土壤的救赎:把碳“种”回土壤里,就能扭转全球暖化?

文章来源:《土壤的救赎》2016-09-20 11:45

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人类数千年来的农耕及畜牧,特别是现代的工业化农业,已经导致八成的土壤碳流失到大气中,即使我们今天就停止使用化石燃料,地球仍会继续暖化。而现在有许多人,越来越多的人,从科学家到碳农、碳牧人,从碳权交易巿场到环保团体,纷纷放下宿怨,共同走向同一个目标:把碳种回土壤里,将大气中的碳转换成对土地、对所有地球生物都有利的土壤碳,而这还有可能扭转全球暖化,同时还能赚到钱。

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土壤遇上农业,就踏上了一条不归路? 本@文$内.容.来.自:中`国`碳`排*放^交*易^网 t a np ai fan g.c om

传统种植由于本身的特性,对环境的冲击远比放牧牲畜来得大。犁田会破坏关键的菌根菌地下网络,粉碎土壤团块。土壤团块能把水和空气保留在土壤中,一旦毁掉之后,土壤颗粒就会紧紧挤在一起(这种现象称为土壤压实),无论是灌溉水或雨水,土地都无法留住。事实上,有个近期的研究显示,海平面上升有一半是来自农地的迳流。想要知道迅速干涸的“奥加拉拉蓄水层”流去了哪里吗?不少都进了海里。美国的淡水有七成用于农业,不过土壤压实会使大部分的水无法渗透到土中。耕耘设备每隔一段时间就重新设计,要耕得愈来愈深,才能打破这层压实土壤,然而这么做只会产生新一层更深的压实。

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↑ 奥加拉拉蓄水层(Ogallala Aquifer)为北美大平原南部的一个巨大蓄水层,因为灌溉导致了蓄水层的耗竭速度已经超过了其地表恢复能力。图中灰色区域为奥加拉拉蓄水层的范围,颜色显示1980到1995年间水位变化,黄褐色系区域表示水位减少,蓝色系区域表示水位增加,其余灰色表示水位无明显增减。图来自wikimedia commons。

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在准备田地以便播种的过程中,传统农民也会除去所有植被,留块干干净净的田给他们种来卖的作物,这作物可能是玉米(占美国一亿六千四百万公顷农田的 24%)、小麦(14%)或大豆(19%)。杂草、其他植物,甚至前一年作物的残株都会移除。农民为了隔年春天能快速种植,通常在秋天做这件事。这会使土壤长达七个月都光秃秃露出来。这程序的原始目的当然不是饿死土壤微生物,不过由于土里没有活的根用渗出物来喂养微生物,附近也没有死亡的植物体让微生物吞食,因此确实会造成这种后果。2012 年秋天,我从克里夫兰开车到波特兰的时候,一路上像这样光秃的褐色土地就似乎有几千片。有时我经过的是罪魁祸首——一辆牵引机拖着巨大的圆盘,扬起的灰尘多到很难看见公路,感觉几乎像在火灾的下风处。 本@文$内.容.来.自:中`国`碳`排*放^交*易^网 t a np ai fan g.c om

即使最尊崇有机农业的农民,也会年复一年这样毁坏土壤,尤其是那些制造出超市里大部分有机产品的庞大食品企业。他们一旦使用化学除草剂除去野草,就不能自称有机,所以他们把野草犁掉。 本*文`内/容/来/自:中-国-碳^排-放“交|易^网-tan pai fang . c o m

整地、耕耘农地的作法已经实行了数千年,世上有些最贫瘠的土地和人类群落就是这样造成的,然而今日的机器让这件事以更大的尺度、更快的速度发生。隔年春天,农民把种子播到这种劣化的土壤里,然而土地上所有的自然程序都已遭到破坏,种出作物的希望不大。而且不只是耕耘和整地,劣化的土壤没有土壤微生物的健康群落可以提供养分,因此需要加入一些东西。有机农民依赖粪肥、堆肥或天然肥料去恢复失去的养分,但大部分传统的农民多年来也把大量的化学药剂淋在土地上(我们的食物有 99% 都由这些农民种出来)。他们遇过的专家几乎都告诉他们,他们必须那样才能生存。

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化学肥料让植物变懒了 夲呅內傛莱源亍:ф啯碳*排*放^鲛*易-網 τā ńpāīfāńɡ.cōm

