VS-sandgronde nie sondebok in aardverwarming

Die semi-ariede sandgronde van die Noordwes-Vrystaat bestaan uit windgewaaide sand wat in die verre verlede op ’n eeueoue golwende kleierige oppervlak gedeponeer is.

As gevolg van hierdie golwende eienskap kom tydelike watertafels algemeen voor: In droë seisoene word dit deur gewasse benut, maar in nat jare veroorsaak dit erge versuiping met gevolglike opbrengsverliese.

Ten spyte van die gronde se inherente verdigtings­probleem, lae organiesemateriaal- en voedingstof­inhoud, lae waterstoorvermoё asook vatbaarheid vir winderosie, word steeds sowat 19% van Suid-Afrika se mielies op sandgronde geproduseer. Dit is veral te danke aan die feit dat mielieprodusente oor jare heen met plaasproewe steeds op soek is na die mees volhoubare en winsgewende verbouingspraktyke op hierdie gronde. Aspekte van bewaringslandbou, die bevordering van grondgesondheid asook die vermindering van die impak van klimaatsverandering word deurlopend deur die Sandgrondontwikkelingskomitee (SOK) ondersoek en finansiële steun word op ’n jaarlikse basis deur die Mielietrust vir die doel bewillig.

Een van die belangrikste gevolg­trekkings van die onlangse COP26-beraad is dat dit die mensdom se laaste kans is om te verhoed dat die toename in aardverwarming nie 1,5°C in die volgende dekade of twee oorskry nie. Die kweekhuis­gasse wat hitte in die atmosfeer vashou, is koolsuurgas (CO₂), metaan (CH₄) en hidrofluorokoolstowwe. Verhoogde grondtemperature versnel die afbraak (mineralisasie) van organiese materiaal met die gevolg dat aardverwarming die koolstof­inhoud (C-inhoud) van gronde gaandeweg verlaag. Aardverwarming – en gevolg­lik klimaatsverandering – is dus nie goeie nuus vir droёlandlandbou in die Noordwes-Vrystaat op die sandgronde met hul inherent lae C-inhoude nie. In hierdie artikel word gefokus op grond­respirasie, oftewel CO₂-vrystelling aan die atmosfeer, van verskillende gewasstelsels soos bereken vanaf grondtemperatuurwaardes en biomassa.

Toegegee, grondrespirasie is ’n integrasie van verskeie ekosisteemprosesse, waarvan baie deur ver­anderinge in grondtemperatuur beïnvloed word. So, byvoorbeeld, speel grondtemperatuur ’n belangrike rol in gewasgroei, mikrobiologiese aktiwiteite asook in chemiese en fisiese prosesse in die grond. Die totale aktiwiteit gemeet as CO₂-vrystelling van, onder meer, bakterieë en fungi om organiese materiaal in die grond af te breek, neem toe met ’n toename in grondtempe­ratuur (Pietikäinen et al., 2005). Die Haney-toets (Ward Laboratories, 2021) gebruik CO₂-vrystelling as een van die maatstawwe om grondgesondheid te meet. Hoe groter hierdie waarde, hoe beter is grondgesondheid – maar hoe meer CO₂ word vrygestel!

Natuurlik is die rugkant van die pennie die vaslegging van hierdie CO₂ in die grondkoolstofpoel. Hierdie proses geskied hoofsaaklik via die proses van plantfotosintese waar CO₂ omgeskakel word na plantsui­kers en -koolhidrate om uiteindelik in verskeie vorms in die grond gestoor te word by die afbraak van bo- en ondergrondse plantdele. Grondtekstuur, en spesifiek klei-inhoud, is ’n bepalende eienskap wat die grootte-orde van grond-C-vaslegging bepaal (Du Toit & Du Preez, 1993; Krull et al., 2001; Steinke & Beukes, 2013).

Maar het die sandgronde in ’n semi-ariede omgewing die vermoë of kapasiteit om noemens­waardige hoeveelhede grond-C vas te lê? In hierdie artikel word gepoog om beide aspekte van CO₂-vry­stelling en grond-C-vaslegging toe te lig om meer te wete te kom van gewasverbouing op sandgronde se koolstofvoetspoor. Hier word slegs op die biologiese komponent gefokus en ander bydraers tot die koolstofvoetspoor, soos bemesting en brandstofverbruik, word buite rekening gelaat.

Agtergrondinligting en proefpraktyke
Vyf persele op ’n kommersiële land is gebruik om ’n somer- en winterdekgewasproef in November 2016 uit te lê vir die duur van drie groeiseisoene op Danie Crous se plaas Deelpan in die Kroonstad-distrik. Landboubewaringspraktyke, soos minimumbewer­king (rip-op-ry-skeurploeg) en geenbewerking, asook wisselbou, is toegepas. Van die doelwitte van die proef was juis om die groei en opbrengs van dekgewasmengsels in wisselbou met mielies te vergelyk met dié van monokultuurmielies, asook om grondgesondheid, waaronder die koolstofinhoud, en eienskappe soos grondtemperatuur en grondwaterinhoud, wat verband hou met klimaatsverandering, te monitor. Meer agtergrondinligting word verskaf in Beukes et al. (2021). Kapasitansiepeilers is vir die duur van elke groeiseisoen op al die lande geïnstalleer ten einde grondtemperature en grondwaterinhoud aaneen­lopend op ses dieptes te meet.

