Characteristic of carbon dioxide absorption by cereals in Poland and China
Lucjan Pawłowski 1,2  
,   Małgorzata Pawłowska 1,2  
,   Wojciech Cel 1,2  
,   Wang Lei 3  
,   Tingting Mei 3  
,   Chong Li 3
More details
Hide details
Lublin University of Technology
Faculty of Environmental Engineering
Zhejiang A&F University, China
Lucjan Pawłowski   

Lublin University of Technology
Submission date: 2018-11-16
Final revision date: 2018-11-30
Acceptance date: 2019-03-08
Publication date: 2018-03-31
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2019;35(1):165–176
The reports of Intergovernmental Panel for Climate Change indicate that the growing emission of greenhouse gases, produced from the combustion of fossil fuels, mainly carbon dioxide, leads to negative climate changes. Therefore, the methods of mitigating the greenhouse gases emission to the atmosphere, especially of carbon dioxide, are being sought. Numerous studies are focused on so-called geological sequestration, i.e. injecting carbon dioxide to appropriate geological strata or ocean waters. One of the methods, which are not fully utilized, is the application of appropriate techniques in agriculture. The plant production in agriculture is based on the absorption of carbon dioxide in the photosynthesis process. Increasing the plant production directly leads to the absorption of carbon dioxide. Therefore, investigation of carbon dioxide absorption by particular crops is a key issue. In Poland, ca. 7.6 mln ha of cereals is cultivated, including: rye, wheat, triticale, oat and barley. These plants absorb approximately 23.8 mln t C annually, including 9.8 mln t C/yr in grains, 9.4 mln t C/yr in straw and 4.7 mln t C/yr in roots. The China, these cereals are cultivated on the area over 24 mln ha and absorb 98.9 mln t C/yr, including 55 mln tC/yr in grains, 36 in straw, and 7.9 mln t C/yr in roots. The second direction for mitigating the carbon dioxide emission into the atmosphere involves substituting fossil fuels with renewable energy sources to deliver primary energy. Cultivation of winter cereals as cover crops may lead to the enhancement of carbon dioxide removal from the atmosphere in the course of their growth. Moreover, the produced biomass can be used for energy generation.
Charakterystyka absorbcji dwutlenku węgla przez zboża w Polsce i Chinach
zmiana klimatu, emisje dwutlenku węgla, ekosystemy lądowe, sekwestracja dwutlenku węgla, fotosynteza
Z raportów Międzynarodowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC) wynika, że rosnąca emisja gazów cieplarnianych, głównie dwutlenku węgla pochodzącego ze spalania paliw kopalnych, prowadzi do negatywnych zmian klimatu. Wobec takiego zagrożenia poszukuje się metod prowadzących do ograniczenia emisji do atmosfery gazów cieplarnianych, w szczególności dwutlenku węgla. Badania nad ograniczeniem emisji dwutlenku węgla koncentrują się głównie nad tzw. sekwestracją geologiczną, czyli zatłaczaniem dwutlenku węgla do odpowiednich pokładów geologicznych lub wód oceanicznych. Jednym ze sposobów, nie w pełni wykorzystanych, jest stosowanie odpowiednich technik w rolnictwie. Roślinna produkcja w rolnictwie oparta jest na absorpcji dwutlenku węgla w procesie fotosyntezy. Zwiększenie produkcji roślinnej prowadzi bezpośrednio do wzrostu absorpcji dwutlenku węgla. Dlatego ważnym zagadnieniem jest poznanie absorpcji dwutlenku węgla przez poszczególne uprawy. W Polsce na obszarze o powierzchni 7,6 mln ha uprawia się zboża: żyto, pszenicę, pszenżyto, owies i jęczmień. Rośliny te absorbują rocznie około 23,8 mln t C, z tego 9,8 mln t C/rok w ziarnach, 9,4 mln t C/rok w słomie i 4,7 mln t C/rok w korzeniach. W Chinach zboża te uprawiane są na powierzchni przekraczającej 24 mln ha i absorbują 98,9 mln t C/rok, z tego w ziarnach 55 mln t C/rok, w słomie 36 mln t C/rok, a 7,9 mln t C/rok w korzeniach. Drugim kierunkiem ograniczania emisji dwutlenku węgla do atmosfery jest zastępowanie paliw kopalnych, stanowiących źródło energii pierwotnej, przez odnawialne źródła energii. Uprawa zbóż ozimych jako roślin okrywowych może prowadzić do intensyfikacji usuwania dwutlenku węgla z atmosfery. Ponadto wyprodukowana biomasa może być wykorzystana jako surowiec do produkcji energii.
Amanullah, 2014. Wheat and Rye Differ in Dry matter Partitioning. Shoot-Root Ratio and Water Use Efficiency Under Organic and Inorganic Soils. Journal of Plant Nutrition 37(11), pp. 1885–1897.
Beerling, D. et al. 2001. The role of land carbon sinks in mitigating global climate change. Report The Royal Society.