化学农业看似根深柢固,但其实出现至今仅仅大约五十年。按波伦(Michael Pollan)在《杂食者的两难》一书的说法,就像许许多多的新发明一样,“从大气中取得原子,结合成对生物有用的分子的过程”源自战争的急迫需求。制造炸弹需要硝酸盐,而哈柏(Fritz Haber)这位德国的犹太科学家想出方法,为第一次世界大战使用的炸弹做出合成硝酸盐。之后他发明了毒气,第二次世界大战德军就是用这毒气杀死集中营里的犹太人,不过那时哈柏已经过世了。说也奇怪,哈柏的研究成果可以用来升级死亡工具,也可以用来制作化学肥料,农业因此从生物程序中“解放”出来,农民即使对自然系统不大了解,也可以种植作物。

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柯林斯(Abe Collins)是佛蒙特州的农人与土壤先知,他说:“发展出化学农业以后,就不需要任何技术,甚至不需要知道怎么当农夫。把那东西丢在那里,就能得到收成,即使在劣化很严重的土地上也一样。” 本文`内-容-来-自;中_国_碳_交^易=网 tan pa i fa ng . c om

像我这样挑剔的消费者会在超市(甚至可能是农夫市集)寻找有机标示,因为我们直觉认为难闻的化学肥料不可能种出健康的食物。我们觉得自然的方式一定比较理想,但我们其实并不知道原因。然而科学家在土壤世界的新发现证实了这种直觉。大部分的化学肥料混合了氮、钾和磷,很久以前的农业学家判断植物生长不能没有这三种无机物。不过微生物学家英格汉(Elaine Ingham)指出,随着科学的工具改良,科学家在食物中发现愈来愈多对我们的健康很重要的养分,而施用化学肥料,无法让植物接触到这些养分—肥料根本不含这些养分。其实肥料不可能有全套的必需养分,因为植物和土壤微生物的交互作用(大自然是用这种方式提供植物所需的无机物)太复杂,难以复制。

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耕耘之后,土壤里面还是会有土壤微生物,然而一旦施用化学肥料,它们就不大可能为植物提供这些多样的养分。简单来说,施用化肥干扰了大自然里伟大的合作关系。按照这合作关系的条件,植物应该把碳基糖输送到根部各处给微生物,以换取养分。肥料瓦解了这种一手交钱一手交货的系统,植物变懒了。

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美国农业部的微生物学家尼可斯(Kristin Nichols)表示:“添加肥料时,我们是把养分放到植物的根旁, 植物不需要送出任何碳就能得到养分,结果是土壤微生物得不到足够的食物。”

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施加化肥的庞大连锁效应

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菌根菌少了含碳的伙食,就无法生长,让自己的碳链在土壤里延伸。菌根菌和其他土壤微生物无法产生黏着剂,把碳固定在土壤里形成保水的团块。微生物会休眠,如果情况太恶劣,就会死亡。这时土壤中的生命和土壤结构都破坏殆尽,农民不加化学肥料,就无法种出像样的作物,这样的情况至少会持续几年。“然后我们落入一个系统,想要维持或增加收成,就得添加愈来愈多的肥料。施肥不足的时候,就会看到像肥料缺乏的症状,这是因为少了那些生物的有益活动。”尼可斯如此说。

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惯行农法每年使用大约 1440 万公吨的化学肥料,然而肥料的效率极差。化学肥料里大部分的磷会迅速和土壤里的无机物结合,然后植物就无法利用了。土壤微生物有酵素可以把磷变成植物可用的形态,但施用化学肥料时,这些微生物常常已经休眠或死亡。氮吸收的相关问题更是严重。若没有健康的土壤生物作用把氮转化成植物可利用的形态,会有高达五成的氮流失,被雨水或灌溉水冲进地下水或溪流中,这些水域因此富含养分,结果长出藻类,而藻类会吸光水里的氧气,产生死亡区。墨西哥湾有个世界级的死亡区,位于密西西比河河口附近,面积大约一百五十四万公顷,就是肥料流出的结果。2012 年的旱灾有个好处:没那么多富含氮的河水注入海湾,墨西哥湾的死亡区因此缩小。

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一般而言,传统农民对付化学药剂吸收力差的方法,就是增加施肥。他们为了让土壤里有 50 公斤的氮,会加进 100 公斤。 夲呅內傛莱源亍:ф啯碳*排*放^鲛*易-網 τā ńpāīfāńɡ.cōm

