农场的碳封存真的能对抗气候变化吗?

这篇文章最初发表于耶鲁环境360．

特雷·希尔(Trey Hill)带领一小群农民来到他位于马里兰州东岸罗克霍尔(Rock Hall)办公室外的一块田地。这是二月里一个多云的日子，但地面上却充满了色彩——紫色和红色的芜菁顶部与绿色的黑麦、野豌豆和三叶草混合在一起，在这一切之下，是肥沃的棕色土壤。希尔俯下身来，从地上猛拽出一个又长又粗的白萝卜，给他的客人们看，那是粘在毛茸茸的根茎上的咖啡色的土块。他解释说，这些团块储存了碳——这些碳不会使地球升温。

希尔没有采取“碳智能”措施，如覆盖种植来应对气候变化。他这样做是为了造土、保水和赚钱。但是,当第三代种植玉米、小麦和大豆的农民Nori是一家总部位于西雅图的初创公司，希望出售储存在像他这样的农场土壤中的碳的信用额。希尔并不一定期望获得意外之财，但他想向农民同胞表明，他们可以在帮助应对气候变化的同时赚钱。希尔说:“如果它成功了，我们就能赚到钱，那就太好了。”“如果没有，那就得有人做第一个，我们愿意冒这个险。”

今年早些时候，诺瑞向希尔支付了11.5万美元，购买希尔土壤中储存的8000多吨碳。他说，在未来，如果他种植的1万英亩土地每英亩每年都能储存额外的一吨碳——这是他所能期望的最好水平——他每年就能赚到15万美元。

随着让社会摆脱对化石燃料依赖的努力陷入停滞，“自然气候解决方案”(如土壤碳封存)迅速获得了支持。2018年，美国国家科学、工程和医学研究院报告称，要将全球变暖稳定在2摄氏度以下，需要“负排放技术”，即从大气中去除碳的技术，而不是简单地减少新的碳排放。科学家认为，2摄氏度可能是灾难性的。

科学家们担心，越来越大的社会压力迫使他们采取措施应对气候变化，这使得资金在支撑碳农业所需的科学尚未成熟之前就被投入到所谓的碳农业中。

美国科学院的报告认为，土壤固存是一种经济有效的、现成的气候解决方案，仅在美国每年就有可能消除2.5亿吨或更多的二氧化碳。这大约是美国年二氧化碳排放总量的5%2018年达到54亿吨。本月，由自然保护协会(TNC)的研究人员领导的一个小组估计，如果在全球范围内实施，土壤保护和土壤建设活动可能提供需要近10％的碳减少以避免突破2度的门槛。

像微软和微软这样的公司正在向土壤气候计划投入数百万美元一般米尔斯莱昂纳多·迪卡普里奥(Leonardo DiCaprio)等慈善家以及大大小小的政府。波士顿的一家农业技术公司，靛蓝Ag)他说，数千名耕种超过1800万英亩农田的农民(几乎都在美国)表示有兴趣加入该公司的碳封存计划。一个由食品巨头和TNC等非营利组织组成的财团筹集了2000多万美元，建立了一个出售土壤碳信用额的市场。博尔德、科罗拉多和旧金山等城市将土壤碳储存纳入了气候行动计划。加州已经为一些减少温室气体排放的农民支付了费用，马里兰州的立法者正在考虑为像希尔这样的“碳智能”农民提供新的资金。

在国家层面，美国参议员科里·布克(新泽西州民主党)、众议员德布·哈兰德(新墨西哥州民主党)和众议员切利·平格里(缅因州民主党)已经提出议案，向农民提供资金，让他们采取气候友好的做法。就连农业部长桑尼·珀杜(Sonny Perdue)也支持这一概念。

但越来越多的科学家们担心将社会压力造成抵抗气候变化的事情正在推动资金进入所谓的碳养殖，然后在它是成熟的基础所需的科学之前。新的研究表明，即使是长期接受的碳封存实践也可能不会产生希望气候的好处．对6.6英尺以下土壤的测量让人们对减少土壤耕作对气候的影响产生了严重的怀疑，类似的研究也在质疑在某些情况下农作物能吸收多少碳覆盖。专家们说，迫切需要从正在运转的农场获取大量的土壤碳数据。

即使有些支持者也想在炒作中缰绳。

“我们正处于碳繁荣时期，”生态学家、博尔德再生农业组织的联合创始人菲利普·泰勒说疯狂的农业．“社会希望农业能够解决气候变化的愿望被夸大了。”

