علف و شبدر می توانند بیش از غذای حیوانات فراهم کنند

ویرایش شده توسط Swati Mestri، بررسی توسط اندرو زینین

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

پرورش لی (علف و شبدر) در کشاورزی سوئد چیز جدیدی نیست. اما در مناطق کشاورزی زراعی که تحت سلطه تولید غلات هستند، لیو کمتر رایج است. یکی از دلایل این است که باید بازاری برای آنچه برداشت می شود وجود داشته باشد.

این یکی از نقاط شروعی بود که محققان در Chalmers شروع به کاوش در پتانسیل پالایشگاه‌های زیستی سبز کردند، جایی که علف و شبدر می‌توانند به چندین محصول مختلف تبدیل شوند.

این یافته ها در مجله GCB Bioenergy منتشر شده است.

پروفسور کریستل سدربرگ، پروفسور کریستل سدربرگ، می‌گوید: «از منظر کشت و خاک، وارد کردن علف و شبدر به چرخش زراعی تحت سلطه غلات، طیفی از اثرات مثبت هم بر خاک و هم بر محیط‌زیست دارد. کشاورزان به خوبی می‌دانند که رشد علف و شبدر کیفیت خاک را بهبود می‌بخشد، اما چالش پیدا کردن بازاری برای این منبع زیست توده پایدار است.»

زمانی که محققان دانمارکی شروع به استخراج پروتئین از علف تازه در تاسیسات آزمایشی کردند، یک فرصت آشکار شد.

گوران برندس، استاد زیست توده و استفاده از زمین در چاله می‌گوید: «وقتی شنیدیم محققان دانمارکی شروع به استخراج پروتئین از علف تازه در گیاهان آزمایشی و تولید خوراک پروتئینی کرده‌اند که می‌تواند جایگزین خوراک وارداتی شود، مزیت عمده دیگری را دیدیم: با تصفیه زیستی پروتئین از لیز، می‌توانیم وابستگی به پروتئین سویا را کاهش دهیم که با تعدادی از مشکلات زیست‌محیطی مرتبط است».

او ادامه می‌دهد: «برای ما کاملا طبیعی بود که این فرصت را دنبال کنیم، زیرا این در راستای تحقیقات قبلی ما در زمینه راه‌های توسعه تولید و فرآوری زیست‌توده برای ارائه طیف وسیع‌تری از محصولات مبتنی بر زیست‌محصول و در عین حال کاهش اثرات منفی زیست‌محیطی کشاورزی است».

Cederberg و Berndes در بخش نظریه منابع فیزیکی، گروه علوم محیطی و انرژی در دانشگاه فناوری چالمرز کار می کنند.

در یک پالایشگاه زیستی سبز، علف و شبدر تازه برداشت شده فشرده شده و پروتئین جدا می شود. این پروتئین می تواند به عنوان خوراک دام مورد استفاده قرار گیرد و در نتیجه جایگزین مقداری از سویای وارداتی به اروپا شود.

سدربرگ به چندین مزیت زیست محیطی بالقوه چنین تغییری اشاره می کند:

"اگر ما بتوانیم سویا را با پروتئین علف جایگزین کنیم، تعدادی از مزایای زیست محیطی وجود دارد. کاهش قابل توجه اثرات منفی آفت کش ها، سیستم های غذایی دایره ای تر، حاصلخیزی خاک حفظ شده و شرایط بهتر برای تنوع زیستی در مناظر کشاورزی بسیار مهم است."

اما پروتئین تنها یکی از اجزای زیست توده است. فرآیند پالایش همچنین مقادیر زیادی جریان باقیمانده غنی از فیبر تولید می کند که می تواند به روش های مختلفی مورد استفاده قرار گیرد.

Berndes می‌گوید: «تاکنون، محصولات جانبی عمدتا برای تولید بیوگاز استفاده می‌شده‌اند، اما ما امکانات بیشتری از جمله بیوچار، منسوجات و حتی جذب کربن را می‌بینیم که در آن CO2 جذب‌شده می‌تواند به‌طور دائمی در زیر زمین ذخیره شود یا به‌عنوان ماده اولیه صنعتی به جای دی‌اکسید کربن فسیلی استفاده شود».

پتانسیل استفاده از زیست توده غنی از فیبر به عنوان ماده خام برای مواد مختلف زیستی نیز در حال بررسی است. با این حال سدربرگ تاکید می کند که این هنوز حوزه ای است که نیاز به توسعه بیشتر دارد.

هنوز خیلی زود است که بگوییم کدام برنامه‌های کاربردی امروزی امیدوارکننده‌تر هستند. کار توسعه بیشتری مورد نیاز است.

