“碳智能”农业能否在应对气候变化中发挥关键作用?

微软和通用磨坊这样的公司，莱昂纳多·迪卡普里奥这样的慈善家，以及大大小小的政府，纷纷向土壤气候倡议投入了数百万美元。波士顿的一家农业技术公司，靛蓝Ag)他说，数千名耕种着1800多万英亩农田的农民，几乎都在美国，已经表示有兴趣加入其碳封存计划。一个由食品巨头和跨国公司(TNC)等非营利组织组成的财团已经筹集了2000多万美元，用来建立一个出售土壤碳信用额的市场。科罗拉多州博尔德市和旧金山等城市正在将土壤碳储存纳入其气候行动计划。加州已经为一些减少温室气体排放的农民支付了费用，马里兰州的立法者正在考虑为像希尔这样的“碳智能”农民提供新的资金。

在国家层面，美国参议员科里·布克(Cory Booker)、众议员黛布·哈兰德(Deb Haaland)和众议员切莉·平里(Chellie Pingree)已经提出了向采用气候友好做法的农民支付费用的法案。就连农业部长桑尼·珀杜也赞同这个概念。

但越来越多的科学家担心，不断增加的社会压力做一点事为了应对气候变化，政府正在把资金投入到所谓的碳农业中，而这种农业需要的科学基础尚未成熟。新的研究表明，即使是长期被接受的碳封存措施也可能不会产生预期的气候效益。对2米深土壤的测量已经对减少土壤耕作对气候的影响产生了严重的怀疑，现在类似的研究正在质疑作物在某些情况下能封存多少碳。专家们说，目前急需大量增加正在工作的农场的土壤碳数据。

甚至一些支持者也想控制炒作。

“我们正处于碳繁荣时期，”生态学家、博尔德再生农业组织的联合创始人菲利普·泰勒说疯狂的农业。“社会的希望，并希望农业将解决气候变化被夸大。”

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从第一次犁地开始，农业就开始排放二氧化碳。翻耕表层土壤将地下含碳分子与大气中的氧气混合在一起，产生的温室气体比其他任何气体都要多，它正在危害着文明。最近的估计表明，全球土壤中已经流失了1330亿吨碳，约占自工业革命以来人类排放碳总量的四分之一。

在上个世纪，技术进步极大地增加了农业的排放量。粮食系统使用的化石燃料，包括拖拉机和运输的燃料以及化肥生产的能源，现在占所有温室气体排放的10%以上。向土壤中添加肥料会导致微生物释放一氧化二氮(N2O)，这是一种温室气体，其每分子排放量是二氧化碳的300倍。据美国环境保护署(U.S. Environmental Protection Agency)称，一氧化二氮造成了约6%的全球变暖。

但有希望这样的趋势可能会逆转。2004年，俄亥俄州州立大学的土壤科学家藤Lal估计，农业和土壤管理实践的变化可以理解，从地下覆盖土壤中损失的所有碳的两三分之二，可能大大降低了大气二氧化碳。LAL和其他推荐的建议实践增加了上层土壤层中的含碳化合物的级分，包括减少或消除耕作，使土壤碳暴露于空气，具有作物残留物的覆盖田，种植覆盖作物 - 谷物，豆类或其他蔬菜生长而不是收获，但减少侵蚀并用养分和富含碳的有机物丰富土壤。

事实证明，一些农民已经开始采用这种做法。美国的免耕运动始于20世纪40年代，当时，在开垦贫瘠的西部土地引发了毁灭性的“沙尘”(Dust Bowl)之后，保持土壤成为首要任务，而新开发的除草剂使农民无需翻土就能杀死杂草。根据美国农业部(USDA)的统计数据，目前美国有超过三分之一的耕地是免耕的，还有三分之一是所谓的低耕管理。

覆盖作物也获得了增长，尽管速度较慢。1992年，为了减少对切萨皮克湾的污染，马里兰州开始出钱让农民在光秃秃的土地上种植覆盖作物。尽管希尔对自己是否会从中受益持怀疑态度，但他是一个早期的采用者。“这与气候或土壤健康没有任何关系，”希尔说。“我们所有人都认为这是一堆环境废话……然后我们发现它起作用了，看到土壤开始发生变化。”在希尔种植覆盖作物的地方，他的土壤侵蚀更少，水分更充足。

马里兰州现在拥有全国最高的覆盖种植率。像希尔这样的尖端农民已经从单一物种种植过渡到多样化的混合种植，就像他在2月份展示的那种，不仅能减少侵蚀和径流，还能固氮和为传粉昆虫提供食物。这种做法开始广泛流行，从2012年到2017年，全国覆盖种植率增长了50%。

然而，向减少碳排放的农民支付费用的想法并没有实现。没有人知道如何准确而又负担得起地测量土壤碳在一个甚至多个生长季节中积累的微小而缓慢的变化。测量土壤碳含量的黄金标准包括从田野中提取多个圆柱形核心，干燥，在烤箱中燃烧，并测量释放的二氧化碳——这是一个耗时且昂贵的过程。

