人们一直认为，将从空气中固碳到土壤中的气候变化解决方案也能提高作物产量。但一项新研究发现，大多数用于增加土壤有机碳的再生农业实践——如种植覆盖作物、将茎叶留在地表以及免耕——在许多情况下实际上会降低产量。
但康奈尔大学一项新研究发现，大多数旨在增加土壤有机碳的再生农业实践——如种植覆盖作物、留秆还田和免耕——在许多情况下实际会导致减产。
计算机模型分析表明，全球采用此类改善土壤健康的实践，要么有利于温室气体减排，要么有利于作物产量，但很少能同时实现两者。
这些预测将帮助农民、政策制定者和可持续发展从业者根据当地情况优化管理方案，因为不同实践的效果会因地域条件而异。例如模型预测，在种植谷物时——尤其是高黏土含量或养分匮乏的土壤中——气候缓解与产量提升最有可能同时实现。
"我们首次能获得情境化信息，指导农民选择既能维持产量又能缓解气候变化的实践组合，"康奈尔大学农业与生命科学院综合植物科学系土壤与作物科学组高级研究员多米尼克·伍尔夫表示。
作为该项目首席研究员，伍尔夫是5月19日发表于《自然·气候变化》研究的通讯作者。论文第一作者谢尔比·麦克莱兰曾是伍尔夫实验室成员，现为纽约大学环境研究系博士后。
对农民而言，气候缓解策略包括种植覆盖作物并保留原地。覆盖作物通过增加土壤有机碳（来自土壤有机质的碳）、改善土壤健康、减少侵蚀、循环养分并将氮转化为植物可利用形式（种植豆科作物时）使农场受益。它们还具有保护地表水质、通过将空气中的碳固定于茎叶根系来缓解气候变化等场外效益。免耕等其他实践则能减少侵蚀，限制土壤碳流失和结构破坏。
该全球计算机模型将农田气候缓解实践与常规管理在土壤有机碳变化、温室气体排放和产量结果方面进行对比。研究人员模拟了包括四种常见实践（种植禾本科/豆科覆盖作物、免耕、留茬还田）不同组合的本世纪末情景。
分析显示，禾本科覆盖作物结合免耕的温室气体限制潜力最大，但对产量负面影响最显著。豆科覆盖作物配免耕能提高产量，但气候效益降低近70%。干旱地区因覆盖作物竞争水分最可能出现减产。某些地区因土壤氧化亚氮（温室效应为CO2的273倍）增加，这些实践反而比传统农业产生更多温室气体。
"我们发现覆盖作物与免耕在多地存在强协同效应，"麦克莱兰指出，"双管齐下比单一实践能更快提升土壤有机碳，从而抵消氧化亚氮排放等负面影响。"降低土壤氮输入也有助于控制氧化亚氮排放。
作者发现，要维持养活全球人口的产量水平，到210年最大温室气体缓解量将比不考虑产量、专注气候最优策略时降低约85%。"因此权衡取舍对全球尺度可实现目标影响重大，"伍尔夫强调。
合著者包括来自大自然保护协会、环保协会、科罗拉多州立大学和伍德维尔气候研究中心的学者。
研究资金由美国国家食品与农业研究所、通过环保署跨机构协议获得的林务局合同、大自然保护协会、环保协会、贝索斯地球基金、国王慈善基金和慈善机构阿卡迪亚提供。