人们曾认为，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，大多数旨在增加土壤有机碳的再生农业实践——如种植覆盖作物、留茬免耕等——在多数情况下反而会导致减产。
但康奈尔大学的一项新研究发现，许多情况下，旨在增加土壤有机碳的再生农业实践——例如种植覆盖作物、将茎叶留在地表以及免耕——实际上会降低作物产量。
计算机模型分析表明，全球采用此类改善土壤健康的实践，要么有利于温室气体减排，要么有利于提高作物产量，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性专业人员根据地理位置混合搭配最优管理方案，因为不同实践的效果会因当地条件而异。例如，该模型预测，在种植谷物时，尤其是在粘土含量高或营养有限的土壤中，气候减排与产量提升最有可能同时实现。
「我们首次获得了情境化信息，帮助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日发表于《自然·气候变化》期刊的研究的资深作者。论文第一作者谢尔比·麦克莱兰是纽约大学环境研究系的博士后研究员，她此前曾在康奈尔大学伍尔夫的实验室工作。
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（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。它们还具有农场外的益处：保护地表水质，通过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层来缓解气候变化。其他实践如取消耕作，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传统农田管理方式下的土壤有机碳变化、温室气体排放及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、免耕以及将作物残茬留田。
分析显示，禾本科覆盖作物结合免耕模式在限制温室气体方面潜力最高，但对作物产量效果最差。豆科覆盖作物结合免耕能提供更高产量，但其气候效益降低近70%。研究发现，在干旱气候区覆盖作物易与主作物争夺有限水分，导致减产可能性最大。此外，在某些地区，由于土壤氧化亚氮增加，这些气候缓解实践导致的温室气体排放甚至高于传统农业——氧化亚氮作为温室气体的效力是CO2的273倍。
「我们发现覆盖种植与免耕在许多地区存在显著协同效应，」麦克莱兰指出，「若同时采用这两种实践，多数情况下能比单一实践更快增加土壤有机碳，从而抵消诸如氧化亚氮排放等负面影响。」她补充道，降低土壤氮输入也可能有助于解决氧化亚氮排放问题。
作者们发现，为维持作物产量以供养不断增长的全球人口，到2100年通过农田实践可实现的最大温室气体减排量，将比完全不考虑产量、仅围绕最优气候缓解策略制定的方案低约85%。「因此折衷方案对全球尺度的可实现目标具有重大影响，」伍尔夫强调。
共同作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科研人员。
本研究由美国国家粮食与农业研究所、通过美国环保署跨机构协议授予的美国林务局合同、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。