自然探秘：泥土能保護我們的地球嗎？


圖片來源：Pixabay
二十世紀三十年代，發生在美國的沙塵暴證明了土壤退化的毀滅性後果。幾十年的耕作方式破壞了大平原肥沃的土地資源，使其在嚴重的旱災麵前變得十分脆弱。肆虐的疾風將成堆的泥土從地上吹起卷入空中，留下一片荒涼的景象。數千人死於饑餓或肺病，其他一些人為了尋求食物、工作和潔淨的空氣而移民到西部。
今天，我們再次麵臨著嚴重土壤侵蝕的可能，但這一次，氣候變化加劇了威脅的發生。它們共同對糧食供應和地球健康構成了前所未有的雙重威脅，而農民也許是避免災難性後果的關鍵因素。土壤通過吸收更多的碳，可以使土壤侵蝕和氣候變化的情況得到緩解。光合作用能分離出空氣中的二氧化碳，並將其固定於可以封存在土壤裏的植物材料中。
這一過程減少了大氣溫室氣體，增加了土壤中的碳含量，可以為土壤中饑餓的微生物提供養分從而減輕土壤侵蝕的程度，因為這些微生物會產生黏性物質，能反過來將土壤顆粒粘合成土塊，使其不易受到風和降水的影響。憑借美國農業的國內外政策，拜登政府有機會避免這兩場危機，從而重新恢複美國在氣候變化議題中的領導地位。在大部分減緩氣候變化的方案中，減少溫室氣體的排放是關注的核心，而很少有人將注意力放在如何把大氣中的碳封存在土壤中。
作為地球上最大的碳匯，土壤儲存的碳含量是大氣中的三倍多，它能提供一個豐富的資源庫，裏麵有著巨大的、未被開發的容量空間。自農業生產出現以來，糧食生產已經消耗了大約一半的碳儲量，即1330億噸曾經儲存在農業土壤中的碳。在過去的兩個世紀裏，碳元素的流失速度急劇上升，造成了一大塊需要填補的空白。恢複這些碳儲備需要削減幾乎五分之一的大氣碳，這將使得溫室氣體濃度接近工業革命前的水平，並使土壤變得不易腐蝕。現實的一點是，我們無法在短時間內恢複土壤中的1330億噸碳儲量，但我們必須朝著這個目標努力，這可能是解決土壤侵蝕和氣候問題的多層計劃中的核心要素。
農民們知道，土壤不再是可再生資源，許多農場快要把資源耗盡了。美國農業部（the U.S. Department of Agriculture）2018年的一份報告顯示，美國土壤的流失平均速度比產生速度快十倍；在愛荷華州（Iowa）、新墨西哥州（New Mexico）和內華達州（Nevada）等州，土壤受侵蝕的速度更快。在非洲和亞洲的部分地區，土壤受侵蝕的數量超過其補給量百倍之多。
情況還在持續惡化。暴雨是造成土壤侵蝕的關鍵原因，它使得鬆散的土壤顆粒匯入小溪和河流。世界上的許多地區，包括美國中西部，暴雨的頻率和強度急劇上升，這一趨勢很有可能會加速氣候變化問題的惡化。按照目前的土壤侵蝕率，在未來的數十年中，一些世界上最肥沃高產的農田將失去它們的表土，喪失為未來近90億人口生產糧食的價值。事實上，就連愛荷華州得天獨厚的土壤資源也受到了嚴重破壞，以至於人們在州內各地的地表上都發現了底土。但是有一個整體情況值得我們的注意：土壤的侵蝕情況會隨著土壤中碳的積累而減少。