技术终于开始赶上野心。像许多农民一样的山丘，现在使用对他的农业实践的数据河流进行数据的软件 - 每次驱动场，都会将化学品或植物植物喷洒到一种名为粒度的软件程序中，这有助于他微调他的投入和决策。科学家实现了相同的数据，可用于估算农场的碳封存和温室气体排放率。

颗粒状员工连接山与诺里，一个创业公司在2017年推出，由观光主义的年轻环保主义者在2017年推出，寻求使用Tech来降低补偿农民进行碳封存的成本。Nori员工认为Hill的粒度数据有助于破解碳测量问题。后面是双方的教育过程。诺里的创始人不熟悉保护耕作的微妙之处。山上没有关于区间的大量信息，这是诺里人想要用来从寻求抵消的二氧化碳发射者漏斗到农民的漏斗漏斗。

经过两年的交谈，Nori决定出售基于希尔公司2014年至2018年5年碳封存实践价值的碳排放额度。紫藤将使用美国农业部生产的数字工具“彗星农场”来计算希尔对气候的影响。COMET-Farm从Granular这样的平台获取农业实践信息，将其与来自卫星和传感器的天气数据以及来自美国农业部数据库的土壤信息混合，并使用复杂的计算机模型来估算土壤中的碳积累和温室气体逃逸的速度。

由于不需要实地考察或土壤样本，这可能要花费数千美元，紫菜保持了较低的验证成本。验证过程花费了希尔大约3500美元，尽管他需要在10年内支付审计费用，以确认碳确实被储存了。

10月7日，紫菜向希尔提供每吨16.50美元的信用，其中1.5美元给紫菜，15美元给希尔。据统计，共有342名买家在14011吨信用额度中购买了8010吨紫菜。在该公司的网站上可以找到希尔油田的卫星图像，以及针对每个油田出售的信用额，甚至还有一些买家的名字，其中包括只想购买一两个信用额的个人;像旅游公司BootsnAll这样的公司，其领导想要减少公司的碳足迹;以及亚利桑那州立大学等机构南加州大学的施瓦​​辛格研究所。

正是这种彻底的透明性使紫藤敬二的计划与希尔的计划不同。他现在有区块链认证的证据，证明他的作物是用气候友好的方法种植的，他希望这能帮助他溢价销售小麦和大豆，也许是卖给华盛顿特区附近富裕的、有气候意识的消费者。他把钱投资在让他的生意更可持续发展上。他刚刚订购了一种叫做辊压机的设备，它可以在不使用化学物质的情况下杀死覆盖作物，并在同一地块上种植一种经济作物。希尔说，新机器将使他在一个季节喷洒更少的除草剂，驾驶他的土地更少的次数，获得额外的收益，将支持进一步销售紫菜。

尽管推出了强劲的产品，但Nori的成功并不确定。去年12月，当我与Nori的首席开发官克里斯托弗·约瑟夫(Christophe Jospe)交谈时，他希望在2020年第一季度结束前销售价值10万吨的信用额度，但到目前为止，该公司还没有进行过另一次销售;约瑟佩现在说，代表50多万英亩土地的150多名农民正在通过核查程序，计划在今年晚些时候出售他们的信用额度。

竞争者们紧随其后。去年6月，Indigo Ag宣布将开放一个碳市场。该公司将在今年春天公布其监测和验证方法，并希望在年底前销售积分。第三个组织是生态系统服务市场联盟(Ecosystem Services Market Consortium)，将针对企业、市政和其他大型买家，为碳封存、水质和避免径流提供信用额度。该市场正在5万英亩的农田上进行试点，并宣布了在全国范围内启动该项目的目标日期为2022年。

随着国会参众两院都在考虑出台鼓励采用再生农业技术的立法，农民们可能很快就会有更多的方式为对抗气候变化而获得报酬。国际上也在发生变化。澳大利亚和加拿大的阿尔伯塔省和萨斯喀彻温省已经向农民支付了土壤碳汇的费用，法国政府在2015年启动了“4每1000的倡议，每年增加土壤碳储量0.4%。

拉尔说:“发展势头非常强劲。“我对正在发生的事情印象深刻。”

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然而，越来越多的科学家对支持土壤碳封存淘金热的科学并不感兴趣。

2006年，美国农业部土壤科学家约翰·贝克分析了通过1米深的土壤样本测量免耕对碳的影响的研究。历史上，大多数研究只测量了最上面的20或30厘米(8到12英寸)——所谓的犁层——并发现碳堆积在那里。然而，为数不多的更深入的研究往往发现，在30厘米以下的土层中，消失的碳含量大致相同。贝克及其同事认为，免耕似乎改变了碳的垂直分布，而不是碳固存总量报道。最近的一些论文证实了贝克的发现。

覆盖作物作为气候解决方案一直享有较强的声誉。TNC本月发表的研究估计，如果全球各地的农民都采用这种做法，他们每年可能会吸收近5亿吨二氧化碳。

但像大多数迄今为止一样的研究依赖于主要在犁层中的测量。最近的深土研究质疑涵盖作物的气候效益。在一个10年的实验中，塞瓦州立大学的土壤科学家发现，土壤科学家发现，根深蒂固的多年生植物和封面作物对土壤微生物释放出大部分作物沉积碳回到大气中的土壤微生物。“只需增加更多的碳，并不一定意味着碳将留在那里，”研究共同努力史蒂文大厅。