从第一把犁破土开始，农业就一直在排放二氧化碳。翻动表层土壤会使地下含碳分子与大气中的氧气混合，从而产生温室气体，这种气体比其他任何气体都更危害人类文明。最近的估计表明，全球土壤中大约有1330亿吨碳流失了，约占自工业革命以来人类排放的碳总量的四分之一。

技术进步在上世纪的养殖中大幅增加了农业的排放。食品系统的化石燃料用途，包括用于拖拉机和肥料生产的运输和能量的燃料，占所有温室气体排放的10％以上。添加到土壤中的肥料可引起微生物散发氧化亚氮，或N 2 O，温室气体比每分子二氧化碳更有效300倍。根据美国环境保护局的说法，N2O负责大约6％的全球变暖。

但这种趋势有希望逆转。2004年，俄亥俄州立大学的土壤科学家Rattan Lal估计，从理论上讲，农业和土壤管理措施的改变可以使土壤中损失的碳总量的三分之二重新回到地下，从而有可能大大减少大气中的二氧化碳。Lal和其他人推荐的做法表明，增加表层土壤中含碳化合物的比例，包括减少或取消将土壤碳暴露于空气中的耕作，用作物残茬覆盖农田，种植覆盖作物谷物、豆类或其他蔬菜不是为了收获而种植，而是为了减少侵蚀并使土壤富含营养物质和富含碳的有机物。

事实证明，一些农民已经采取了这种做法。美国的免耕运动始于20世纪40年代，当时西部干旱土地的耕作引发了毁灭性的沙尘暴，使土壤保持成为优先考虑的问题，而新开发的除草剂使农民可以在不翻土的情况下除杂草。根据美国农业部(USDA)的统计数据，美国超过三分之一的农田没有耕作，还有三分之一的农田处于所谓的低耕管理之下。

覆盖作物的产量也有所增加，尽管速度较慢。1992年，为了减少切萨皮克湾的污染，马里兰州开始资助农民在光秃秃的土地上种植覆盖作物。尽管希尔对自己是否能从中受益持怀疑态度，但他是一个早期的采用者。“这与气候或土壤健康无关，”希尔说。“我们都认为这是一堆环境垃圾……然后我们发现它是有效的，并看到土壤开始发生变化。”在希尔种植覆盖作物的地方，他的土壤侵蚀较少，蓄水较多。

马里兰州拥有全国最高的复茬率。像希尔这样的尖端农民已经从单一物种的种植过渡到多样化的混合种植，就像他在2月份展示的那样，这种种植不仅能减少侵蚀和径流，还能固定氮，为授粉昆虫提供食物。这种做法开始广泛流行起来，从2012年到2017年，全国覆被率增加了50%。

土壤碳测量的黄金标准包括从农田中提取多个圆柱形核，烘干，在烤箱中燃烧，并测量释放的二氧化碳。

然而，付钱给农民以实际减少碳排放的想法还没有开始实施。没有人知道如何准确而又经济地测量土壤碳的微小而缓慢的变化，这些变化可能在一个甚至多个生长季节中积累。土壤碳测量的黄金标准包括从田野中提取多个圆柱形核，烘干它们，在烤箱中燃烧，并测量释放的二氧化碳——这是一个耗时和昂贵的过程。

技术终于开始赶上雄心了。希尔和许多农民一样，使用一种软件来记录他的耕作行为的数据流——每次他开垦一块田地、喷洒一种化学药品或种植一种作物——并将这些数据记录到一个名为Granular的软件程序中，这有助于他调整自己的输入和决策。科学家们意识到，同样的数据可以用来估计一个农场的碳吸收和温室气体排放速率。

Granular的员工将Hill与Nori联系了起来。Nori是一家初创公司，由理想主义的年轻环保人士于2017年创立，希望利用技术降低对农民碳封存补偿的成本。Nori的工作人员认为Hill的颗粒数据可以帮助解决碳测量问题。接下来对双方来说都是一个教育过程。Nori的创始人并不熟悉保护性耕作的微妙之处。希尔对区块链不太了解。Nori想利用区块链技术从寻求补偿的二氧化碳排放者那里向农民发放补贴。

经过两年的讨论，Nori决定出售基于希尔从2014年到2018年五年碳封存实践价值的碳排放额度。Nori将使用美国农业部生产的数字工具COMET-Farm计算希尔的气候影响。COMET-Farm从诸如Granular这样的平台获取农业实践信息，将其与卫星和传感器的天气数据以及美国农业部数据库的土壤信息混合，并使用复杂的计算机模型来估计土壤中碳的积累和温室气体排放的速度。