耕耘和施肥的后续效应令大部分农民不安,然而所有人(从农校的教授到郡推广部的职员)多年来一直告诉他们,这样才能打造成功的事业。现在化学肥料的价格高涨(制造肥料和施肥都很耗燃料),许多农民和农业相关人士开始寻找更理想的方式。伯利郡的魅力就在此,这些农民恢复和自然更密切合作的方式后,作物长得一样好,甚至更好(通常更好),而他们不用化学药剂,还省下数千美元。

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犁田扰动了土壤,碳到哪里去? 本@文$内.容.来.自:中`国`碳`排*放^交*易^网 t a np ai fan g.c om

人类的生活方式一从狩猎采集演变成农耕,就开始改变土壤和大气中二氧化碳的自然平衡。公元前五千年左右,人类开始制造简单的种植、收割工具。最早的工具只是挖掘用的木棍,不过在公元前二千五百年,印度河河谷已经有人用动物来拉犁了。

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犁田看似没有害处,而且带着抚慰人心的田园气息,尤其是用牛或马来拉犁的时候。但在自然界中,没有东西会定期、重复地翻起十五至二十公分深的泥土(犁田就会翻到这么深),因此植物和土壤生物的演化中都没有经历这么剧烈的扰动,也无法适应。

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现代的机械化农业加重了这个问题:重型机具把土壤压得更紧实,也就需要犁得更深,才能松动土壤。更多土壤被翻起、曝露在空气中,土壤碳接触到氧,结合成二氧化碳,散逸到上层大气中。这些碳可能已经藏在地面下几百或几千年。

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畜牧也打乱了碳的平衡。在人类驯养反刍动物之前,这些动物成群结队在大草原上漫步,啃食草和其他植物的顶端,撒下大量肥沃的粪便回报。牠们害怕掠食者,待在一个地点吃草的时间也绝不会太长。然而人类放牧这些牲畜的模式造成了剧烈的变化,动物不再持续在平原上游荡,而是限制在一个地区,他们会把地上的草吃得一干二净,连根拔除。 本+文+内.容.来.自:中`国`碳`排*放*交*易^网 t a np ai fan g.com

放任牲畜把草原吃成光秃秃的地面,会阻碍一种伟大的生物过程,也就是当初把碳大量储存在地下的光合作用。植物吸取空气中的二氧化碳,把二氧化碳跟阳光结合起来,转化成植物可以使用的能量,也就是碳基糖。不是所有的碳都由植物消耗,有些是以腐植质的状态储存在土壤中,这个稳定的碳分子网络能在土壤里留存几个世纪。 本文@内/容/来/自:中-国-碳^排-放-交易&*网-tan pai fang . com

土壤里的碳有许多好处,包括让土壤更肥沃,让土壤形成蛋糕般的质地,内部含有许多小气室。富含碳的土壤可以缓解干旱或洪水:下雨的时候,水被土壤吸收、留住,而不是积成水潭或流走。健康的土壤也富含微小的生物(一汤匙里的数目高达六十亿),可以分解随着雨水渗入土壤的毒素和污染物。

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除了光合作用,没有其他自然的过程会持续从大气中移除那么大量的二氧化碳。人类若要用那么大的规模来移除二氧化碳,不是所费不赀,就是无法保证安全。光合作用能调控建造生命的碳进入土壤的稳定循环,并产生我们许许多多的生命赖以维生的另一种气体:氧气,因此对我们星球上的生命而言,光合作用是最基础的自然过程。 本`文-内.容.来.自:中`国^碳`排*放*交^易^网 ta np ai fan g.com

从25年前我第一次读到全球暖化的报导以来,我第一次觉得有希望。土壤可以拯救我们。我真的相信。

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让土壤“种植碳”,靠碳赚钱 本文`内-容-来-自;中_国_碳_交^易=网 tan pa i fa ng . c om

我在2012年9月造访澳洲的时候,用生物方法来储藏碳的方式中,唯一受到认可的是种植树木,并保证在一百年之内不砍伐。这使农民怨声载道,他们觉得全球另一个隐藏的危机是要喂饱在2050年预估会成长到96亿的人口,而把现有的农地变成森林,实在说不通。 本`文@内-容-来-自;中^国_碳0排0放^交-易=网 ta n pa i fa ng . co m