Bolinder, M.A., Angers D.A., Dubuc J.P. 1997. Estimating shoot to root ratios and annual carbon inputs in soils for cereal crops. Agriculture. Ecosystems and Environment 63, pp. 61-66.
Bucher, S. 2016. Sustainable development in the world from the aspect of environmental health and human development index: Regional variations and patterns. Problemy Ekorozwoju/Problems of Sustainable Development 12(1), pp. 117–124.
Cao, Y. and Cel, W. 2015. Sustainable mitigation of methane emission by natural processes. Problemy Ekorozwoju/Problems of Sustainable Development 10(1), pp. 217–121.
Cel et al. 2016 – Cel, W., Czechowska-Kosacka, A. and Zhang, T. 2016. Sustainable mitigation of greenhouse gases emissions. Problemy Ekorozwoju/Problems of Sustainable Development 11(1), pp. 173–176.
Chen et al. 2018 – Chen, S.. Ding, R. and Li, B. 2018. Can urban-rural integration decrease energy intensity? Empirical study based on China’s inter-provincial data. Problemy Ekorozwoju/Problems of Sustainable Development 13(1), pp. 49–58.
China Statistical Yearbook 2017. National Bureau of Statistics in China. [Online] http://www.stats.gov.cn/tjsj/n... [Accessed: 2018-12-02].
Ciais, P. et al. 2013. Carbon and Other Biogeochemical Cycles. Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.
Dowbor, L. 2013. Economic democracy – meeting some management challenges. Changing scenarios in Brazil. Problemy Ekorozwoju/Problems of Sustainable Development 8(2), pp. 17–25.
ESRL data. Earth System . Research Laboratory. [Online] https://www.esrl.noaa.gov/gmd/... [Accessed: 2018-09-02].
Fargione et al. 2008 – Fargione, J., Hill. J., Tilman, D., Polasky, S. and Hawthorne, P. 2008. Land clearing and the biofuel carbon debt. Science 319(5867), pp. 1235–1238.
IPCC 2007. The Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change 2007.
IPCC 2013. The Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change 2013: The Physical Science Basis.
Lata-Garcia, J., Reyes-Lopez, Ch., Jurado, F. 2018. Attaining the energy sustainability: analysis of the Ecuadorian strategy, Problemy Ekorozwoju/Problems of Sustainable Development 13(1), pp. 21–29.
Le Quéré, C. et al. 2015. Global Carbon Budget 2014. Earth System Science Data 7, pp. 47–85.
Le Quéré, C. et al. 2018. Global Carbon Budget 2017. Earth System Science Data 10, pp. 405–448.
Ludwicka, A. and Grzybek, A. 2010. Balance of agricultural biomass (straw) for the needs of energy (Bilans biomasy rolnej (słomy) na potrzeby energetyki). Problemy Inżynierii Rolniczej 2, pp. 101–111 (in Polish).
Ma et al. 2018 – Ma, S., He, F., Tian, D., Zou, D., Yan, Z., Yang, Y., Zhou, T., Huang, K., Shen, H. and Fang, J. 2018. Variations and determinants of carbon content in plants: a global synthesis. Biogeosciences 15, pp. 693–702.
Pawłowski et al. 2017 – Pawłowski, A., Pawłowska, M. and Pawłowski, L. 2017. Mitigation of Greenhouse Gases Emissions by Management of Terrestrial Ecosystem. Ecol Chem Eng S 24(2), pp. 213–221.
Poland’s National Inventory Report 2017. Greenhouse Gas Inventory for 1988–2015. Warsaw. May 2017.
Read, D. et al. 2001. The role of land carbon sinks in mitigating global climate change, The Royal Society. [Online] www.royalsoc.ac.uk [Accessed: 2018-08-02].
Schmiel, D.S. et al. 2001. Recent patterns and mechanisms of carbon exchange by terrestrial ecosystems. Nature 414(8), pp. 169–172.
Searchinger, T. et al. 2015. Use of U.S. croplands for biofuels increases greenhouse gases through emissions from land-use change. Science 319, pp. 1238–1240.
Statistics Poland 2018a. Crop production in 2017. Central Statistical Office. Warsaw 2018.
Statistics Poland 2018b. Land use and sown area in 2017. Central Statistical Office. Warsaw 2018.
Verlinden M. Carbon balance and productivity of a bio-energy culture with fast-growing poplars in Flanders. PhD Thesis. Antwerpen 2013.
Xu, J. and Li J. 2018. The tradeoff between growth and environment: Evidence from China and the United States. Problemy Ekorozwoju/Problems of Sustainable Development 13(1), pp. 15–20.
Zhang et al. 2009 – Zhang, P., Yang, Y., Shi, J., Zheng, Y., Wang, L., Li, X. 2009. Opportunities and challenges for renewable energy policy in China. Renewable and Sustainable Energy Reviews 13, pp. 439–439.