人们一直认为，能将大气中的碳封存到土壤中的气候变化解决方案也有助于提高作物产量。然而《自然·地球科学》发表的新研究发现，多数增加土壤有机碳的再生农业实践——如种植覆盖作物、保留秸秆落叶、免耕——在多数情况下反而会导致减产。
但康奈尔大学一项新研究发现，在多数情况下，大多数增加土壤有机碳的再生农业实践——如种植覆盖作物、将茎叶留在地面和不进行耕作——实际会降低产量。
计算机模型分析表明，全球采用此类改善土壤健康的实践，可能有益于温室气体减排或作物产量提升，但很少能同时实现两者。
该预测将帮助农民、政策制定者和可持续发展专业人士根据地理位置混合搭配最优管理方案，因不同实践效果随当地条件而异。例如模型预测，当种植谷物时（尤其在黏土含量高或养分有限的土壤中），气候缓解与产量提升最有可能同时实现。
"我们首次能获取情景化信息，指导农民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缓解效益，"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·麦克莱伦为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，气候缓解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（来自土壤有机物中的碳）、改善土壤健康、减少水土流失、促进养分循环以及转化植物可利用的氮素（种植豆科作物时）使农场受益。它们还能吸收空气中的碳用于茎叶根系生长，并将其封存避免释放回大气，从而提供保护地表水质和缓解气候变化的场外效益。其他实践（如免耕）则可减少侵蚀，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缓解实践与常规农田管理的土壤有机碳变化、温室气体释放及产量结果进行对比。研究人员模拟了直至本世纪末的多组情景，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、零耕作以及田间保留作物残留物。
分析表明，禾本科覆盖作物结合免耕对限制温室气体的潜力最大，但对作物产量影响最差。豆科覆盖作物配合免耕能提高作物产量，但气候效益降低近70%。在干旱气候区，覆盖作物会竞争有限水分，最可能导致减产。此外在部分区域，因土壤一氧化二氮增加（其温室效应强度是CO2的273倍），这些气候缓解实践反而比传统农业产生更多温室气体。
"我们发现覆盖种植与免耕在多地存在强协同效应，"麦克莱伦指出，"若同时采用这两种实践，多数情况下能比单独实施更快提升土壤有机碳，从而抵消一氧化二氮排放等负面影响。"降低土壤氮输入也有助于解决一氧化二氮排放问题。
作者发现，为维持作物产量养活全球增长人口，到2100年可实现的最大温室气体减排量，将比不考虑产量且完全围绕最优气候缓解策略的耕作实践低约85%。"因此权衡取舍对全球规模的可行性具有巨大影响，"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韦尔气候研究中心的科研人员。
本研究由国家粮食与农业研究所、美国林务局通过美国环境保护署的机构间协议签订的合同、大自然保护协会、环境保护基金会、贝佐斯地球基金、King Philanthropies以及慈善基金Arcadia资助。