|
 Đang trực tuyến :
18 |
|
 Số lượt truy cập :
33309719 |
|
|
|
|
|
DayCent-CABBI: Mô hình mới tích hợp vi khuẩn trong đất, cỏ lâu năm
Thứ tư, 10-04-2024 | 08:21:14
|
|
Một mô hình tích hợp đất và vi khuẩn (bên trái) so với mô hình DayCent trước đây không mô phỏng rõ hoạt động của vi khuẩn trong đất. Nguồn: Danielle Berardi.
Trong tổng số carbon được dự trữ ở các hệ sinh thái trên trái đất, khoảng một nửa lượng carbon được tìm thấy trong đất. Tùy thuộc vào điều kiện khí hậu, thảm thực vật, cách quản lý mà đất có thể là nguồn hay nơi chứa carbon.
Các giải pháp khí hậu tự nhiên (NCS) mang đến một giải pháp đầy hứa hẹn đưa chúng ta tiến gần đến mục tiêu phát thải bằng 0 bằng cách chuyển CO2 ra khỏi khí quyển và lưu trữ trong sinh khối thực vật và đất. Sự phát triển của nguyên liệu năng lượng sinh học có tiềm năng to lớn trong lĩnh vực này, bởi vì những loại cỏ này vừa tạo ra carbon trong đất vừa được sử dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học và các sản phẩm sinh học trung hòa carbon.
Trong hơn 40 năm qua, những mô hình sinh địa hóa là công cụ quan trọng mà các nhà nghiên cứu sử dụng để tìm hiểu về khí hậu, sự xáo trộn trong hệ sinh thái và quản lý đất đai ảnh hưởng như thế nào đến carbon và các thay đổi khác trong hệ sinh thái. Do những thành công của chúng, các mô hình sinh địa hóa đang trở thành công cụ quan trọng để đánh giá hiệu quả của NCS. Những mô hình này có thể được sử dụng để cung cấp thông tin hay các chính sách quyết định.
Một trong các mô hình này, được gọi là DayCent, mô phỏng các dòng chảy hằng ngày của carbon, nitơ và nước giữa khí quyển, thảm thực vật và đất. Tuy nhiên, việc dự đoán tiềm năng của các cây trồng năng lượng sinh học lâu năm như NCS là một thách thức do hai hạn chế của phiên bản mô hình DayCent. Giống như những mô hình hệ sinh thái khác, DayCent không mô phỏng rõ ràng các loài vi khuẩn trong đất và vai trò của chúng trong chu trình carbon trong đất. Ngoài ra, các loại cỏ lớn lâu năm như miscanthus và switchgrass cũng có những đặc điểm sinh lý riêng biệt chưa được tính đến trong nhiều hệ thống mô hình.
Để khắc phục vấn đề này, nhóm nghiên cứu CABBI đã thiết lập mô hình DayCent - CABBI, một mô hình hợp nhất các loài vi khuẩn trong đất với các đặc tính sinh lý của các loài cỏ lâu năm vào DayCent.
Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Geoderma, các nhà nghiên cứu đã thảo luận và công nhận giá trị của CABBI - DayCent, đồng thời thử nghiệm khả năng dự đoán của nó.
Melannie Hartman, tác giả chính của nghiên cứu này cho biết: “Việc bổ sung thực vật và vi khuẩn vào mô hình CABBI - DayCent giúp cải thiện sự biểu hiện động lực của hệ sinh thái. Những tiến bộ này đã nâng cao khả năng của mô hình trong việc đánh giá sự sinh trưởng bền vững của các loài cây năng lượng sinh học khác nhau”.
Vi khuẩn trong đất góp phần đáng kể vào việc lưu trữ và luân chuyển carbon trong đất, vì thế nhóm nghiên cứu đã điều chỉnh DayCent để bổ sung thêm một bể sinh khối vi khuẩn sống. Tính năng này điều chỉnh việc phóng thích carbon vào khí quyển dựa trên kích thước bể. Họ cũng bổ sung thêm một bể chứa sinh khối vi khuẩn đã chết, cho phép mô tả thực tế hơn về sự di chuyển carbon từ bể này sang bể khác, điều này sẽ mô phỏng kỹ hơn việc lưu trữ carbon trong đất.
