تجاوز دورة الميثان

حصاد الأرز هو المصدر الوحيد و الأكبر لاتصال الميثان بنشاطات الانسان,و انبعاث الميثان من حقول الأرز قابل للازدياد مع ازدياد الطلب العالمي للغذاء. في الأرز السيقان والأوراق تأخذ ثاني أكسيد الكربون الذي يتحول خلال عملية البناء الضوئي إلى سكر يستخدم لانتاج المكونات المخزنة مثل مثل النشا في فسائل و جذور و حبوب الأرز . الكربون الناتج من تحلل الجذور أو الذي يصدر مباشرة من الجذور إلى التربة على شكل سكر و أحماض أمينية و أحماض عضوية يمكن أن تحول عن طريق البكتيريا المحللة إلى ركائز ( ثاني أكسيد الكربون,هيدروجين,خلات ),في غياب الأكسجين تحول هذه الركائز إلى ميثان بواسطة بكتيريا الميثان . يمكن للميثان أن يبقى بالتربة , ثم ينتقل إلى طبقات الجو من خلال الانتشار والانبعاث من نبات الأرز, أو من الممكن أن تعترض عن طريق البكتيريا المستهلكة للميثان في الجذور أو طبقات التربة السطحية, هذه البكتيريا تستخدم الميثان كركيزة للأكسجين المطلوب لعملية التنفس أو لانتاج ثاني أكسيد الكربون. انبعاث الميثان من تربةالأرز يحدد عن طريق التوازن بين انتاج الميثان و أكسدة البكتيريا للميثان و فاعلية الركائز الأخرى ونشاط البكتيريا للتنافس على هذه المكونات . الجهود المبذولة لتخفيض قائمة انبعاث الميثان المرتبط بالأرز ركزت بشكل كبير على الممارسات الزراعية مثل: تنظيم الري و استخدام الأسمدة وطريقة حراثة المحاصيل, التي تغير الطرق البيئية لبكتيريا الميثان ومع ذلك فان هذه المقاييس تحتاج إلى عمالة كبيرة و تطبيقاتها متنوعة بين أنظمة الدول لحصاد الأرز . في عام 2002 لوحظ أن أكبر كمية من الحبوب المحمولة على نبتة الأرز لها انبعاث أقل للميثان لأن الكربون المثبت في الحبوب لا يكون متاحا للبكتيريا الموجودة بالتربة لتحوله إلى ميثان . هناك ملاحظات عالمية لتطبيق حل لتخفيف الميثان وهي: انتاج نبات أرز يحتوي على نسبة عالية من الكربون في السيقان و الحبوب بكمية أكبر من المحاصيل الحالية. محاصيل هذه النباتات لن تقلل انبعاث الميثان فحسب يل سنحصل على كمية حبوب أكبر و ذات قيمة غذائية عالية . تم انتاج اصناف من الأرز عن طريق نقل جينات من الشعير قادرة على انتاج النشا في السيقان و البذور في الأرز , هذه الجينات تقود لانتاج كمية عالية من النشا و بالتالي تكون كمية أكبر من السكر في هذه الاجزاء من النباتات . هذا الارز المعدل وراثيا يلعب دورا مهما في انتاج كمية بذور بمحتوى اعلى من النشا فيها و في السيقان و بدون تغيير في مستوى النشا الموجود في الاوراق و الجذور, مع انخفاض ملحوظ بالكتلة الحيوية للجذور . عن طريق ملاحظة التعبير الجيني لعدد كبير من الجينات المسؤولة عن تحويل السكر إلى نشا, فقد تم تأكيد ذلك من خلال ادخال عناصر وراثية لها كفاءة عالية فقط في البذور و السيقان . وهناك جهود وراثية كبيرة لتقليل انبعاث الميثان من نبات الأرز (SUSIBA2)بالمقارنة مع النباتات الموجودة في البيئة بشكل طبيعي . تمت رؤيةالنقص في انبعاث الميثان من خلال نوعين من أرز (SUSIBA2) في ثلاث مناطق من الصين في ثلاث مواسم زراعية . تم ايجاد عدد قليل من بكتيرياالميثان حول جذور أرز (SUSIBA2) و هذا يدل على أن عددا قليلا من النباتات تستمد الكربون كركيزة متاحة لبكتيريا الميثان. أصبح هناك ظاهرة رائدة بأن كمية النشا العالية تقابلها كمية ميثان قليلة في نبات الأرز ومن أكثر الامور وضوحا ان أرز(SUSIBA2) المعدل جينيا يثير المخاوف البيولوجية و الاخلاقية . على المدى الطويل و تكرار قياسات انبعاث الميثان من النباتات الأرضية سواء من الأرز الطبيعي أو المعدل جينيا اللذان نحتاجهم لتقدير التأثير السنوي العالمي لانتشار هذه المحاصيل كم سيكون, و مقارنتها بالطرق الاخرى لانبعاث الميثان . حتى أن الأكثر أهمية سيكون لتقدير المدى البعيد لنتيجة الكربون و الاكسجين القليلة المدخلة عن طريق جذور أرز (SUSIBA2) خلال عمليات التربة و البكتيريا التي تحملهم . وقد تم مؤخرا تبين ان تجمعات محددة للغاية من البكتيريا تحدث في و على و حول جذور الأرز و هذا لا يشمل جميع اعضاء النبتة الناضجة المستخدمة للكربون . على المدى الطويل لنقصان الكربون المؤدي إلى نضوج الجذر فانه يمكن ان يؤثر على تكوين تجمعات تلك البكتيريا, مع نتائج غير معروفة لبكتيريا ممرضة أو مفيدة للنبات مثل البكتيريا التي تكون مواد عضوية و توصل أغذية أساسية للنبتة . لتعويض نواقص الأغذية الممكنة للنبتة فانه يتم اضافة أسمدة النيتروجين, و هذا سوف يؤثر على انتاج الميثان و على استهلاكه, مما سيؤدي إلى تأثيرات بيئية غير مرغوبة مثل رشح النترات إلى مياه الابار و انبعاث قوي لغاز الدفيئة (أكسيد النيتروز), و ايضا حسم كمية الميثان المنبعث من خلال استهلاكه عن طريق البكتيريا الهوائية, و تستخدم الاكسجين المتدفق من الساق و الجذور إلى التربة وهو نفس الدوران المأخوذ عن خروج الميثان من التربة إلى طبقات الجو . ان عملية نقل كربون أكثر لسيقان و حبوب أرز(SUSIBA2) ستسمح بتجاوز دورة الميثان و لكن هذا النشاط له احتمالية التأثير على كثرة العمليات المتضمنة للكربون و النترات و نشاط البكتيريا, و مع التطرق لتأثيرات الاستدامة لعملية حصاد الأرز .