انتخاب نوع برنج نه‌تنها بر طعم یا میزان برداشت اثر می‌گذارد، بلکه می‌تواند تعیین کند چه مقدار گاز متان از زمین‌های کشاورزی به جو زمین راه پیدا می‌کند.
ژن‌ها نقش مهم‌تری از کود دارند
یک گروه بین‌المللی از پژوهشگران با بررسی ۱۸۰ نوع مختلف برنج دریافتند که ژنتیک گیاه، بیش از نوع و مقدار کود مصرفی، بر میزان تولید متان تأثیر دارد.
این پژوهش به رهبری «کانر والتال» از دانشگاه کرنفیلد انجام شد و داده‌های ۴۲ آزمایش در چندین کشور را گردآوری کرد. نتیجه چه بود؟ برخی از انواع برنج به‌صورت طبیعی متان بسیار کمتری منتشر می‌کنند، حتی در شرایطی که مقدار کود مصرفی برابر است.
پرورش برنج‌های هوشمند و پاک‌تر
در مقابل، گاز اکسید نیتروژن (N2O) که از گازهای گلخانه‌ای با ماندگاری بالا محسوب می‌شود، بیشتر به میزان مصرف نیتروژن وابسته است. پژوهش نشان داد که افزایش عملکرد محصول در محدوده ۱۸۰ تا ۲۰۰ کیلوگرم نیتروژن در هر هکتار (حدود ۱۶۱ تا ۱۷۸ پوند در هر ایکر) به حداکثر می‌رسد.
«میزان مصرف نیتروژن عامل اصلی در انتشار N₂O و عملکرد محصول بود، در حالی‌که تفاوت‌های ژنتیکی به‌طور چشمگیری بر انتشار CH₄ (متان) تأثیر داشت.» – کانر والتال
این داده‌های جهانی، نقشه‌ای روشن‌تر در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد تا تشخیص دهند کدام ارقام برنج به‌صورت طبیعی گاز متان کمتری آزاد می‌کنند.
از داده‌های جهانی تا نتایج محلی
برای تبدیل این دانش به نتایج واقعی، باید این گونه‌ها در شرایط بومی شامل نوع خاک، الگوی آبیاری و آب‌و‌هوا آزمایش شوند. آنچه در مناطق سیلابی نتیجه می‌دهد، ممکن است در مناطق خشک عملکرد مشابهی نداشته باشد.
ابزارهای نوین اصلاح نژاد مانند انتخاب ژنومی (Genomic Selection) که عملکرد گیاه را بر اساس داده‌های DNA پیش‌بینی می‌کند، می‌توانند روند یافتن ویژگی‌های کم‌متان را تسریع کنند.
ترکیب این آزمایش‌های میدانی با حسگرهای دیجیتال خاک و آب نیز به پژوهشگران کمک می‌کند تا تعامل دقیق ویژگی‌های ژنتیکی با محیط کشاورزی را بشناسند و فاصله میان داده‌های جهانی و بازده واقعی مزارع را کاهش دهند.
ریشه‌هایی که گاز آزاد می‌کنند
ریشه‌های برنج حاوی ساختاری به نام آئرنکایما (Aerenchyma) هستند؛ بافتی پر از هوا که گازها را بین خاک و هوا جابه‌جا می‌کند. پژوهش‌های کلاسیک نشان داده‌اند این ساختارها مسیر خروج متان از شالیزار به جو را هموار می‌سازند.
انواع مختلف برنج همچنین در میزان اکسیژنی که از ریشه آزاد می‌کنند و در نوع ترکیباتی که از ریشه نشت می‌کنند، تفاوت دارند. این عوامل باعث تغییر میزان تولید متان توسط میکروب‌های زیرزمینی می‌شوند.
بر اساس گزارش هیئت بین‌دولتی تغییرات اقلیمی (IPCC)، طی ۲۰ سال، متان حدود ۸۱ برابر و اکسید نیتروژن حدود ۲۷۳ برابر بیش از دی‌اکسیدکربن در گرمایش زمین نقش دارد. بنابراین، کاهش متان حاصل از کشت برنج حتی در مقیاس‌های کوچک نیز اهمیت زیادی دارد.
از آزمایشگاه تا شالیزار
کاربرد عملی این یافته‌ها یعنی شناسایی گونه‌هایی از برنج که ضمن داشتن عملکرد بالا، متان کمتری منتشر می‌کنند.
برنامه‌های اصلاح نژاد می‌توانند ویژگی‌هایی مانند آئرنکایمای کوچک‌تر و جذب مؤثرتر نیتروژن را دنبال کنند تا ترکیبی از صفات ایجاد شود که به‌طور طبیعی انتشار گاز را کاهش می‌دهد.
بانک‌های بذر عمومی و مؤسسات کشاورزی می‌توانند این صفات را در اهداف منطقه‌ای پرورش بگنجانند. با گذشت زمان، انتخاب برای عملکرد کم‌متان می‌تواند برنج‌های سازگار با اقلیم را از حالت ویژه به گزینه‌ای استاندارد تبدیل کند.