有许多农民发现他们的腐植质有助于隔离大气中过剩的二氧化碳,他们变成平民科学家,实验“种植碳”的新方式,也成为创业者,努力思考这种新作物怎么让他们获利。 本`文@内/容/来/自:中-国^碳-排-放^*交*易^网-tan pai fang. com

他们希望碳农业倡议可以扩大奖励碳储藏活动的清单,把用更好的土壤管理方式来培养土壤碳也纳进去。世界各地的农民把这样的管理称为碳农业──至少在2006年是如此,那一年,佛蒙特州的柯林斯和人共同创立了一间公司,名为“美国碳农”。

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美国碳农将碳权当作商品,也就是碳汇,一公吨大气的二氧化碳转换成土壤里272.5公斤的碳,由农民将这些碳从空气中固定到土壤,买主是任何想投资土壤再生的人,或是想弥补自己的碳足迹的人。这个计划虽然最后还是没能运作,却令人鼓舞。 本/文-内/容/来/自:中-国-碳-排-放-网-tan pai fang . com

不过实际的钱在易手的时候有个可能的风险:要计算土壤碳积存的报酬,会既缓慢又有争议。这多少是因为土壤并不透明。没人怀疑种树可以移除空气中的碳,并把碳以稳固的型态锁在土壤中。那就发生在我们眼前,虽然碳一直躲在土壤里。然而,我们对土壤的了解通常不如其他生态系,要说服政策制定者和其他人相信土壤可以吸收、储藏碳,格外困难。 夲呅內傛莱源亍:ф啯碳*排*放^鲛*易-網 τā ńpāīfāńɡ.cōm

如何具体测量碳储藏量?

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培养土壤碳的潜在益处很大,有人就发展出一些通则,让这种生物帐对齐经济帐。首先,储藏的碳量必须可以测量,才能纳入会计系统。 本`文-内.容.来.自:中`国^碳`排*放*交^易^网 ta np ai fan g.com

第二,储藏碳的活动必须是额外的措施,这表示采取免耕或覆盖作物的农业家,先前必须不曾采用这些农法。 本`文@内-容-来-自;中_国_碳排0放_交-易=网 t an pa ifa ng . c om

第三,培养土壤碳的活动不能有碳泄漏,也就是别处的土壤碳不能因此减少。如果一个农业家采取某种方法培养土壤碳,却使自己土地的生产力下降,其他农民或牧人因此必须用会破坏土壤碳、把碳释放到大气中的传统方式来补足粮食供应量,就是碳泄漏。换句话说,土壤碳的总合并没有增加。 本%文$内-容-来-自;中_国_碳|排 放_交-易^网^t an pa i fang . c om

第四,碳的储藏期必须有意义,而这个想法引起一些强烈争议,主题就围绕在“永久”的概念上。比方说,有个农民或许在土地上培养了五年的土壤碳,但他把农场卖给别人,那人把土地变成住宅开发地,如此一来,积蓄的那些碳就会在推土机推过后散逸到空气中。 禸*嫆唻@洎:狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńpāīfāńɡ.cōm

当土壤碳和微生物、真菌群落都被切开割碎之后,即使是形态最稳定的土壤碳,也会在几年之内分解,就像树木储藏的碳会因火而释放到空气中。

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为积存土壤碳而付钱的人,当然不希望这种事情发生,但实际情况是农地会易主。不少农地签的是年年更新的契约。依据经验,在五年间,大约17%到20%的土地会更换经营者。变动可不少。

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一个复杂的生物系统里很少有什么是永久的,这很难计量!当然了,就算煤也不是碳储藏的永久形态。或许只有钻石是永久的。不过世界各地都有聪明人努力发展出协议,这些协议拟定了自愿市场或规范市场,以科学眼光来看很可靠,并且能查证、奖励那些可以储藏土壤碳、减少其他温室气体的农法。 本*文`内/容/来/自:中-国-碳^排-放“交|易^网-tan pai fang . c o m

即使是与全球暖化的商机无关的人,也逐渐关注健康的土壤。农业与自然资源经济学家榭尔在电话里告诉我:“现在有许多团体在做大规模的复杂分析,想知道健康土壤和健康田野的价值。我认为这情况会扩大到政策上,而人们愈来愈意识到,有些土地管理能提供各种生态系统服务,而忽略这种管理,我们会付出代价。”

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