen tid tage jordprøver inde fra indhegningsområdet, og fra sammenlignelige nærliggende arealer, der har været afgræsset, og sammenlign indholdet af kulstofforbindelser.

"Sammen med dataene om jordkulstof til kontrol- og afgræssede parceller," siger han, "har vi også indsamlet en masse andre oplysninger, såsom den gennemsnitlige årlige temperatur på stedet, den gennemsnitlige årlige nedbør, plantebiomasse og egenskaber af jord, som pH og nitrogenindhold. Og så estimerer vi selvfølgelig græsningsintensiteten – den forbrugte biomasse over jorden, fordi det viser sig at være nøgleparameteren."

Med kunstig intelligens-modeller kvantificerede forfatterne vigtigheden af ​​hver af disse parametre, de drivkræfter for intensitet - temperatur, nedbør, jordegenskaber - ved at modulere tegnet (positivt eller negativt) og størrelsen af ​​indvirkningen af ​​græsning på jordens kulstoflagre. "Interessant nok fandt vi, at jordens kulstoflagre stiger og derefter falder med græsningsintensiteten, snarere end den forventede lineære respons," siger Ren.

Efter at have udviklet modellen gennem AI-metoder og valideret den, herunder ved at sammenligne dens forudsigelser med dem, der er baseret på underliggende fysiske principper, kan de derefter anvende modellen til at estimere både tidligere og fremtidige effekter.

"I dette tilfælde," siger Terrer, "bruger vi modellen til at kvantificere de historiske tab i jordens kulstoflagre fra græsning. Og vi fandt ud af, at 46 petagram [milliard tons] kulstof i jorden, ned til en dybde på en meter, har gået tabt i de sidste par årtier på grund af græsning."

Til sammenligning er den samlede mængde af drivhusgasemissioner pr. år fra alle fossile brændstoffer omkring 10 petagram, så tabet fra afgræsning svarer til mere end fire års værdi af alle verdens fossile udledninger tilsammen.

Hvad de fandt var "et samlet fald i jordens kulstoflagre, men med en masse variation." siger Terrer. Analysen viste, at samspillet mellem græsningsintensitet og miljøforhold såsom temperatur kunne forklare variabiliteten, hvor højere græsningsintensitet og varmere klimaer resulterede i større kulstoftab.

"Dette betyder, at beslutningstagere bør tage hensyn til lokale abiotiske og biotiske faktorer for at forvalte markområder effektivt," bemærker Ren. "Ved at ignorere sådanne komplekse interaktioner fandt vi ud af, at brugen af ​​IPCC [Intergovernmental Panel on Climate Change] retningslinjer ville undervurdere afgræsning-induceret kulstoftab i jorden med en faktor på tre globalt."

Ved at bruge en tilgang, der inkorporerer lokale miljøforhold, producerede holdet globale kort i høj opløsning over optimal græsningsintensitet og tærsklen for intensitet, hvor kulstof begynder at falde meget hurtigt. Disse kort forventes at tjene som vigtige pejlemærker for evaluering af eksisterende græsningspraksis og give vejledning til lokale landmænd om, hvordan de effektivt administrerer deres græsningsarealer.

Derefter, ved hjælp af det kort, estimerede holdet, hvor meget kulstof der kunne fanges, hvis alle græsningsarealer var begrænset til deres optimale græsningsintensitet. I øjeblikket fandt forfatterne ud af, at omkring 20% ​​af alle græsarealer har krydset tærsklerne, hvilket fører til alvorlige kulstoftab. Men de fandt ud af, at under de optimale niveauer ville globale græsningsområder opsamle 63 petagram kulstof.

"Det er fantastisk," siger Ren. "Denne værdi svarer nogenlunde til en 30-årig kulstofophobning fra global naturskovs genvækst."

Det ville selvfølgelig ikke være nogen nem opgave. For at opnå optimale niveauer fandt teamet ud af, at cirka 75 % af alle græsningsarealer skal reducere græsningsintensiteten. Generelt, hvis verden seriøst reducerer mængden af ​​græsning, "må du reducere mængden af ​​kød, der er tilgængeligt for folk," siger Terrer.

"En anden mulighed er at flytte kvæg rundt," siger han, "fra områder, der er mere alvorligt påvirket af græsningsintensiteten, til områder, der er mindre påvirket. Disse rotationer er blevet foreslået som en mulighed for at undgå de mere drastiske fald i kulstoflagrene uden nødvendigvis at reducere tilgængeligheden af ​​kød."

Denne undersøgelse dykkede ikke ned i disse sociale og økonomiske konsekvenser, siger Terrer. "Vores rolle er blot at påpege, hvad der ville være muligheden her. Det viser, at skift i kostvaner kan være en effektiv måde at afbøde klimaændringer på."

"Dette er en stringent og omhyggelig analyse, der giver vores bedste blik til dato på jordens kulstofændringer på grund af husdyrgræsning praktiseret over hele verden," siger Ben Bond-Lamberty, en terrestrisk økosystemforsker ved Pacific Northwest National Laboratory, som ikke var forbundet med dette arbejde.

"Forfatternes analyse giver os et unikt estimat af jordens kulstoftab på grund af græsning og, spændende nok, hvor og hvordan processen kan vendes."

Han tilføjer:"Et spændende aspekt ved dette arbejde er uoverensstemmelserne mellem dets resultater og de retningslinjer, der i øjeblikket bruges af IPCC – retningslinjer, der påvirker landenes forpligtelser, CO2-markedspriser og politikker." Men, siger han, "Som forfatterne bemærker, er mængden af ​​kulstof, som historisk græsset jorde kan optage, lille i forhold til igangværende menneskelige emissioner. Men hver lille smule hjælper!"

Terrer udtaler, at for nu, "har vi startet en ny undersøgelse, for at evaluere konsekvenserne af skift i diæter for kulstoflagre. Jeg tror, ​​det er spørgsmålet om millioner dollars:Hvor meget kulstof kan du binde, sammenlignet med business as usual, hvis diæter skifte til mere vegansk eller vegetarisk?"

Svarene vil ikke være enkle, for et skift til mere grøntsagsbaseret kost vil kræve mere afgrødejord, som også kan have forskellige miljøpåvirkninger. Græsgange tager mere jord end afgrøder, men producerer forskellige former for emissioner. "Hvad er den overordnede effekt for klimaændringer? Det er spørgsmålet, vi er interesserede i," siger han.

Flere oplysninger: Shuai Ren et al., Historiske virkninger af græsning på kulstoflagre og muligheder for afbødning af klimaet, Nature Climate Change (2024). DOI:10.1038/s41558-024-01957-9

Leveret af Massachusetts Institute of Technology

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.