Grondrespirasie (CO₂-vrystelling) is empiries bereken vanaf halfuurlikse grondtemperature op 100 mm-diepte, seisoenale biomassa asook die tempo van biomassaproduksie vir die duur van die 2017/2018-groeiseisoen, wat gewissel het van 95 dae tot 168 dae, afhangende van die gewasstelsel. Die empiriese vergelyking van Han et al. (2007) is gebruik om CO₂-vrystelling te bereken. Studies deur hierdie outeurs het gevind dat CO₂-vrystelling uit die grond die beste korreleer met grondtemperature op ’n gronddiepte van 100 mm, asook met biomassaproduksie.

Om grond-C-vaslegging te bepaal, is grond-C oor drie seisoene gemeet op verskeie diepte-inkremente van mie­lies en ’n naasliggende kweekgrasland (C dactylon). Die data het getoon dat daar ’n toename in grond-C oor die genoemde drie seisoene was. Uit hierdie data is die jaarlikse tempo van grond-C-vaslegging bereken. ’n Terugwaartse berekening is gedoen om grond-C as CO₂ uit te druk. ’n Soortgelyke studie oor vyf seisoene is ook op Thabo van Zyl se plaas Christinasrus in die Bothaville-distrik gedoen, met Smutsvinger (D eriantha) as grasland. Finale berekeninge is gebaseer op ’n diepte van 0 mm tot 600 mm as synde verteenwoordigend van die wortelprofiel.

Seisoenale CO₂-vrystelling as funksie van gewasstelsels
Alhoewel die seisoenale reënval van 416 mm minder as die langtermyn- gemiddelde syfer van 540 mm was, was die seisoenale verspreiding ideaal vir goeie gewasgroei en -opbrengs. Graanopbrengste het gewissel van 7 t/ha tot 9,5 t/ha as ’n funksie van die gewasstelsel. Foto 1 tot Foto 4 toon belowende vegetatiewe groei van die mie­lies en die somer- en winterdekgewasse. Grafiek 1 toon derhalwe uitstekende biomassaproduksie wat gewissel het van 10,5 metrieke t/ha tot 15,6 metrieke t/ha droë biomassa as ’n funksie van die gewasstelsel.

Grafiek 2 toon dat CO₂-vrystelling as ’n funksie van die gewasstelsel (MonoM = mielies op mielies; M(SDG) = mielies na somerdekgewas; M(WDG) = mielies na winterdekgewas; SDG =somerdekgewasse en WDG = winter­dekgewasse) gewissel het van 5,2 ton CO₂/ha tot 2,4 ton CO₂/ha­ vir groei­seisoenlengtes van 168 dae (mielies), 139 dae (SDG) en 95 dae (WDG), onderskeidelik. Om die syfers in perspektief te plaas: Volgens Vermeulen et al. (2012) was globale landbouproduksie in 2008 verantwoordelik vir die vrystelling van sowat 11 x 10⁶ ton CO₂ aan die atmosfeer.

Grafiek 3 toon dat die daaglikse gemiddelde CO₂-vrystelling van die gewasstelsels min gewissel het van 25 kg CO₂/ha tot 31 kg CO₂/ha, wat relatief laag is as dit met die ander syfers in Tabel 1 vergelyk word. Die bronne in Tabel 1 toon groot variasie in daaglikse CO₂-vrystelling, wat te wagte is as in ag geneem word dat CO₂-vrystelling die resultaat is van komplekse grondprosesse.

’n Mens kan stellig wonder teen watter “CO₂-prys” die mieliegraan geproduseer is? In Grafiek 4 word die seisoenale CO₂-vrystelling verdiskonteer teen die graanopbrengs van die mieliegewasstelsels. Die stelsel van mielies op mielies het die beste gevaar deur 2 kg graan te produseer per kilogram CO₂ vrygestel, met mielies na ’n wintergewas die swakste teen 1,5 kg graan per kilogram CO₂ vrygestel.

Vaslegging van CO₂ in die grondkoolstofpoel
Grafiek 5 toon dat in die 0 cm- tot 60 cm-grondlaag onder mielie­verbouing, onderskeidelik 4,1 ton CO₂/ha/jaar en 2,1 ton CO₂/ha/jaar vasgelê is as grondkoolstof op Deelpan (M-D/pan) en Christinasrus (M-C/rus). Onder die grasse (G-D/pan; G-C/rus) is 3,5 ton CO₂/ha/jaar en 3,1 ton CO₂/ha/jaar, onderskeidelik, vasgelê as grondkoolstof. Op Deelpan het die mielies die natuurlike gras uitge­stof (4,1 ton CO₂/ha/jaar versus 3,5 ton CO₂/ha/jaar). Die gemiddelde CO₂-vrystelling onder mielies gedurende die 2017/2018-seisoen was 4,9 ton CO₂/ha wat daarop dui dat CO₂-vaslegging as grondkoolstof (4,1 ton) vir Deelpan amper die CO₂-vrystelling uitkanselleer.