Nori不需要实地考察或需要数千美元的土壤样本，因此验证成本很低。核查过程花费希尔大约3500美元，尽管他需要在10年后支付审计费用，以确认碳确实被储存了。

10月7日，Nori以每吨16.50美元的价格向希尔提供了信用额度，Nori和Hill分别为1.5美元和15美元。据统计，共有342名买家购买了14,011吨信用额度中的8,010吨诺里．该公司的网站上有希尔油田的卫星图像，以及每个油田售出的信用额度，甚至还有一些买家的名字，其中包括只想购买一两个信用额度的个人;像旅游公司BootsnAll这样的公司，其领导人希望减少公司的碳足迹;亚利桑那州立大学和南加州大学施瓦辛格学院．

正是这种彻底的透明度使诺瑞的希尔计划与众不同。他有区块链认证的证据表明，他的作物是用气候友好的方法种植的，他希望这将帮助他以高价出售小麦和大豆，可能会卖给附近华盛顿特区富有的、有气候意识的消费者。他把钱投资在使他的经营更加可持续上。他刚刚订购了一种叫做滚筒卷曲机的设备，它可以在不使用化学药品的情况下杀死覆盖作物，并在同一块地里种植一种经济作物。希尔说，新机器将使他在一个季节里喷洒更少的除草剂，驾驶田地的次数更少，获得的额外收益将支持Nori的进一步销售。

尽管发射势头强劲，但Nori的成功并不确定。去年12月，当我与诺瑞的首席开发官克里斯托弗·若斯普(Christophe Jospe)交谈时，他希望到2020年第一季度末出售价值10万吨的信用额度，但迄今为止，该公司没有再举行一次销售活动;约瑟帕说，代表50多万英亩土地的150多名农民正在通过核实程序，并计划在今年晚些时候出售他们的信贷。

竞争者们紧追不舍。今年6月，Indigo Ag宣布将开放碳市场。该公司将于今年春天公布其监测和核查方法，并希望在今年年底前出售信用额。第三个组织是生态系统服务市场联盟(Ecosystem Services Market Consortium)，它将以企业、市政和其他大型买家为目标，为碳封存、水质和避免径流提供信用。该市场正在5万英亩农田上试点其项目，并宣布了全国范围内的目标启动日期为2022年。

随着国会两院正在考虑通过立法鼓励采用再生农业技术，农民们可能很快就会有更多的方式来应对气候变化。国际上也发生着同样的事情。澳大利亚和加拿大的阿尔伯塔省和萨斯喀彻温省已经向农民支付了土壤碳固存的费用，法国政府在2015年启动了这项计划“4每1000人”土壤碳储量每年增加0.4%。

“势头非常强劲，”Lal说。“我对发生的事情印象深刻。”

与立法…在国会的审议中，农民们可能很快就会有更多的方式来应对气候变化。

然而，越来越多的科学家对支持土壤碳封存淘金热的科学并没有像他们希望的那样印象深刻。

2006年，美国农业部土壤科学家约翰·贝克分析了一些研究，这些研究通过1米深的土壤样本测量了免耕对碳的影响。历史上，大多数研究只测量了最上面的8到12英寸——所谓的犁层——并发现碳在那里堆积。然而，少数深入的研究经常发现，大约等量的碳在30厘米以下的土层中消失。贝克和他的同事们认为，免耕似乎改变了碳的垂直分布，而不是封存总量报告（PDF）．最近的一些论文证实了贝克的发现。

覆盖作物作为一种气候解决方案一直享有较高的声誉。跨国公司本月发表的研究报告估计，如果全球各地的农民都采用这种做法，他们每年可以吸收近5亿吨二氧化碳。

但像大多数迄今为止一样的研究依赖于主要在犁层中的测量。最近的深土研究质疑涵盖作物的气候效益。在一个10年的实验中，将爱荷华州立大学的土壤科学家们发现了3.3英尺，发现了根深蒂固的多年生植物和封面作物对土壤微生物进行了传染，将大部分作物沉积碳释放到大气中。“只需增加更多的碳，并不一定意味着碳将留在那里，”研究共同努力史蒂文大厅。

加州大学戴维斯研究人员，在一个19年的研究中，测量到6.6英尺的深度，发现单独覆盖裁剪没有添加碳，除非由堆肥补充，这可能是昂贵的。“对我们来说真的很令人惊讶，”妮可泰雨，研究铅说道。“我们看到它的方式，至少在我们的半干旱地中海生产背景下，封面作物似乎似乎没有做人们所说的那样。”

