覆盖作物可能并非作物产量与碳封存的双重解决方案

但康奈尔大学的一项新研究发现，许多情况下，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、将茎叶留在地面以及免耕——实际上会降低产量。

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，但两者很少能同时兼顾。

这些预测将帮助农民、政策制定者和可持续发展专业人员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，尤其是在粘土含量高或养分有限的土壤中，气候减缓和产量提升最有可能同时实现。

"我们首次能够获得情境化信息，帮助农民选择满足其需求的实践组合，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的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日发表在《自然气候变化》期刊上该研究的资深作者。论文的第一作者是谢尔比·麦克莱兰，她是纽约大学环境研究系的博士后研究员，此前在康奈尔大学伍尔夫的实验室工作。

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（来源于土壤中有机物的碳）、改善土壤健康、减少土壤侵蚀、循环养分以及将氮转化为植物可利用的形式（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生长茎、叶和根系，并将其封存以防止释放回大气，从而提供保护地表水质量和减缓气候变化等场外效益。其他实践，如取消耕作，可减少侵蚀，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在土壤有机碳变化、温室气体释放和产量结果方面进行了比较。研究人员模拟了贯穿本世纪末的一系列情景，包括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、免耕以及将作物残茬留田。

分析表明，禾本科覆盖作物配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。豆科覆盖作物配合免耕能提供更高的作物产量，但气候效益降低近70%。在较干燥气候区，覆盖作物会争夺可用水分，产量降低的可能性最大。此外，在某些地区，由于土壤中一氧化二氮排放增加，这些气候减缓实践导致的温室气体排放量高于传统农业，而一氧化二氮作为温室气体的效力是CO₂的273倍。

"我们发现，在许多地方，覆盖种植和免耕之间存在很强的协同效应，"麦克莱兰说。"如果你同时采用这两种实践，在许多情况下，这能让你比单独采用某项实践更快地增加土壤有机碳，从而抵消一氧化二氮排放等因素的负面影响。"降低土壤中的氮输入也可能有助于解决一氧化二氮排放问题。

作者们发现，为维持作物产量以养活不断增长的全球人口，到2100年通过实践实现的最大温室气体减缓量，将比不考虑产量且农业实践以最优气候减缓策略为中心的情况低约85%。"因此，权衡取舍对全球范围内可实现的目标具有巨大影响，"伍尔夫说。

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、通过与美国环境保护署机构间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Arcadia资助。