Việc giảm lượng carbon dioxide trong khí quyển không chỉ đòi hỏi phải giảm lượng khí thải mà chúng ta còn cần thu giữ và lưu trữ lượng carbon dư thừa đã được thải ra. Trong một bài viết quan điểm xuất bản ngày 21 tháng 9 trên tạp chí Xu hướng khoa học thực vật, một nhóm các nhà khoa học thực vật cho rằng những vùng đất khô cằn như sa mạc có thể là một câu trả lời cho vấn đề thu giữ carbon. Các nhà nghiên cứu đề xuất sử dụng đất khô kết hợp với các loại cây và đất cụ thể để tạo ra hệ thống thu hồi carbon hiệu quả, mang lại giải pháp không cạnh tranh với đất nông nghiệp.

Tốc độ tăng trưởng hàng năm của bể chứa carbon trong khí quyển (mũi tên xanh) là sự khác biệt giữa lượng phát thải từ nhiên liệu hóa thạch (96 tỷ tấn carbon), thay đổi sử dụng đất (12 tỷ tấn carbon) và lượng carbon được hấp thụ bởi các bể chứa carbon trên mặt đất (31 tỷ tấn carbon) và đại dương (29 tỷ tấn carbon). Chỉ có dòng carbon trên mặt đất được hiển thị ở đây. Nguồn hình ảnh: Xu hướng khoa học thực vật, Hirtetal.

Các tác giả tin rằng chúng ta có thể biến đổi hệ sinh thái khô cằn thành hệ thống thu giữ carbon hiệu quả với sức khỏe của đất được cải thiện, hiệu quả quang hợp tăng lên và sinh khối rễ tăng lên bằng cách tạo ra sự kết hợp lý tưởng giữa thực vật, vi sinh vật đất và các loại đất để thúc đẩy quá trình hóa sinh sinh học diễn ra tự nhiên được gọi là con đường oxalate-cacbonat để tạo ra bể chứa carbon dưới bề mặt.

Nhóm nghiên cứu do tác giả cấp cao Heribert Hitt, một nhà khoa học thực vật tại Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah dẫn đầu, đã viết: "Tái xanh sa mạc bằng cách khôi phục các chức năng hệ sinh thái, bao gồm cả khả năng cô lập carbon, nên là phương pháp được ưu tiên. Ưu điểm của việc cải tạo các khu vực khô cằn để tái phủ xanh và cô lập carbon là chúng không cạnh tranh với đất sử dụng cho nông nghiệp và sản xuất thực phẩm."

Vai trò của oxalate trong quá trình cô lập carbon

Phương pháp này tận dụng khả năng của thực vật thích nghi với hạn hán để sản xuất oxalate—một ion chứa carbon và oxy mà bạn có thể quen thuộc nếu không may bị sỏi thận hoặc bệnh gút. Một số vi sinh vật đất sử dụng oxalat làm nguồn cacbon duy nhất và bài tiết các phân tử cacbonat vào đất. Cacbonat thường bị phân hủy nhanh chóng, nhưng nếu các hệ thống vi khuẩn thực vật này được trồng trên đất giàu kiềm và canxi, thì cacbonat sẽ phản ứng với canxi để tạo thành kết tủa canxi cacbonat ổn định.

Carbon luân chuyển tự nhiên giữa khí quyển, đại dương và hệ sinh thái trên cạn, nhưng các hoạt động của con người đã dẫn đến sự tích tụ lượng carbon dioxide dư thừa trong khí quyển. Các nhà nghiên cứu viết: "...ngay cả khi chúng ta có thể giảm lượng khí thải CO2, tác động đến khí hậu của việc tăng CO2 sẽ vẫn không thể đảo ngược trong ít nhất 1.000 năm trừ khi CO2 có thể được cô lập khỏi khí quyển".

T AGPH67So sánh khả năng thu giữ carbon ở những vùng đất và cây cối khô cằn

Cây cối được coi là một hệ thống lý tưởng để thu giữ carbon, nhưng việc trồng rừng cạnh tranh trực tiếp với nông nghiệp để giành lấy đất canh tác. Ngược lại, vùng đất khô hạn chiếm khoảng 1/3 diện tích đất nhưng không được sử dụng cho nông nghiệp.

Hiện tại, hệ sinh thái khô cằn hỗ trợ rất ít loài thực vật, trong đó tình trạng khan hiếm nước là yếu tố hạn chế lớn nhất. Tuy nhiên, một số loài thực vật đã thích nghi với cuộc sống trong điều kiện hạn hán bằng cách phát triển các cơ chế khác nhau để đối phó với tình trạng thiếu nước và nhiệt độ khắc nghiệt. Một số cây thích nghi với môi trường khô cằn có hệ thống rễ chuyên biệt đào sâu vào đất để khai thác nguồn nước tiềm ẩn, trong khi những cây khác sử dụng các hình thức quang hợp khác nhau để giảm thiểu mất nước vào những thời điểm nóng nhất trong ngày. Ngoài ra còn có những loại thực vật được gọi là thực vật "oxalate", sản xuất một lượng lớn oxalate, có thể chuyển hóa thành nước trong thời gian hạn hán. Khi cây oxalate phát triển trong những điều kiện nhất định, một số carbon trong các oxalate này sẽ được lắng đọng dưới lòng đất dưới dạng cặn carbon và các tác giả hy vọng sẽ khai thác cơ chế cô lập carbon này.

Các tác giả viết: “Nhìn chung, cứ 16 nguyên tử carbon cố định quang hợp ở dạng cô lập carbon này có thể được cô lập thành cacbonat”.

Các tác giả cho biết, việc mở rộng quá trình sinh địa hóa diễn ra tự nhiên này ở các vùng khô cằn có thể biến các hệ sinh thái hiện đang kém năng suất và suy thoái này thành các bể chứa carbon, làm cho đất và thực vật khỏe mạnh hơn. Họ khuyên bạn nên bắt đầu với "những hòn đảo màu mỡ", những mảng nhỏ môi trường sống được phủ xanh mà từ đó thực vật và vi sinh vật có thể lây lan, tạo thành một thảm thực vật.

Các tác giả ước tính rằng các phương pháp này có thể làm tăng đáng kể lượng carbon được cây và đất cô lập trong vòng chưa đầy 10 năm. Tuy nhiên, họ lưu ý rằng sự thành công và tốc độ của phương pháp đề xuất sẽ phụ thuộc vào tốc độ tăng trưởng của cây trồng (có xu hướng rất chậm trong điều kiện khan hiếm nước) và "... cũng sẽ phụ thuộc vào các phương tiện tài chính và chính trị để áp dụng công nghệ này ở các quốc gia khô cằn khác nhau".