还有一些研究发现，增加土壤碳，在某些情况下，可以增加土壤微生物消耗氮和排放强大的温室气体一氧化二氮，可能抵消碳固存对气候的好处，除非仔细管理氮肥。

然而，专家表示，质疑土壤固碳益处的研究往往是在大学或政府的长期研究地块进行的，这些地块不一定复制现实农场的许多和各种管理决策。耶鲁大学森林与环境研究学院的土壤科学家马克·布拉德福德说:“我认为那些反对这项倡议的论文和那些认为你可以这么做的论文一样有漏洞。”

Nori所依赖的彗星农场(COMET-Farm)工具，既反映了当今土壤科学的前景，也反映了其局限性。它主要基于美国每年向联合国报告与农业相关的温室气体排放的计算机模型。包括布拉德福德在内的许多人说，这些模型——经过从100多个研究地点收集的数据验证——是模拟土壤复杂化学和生物学的最好尝试之一。

但甚至100个地点只捕获了30万所知的土壤类型的微小样本，而农民可以在职业生长季节的职业生涯的价值。Comet-Farm在深处问题上也基本上是平底落的，考虑到土壤中12英寸上的碳变化。

纽约米尔布鲁克凯里生态系统研究所(Cary Institute of Ecosystem Studies)名誉主席威廉·施莱辛格(William Schlesinger)说强烈的质疑土壤碳封存是否可以对抗气候变化，无视底土是新兴碳市场的潜在致命缺陷。“在实现付款之前，我想看到有人抽取到（3.3英尺）深度，只需支付净总积累，如果有的话，”Schleinginger表示。

科罗拉多州立大学的土壤生态学家Keith Paustian领导了彗星农场的开发，他说他的团队很快就会公布模型预测的统计不确定性估计，这将帮助Nori和其他用户。但他认为，科学已经足够强大，足以支持碳市场。“我们从数十年的土壤科学和实地测量中获得了相当坚实的经验基础，”Paustian说。“我绝对认为，我们知道的足够多，可以继续前进。”

去年，布拉德福德召集了一组来自学术界和自然保护领域的研究人员，评估现有科学是否支持基于土壤的气候解决方案。在自然可持续性的论文竞彩足球app怎么下载研究报告的作者一致认为，可再生的农业做法可以吸收碳。但他们承认，现有的方法无法准确测量碳在一个特定农场积累的速度。布拉德福德的一个博士生正在发展手持式野外扫描仪通过将土壤反射的光的性质与土壤碳含量相关联来提供这种测量方法。

大多数人认为土壤可能在吸收碳方面发挥作用。但几乎所有科学家也想要更确定。

布拉德福德还呼吁对更广泛的农场、种植方式和土壤类型进行专门实验。他是Indigo Ag公司的顾问Terraton实验，这是第2029次营业的Slated，并将支持公司的碳市场。该研究已经对数万英亩的成千上万的土壤进行了采样的土壤，一些深度为3.3英尺，最终将编制收集的最大数据集，以评估农业实践的气候影响，Dan Harburg表示，Indigo的系统创新总监Dan Harburg表示。

俄克拉荷马州的汤姆·坎农(Tom Cannon)是一位参与该项目的农民，他告诉我，靛蓝研究人员每周都会访问他的农场，采集土壤样本，并采访他的做法。他说:“这是所有人要求我提供的最全面的数据。”

除了科学和测量的不确定性之外，科学家还担心土壤碳封存的简单生物物理局限被忽视。USDA’s Baker notes how easy it is for carbon stored in topsoil to be released back to the atmosphere if, say, a farmer decides to till after years of no-till, or soil microbe respiration rates increase as the globe warms — something predicted by multiple studies. "You’re not locking carbon in a vault," he says.

此外，肯塔基大学的土壤科学家Hanna Poffenbarger指出，没有土壤是无底洞的碳汇。即使是表层土壤，在经过几十年的免耕或覆盖种植后，其潜在碳增量也会重新平衡到一个稳定的碳浓度。2018年英国研究人员的一篇综述注意到这已经在一些地方发生了。

与我交谈过的每个人都同意再生农业对土壤健康有好处，对环境有重要的好处，可能值得花钱。大多数人认为土壤可能在吸收碳方面发挥作用。但是，几乎所有的科学家都希望在全力支持使用农业实践来应对气候变化之前有更多的确定性。

贝克说:“我认为，依靠它们来真正缓解气候变化是一件危险的事情。”

这篇报道是与美国广播公司合作制作的食品与环境报告网络这是一家非营利性调查新闻机构。