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2015年，法國在巴黎氣候大會上提出了關於糧食安全和氣候變化的“千分之四”倡議。該倡議表示，隻要全球每年的土壤含碳量增加0.4%，未來碳排放帶來的影響就能被抵消。隻有29個國家簽署了該協議，美國並不在其中。這項倡議的內容涵蓋地球上所有土地，但其設定的可望而不可及的目標使得許多潛在的簽署國望而卻步。所以，為了更加貼合實際，“千分之四”倡議應該重新修訂，從僅僅關注農業土壤開始。在拜登總統努力重新確立美國在全球氣候政策的領導地位之際，如何獲得關於增加土壤碳含量提議的廣泛認可應該成為他的首要議程。
為了同時實現有利於氣候和土壤碳含量的目標，美國需要采取不同的農業實踐政策。其中一個重要的步驟是減少耕地，因為耕地過程中會打碎大塊的土塊，破壞原本可以防止土粒脫離和移動的土壤結構，從而造成了土壤侵蝕。另一種免耕種植的方式是直接將種子撒在前茬作物的殘茬上，而不是在豐收後再耕地並將種子撒到耕過的犁溝裏。盡管在20世紀70年代，免耕法被證明能顯著減少土壤侵蝕，但目前美國也隻有三分之一的農田采用了免耕法。另一個高效的農業實踐是種植覆蓋作物，即在秋收春播之前種植一些能使土壤肥沃的植物種類。覆蓋作物能固定土壤，並防止寒風和春雨對其肥沃表土的侵蝕。
農田土壤可以通過播種多年生草原植物而穩定，自19世紀歐洲裔美國人遷移到美國中部以來，正是由於這種植物的作用，美國中西部擁有著大片能提供豐富食物的土壤。這些多年生植物擁有大量的根係，能給土壤提供養分。舉例來說，柳枝稷（Switchgrass）的根可以長到14英尺深，在季末時，其生物量占到整棵植株的一半，是一個能使植株在春天重新發芽的蓄水池。相比之下，玉米的根係就很淺，生長季結束時，當植物將碳元素都輸送到種子裏之後，剩下的根係生物量幾乎可以忽略不計。有策略地將10%的玉米作物換成草原植物就可以減少95%的土地侵蝕。同樣地，重新植樹造林也可以減少土壤侵蝕，因為巨大的樹根可以固定土壤並給予其養分。所有的這些保護土壤的實踐都加速了碳的固定，減少了溫室氣體的累積。
強化再生放牧法是一種通過刺激植物生長來增加碳固定量的放牧方法，它能與曾經漫步在美國大平原上的野生牛群產生一樣的效果，有助於形成一些地球上最肥沃的土壤。再生放牧法需要頻繁地遷移牛群到新的牧地，有時僅在一天中就要變換幾次，從而防止它們啃食接近地麵的植被。剩下植物恢複和重新生長的速度比那些被削成小節的植物要快，使它們在生長季能進行更多的光合作用，從而積累更多的碳。一些研究者估計，再生放牧法通過光合作用增加的碳固定量足以抵消牛肉生產過程中釋放的大部分溫室氣體。


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最終，土壤會達到其碳儲存容量的上限。這很可能是積極的局麵，因為這意味著土壤中充滿了碳而因此變得健康、不易受侵蝕。等到全球土壤的碳儲存容量達到上限時，有關減少碳排放的策略可能會變得更加先進。
持反對意見的批評者認為，把碳固定在土壤中所帶來的好處將會被日益增加的氮肥需求所抵消，而氮肥產生於密集型的化石燃料生產過程。但是在碳固定的同時，氮也被固定在了植物體內，由此減少了未來作物對於氮的需求。與此同時，生物固氮可以滿足植物對氮的需求，這個過程由土壤中的細菌參與，不需要化石燃料就可以產生氮肥。
我們有辦法阻止土壤流失和減少溫室氣體排放，但我們需要能使農民采用新方法的政策。大部分的農場隻能靠微薄的利潤生存，盡管美國是世界上最便宜、最安全和最豐富的糧食供應國之一，美國農民在人們消費食物的每一美元中隻能得到15美分，2013年至2018年期間，農業淨收入下降了近50%。美國農業部預測，2020年，美國一半的農場將會虧損。許多農場之所以能堅持下來，僅僅是因為一些家庭成員能從非農工作中獲取收入。經濟困境使得許多農場倒閉，2001年至2019年期間美國一半奶牛場的虧損就是證據。
為了提高農業盈利能力，同時減少土壤侵蝕和淨碳排放，拜登政府可以重新製定農作物保險以減少那些以碳友好方式管理的土地保費。這種策略在幾年的時間裏就可以收回成本，因為即使土壤中碳含量的增加幅度很小，土壤在麵臨旱災和洪澇時的脆弱程度也會降低，由此保險成本收回的可能性會增大。政府可以建立一個由農民、食品零售商、消費者、土著社區、農業綜合企業和環境組織等利益相關者組成的聯盟，來為帶有標簽的食物設計認證與營銷策略，那些標簽表明了該食物是在固碳條件下被生產出來的。
標簽上可能寫著“固碳英雄製造”以表彰農民的偉大行為，是他們讓數百萬人有飯吃，並且現在又加入進了保護地球的行列中。跨國零售商可以要求生產商采取這樣的做法，就像他們已經采取的其他有利於動物和環境的做法一樣。目前的農業補貼可以重新被用來支付糧食和生產過程中固定的碳。
沙塵暴期間，美國遭受了極端土壤退化的影響。我們可以通過改變耕作方式來避免類似的情況對美國農田的破壞性影響，這還將對氣候帶來附加的好處。賭輸的代價太大了，我們不能忽視土壤的重要性。
撰文：Jo Handelsman (director of the Wisconsin Institute for Discovery at the University of Wisconsin-Madison, former science advisor to President Barack Obama)
翻譯：黃子鬱
審校：殷姝雅
引進來源：科學美國人
引進鏈接：https://www.scientificamerican.com/article/how-dirt-could-help-save-the-planet/


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