توانایی خاک‌های کشاورزی برای رویارویی با تغییرات آب و هوایی به ویژه پس از تابستان 2026 اهمیت پیدا کرده است. امواج گرمای مکرر و کمبود طولانی‌مدت بارندگی، رطوبت خاک را در بخش‌هایی از اروپا کاهش داده است. در ماه اوت، مرکز تحقیقات مشترک کمیسیون اروپا (JRC) از بدتر شدن چشم انداز برای چندین محصول تابستانی و تلفات شدید در مناطقی که بیشترین آسیب را دیدند، گزارش داد. همین خشکسالی طولانی مدت و گرمای شدید نیز به آتش سوزی های گسترده جنگل ها و آتش سوزی های جنگلی کمک کرد.

آیا افزایش مقدار زمین زیر چمن و شبدر می تواند کشاورزی را انعطاف پذیرتر کند؟ سدربرگ توضیح می دهد که تحقیقات در مورد خود خاک کشاورزی به ما می گوید.

"بله، اما این یک استراتژی بلندمدت است. ما از آزمایش‌های مزرعه‌ای طولانی‌مدت - آزمایش‌هایی که برای چندین دهه در یک مکان انجام شده‌اند - می‌دانیم که تناوب زراعی متنوع‌تر و به‌ویژه گنجاندن لیز باعث افزایش میزان کربن در خاک می‌شود. یا به بیان ساده‌تر: محتوای مواد آلی خاک افزایش می‌یابد."

این به نوبه خود بر توانایی خاک برای تحمل دوره های بدون بارندگی تأثیر می گذارد.

سدربرگ می‌گوید: «ظرفیت نگهداری آب در خاک افزایش می‌یابد و بهتر می‌تواند در دوره‌های خشک مقاومت کند. محتوای بالاتر مواد آلی نیز ساختار خاک را بهبود می‌بخشد، به‌ویژه در خاک‌های رسی، و به ریشه‌ها اجازه می‌دهد به عمق بیشتری نفوذ کنند و به آب دسترسی پیدا کنند».

بنابراین این یک راه حل سریع برای یک تابستان خشک نیست، بلکه یک سوال در مورد چگونگی توسعه خاک های کشاورزی در طولانی مدت است.

رشد بیشتر علف و شبدر همچنین به معنای استفاده از زمینی است که در غیر این صورت می تواند برای محصولات دیگر استفاده شود. آیا گسترش کشت لی می تواند تولید غذا را کاهش دهد؟

در مناطق کشت غلات سوئد، افزایش کشت لیمو در درجه اول جایگزین غلات می شود.

زمانی که کشاورزان غلات را با محصولی جایگزین می‌کنند که به عنوان محصول شکسته شناخته می‌شود - در این مورد یک محصول لی - آنها این کار را با کمترین محصول غلات در تناوب انجام می‌دهند، یعنی محصولی که کمترین حاشیه و عملکرد را دارد. معرفی لی به تناوب زراعی نیز اثرات مثبتی بر عملکرد سایر محصولات دارد، اگرچه این اثرات از سال تا سال می‌تواند متفاوت باشد. سدربرگ.

او همچنین خاطرنشان می کند که در یک سال عادی، سوئد به اندازه کافی غلات تولید می کند تا به یک صادرکننده خالص تبدیل شود.

"کشت لی آشکارا از زمین های کشاورزی در سوئد استفاده می کند و می تواند منجر به کاهش صادرات غلات شود. اما زمانی که از علف برای استخراج خوراک پروتئینی و کاهش واردات سویا استفاده می کنیم، زمین در آمریکای جنوبی آزاد می شود که رقابت برای زمین و فشار ناشی از جنگل زدایی در آن قسمت از جهان را کاهش می دهد."

Berndes می گوید: «در سطح جهانی، اگر اروپا تولید خوراک پروتئینی مبتنی بر لی را گسترش دهد، نیازهای زمین کشاورزی می تواند افزایش یا کاهش یابد. «اثر خالص بستگی به این دارد که کدام سویا از تولید خارج شده است و همچنین به این بستگی دارد که چگونه کشت لیمو بر عملکرد محصول در کشاورزی اروپا تأثیر می گذارد.»

محققان همچنین اثرات کاربری زمین را در مطالعه‌ای بررسی کرده‌اند که در آن، معرفی گسترده علف‌های چند ساله را در تناوب زراعی در بیش از 81000 منطقه در اتحادیه اروپا و بریتانیا مدل‌سازی کردند. هنگامی که محققان اثرات بر عملکرد سایر محصولات و پتانسیل جایگزینی پروتئین سویا با پروتئین علف را بررسی کردند، تقاضای جهانی اضافی برای زمین کشاورزی نسبتا کم بود. در برخی از سناریوهای مورد مطالعه، نیاز زمین در عوض کاهش یافت.

این مطالعه همچنین پتانسیل افزایش جذب کربن، کاهش فرسایش و کاهش تلفات نیتروژن به آب را نشان داد.

نحوه استفاده از بقیه زیست توده چمن نیز مهم است.

"اگر استفاده از جریان های جانبی برای تولید بیوگاز و سایر محصولات مبتنی بر زیست را نیز در نظر بگیریم - و فرض کنیم که این محصولات در غیر این صورت از سایر زیست توده های کشت شده تولید می شوند - نیاز زمین بیشتر کاهش می یابد."

