自然探秘：泥土能保护我们的地球吗？


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二十世纪三十年代，发生在美国的沙尘暴证明了土壤退化的毁灭性后果。几十年的耕作方式破坏了大平原肥沃的土地资源，使其在严重的旱灾面前变得十分脆弱。肆虐的疾风将成堆的泥土从地上吹起卷入空中，留下一片荒凉的景象。数千人死于饥饿或肺病，其他一些人为了寻求食物、工作和洁净的空气而移民到西部。
今天，我们再次面临着严重土壤侵蚀的可能，但这一次，气候变化加剧了威胁的发生。它们共同对粮食供应和地球健康构成了前所未有的双重威胁，而农民也许是避免灾难性后果的关键因素。土壤通过吸收更多的碳，可以使土壤侵蚀和气候变化的情况得到缓解。光合作用能分离出空气中的二氧化碳，并将其固定于可以封存在土壤里的植物材料中。
这一过程减少了大气温室气体，增加了土壤中的碳含量，可以为土壤中饥饿的微生物提供养分从而减轻土壤侵蚀的程度，因为这些微生物会产生黏性物质，能反过来将土壤颗粒粘合成土块，使其不易受到风和降水的影响。凭借美国农业的国内外政策，拜登政府有机会避免这两场危机，从而重新恢复美国在气候变化议题中的领导地位。在大部分减缓气候变化的方案中，减少温室气体的排放是关注的核心，而很少有人将注意力放在如何把大气中的碳封存在土壤中。
作为地球上最大的碳汇，土壤储存的碳含量是大气中的三倍多，它能提供一个丰富的资源库，里面有着巨大的、未被开发的容量空间。自农业生产出现以来，粮食生产已经消耗了大约一半的碳储量，即1330亿吨曾经储存在农业土壤中的碳。在过去的两个世纪里，碳元素的流失速度急剧上升，造成了一大块需要填补的空白。恢复这些碳储备需要削减几乎五分之一的大气碳，这将使得温室气体浓度接近工业革命前的水平，并使土壤变得不易腐蚀。现实的一点是，我们无法在短时间内恢复土壤中的1330亿吨碳储量，但我们必须朝着这个目标努力，这可能是解决土壤侵蚀和气候问题的多层计划中的核心要素。
农民们知道，土壤不再是可再生资源，许多农场快要把资源耗尽了。美国农业部（the U.S. Department of Agriculture）2018年的一份报告显示，美国土壤的流失平均速度比产生速度快十倍；在爱荷华州（Iowa）、新墨西哥州（New Mexico）和内华达州（Nevada）等州，土壤受侵蚀的速度更快。在非洲和亚洲的部分地区，土壤受侵蚀的数量超过其补给量百倍之多。
情况还在持续恶化。暴雨是造成土壤侵蚀的关键原因，它使得松散的土壤颗粒汇入小溪和河流。世界上的许多地区，包括美国中西部，暴雨的频率和强度急剧上升，这一趋势很有可能会加速气候变化问题的恶化。按照目前的土壤侵蚀率，在未来的数十年中，一些世界上最肥沃高产的农田将失去它们的表土，丧失为未来近90亿人口生产粮食的价值。事实上，就连爱荷华州得天独厚的土壤资源也受到了严重破坏，以至于人们在州内各地的地表上都发现了底土。但是有一个整体情况值得我们的注意：土壤的侵蚀情况会随着土壤中碳的积累而减少。


