“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，Indigo AG说，成千上万的农民在美国几乎所有工作超过1800万英亩的农田，都表示兴趣参加其碳赎纳米赎罪方案。粮食巨头和非贸易委员会的联盟筹集了超过2000万美元，以建立一个市场出售土壤碳信用额。博尔德，科罗拉多州和旧金山等城市包括气候行动计划中的土壤碳储存。加利福尼亚州已经向一些农民支付了减少温室气体排放的一些农民，马里兰州立法者正在考虑为山上的“碳智能”农民的新资金。

在国家一级，美国参议员Cory Booker（D-NJ），代表韦尔兰（D-NM）和代表Chellie Pingree（D-Me）引入了将农民支付措施采用气候友好惯例的账单。甚至农业桑尼·普通的甚至都赞同这个概念。

但越来越多的科学家担心将社会压力升至做某事为了抵制气候变化，推动资金进入所谓的碳养殖前，在需要支撑它成熟的科学之前。新的研究表明，即使是长期接受的碳封存实践也可能不会产生，希望为气候效益。在减少减少土壤耕作的气候影响的情况下，土壤的测量率为2米对减少土壤耕作的气候影响，现在正在质疑在某些情况下含有多少碳覆盖作物。专家们说，迫切需要来自工作场的土壤碳数据的巨大增加。

甚至一些支持者也想控制炒作。

“我们处于一段时间的碳气繁荣，”博尔德的再生农业组织生态学家和联合创始人菲利普泰勒说疯狂的农业。“社会希望农业能解决气候变化的愿望是夸大了的。”

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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。

但这种趋势有望逆转。2004年，俄亥俄州立大学的土壤科学家Rattan Lal估计，从理论上讲，农业和土壤管理实践的改变可以使土壤中三分之二的碳流失回到地下，从而有可能大幅减少大气中的二氧化碳。Lal和其他人推荐的做法显示可以增加上层土壤中含碳化合物的比例，包括减少或消除将土壤碳暴露于空气中的耕作，用作物残留物覆盖农田，以及种植覆盖作物谷物、豆类或其他蔬菜的种植不是为了收获，而是为了减少侵蚀和增加土壤养分和富含碳的有机物。

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，支付农民实际上缩小碳的想法并没有取消。没有人知道如何准确，但经济地测量土壤碳的小，缓慢变化可能会累积在一个甚至多个生长季节。土壤碳测量标准涉及从场上提取多个圆柱形核心，在烘箱中燃烧它们，燃烧它们，并测量释放的二氧化碳 - 耗时和昂贵的过程。

技术终于开始赶上野心了。和许多农民一样，希尔现在使用一种软件来记录有关他的耕作实践的大量数据——每次他开车，喷洒化学品，或种植作物——到一个叫做Granular的软件程序中，这个软件程序可以帮助他调整输入和决策。科学家们意识到，同样的数据可以用来估计农场的碳封存和温室气体排放率。

Granular的员工将Hill和Nori联系起来，Nori是一家由年轻的理想主义环保主义者在2017年创立的初创公司，他们希望利用科技来降低补偿碳汇农民的成本。Nori的工作人员认为希尔的颗粒数据可以帮助解决碳测量问题。接下来是对双方的教育过程。紫菜的创始人并不熟悉保护性耕作的微妙之处。希尔对区块链并不了解，这是Nori想要使用的一种理论上安全、无银行的技术，用于向寻求抵消的二氧化碳排放国的农民支付款项。

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。

不需要网站访问或土壤样本，可以耗尽数千美元，诺里保持验证成本低。验证过程成本山占3,500美元，尽管他需要在10年内支付审计，以确认碳实际上是储存的。

10月7日，诺里为山的信贷提供了16.50美元，每吨$ 1.50前往诺里，15美元至山上。根据，共有342个买家购买了8,010吨的信贷，其中14,011次提供，据紫菜。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%。

“势头非常强劲，”Lal说。“我对发生的事情印象深刻。”

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然而，越来越多的科学家并不像他们认为与科学碳封存金匆忙的科学一样印象。

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。

但与迄今为止的大多数其他研究一样，这项研究主要依赖于对耕地层的测量。最近的深层土壤研究对农作物的气候效益提出了质疑。爱荷华州立大学(Iowa State University)的土壤科学家在一项为期10年的试验中，对地下1米深的土壤进行采样，发现深根多年生植物和覆盖作物能加速土壤微生物的生长，从而将作物沉积的大部分碳释放回大气中。“简单地增加碳并不一定意味着碳就会保持在那里，”该研究的合著者Steven Hall说。

加州大学戴维斯分校(University of California, Davis)的研究人员在一项长达19年的研究中，测量了地下2米深的土壤，发现单是覆盖种植不会增加碳，除非辅以堆肥，而堆肥的成本可能很高。“这真的让我们很惊讶，”研究负责人尼科尔·塔格斯(Nicole Tautges)说。“在我们看来，至少在半干旱的地中海生产环境中，作物似乎并没有像人们所说的那样生长。”

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。

然而，专家表示，质疑土壤固碳效益的研究往往是在大学或政府的长期研究基地进行的，这些研究不一定会复制现实农场中做出的许多各种管理决策。耶鲁大学林业与环境研究学院的土壤科学家Mark Bradford说:“我认为那些反对这项倡议的论文和那些认为你可以做到的论文有同样多的漏洞。”

彗星农场，工具Nori依赖于，反映了当今土壤科学的承诺和局限性。它主要基于美国用来向联合国报告农业相关的温室气体排放的计算机模型。包括布拉德福德在内的众多人称这些模型 - 由来自100多个研究网站收集的数据验证 - 是模拟土壤复杂化学和生物学的最佳尝试之一。

但是，即使是100个地点所采集的只是30万种已知土壤类型和一个农民在整个生长季节中所能做出的数千个决定中的很小一部分。COMET-Farm基本上也关注深层土壤问题，只考虑土壤上部30厘米的碳含量变化。

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场扫描仪通过将土壤反射光的性质与土壤碳含量相关联来提供这样的测量结果。

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Hanna Poffenbarger指出，没有任何土壤是无底洞的碳库。即使是表土，在潜在的碳收益得到了最好的记录之后，经过几十年的免耕或覆盖种植，也会重新平衡到稳定的碳浓度。2018年英国研究人员的一项综述值得注意的是，这已经在一些地方发生了。

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。”

这个故事是与食品与环境报告网这是一家非盈利调查新闻机构。