وقتی نیتروژن تعادل را بر هم می‌زند
چندین مجموعه داده از مزارع نشان داده‌اند که انتشار اکسید نیتروژن با افزایش مصرف نیتروژن به‌طور چشمگیری رشد می‌کند. یک فراتحلیل جهانی نیز نشان داد این افزایش، در بسیاری از سیستم‌ها حتی سریع‌تر از حالت خطی است.
نسبت انتشار اکسید نیتروژن به عملکرد محصول، هنگامی‌که میزان نیتروژن از حد کم به متوسط افزایش می‌یابد، کاهش پیدا می‌کند. زیرا بهره‌وری افزایش یافته و هر تن غله محصول بیشتری تولید می‌کند.
پرورش گیاهانی با کارایی بالاتر در مصرف نیتروژن (NUE) به معنای تبدیل مؤثرتر کود به دانه است و می‌تواند نیاز به نیتروژن را بدون افت عملکرد کاهش دهد. این کار فشار تولید گاز اکسید نیتروژن را کم می‌کند.
راهکارهایی برای کاهش انتشار گاز در مزارع برنج
- غربال‌گری گونه‌های برنج برای تشخیص انواعی که در شرایط غرق‌آبی یا آبیاری متناوب، متان کمتری آزاد می‌کنند.
- اندازه‌گیری انتشار گاز به نسبت عملکرد (emissions per yield) برای ارزیابی واقعی‌تر.
- تنظیم دقیق زمان و میزان مصرف نیتروژن برای کاهش اکسید نیتروژن بدون کاهش بهره‌وری.
- بررسی صفاتی چون آئرنکایمای کوچک‌تر یا ترکیبات ریشه متفاوت که با متان کمتر ارتباط دارند.
پیوند بین برنج و سیاست‌های اقلیمی
کاهش انتشار متان از طریق اصلاح ژنتیکی گیاه می‌تواند به کشورها کمک کند تا اهداف توافق پاریس را بدون نیاز به تغییرات گسترده در سیستم آبیاری یا کوددهی برآورده کنند.
از آنجا که در فهرست ملی انتشار گازهای گلخانه‌ای، متان حاصل از برنج بخشی از بخش کشاورزی محسوب می‌شود، این بهبودهای ژنتیکی می‌تواند به‌طور مستقیم میزان انتشار گزارش‌شده را کاهش دهد.
برنامه‌های تأمین مالی اقلیم نیز در حال پاداش‌دهی به کاهش انتشارهایی هستند که با مدیریت هوشمندانه‌تر یا اصلاح نژاد هدفمند به‌دست می‌آیند. این ابتکارات، ویژگی‌های خاص گیاه را به کاهش قابل‌اندازه‌گیری گازهای گلخانه‌ای پیوند می‌دهند.
نتایج چنین پژوهش‌هایی می‌تواند زمینه‌ساز ورود این اصلاحات به بازارهای اعتبار کربن و برنامه‌های گواهی پایداری شود. به این ترتیب، کشاورزان انگیزه مالی واقعی برای کشت گونه‌های کم‌متان خواهند داشت.
چالش‌های باقی‌مانده در مسیر
با این حال، بیشتر داده‌های موجود از مزارع آسیایی به‌دست آمده‌اند که در آن‌ها از روش اتاقک‌های ایستا استفاده شده است. این بدان معناست که نتایج، عمدتاً برای سیستم‌های غرق‌آبی دقیق هستند و ممکن است انتشارهای کوتاه‌مدت را کمتر از واقعیت نشان دهند.
انجام آزمایش‌های چند‌مکانه در خاک‌ها و اقلیم‌های مختلف هنوز نادر است، اما گسترش این مطالعات برای تبدیل داده‌های آزمایشگاهی به نتایج عملی در دنیای واقعی ضروری است.
تأثیر جهانی فراتر از شالیزارها
پرورش انواع برنج با انتشار کمتر متان می‌تواند اثر قابل‌توجهی بر گرمایش جهانی داشته باشد، چرا که کشت برنج حدود ۱۰ درصد از کل گازهای گلخانه‌ای بخش کشاورزی جهان را تشکیل می‌دهد.
اگر ارقام کم‌انتشار به‌صورت گسترده در کشورهای عمده تولیدکننده برنج به کار گرفته شوند، تأثیری معادل حذف میلیون‌ها خودرو از جاده‌ها خواهند داشت.
این رویکرد می‌تواند به سایر محصولات نیز تعمیم یابد. شناسایی صفاتی که در گندم، ذرت یا کلزا منجر به کاهش انتشار اکسید نیتروژن یا دی‌اکسیدکربن می‌شوند، می‌تواند سود اقلیمی اصلاح نژاد را چند برابر کند و کشاورزی را در مسیر اهداف کربن خنثی قرار دهد.
نتایج این تحقیق در مجله Frontiers in Agronomy منتشر شده است.
🎯 اگر به آینده کشاورزی پایدار و تولید مواد غذایی سازگار با اقلیم علاقه‌مند هستید، به دنبال حمایت از پژوهش‌ها و پروژه‌هایی باشید که بر پرورش محصولات کم‌انتشار تمرکز دارند. هر تصمیم شما در انتخاب غذای روزمره می‌تواند گامی مؤثر در کاهش گرمایش زمین باشد.
