Tiến sỹ Dimitar Epihov lấy mẫu đậu tương trong thí nghiệm đẩy mạnh sự phong hóa tiến hành ngoài đồng ruộng tại Trang trại Năng lượng, Đại học Illinois, Urbana-Champaign, Hoa Kỳ. Hình ảnh: Ilsa Kantola, UIUC.

Kết quả nghiên cứu tiên phong đã cho thấy đá nghiền có thể loại bỏ khoảng 3–4 tấn carbon dioxide (CO₂) trong khí quyển trên mỗi ha mỗi năm và cải thiện năng suất cây trồng.

Thí nghiệm ngoài đồng ruộng kéo dài 4 năm ở Vành đai ngô của Hoa Kỳ, do các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Giảm thiểu Biến đổi Khí hậu Leverhulme, Đại học Sheffield dẫn đầu, cho thấy việc bổ sung đá bazan nghiền vào đất nông nghiệp trong một quy trình được gọi là Đẩy mạnh sự Phong hóa (Enhanced Weathering), cũng có thể làm tăng năng suất ngô và đậu tương lên 12–16%.

Các chiến lược loại bỏ carbon, như Đẩy mạnh sự phong hóa (EW), bên cạnh việc giảm khí thải, đã nhiều lần được Hội đồng liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) xác định là công cụ cần thiết để giảm thiểu tác động tồi tệ nhất của biến đổi khí hậu. Tăng năng suất cây trồng rất quan trọng đối với an ninh lương thực trước sự gia tăng dân số toàn cầu liên tục và các thách thức về khí hậu.

Các phương pháp loại bỏ carbon được nghiên cứu có tiềm năng không chỉ loại bỏ một lượng đáng kể carbon khỏi khí quyển và lưu giữ nó vĩnh viễn mà còn có khả năng tăng năng suất cây trồng.

Nghiên cứu chỉ ra tiềm năng đáng kể chưa được khai thác trong việc sử dụng hàng triệu ha đất nông nghiệp của Hoa Kỳ để mở rộng quy mô Đẩy mạnh sự phong hóa và loại bỏ carbon dioxide bằng sản xuất nhiên liệu sinh học và thực phẩm bền vững. Chỉ riêng ở Mỹ, hơn 39 triệu ha đất được dành để sản xuất ngô và hơn 35 triệu ha đậu nành đã được trồng ở Mỹ vào năm 2021.

EW nhằm mục đích đẩy nhanh quá trình phong hóa tự nhiên bằng cách rải đá silicat nghiền mịn (thường là đá bazan, đá núi lửa thông thường) lên đất, giúp làm tăng tốc độ phản ứng hóa học giữa đá, nước và không khí, đồng thời thu giữ carbon dioxide (CO₂) từ khí quyển.

Trong thế giới tự nhiên, các loại đá như đá bazan hấp thụ CO₂ như một phần của quá trình xói mòn liên tục trong hàng triệu năm. Quá trình phong hóa này có thể được đẩy nhanh bằng cách nghiền đá để tăng diện tích bề mặt phản ứng và cho phép hấp thụ nhiều CO₂ hơn. CO₂ hòa tan được lưu trữ trong đất hoặc bị cuốn trôi ra sông và đại dương, nơi nó được lưu trữ hàng trăm nghìn năm.

Nghiên cứu mới này, được công bố trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (Proceedings of the National Academy of Sciences), cho thấy các biện pháp EW có những lợi ích kép đáng kể đối với sức khỏe đất và năng suất cây trồng do lượng dinh dưỡng hữu dụng tăng lên khi pH đất tăng và nguồn cung cấp dinh dưỡng lớn hơn được  phóng thích khi các khoáng chất bazan hòa tan.

Phân tích di truyền của rễ cây được trồng bằng đá bazan cho thấy các gen chịu trách nhiệm hút chất dinh dưỡng từ đất phản ứng với việc tăng hấp thu các nguyên tố khoáng, giúp cho năng suất cao hơn. Phân tích hóa học của đậu và ngũ cốc cũng cho thấy nồng độ các chất dinh dưỡng vi lượng và đa lượng tăng lên, chứng minh cách làm tăng sự phong hóa đã cải thiện tình trạng dinh dưỡng của chúng mà không có bất kỳ dấu hiệu nào về nguy cơ sức khỏe tiềm ẩn.

Ngô là cây trồng phổ biến thứ hai trên thế giới và được sử dụng rộng rãi cho làm năng lượng sinh học, thức ăn chăn nuôi và trong bữa ăn của con người.

Tác giả chính của nghiên cứu, giáo sư David Beerling, Giám đốc Trung tâm Giảm nhẹ và Biến đổi Khí hậu Leverhulme tại Đại học Sheffield cho biết: “Chúng tôi đã chứng minh được bằng dữ liệu khó có được, tiềm năng loại bỏ carbon của biện pháp đẩy mạnh sự phong hóa trong thế giới thực. Đó là một bước tiến lớn trong việc hiểu được tiềm năng to lớn của công nghệ này trong việc giảm thiểu biến đổi khí hậu đồng thời cải thiện năng suất cây trồng và sức khỏe đất”.

Giáo sư Noah Planavsky, một đối tác trong nghiên cứu từ Trung tâm khử carbon tự nhiên của Đại học Yale, cho biết: “Các công nghệ loại bỏ carbon dioxide cần có tài liệu rõ ràng về lượng CO₂ được loại bỏ và những ảnh hưởng của các biện pháp can thiệp. Nghiên cứu điển hình này cho thấy đẩy mạnh sự phong hóa có thể loại bỏ carbon và mang lại lợi ích cho người nông dân Mỹ”.

Tiến sỹ Dimitar Epihov, đồng tác giả của nghiên cứu và cộng tác viên nghiên cứu tại Trung tâm giảm nhẹ và biến đổi khí hậu Leverhulme tại Đại học Sheffield, cho biết: “Chúng tôi rất vui mừng được ghi lại các cơ chế làm tăng năng suất cây trồng bằng công nghệ giải trình tự gen tiên tiến. Bằng cách cho thấy rằng cây phát triển trên đá bazan đã lập trình lại mạng lưới gen hấp thụ chất dinh dưỡng ở rễ của chúng, chúng tôi nâng cao hiểu biết của mình về mối liên hệ giữa các quá trình dưới mặt đất và sự gia tăng sản lượng cây trồng”.

Nguyễn Tiến Hải theo Phys.org