碳是未来的“农作物”吗？

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最近，碳高峰和碳中和是两个热词，你知道碳农业吗？它到底能不能或多少能为碳中和做贡献呢，“碳”在将来会不会也是一种“农作物”让农民额外获得一份利益呢？

编译：陈能场（九三学社第十四届中央委员会科普工作委员会委员，中国土壤学会土壤科普工作委员会主任，广东省科学院生态环境与土壤研究所研究员，中国科协环境生态领域首席科学传播专家）

原文作者：Kay Ledbetter，德克萨斯农工大学

原文链接：https://phys.org/news/2021-06-carbon-crop-future.html

日期：2021年6月4日

来源：Unsplash / CC0 公共领域

随着人们对环境的认识和关注日益增加、政府政策的变化、美国重新加入巴黎协定以及对碳中和的强劲需求，都指向了对不同类型农作物——碳——的胃口。

德克萨斯农业与生命科学学院农业和食品政策中心联席主任、德克萨斯A&M农业与生命推广服务处经济学家奥特洛（JoeOutlaw）说：“关于如何为农民创造一种方式来为他们已经实施或将在其运营中实施的气候友好型做法获得信贷的方式的讨论越来越多。其中一种方法是通过碳农业来捕获或封存土壤有机碳，使其可以向公司出售碳信用额，以便他们抵消温室气体排放。”

然而，关于碳农业的功效及其对农民的价值的许多问题尚未得到回答。是否有激励措施吸引足够数量的农民来从事这项工作？实施和监控这些碳捕获方法会有多麻烦？一些农民会比其他人受益更多吗？农民已经采取了减少温室气体排放的行动，这值得赞扬吗？

碳循环

碳在地球上一直循环着。来自太阳的光能充当碳循环的燃料——碳循环是一个自然过程，使碳在大气层、生物圈、土壤圈、岩石圈和海洋之间循环着。

“人类活动产生了以化石燃料的形式提取大量深层隔离的化石碳的需求，”德克萨斯 A & M AgriLife 研究中心的凯蒂说，他是拉伯克土壤和作物科学系的土壤肥力科学家。“当燃烧时，这些致密的碳会释放出大量的二氧化碳。”

她说，现在释放的二氧化碳比地球上陆地植物和海洋可以自然吸收的还多。这些多余的二氧化碳在我们的大气中形成了一层毯子，吸收了太阳的热量，导致气候的变化。

据估计，全世界土壤中含有的碳量大约是正常植被中的碳含量的10倍

刘易斯说：“碳农业被视为一种帮助在碳循环中恢复平衡的方法，它还有助于土壤建立抗旱能力，并以自然方式提高农业生产力。”

什么是碳农业？

“碳农业背后的想法非常简单——从大气中去除多余的碳并将其储存在土壤中，这将促进植物生长，”刘易斯说。

碳农业涉及实施农业实践，提高二氧化碳从大气中清除并转化为植物材料和土壤有机物的速度。它通过采用农业方法，如尽量减少土壤扰动的免耕或保护耕作、覆盖、堆肥、轮作牲畜和使用覆盖作物作为在土壤中封存碳的方法。

刘易斯说：“土壤中的碳损失主要是收获时移走含碳植物材料。土地管理的变化会导致土壤碳的增加或减少，从而产生新的平衡。气候的变化也可以改变这种平衡。当捕获或封存的土壤碳净量超过损失量时，碳农业就可以被认为是成功的。”

刘易斯说，要准确估计土壤碳储量或储量，应在一定深度收集土壤样品，以便使用干燃烧法确定体积密度和有机碳。

她说：“将有机碳百分比转换为土壤中的实际碳量，即存量，需要土壤容重。样品收集的深度将取决于土壤的深度和种植历史。更深的深度是可能是存储潜力更大的地方。”

刘易斯说，估计碳储存的另一种方法是根据农业经营中实施的管理实践采用建模方法。

“然后应该使用实验室测试来验证模型输出，”她说。

总的来说，美国农业部自然资源保护局 (NRCS) 已确定了至少 32 种已知可改善土壤健康和固碳的农场保护措施。这些措施还提供了与保水、水文功能相关的其他好处、生物多样性和复原力。

建立碳银行

奥特洛说：“最近，美国农业部一直在讨论建立一个'碳银行'，从农民那里购买和出售碳信用额度。然后这些额度可以出售给需要抵消其排放量的公司。”

这一概念得到了许多农场、食品、林业和环保组织的支持，也为在碳封存做法中领先的早期采用者提供便利。

“十多年来，美国一直没有在全国范围内进行总量管制与交易制度，但目前对碳中和的需求似乎确实在增长。”奥特洛说，“已经有许多私人信贷市场或碳支付计划正在被纳入或开发。这似乎支持了这样一种观点，即碳农业可能成为农民创造额外收入的一种方式。”

然而，要使碳农业的总体框架取得成功，就必须包括健全的政策、公私伙伴关系、准确的量化方法和支持性融资，才能有效实施直接的、基于科学的解决方案，奥特洛说。

他说：“它还必须有一定规模，这样我们才能实现可测量的碳捕获，促进再生农业，再生农业专注于创造和维护健康土壤，吸收和储存大气中的碳。”

碳农业可持续吗？

从长远来看，碳农业是否可持续尚无定论。

“有许多技术和监管障碍需要克服，一些环保主义者担心即使广泛实施也不会大幅减少温室气体排放，或者只能提供临时解决方案，”奥特洛说。

他说，也有人担心碳农业主要惠及某些农业地区。此外，如果没有某种财政援助，许多农民可能无法负担实施有益于环境的措施的成本。

一些农民已经能够从 NRCS 的保护管理计划中获得政府付款，以支付实施某些保护措施的费用。但是，这笔资金受到农业法案的限制，并且无法长期保证持续付款。

“目前，真的没有办法知道碳农业是否是应对气候变化的有效方法，但毫无疑问，有很多方法可以改变土地管理，从而改善土壤健康并造福环境，”奥特洛说。

碳农业对我有用吗？

土壤有机碳固存研究表明，玉米带土壤肥沃、气候温和、雨量稳定，是最有利于碳农业的地区之一。美国南部生长季节长、降雨量充足的地区，以及灌溉量大的地区，也为碳农业提供了可行的机会。

“对于炎热干燥地区的农民来说，碳农业可能会面临更大的挑战，”奥特洛说，“因此，似乎有人支持一个适应气候差异的自愿制度，同时为农场主和牧场主提供一系列选择，以确定最适合他们土地的计划。”

美国农业部有一个名为 COMET-Farm 的基于网络的工具来帮助有兴趣过渡到碳封存做法的农民。该工具根据用户提供的数据提供大致的碳足迹，并允许农民调查不同的土地管理场景，看看哪些可能最适合他们。它还指导用户描述农场和牧场管理实践，包括未来的其他管理方案。

完成后，将生成一份报告，比较当前管理做法和未来情景之间的碳变化和温室气体排放。

“作为一名经济学家和在农业领域工作多年的人，我的建议是让生产者做足功课，评估碳农业的利弊和成本，以及碳农业对其运营的潜在经济和其他好处，然后决定是否对他们有效，”奥特洛说。