大気中の二酸化炭素の量を減らすには、排出量を削減するだけでなく、すでに排出された過剰な炭素を回収して貯蔵する必要もあります。 9月21日にジャーナル「Trends in Plant Science」に掲載された展望論文の中で、植物科学者のチームは、砂漠などの乾燥地が炭素回収問題に対する1つの答えになる可能性があると示唆している。研究者らは、乾燥した土地と特定の植物や土壌を組み合わせて効率的な炭素回収システムを構築し、農地と競合しないソリューションを提供することを提案しています。
大気炭素プールの年間増加率 (青い矢印) は、化石燃料排出量 (炭素 960 億トン)、土地利用の変化 (炭素 120 億トン)、陸域 (炭素 310 億トン) と海洋 (炭素 290 億トン) の炭素プールによる炭素吸収の差です。ここでは陸域炭素フラックスのみが示されています。画像出典: Trends in Plant Science、Hirtetal。
著者らは、植物、土壌微生物、土壌タイプの理想的な組み合わせを設計し、シュウ酸炭酸塩経路と呼ばれる自然に発生する生物地球化学プロセスを促進して地下炭素吸収源を形成することで、土壌の健康状態の改善、光合成効率の向上、根バイオマスの増加を伴う効率的な炭素回収システムに乾燥生態系を変革できると信じています。
「炭素隔離を含む生態系機能を回復することによって砂漠を緑化することが好ましいアプローチであるべきである」と、キング・アブドラ科学技術大学の植物科学者で主著者のヘリバート・ヒット氏が率いる研究チームは書いている。 「再緑化と炭素隔離のために乾燥地域を埋め立てる利点は、農業や食料生産に使用される土地と競合しないことです。」
炭素隔離におけるシュウ酸塩の役割
この方法は、干ばつに適応した植物がシュウ酸塩（炭素と酸素を含むイオン）を生成する能力を利用しています。シュウ酸塩は、運悪く腎臓結石や痛風になった人にはよく知られているかもしれません。一部の土壌微生物はシュウ酸塩を唯一の炭素源として使用し、炭酸塩分子を土壌中に排出します。炭酸塩は通常すぐに分解されますが、これらの植物と微生物の系がアルカリ性でカルシウムが豊富な土壌で栽培される場合、炭酸塩はカルシウムと反応して安定した炭酸カルシウム沈殿物を形成します。
炭素は自然に大気、海洋、陸上生態系の間を循環しますが、人間の行為により大気中に過剰な二酸化炭素が蓄積されています。 「たとえCO2排出量を削減できたとしても、大気中からCO2を隔離できない限り、CO2増加による気候への影響は少なくとも1,000年は取り返しのつかない状態が続くだろう」と研究者らは書いている。
乾燥地と樹木からの炭素回収
樹木は炭素を回収するための理想的なシステムであると考えられていますが、植林は耕作可能な土地をめぐって農業と直接競合します。対照的に、乾燥地は陸地面積の約 3 分の 1 を占めていますが、農業には使用されていません。
現在、乾燥した生態系ではほとんど植物が育まれておらず、水不足が最大の制限要因となっています。しかし、一部の植物は、水不足や極端な気温に対処するためのさまざまなメカニズムを進化させることで、干ばつの環境に適応しています。乾燥した環境に適応した植物の中には、隠れた水源を引き出すために土壌に深く掘る特殊な根系を持つものもあれば、一日の最も暑い時間帯に水分の損失を最小限に抑えるためにさまざまな形式の光合成を使用するものもあります。大量のシュウ酸塩を生成する、いわゆる「シュウ酸塩」植物と呼ばれる植物もあり、干ばつ時にはシュウ酸塩を水に変換できます。シュウ酸塩植物が特定の条件下で生育すると、これらのシュウ酸塩に含まれる炭素の一部が炭素堆積物として地下に堆積するため、著者らはこのメカニズムを炭素隔離に利用したいと考えている。
「全体として、この形式の炭素固定では、光合成によって固定された炭素原子の16個に1個が炭酸塩に固定される可能性がある」と著者らは書いている。
この自然に発生する生物地球化学プロセスを乾燥地域で拡大すれば、現在非生産的で劣化した生態系を炭素吸収源に変え、土壌や植物をより健康にする可能性がある、と著者らは述べている。彼らは、植物や微生物が広がり、植生のカーペットを形成できる、緑が再生された生息地の小さなパッチである「豊饒の島」から始めることを推奨しています。
著者らは、これらの方法により、植物や土壌によって隔離される炭素の量が10年以内に大幅に増加する可能性があると推定しています。しかし、提案された方法の成功と速度は植物の成長速度（水不足の条件下では非常に遅くなる傾向がある）に依存し、「…さまざまな乾燥国でこの技術を適用するための財政的および政治的手段にも依存する」と彼らは指摘している。