Wat was die rol van klei-inhoud in grond-C-vaslegging? Die klei-inhoude in die 0 cm- tot 60 cm-grondlaag was 12,1% (Deelpan) en 8,7% (Christinasrus). Die tempo van die jaarlikse gemiddelde styging in grond-C was 0,02% vir Deelpan teenoor 0,015% vir Christinasrus. Gedurende die proefperiode was die gemiddelde grond-C vir Deelpan gelyk aan 0,52% teenoor 0,48% vir Christinasrus. Die hoër klei-inhoud van die Deelpan-grond het heel waarskynlik bygedra tot ’n hoër grond-C as by Christinasrus. Indien die klei- versus grond-C-verwantskappe van Steinke & Beukes (2013) gebruik word, kan ’n grond-C vir Deelpan van 0,59% bereken word. Vir Christinasrus gee die berekening ’n syfer van 0,47%.

Samevatting en gevolgtrekkings
Die besonder gunstige 2017/2018-groeiseisoen het tot gevolg gehad dat uitstekende biomassa- en mieliegraanopbrengste behaal is. Die gemiddelde graanopbrengs van die proef was byvoorbeeld 8,3 t/ha teenoor die langtermynplaasgemiddeld van 6,3 t/ha. Uiteraard het die duur van die groeiseisoen die bepalendste rol gespeel by die hoeveelheid CO₂ wat vrygestel is. Die mieliegewasstelsels met ’n langer seisoen het dubbeld soveel CO₂ vrygestel as die winterdekgewasmengsel met sy korter groeiseisoen. Die daaglikse gemid­delde CO₂-vrystelling van die gewasstelsels was veel laer as die van ander studies. Dit wil dus voorkom asof die sandgronde nie as ’n sondebok uitgesonder kan word wat aardverwarming betref nie.

Hierdie studie oor die vaslegging van CO₂ in die grondkool­stofpoel het getoon dat op die sandgronde onder mielies die grootste gedeelte van die vrygestelde CO₂ weer vasgelê word (4,1 ton CO₂/ha vasgelê versus 4,9 ton CO₂/ha vrygestel). Verder is die bekende verwantskap tussen klei-inhoud en grond-C-vaslegging weer eens bevestig: In die sandgronde met hul lae klei-inhoude is die tempo van C-vaslegging, en dus die grond-C-inhoud na ’n paar jaar, uiters laag.

Dié studie is slegs die oortjies van die seekoei en behoort opgevolg te word met verdere ondersoeke – veral omdat die uurglas om aardverwarming te stuit, besig is om uit te loop.

Sandgronde met hul besonder lae bufferkapasiteit teen bio­logiese, chemiese en fisiese veranderinge moet as uiters sensitief (fragile) beskou word, veral teen die agtergrond dat sowat 19% van die land se mielies op hierdie gronde geproduseer word. Verder is dit belangrik dat produsente moet aanhou om alle moontlike bewa­ringslandboupraktyke toe te pas. Die ideaal sal uiteraard volhoubare én winsgewende boerderypraktyke op die sandgronde wees!

Bronne

1. Beukes, D, Nel, A & Trytsman, G. 2021. Klimaatsverandering: Kan dek­gewasse impak versag? SA Graan/Grain November 2021, 19 – 23.
2. Du Toit, ME & Du Preez, CC. 1993. Verwantskap tussen organiese mate­riaalinhoud van sekere onversteurde bogronde, grondeienskappe en klimaatsdata in Suid-Afrika. South African Journal of Plant and Soil, 10(4), 168 – 173.
3. Han, G, Zhou, G, Xu, Z, Yang, Y, Liu, J & Shi, K. 2007. Soil temperature and biotic factors drive seasonal variation of soil respiration in a maize (Zea mays L.) agricultural ecosystem. Plant Soil, 291, 15 – 26.
4. Kirschbaum, MUF. 1995. The temperature dependence of soil organic matter decomposition, and the effect of global warming on soil organic storage. Soil Biol. Biochem., 27, 753 – 760.
5. Krull, E, Baldock, J & Skjemstad, J. 2001. Soil texture effects on decomposition and soil carbon storage. NEE Workshop Proceedings 18-20 April 2001, 103 – 110.
6. Pietikäinen, J, Pettersson, M & Bååth, E. 2005. Comparison of temperature effects on soil respiration and bacterial and fungal growth rates. FEMS Microbiology Ecology, 52 (1), 49 – 58.
7. Steinke, MF & Beukes, DJ. 2013. An assessment of carbon sequestration rates on no-till lands in South Africa. ARC-ISCW Report No GW/A/2013. 126 pp.
8. Vermeulen, SJ, Campbell, BM & Ingram, JSI. 2012. Climate change and food systems. Annu Rev Environ Resour, 37: 195 – 222.
9. Ward Laboratories, Inc. 2021. Haney Test Interpretation Guide v1.0. https://www.google.com/search?client=firefox-b-d&q=ward+laboratories+inc. (Accessed 8 December 2021).