Soil Carbon Mineralization Kinetics as Influenced by Changes in Land Use and Soil Management in the Central Highlands of Ethiopia

Abstract

አህፅሮት

በመካከለኛው የኢትዮጵያ ደጋማ ቦታዎች የአፈር መብላላት (ሚንራላይዜሽን) ሂደትን ለመረዳት ኩታ ገጠም ከሆኑ 5 የመሬት አጠቃቀምና አያያዝ ዘዴዎች (የግጦሽ መሬት፣ የእርሻ ማሳ፣ ወደ በህር ዛፍ የተቀየረ የእርሻ መሬት፣ በኖራ የታከመ ማሳ እና የእዳሪ ማሳ) በተሰበሰቡ የአፈር ናሙናዎች ላይ 62 ቀናት የፈጀ የቤተ ሙከራ ጥናት ተካሂዷል፡፡ ውጤቱ እንደሚያሳየው የጥቅል ካርቦን መብላላትና እና የመብላላት ፍጥነት ከግጦሽ መሬት በሁለቱም የአፈር ጥልቀት (ከ0-10 ሳ.ሜ እና 10-20 ሳ.ሜ) መጠን ከሌሎች የመሬት  አጠቃቀም ስልቶች አንፃር ሲታይ በተከታታይነት ከፍተኛ ሆኖ ታይቷል፡፡ ጥቅል የካርቦንዳይኦክሳይድ ልቀት ሲታይ የግጦሽ ማሳ፣ የእርሻ ማሳ፣ የባህር ዛፍ ማሳ፣ የእዳሪ መሬት እና በኖራ የታከመ መሬት ቅደም ተከተላቸውን ጠብቀው ከፍተኛ መጠን ነበራቸው፡፡     ከተፈተሹት 6 የፍጥነት ሀይል ሞዴሎች ውስጥ የመጀመሪያ ደረጃው ሞዴል (ጥቅል ካርቦን ልቀት፣ እምቅ ካርቦን) (1-e^-kt) የሚባለው የሙከራ አፈሮችን የካርቦን መብላላት መጠን በመግለፅ ረገድ ተመራጭ ሆኗል፡፡ የግጦሽ ማሳ በሁለቱም ጥልቀት ደረጃዎች እና የእርሻ ማሳ በ10- 20 ሳ.ሜ ጥልቀት ከሌሎች የመሬት አጠቃቀም ስልቶች  አንፃር ሲታዩ አመርቂ የሆነ እምቅ ለመብላላት የሚሆን ካርቦን እንዳላቸው ማወቅ ተችሏል፡፡በተመሳሳይ መልኩ ኖራ የተጨመረበት ማሳ እና የእዳሪ መሬት ከ1ዐ-20 ሳ.ሜ የአፈር ጥልቀት ላይ ከሌሎች መሬት አጠቃቀሞችና አያያዝ ስልቶች አንፃር ሲተይ አመርቂ የሆነ ካርቦንዳይኦክሳይድ ነበራቸው፡፡ በሌላ በኩል ደግሞ የግጦሽ ማሳን የአፈር ተፈጥሮአዊ እና ክብደተ-ህያው ካርቦን ይዘት ከኩታ ገጠም የእርሻ ማሳ፣ የባህር ዛፍ መሬት፣ በኖራ የታከመ ማሳ እና በእዳሪ ማሳ አንፃር ሲታይ በ9.9 በመቶ በአስተማማኝ ደረጃ የበለጠ መሆኑ ታይቷል፡፡ የአፈር ተፈጥሮአዊ እና ክብደተ-ህያው ካርቦን መጠን ከእምቅ መብላላት ከሚችል ካርቦን፣ የፍጥነት ኃይል እና የሁለቱ ብዜት ጋር አዎንታዊ ግኑኝነት ሲኖራቸው ከt½ እና qCO₂ ጋር ግን አሉታዊ ግኑኝነት እንዳላቸው ለታዉቋል፡፡ ስለሆነም ተአካ፣ ክህካ፣ እሚካ እና qCO₂ የመሬት አጠቃቀምና አያያዝ ዘዴዎችን የልዩነት ደረጃ ሁነኛ መለኪያዎች መሆናቸው ታውቋል፡፡

Abstract

Conversions of natural vegetation to other land use and soil management systems are often accompanied by changes in soil properties and have environmental implications. Such changes in land use and agricultural practices affect soil carbon pools and contribute to increased atmospheric CO2 concentrations. Hence, to understand carbon mineralization processes, a 62-day laboratory incubation experiment was carried out using soil samples collected from five adjacent land uses and management systems (grassland, cropland, Eucalyptus plantations, limed land, and fallow land) in the central highlands of Ethiopia. Total carbon mineralized and the mineralization rates were consistently higher in grasslands in both 0-10 cm and 10-20 cm as compared to the other land uses and management systems. The cumulative CO₂ release followed the order: grassland> cropland> Eucalyptus> fallow land> limed land. Among six kinetic models tested, a first-order model [C_t = C_o (1-e^-kt)] was selected and fitted well to describe C mineralization of the experimental data. Grassland in both depths and cropland in the surface layer (0- 10 cm) had significantly higher mean values of potentially mineralizable carbon (C_o) as compared to each depth in different land uses. Metabolic quotient (qCO₂) observed in limed land and fallow land in 10 -20 cm depth was significantly higher than the other land uses and management systems. Similarly, soils under grassland had significantly (p<0.001) higher soil organic carbon (SOC) and microbial biomass carbon (MBC) than the adjacent cropland, Eucalyptus plantations, limed land and fallow land. SOC and MBC were positively correlated with C_o, k and C_o*k, and negatively correlated with t_1/2 andqCO₂. Hence, SOC, MBC, C_o and qCO₂ were better discriminators among different land uses and management systems, and therefore, could be used as sensitive indicators of ecosystem change in the study area.