覆盖作物未必是作物产量与碳固存的双重解决方案

但康奈尔大学一项新研究发现，在多数情况下，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、将茎叶留在地表免于耕作——实际上会降低作物产量。

计算机模型分析表明，全球范围内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提升，但两者难以兼得。

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地理位置混合搭配最佳管理方案，因为不同实践的效果会因当地条件而异。例如，模型预测在种植谷物时，特别是在高粘土含量或养分有限的土壤中，减缓气候变化和提高产量最有可能同时实现。

"我们首次能获取具体情境信息，指导农民如何选择满足其需求的最佳实践组合，在维持作物产量的同时提供气候变化减缓效益，"康奈尔大学农业与生命科学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。

伍尔夫是该项目的首席研究员，也是5月19日发表于《自然·气候变化》期刊研究的资深作者。论文第一作者谢尔比·麦克莱兰是纽约大学环境研究系博士后研究员，此前在康奈尔大学伍尔夫实验室工作。

对农民而言，气候减缓策略包括种植并保留覆盖作物。覆盖作物通过增加土壤有机碳（土壤有机质中的碳）、改善土壤健康、减少水土流失、促进养分循环以及将氮转化为植物可利用形态（种植豆科植物时）使农场受益。它们还通过从空气中吸收碳用于茎叶根系生长并将其封存以防释放回大气，带来保护地表水质和减缓气候变化的农场外效益。其他实践如免耕可减少水土流失，限制土壤碳损失和土壤结构破坏。

该全球计算机模型将农田气候减缓实践与常规农田管理的土壤有机碳变化、温室气体释放和产量结果进行了对比。研究人员模拟了贯穿本世纪末的一系列情景，包含四种常见管理实践的不同组合：种植禾本科覆盖作物、种植豆科覆盖作物、免耕以及保留作物残茬。

分析表明，禾本科覆盖作物结合免耕在限制温室气体方面潜力最大，但对作物产量影响最差。豆科覆盖作物结合免耕能提供更高作物产量，但气候效益降低近70%。研究发现，在干旱气候区覆盖作物竞争有限水分时，产量下降最有可能发生。此外，在某些地区，由于土壤氧化亚氮排放增加（其温室效应强度是CO₂的273倍），这些气候减缓实践导致的温室气体排放反而高于传统农业。

"我们发现覆盖种植与免耕在许多地区存在强协同效应，"麦克莱兰表示，"若同时采用这两种实践，多数情况下土壤有机碳增速远超单一实践，从而抵消氧化亚氮排放等因素的负面影响。"降低土壤氮输入也可能有助于解决氧化亚氮排放问题。

作者指出，为维持作物产量以养活不断增长的全球人口，若考虑产量因素且农业实践不以最优气候减缓策略为核心，到210年温室气体最大减排潜力将比不考虑产量时降低约85%。"因此权衡取舍对全球尺度的可实现目标具有重大影响，"伍尔夫强调。

合著者包括来自大自然保护协会、环境保护基金会、科罗拉多州立大学和伍德维尔气候研究中心的研究人员。

该研究由美国国家食品与农业研究所、通过美国环保署跨机构协议获得的美国林务局合同、大自然保护协会、环境保护基金会、贝佐斯地球基金、金慈善基金会以及慈善基金阿卡迪亚资助。