加州大学，戴维斯研究人员，在一个19年的研究中被测量到2米的深度，发现单独覆盖裁剪没有添加碳，除非堆肥，否则可能是昂贵的。“对我们来说真的很令人惊讶，”妮可泰雨，研究铅说道。“我们看到它的方式，至少在我们的半干旱地中海生产背景下，封面作物似乎似乎没有做人们所说的那样。”

还有一些研究发现，在某些情况下，增加土壤碳含量可能会给消耗氮并释放出强大温室气体一氧化二氮的土壤微生物带来额外的动力，除非氮肥得到仔细管理，否则可能会抵消碳封存对气候的好处。

专家表示，研究审查土壤碳赎回的福利的核查持续的福利通常在长期大学或政府研究地块中进行，这并不一定会复制在现实世界农场的许多和各种管理决策。“反对主动性的论文有像你可以做到的论文一样多的洞，”耶鲁林业与环境研究院的土壤科学家马克布拉德福德说。

紫菜所依赖的COMET-Farm工具既反映了当今土壤科学的前景，也反映了其局限性。它主要基于美国每年向联合国报告农业相关温室气体排放的计算机模型。包括布拉德福德在内的许多人都说，这些模型是模拟土壤复杂化学和生物学的最佳尝试之一。这些模型经过了从100多个研究地点收集的数据的验证。

但甚至100个地点只捕获了30万所知的土壤类型的微小样本，而农民可以在职业生长季节的职业生涯的价值。Comet-Farm在深处问题上基本上是平底落的，考虑到土壤上30厘米的碳变化。

威廉·施莱辛格(William Schlesinger)是纽约米尔布鲁克卡里生态系统研究所(Cary Institute of Ecosystem Studies)的名誉主席强烈的质疑土壤固碳是否能应对气候变化，忽视底土是新兴碳市场潜在的致命缺陷。施莱辛格表示:“在支付之前，我希望看到有人在1米深的深度进行采样，如果有的话，只支付净累积量。

科罗拉多州立大学的土壤生态学家Keith Paustian领导着COMET-Farm的开发，他说他的团队将很快发布模型预测的统计不确定性估计，这将帮助Nori和其他用户。但是他认为科学已经足够强大来支持碳市场。“我们从几十年的土壤科学和实地测量中获得了相当坚实的经验基础，”Paustian说。“我绝对认为我们已经掌握了足够的信息，可以继续前进。”

去年，布拉德福德召集了一群来自学术界和环境保护领域的研究人员，以评估现有的科学是否支持基于土壤的气候解决方案。在一篇论文自然的可持续性，作者同意可再生农业做法可以隔离碳。但他们承认，现有的方法无法准确衡量一个特定农场的碳积累速度。布拉德福德的一个博士生正在发展手持式现场扫描仪通过将含有土壤碳含量的土壤反射的光的性质相关性来提供这种测量。

布拉德福德还呼吁进行专门的试验，对更广泛的农场、种植方式和土壤类型进行取样。他正在为Indigo Ag提供这样一个项目的建议Terraton实验该计划将至少持续到2029年，并将支持该公司的碳市场。Indigo的系统创新高级主管Dan Harburg说，这项研究已经对数万英亩的土壤进行了取样，有些取样深度达到了1米，最终将汇编迄今为止收集到的最大的数据集，以评估农业实践对气候的影响。

俄克拉荷马州的汤姆·坎农(Tom Cannon)参与其中，他告诉我靛蓝的研究人员每周都会去他的农场采集土壤样本，并就他的做法采访他。他说:“这是所有人问过我的最全面的数据。”

除了科学和测量的不确定性，科学家们还担心土壤碳固存的简单生物物理限制正在被忽视。美国农业部的贝克指出，如果一个农民决定在多年的免耕后进行耕作，或者随着全球变暖，土壤微生物呼吸速率增加，那么储存在表层土壤中的碳很容易释放到大气中——这是多项研究预测的结果。“你不是在把碳锁在保险库里，”他说。

此外，肯塔基大学的土壤科学家汉娜·潘乔登布尔格博纳·潘约森格尔没有土壤是无底碳汇。甚至表土甚至是潜在的碳增益最佳记录，在几十年的耕作或覆盖种植后重新平衡到稳定的碳浓度。2018年英国研究人员的一项综述注意到，在某些地方已经发生了。

与我交谈过的每个人都认为，再生农业有利于土壤健康，具有重要的环境效益，可能值得为之付出代价。大多数人认为，土壤可能在吸收碳方面发挥了作用。但是几乎所有的科学家都希望在全心全意支持使用农业方法对抗气候变化之前有更多的确定性。

贝克说:“我认为，依靠这些物质来真正减缓气候变化是一件危险的事情。”

这个故事是与之合作制作的食品与环境报告网是一个非营利性调查新闻组织。