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2015年，法国在巴黎气候大会上提出了关于粮食安全和气候变化的“千分之四”倡议。该倡议表示，只要全球每年的土壤含碳量增加0.4%，未来碳排放带来的影响就能被抵消。只有29个国家签署了该协议，美国并不在其中。这项倡议的内容涵盖地球上所有土地，但其设定的可望而不可及的目标使得许多潜在的签署国望而却步。所以，为了更加贴合实际，“千分之四”倡议应该重新修订，从仅仅关注农业土壤开始。在拜登总统努力重新确立美国在全球气候政策的领导地位之际，如何获得关于增加土壤碳含量提议的广泛认可应该成为他的首要议程。
为了同时实现有利于气候和土壤碳含量的目标，美国需要采取不同的农业实践政策。其中一个重要的步骤是减少耕地，因为耕地过程中会打碎大块的土块，破坏原本可以防止土粒脱离和移动的土壤结构，从而造成了土壤侵蚀。另一种免耕种植的方式是直接将种子撒在前茬作物的残茬上，而不是在丰收后再耕地并将种子撒到耕过的犁沟里。尽管在20世纪70年代，免耕法被证明能显著减少土壤侵蚀，但目前美国也只有三分之一的农田采用了免耕法。另一个高效的农业实践是种植覆盖作物，即在秋收春播之前种植一些能使土壤肥沃的植物种类。覆盖作物能固定土壤，并防止寒风和春雨对其肥沃表土的侵蚀。
农田土壤可以通过播种多年生草原植物而稳定，自19世纪欧洲裔美国人迁移到美国中部以来，正是由于这种植物的作用，美国中西部拥有着大片能提供丰富食物的土壤。这些多年生植物拥有大量的根系，能给土壤提供养分。举例来说，柳枝稷（Switchgrass）的根可以长到14英尺深，在季末时，其生物量占到整棵植株的一半，是一个能使植株在春天重新发芽的蓄水池。相比之下，玉米的根系就很浅，生长季结束时，当植物将碳元素都输送到种子里之后，剩下的根系生物量几乎可以忽略不计。有策略地将10%的玉米作物换成草原植物就可以减少95%的土地侵蚀。同样地，重新植树造林也可以减少土壤侵蚀，因为巨大的树根可以固定土壤并给予其养分。所有的这些保护土壤的实践都加速了碳的固定，减少了温室气体的累积。
强化再生放牧法是一种通过刺激植物生长来增加碳固定量的放牧方法，它能与曾经漫步在美国大平原上的野生牛群产生一样的效果，有助于形成一些地球上最肥沃的土壤。再生放牧法需要频繁地迁移牛群到新的牧地，有时仅在一天中就要变换几次，从而防止它们啃食接近地面的植被。剩下植物恢复和重新生长的速度比那些被削成小节的植物要快，使它们在生长季能进行更多的光合作用，从而积累更多的碳。一些研究者估计，再生放牧法通过光合作用增加的碳固定量足以抵消牛肉生产过程中释放的大部分温室气体。


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最终，土壤会达到其碳储存容量的上限。这很可能是积极的局面，因为这意味着土壤中充满了碳而因此变得健康、不易受侵蚀。等到全球土壤的碳储存容量达到上限时，有关减少碳排放的策略可能会变得更加先进。
持反对意见的批评者认为，把碳固定在土壤中所带来的好处将会被日益增加的氮肥需求所抵消，而氮肥产生于密集型的化石燃料生产过程。但是在碳固定的同时，氮也被固定在了植物体内，由此减少了未来作物对于氮的需求。与此同时，生物固氮可以满足植物对氮的需求，这个过程由土壤中的细菌参与，不需要化石燃料就可以产生氮肥。
我们有办法阻止土壤流失和减少温室气体排放，但我们需要能使农民采用新方法的政策。大部分的农场只能靠微薄的利润生存，尽管美国是世界上最便宜、最安全和最丰富的粮食供应国之一，美国农民在人们消费食物的每一美元中只能得到15美分，2013年至2018年期间，农业净收入下降了近50%。美国农业部预测，2020年，美国一半的农场将会亏损。许多农场之所以能坚持下来，仅仅是因为一些家庭成员能从非农工作中获取收入。经济困境使得许多农场倒闭，2001年至2019年期间美国一半奶牛场的亏损就是证据。
为了提高农业盈利能力，同时减少土壤侵蚀和净碳排放，拜登政府可以重新制定农作物保险以减少那些以碳友好方式管理的土地保费。这种策略在几年的时间里就可以收回成本，因为即使土壤中碳含量的增加幅度很小，土壤在面临旱灾和洪涝时的脆弱程度也会降低，由此保险成本收回的可能性会增大。政府可以建立一个由农民、食品零售商、消费者、土著社区、农业综合企业和环境组织等利益相关者组成的联盟，来为带有标签的食物设计认证与营销策略，那些标签表明了该食物是在固碳条件下被生产出来的。
标签上可能写着“固碳英雄制造”以表彰农民的伟大行为，是他们让数百万人有饭吃，并且现在又加入进了保护地球的行列中。跨国零售商可以要求生产商采取这样的做法，就像他们已经采取的其他有利于动物和环境的做法一样。目前的农业补贴可以重新被用来支付粮食和生产过程中固定的碳。
沙尘暴期间，美国遭受了极端土壤退化的影响。我们可以通过改变耕作方式来避免类似的情况对美国农田的破坏性影响，这还将对气候带来附加的好处。赌输的代价太大了，我们不能忽视土壤的重要性。
撰文：Jo Handelsman (director of the Wisconsin Institute for Discovery at the University of Wisconsin-Madison, former science advisor to President Barack Obama)
翻译：黄子郁
审校：殷姝雅
引进来源：科学美国人
引进链接：https://www.scientificamerican.com/article/how-dirt-could-help-save-the-planet/


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