مروری بر روش‌های اندازه‌گیری کربن خاک‌: ملاحظات تجربی، مزایا و معایب

کربن آلی خاک از مهم‌ترین شاخص‌های قضاوت کیفیت، سلامت و حاصلخیزی خاک محسوب می‌شود‌؛ بنابراین، اندازه‌گیری دقیق، سریع و کم‌هزینه آن برای تدوین روش‌های مدیریتی و حفاظتی که منجر به ترسیب و افزایش کربن یا حداقل حفظ آن در خاک ‌شود، ضروری است. روش‌های اندازه‌گیری کربن خاک به‌طورکلی در دو دسته خارج از منطقه نمونه‌برداری و روش‌های نوین اندازه‌گیری در جا، طبقه‌بندی می‌شوند. دسته اول که شامل نمونه‌برداری سنتی از خاک و تخریب شیمیایی آزمایشگاهی ماده آلی خاک با استفاده از روش‌های احتراق‌تر و احتراق خشک هستند، اغلب پرهزینه، وقت‌گیر و مخرب محیط‌زیست می‌باشند و خطاهای رایج نمونه‌برداری و تجزیه‌های آزمایشگاهی در بسیاری موارد باعث کم شدن دقت این روش‌ها می‌شوند. روش‌های اندازه‌گیری در منطقه که شامل طیف‌سنجی بازتاب مادون‌قرمز، پراکندگی ناکشسان نوترونی، طیف‌سنجی فروشکست القایی لیزر و سنجش‌ازدور هستند، با افزایش دقت و سرعت اندازه‌گیری و کاهش فراوان هزینه‌های نمونه‌برداری و تجزیه‌های آزمایشگاهی، به‌ویژه در مطالعات کلان ملی، بسیار راهگشا می‌باشند. آمارهای پایش سرتاسری کیفیت خاک‌های کشاورزی ایران نشان داده است که در بیش از 60 درصد اراضی، میزان کربن آلی خاک کمتر از یک درصد است و بررسی‌های متوالی نیز موید روند کاهشی ذخایر کربن آلی ‌خاک‌های اکثر مناطق کشور است. قرار گرفتن بیش از 80 درصد مساحت ایران در اقلیم خشک و نیمه‌خشک و محتوی کم کربن آلی این خاک‌ها از یک‌سو و شوری مساحت قابل‌توجه و آهکی بودن غالب خا‌ک‌های ایران از سوی دیگر، روش صحیح اندازه‌گیری کربن آلی این خاک‌ها را به موضوعی چالشی و بحث‌برانگیز تبدیل کرده است. اگرچه در بین روش‌های اندازه‌گیری کربن خاک، استفاده از سنجش‌گرهای خودکار کربن، به‌عنوان روش استاندارد و مرجع شناخته می‌شوند؛ اما در خاک‌هایی که حاوی مقادیر زیادی کربنات‌ هستند، در اغلب موارد هنگام احتراق نمونه تبدیل کربنات‌ها به کربن دی‌اکسید ناقص انجام می‌شود؛ بنابراین، استفاده از روش‌های احتراق‌تر، به دلیل تاثیر نپذیرفتن آن از حضور کربنات‌ها و محاسبه مستقیم کربن آلی مطلوب‌تر است. تمامی راهکارهای سنجش مقدار کربن آلی خاک نقاط قوت و ضعفی دارند که انتخاب آن ابزار یا روش اندازه‌گیری را منوط به ویژگی‌های خاک موردبررسی، هدف پروژه و بودجه تخصیص ‌یافته می‌کند. لذا با توجه به عدم وجود مطالعه‌‌ای جامع در این زمینه، این مطالعه با هدف کمک به ایجاد نگرشی بهتر نسبت به نتایج حاصل از روش والکلی‌بلک که اصلی‌ترین روش اندازه‌گیری کربن آلی خاک‌های کشور است و نیز کمک به تدوین پروتکلی استاندارد برای اندازه‌گیری کربن آلی خاک‌های شور و آهکی ایران، به ارزیابی مقایسه‌ای روش‌های اندازه‌گیری کربن خاک با تشریح نقاط قوت و ضعف آن‌ها پرداخته است.

A review of soil carbon measurement methods: Experimental considerations, advantages and disadvantages

Soil organic carbon is one of the most important basis for assessing soil quality, health, and fertility. Therefore, accurate, rapid, and inexpensive measurement of soil organic carbon is essential to determine efficient management and conservation practices, which might increase carbon sequestration or preservation in soils. Soil carbon measurement methods are generally classified into two categories: exsitu and new in situ methods. The first category includes traditional fieldcollected samples and chemical laboratory degradation of soil organic matter using wet and dry combustion methods. These methods are often expensive, timeconsuming, and environmentally destructive. In many cases, common sampling and laboratory errors have resulted in these approaches to be less precise. In situ methods, including infrared reflectance spectroscopy, laserinduced breakdown spectroscopy, inelastic neutron scattering, and remote sensing, are considered more efficient, especially in largescale national studies as utilizing such methods may increase the speed and accuracy of measuring and significantly reduce the cost of conventional field sampling and laboratory analysis. National quality monitoring of Iranian agricultural soils showed that in more than 60% of lands, soil organic carbon content is less than one percent and further studies have confirmed the declining trend of organic carbon storages in most parts of the country. On one hand, more than 80% of Iran’s land area is located in an arid and semiarid climate whose soils are low in organic carbon content, and on the other hand, the salinity and predominance of calcareous soils in vast areas of Iran have become controversial issues, which have made the attempts to find the correct method of measuring the organic carbon of these soils more complicated. Although the use of an automated carbon analyzer is considered as the standard method for comparing the exsitu soil carbon measurements, the incomplete conversion of carbonate to CO2 under the combustion conditions in highly calcareous soils might happens which is problematic. Therefore, the use of wet combustion methods is more popular because it’s not affected by the presence of carbonates and the direct calculation of organic carbon. All soil organic carbon measurement methods have strengths and weaknesses, so its choice depends on the characteristics of the studied soils, the purpose of the project as well as the financial considerations, and the allocated budget. Considering the lack of comprehensive studies in this field, the present study aims to help to gain a better understanding of the results of the Walkley Black method, as the basic method of measuring soil organic carbon in Iran, and to assist with developing a standard and robust protocol for measuring the organic carbon of saline and calcareous soils of Iran, and finally to comparatively evaluate the soil carbon measurement methods by outlining their strengths and weaknesses.