بخشی از تحقیقات در دره سبز، یک پروژه تحقیقاتی و همکاری سوئدی-دانمارکی با تمرکز بر پالایشگاه‌های زیستی سبز انجام شده است. چالمرز یکی از چندین شریک، همراه با سازمان هایی از جمله Agroväst، دانشگاه علوم کشاورزی سوئد (SLU)، Hushållningssällskapet Sjuhärad و دانشگاه آرهوس است. این پروژه شامل دو مرکز نمایشی است: یکی در کالج کشاورزی Sötåsen در منطقه Västra Götaland، سوئد، و دیگری در دانشگاه Aarhus در دانمارک.

سدربرگ به عنوان مسئول تماس چالمرز در دره های سبز خدمت کرده است و او و برندز هر دو به عنوان محقق در این پروژه شرکت کرده اند. اکنون کار در یک مجموعه پروژه جدید به نام Land2Value که شرکای نروژی را نیز در بر می گیرد، ادامه دارد.

برندز می‌گوید: «با اتخاذ رویکردی گسترده - از استفاده از زمین تا فرآیندهای صنعتی و استفاده از محصولات مبتنی بر زیست‌محصولات - و بررسی طیف وسیعی از جنبه‌های پایداری، تحقیقات ما می‌تواند به توسعه بیشتر سیستم‌های مبتنی بر زیست امروزی کمک کند و به اطمینان حاصل شود که انتقال از سیستم‌های مبتنی بر فسیل به سیستم‌های مبتنی بر زیست فواید متعددی را به همراه دارد.

کار در تأسیسات نمایشی هم تجربه عملی و هم بینش گسترده تری را ارائه کرده است.

سدربرگ می‌گوید: «از نظر دانش و دانش عملی، ما چیزهای زیادی از ساخت و راه‌اندازی پالایشگاه‌های زیستی در تأسیسات نمایشی آموخته‌ایم: چالش‌های مدیریت انواع مختلف بیومس چمن و شبدر در شرایط مختلف آب‌وهوایی، این که چگونه این شرایط بر کیفیت محصول تأثیر می‌گذارد، و چگونه کیک پرس به عنوان ماده اولیه برای تولید بیوگاز عمل می‌کند».

اما یک درس مهم این است که خود فناوری تنها بخشی از چیزی است که باید کار کند.

"یک درس خاص این است که کل مفهوم واقعا به یک دیدگاه سیستمی نیاز دارد، که در آن لجستیک، زیرساخت و مقیاس اجزای مهمی هستند. کل سیستم، از جمله افرادی که در آن فعالیت می کنند، باید در نظر گرفته شود - و چه نوع مدل کسب و کاری برای کارکرد آن مناسب است؟ در اینجا چالش هایی وجود دارد."

اگر علف و شبدر می توانند پروتئین، انرژی و مواد را تامین کنند و در عین حال به ایجاد خاک های سالم تر نیز کمک کنند، سوال واضح این است که چرا پالایشگاه های زیستی سبز هنوز گسترده تر نشده اند.

موانع عملی و اقتصادی وجود دارد.

سدربرگ می‌گوید: "اینها سیستم‌های پیچیده‌ای برای ایجاد هستند. هزینه‌های سرمایه‌گذاری در سال‌های اخیر افزایش یافته است. سیستم باید چه نوع مدل کسب‌وکاری داشته باشد؟ همچنین رقابت در بازارها - خوراک، کشاورزی و مواد غذایی - که قیمت‌های پایین در حال حاضر به نظر می‌رسد تقریبا بر همه چیز بیشتر است، بسیار دشوار است."

شرایط سیاست بلندمدت نیز بر تمایل به سرمایه گذاری تأثیر می گذارد.

برندز می گوید: "مانند سایر فعالیت ها، تمایل به سرمایه گذاری تحت تاثیر شرایط بلندمدت قرار می گیرد. ذینفعان به این اطمینان نیاز دارند که سیاست ها و ابزارهای سیاستی شرایط مطلوب را در دراز مدت حفظ خواهند کرد."

Oskar Englund و همکاران، استقرار در مقیاس بزرگ چمن در تناوب زراعی به عنوان یک استراتژی چند منظوره کاهش آب و هوا، GCB Bioenergy (2022). DOI: 10.1111/gcbb.13015

ارائه شده توسط دانشگاه صنعتی چالمرز

سواتی مستری دارای مدرک لیسانس در مهندسی الکترونیک است و از سال 2019 به عنوان ویرایشگر محتوا کار کرده است. او ویرایش اسناد تحقیقاتی در زمینه فناوری، مراقبت های بهداشتی و علم مواد را تجربه کرده است و علاقه خاصی به فناوری و فضا دارد. نمایه کامل →

فوق لیسانس فیزیک با تجربه تحقیق. علاقه مندان به اخبار علمی طولانی مدت. نقش کلیدی در موفقیت سرمقاله Science X ایفا می کند. نمایه کامل →