Danielle Berardi cho biết: “Vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong mô hình DayCent ví dụ như carbon sinh khối vi khuẩn chết sẽ tồn tại trong đất qua nhiều thập kỷ nếu có liên kết chặt chẽ với bề mặt khoáng chất của đất. Thể tích của lớp carbon trong đất này dựa trên kết cấu đất. Chúng tôi đã cải thiện chất hữu cơ khoáng trong DayCent, điều này rất quan trọng trong việc thiết lập các mô hình đo lường chất hữu cơ trong đất”.
Một hướng nghiên cứu khác mà nhóm đã tập trung nghiên cứu là thiết lập một mô hình hóa chính xác hơn cho các bộ phận khác nhau của cây trồng lâu năm. Các mô hình truyền thống đã gộp lá và thân thành một nhóm gọi là các thành phần của thực vật trên mặt đất. Việc tách các bộ phận của thực vật và mô hình hóa chúng một cách riêng biệt cho phép CABBI - DayCent mô phỏng chính xác hơn lượng carbon, nitơ và lignin cho từng bộ phận, vừa cải thiện mô phỏng sự phát triển của thực vật cũng như cung cấp các lớp lót hóa học thực tế hơn và các phương pháp thu hoạch linh hoạt hơn, có ý nghĩa với chu trình carbon và nitơ trong đất. Bên cạnh đó, nhóm đã thêm thành phần thân rễ vào mô hình. Thân rễ là những đoạn rễ sống lâu năm trên mặt đất, là nơi dự trữ carbohydrate và nitơ trong mùa đông khi mà các bộ phận của cây bị khô héo. Do bộ rễ của các cây trồng năng lượng sinh học như miscanthus không thích nghi được với khí hậu mùa đông khắc nghiệt ở miền Trung Hoa Kỳ, các nhà nghiên cứu đã thêm một ngưỡng nhiệt độ cho thân rễ - khi nhiệt độ giảm đủ thấp, mô hình sẽ mô phỏng những thiệt hại cho thân rễ.
Với những cải biến này, các nhà nghiên cứu đã đưa DayCent - CABBI vào thử nghiệm với sự mô phỏng switchgrass và miscanthus tại đại học Illinois từ năm 2008 đến 2049. Mô hình đã được cải tiến và đánh giá bằng các dữ liệu đồng ruộng từ năm 2008 đến 2019.
Theo các mô phỏng trong tương lai (2020 - 2049), DayCent phiên bản sử dụng các mô hình đất trước đó đã mô phỏng sự gia tăng liên tục lượng carbon trong đất trong tương lai cho cả hai loại cây, trong khi phiên bản mới mô tả trạng thái ổn định của carbon trong đất trước năm 2049. Điều này thể hiện quan điểm tốt nhất của các nhà nghiên cứu về dòng chảy carbon trong đất trong tương lai và sự ổn định ở cây switchgrass và miscanthus.
“Những tiến bộ rất cần thiết mang lạ lợi ích không chỉ cho CABBI mà còn cho cộng đồng các nhà nghiên cứu và các bên liên quan muốn ước tính lượng carbon ở các loài cỏ lâu năm cho năng suất cao để sản xuất nhiên liệu sinh học và sản phẩm sinh học”, Wendy Yang - giáo sư về sinh học thực vật ở đại học Illinois cho biết.
Nguyễn Thị Kim Thoa theo CABBI.
|
Trở lại
In
Số lần xem: 80
|
|
[ Tin tức liên quan ]___________________________________________________
|
.jpg "DayCent-CABBI: Mô hình mới tích hợp vi khuẩn trong đất, cỏ lâu năm")
