人们一直认为，气候变化解决方案通过将空气中的碳固定到土壤中，也将有利于作物产量。但康奈尔大学的一项新研究发现，大多数用于增加土壤有机碳的再生农业实践——如种植覆盖作物、将茎和叶留在地面上以及不进行耕作——实际上在许多情况下会减少产量。
新研究表明，改善土壤健康的此类实践在全球范围内的采用可能有利于温室气体减排或作物产量，但很少同时满足这两个目标。
这些预测将帮助农民、政策制定者和可持续发展专业人士根据当地情况进行最佳管理方案的混合搭配，因为不同做法在不同的地方效果不同。例如，模型预测，当种植粮食作物，尤其是在高粘土含量或养分有限的土壤中时，气候减排和提高产量的最佳机会更大。
“这是第一次我们能够获得关于农民如何选择最佳实践组合的信息，以满足保持作物产量需求的同时也提供气候变化减缓的方案，”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部分的高级研究助理多米尼克·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。纽约大学环境研究系的博士后研究员谢尔比·麦克莱兰，曾在伍尔夫的康奈尔实验室工作，是论文的第一作者。
对于农民来说，气候减排策略包括种植并保留的覆盖作物。覆盖作物通过增加土壤有机碳（来自土壤有机物的碳）、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用的形式（如种植豆科植物时）来使农场受益。它们还提供离农场的好处，通过从空气中吸收碳，促进茎、叶和根的生长，从而保护地表水质并减缓气候变化，防止被释放回大气中。其他做法，如消除耕作，减少侵蚀，限制土壤碳的损失和土壤结构的破坏。
全球计算机模型比较了气候减排做法与常规耕作管理的土壤有机碳变化、温室气体排放和产量结果。研究人员模拟了一系列情境，直到本世纪结束，包括四种常见管理实践的不同组合：种植草类覆盖作物、种植豆类覆盖作物、零耕作以及将作物残留物留在田间。
分析显示，草类覆盖作物与不耕作相结合，具有限制温室气体的最高潜力，但对作物产量的影响最差。豆类覆盖作物与不耕作相结合提供了更高的作物产量，但气候效益降低了近70%。在干燥气候中，覆盖作物与可用水资源竞争，可能导致产量降低。此外，在某些地区，这些气候减排做法由于加大了土壤一氧化二氮的排放，导致比常规农业更高的温室气体排放，而土壤一氧化二氮的温室气体效应是二氧化碳的273倍。
“我们发现，在许多地区，覆盖作物与不耕作之间有很强的协同作用，”麦克莱兰说。“如果同时采取这两项做法，在许多情况下，这将使土壤有机碳的增加速度比单一做法更快，从而抵消如一氧化二氮排放等负面影响，”她说。降低土壤中的氮输入也可能有助于解决一氧化二氮的排放问题。
作者发现，为了保持作物产量以满足全球日益增长的人口，到2100年，最大限度的温室气体减排将比不考虑产量且以最优气候减排策略为中心的耕作实践低约85%。 “因此，权衡取舍在全球范围内的可实现性方面影响巨大，”伍尔夫说。
共同作者包括来自自然保护协会、环境保护基金会、科罗拉多州立大学和伍德威尔气候研究中心的研究人员。
这项研究得到了美国农业部国家食品与农业研究所的资助，通过与美国环境保护署的多方协议，获得美国森林服务合同、自然保护协会、环境保护基金会、贝索斯地球基金、金慈善基金会和阿卡迪亚慈善基金的支持。
