菲爾·羅伯遜可能即將解開一個長期存在的謎團。
有機食品的擁護者經常說，這種拒絕使用合成肥料和農藥的做法是遏制氣候變化的好方法，因為它在土壤中儲存了更多的碳。但除了傳聞軼事之外，沒有人能夠真正解釋為什麼有機田地比傳統田地在地下保留更多碳背後的動態機制。
羅伯遜是密歇根州立大學凱洛格生物站的一名研究員，他認為自己可能找到了答案：一種名為酚類化合物的化學基團，這是一類複雜的化合物，也可以保護植物免受疾病和害蟲的侵害。
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“只有透過排除法，我們才會得出化學解釋，”羅伯遜說。他認為，當農民種植綠肥作物（如豆類和豆科植物）在種植前為土壤補充氮時，酚類化合物會進入土壤。這些化合物會在土壤中的碳周圍形成屏障，保護碳免受將其轉化為二氧化碳氣體的微生物的侵害。雖然有機農民並不是唯一使用綠肥作物的種植者，但他們比傳統種植者更依賴綠肥作物。
在理解酚類化合物的作用後，羅伯遜的發現可能有助於更好地理解如何減少全球農業部門的排放。
羅伯遜說，有機農業將更多的碳儲存在地下的觀點並非新穎。但豆科植物可能產生不成比例的酚類化合物這一事實可能是獨特的。羅伯遜計劃在來年發表這項研究結果。
當吸收進地下的碳多於以二氧化碳形式釋放的碳時，碳就會在土壤中積累。當種植者混合堆肥、死亡植物物質和其他改良劑以保持土壤健康時，微小的土壤微生物開始分解這些物質。最終產物是二氧化碳，它會釋放到空氣中，大量釋放會加劇氣候變化。
凱洛格生物站的長期生態研究站的研究人員測試了沒有使用任何合成化學物質的玉米、小麥和大豆田，以及使用標準量的合成肥料和農藥的田地，還有使用傳統系統三分之一投入量的地塊。他們在過去20年裡觀察了這些地塊。
在一些土壤中，如為了儘量減少擾動而幾乎不翻耕的免耕土壤中，較大的土塊會形成阻擋二氧化碳逸出的屏障。但在羅伯遜的實驗中，有機地塊是被翻耕過的。
“我們知道，它不太可能是物理保護，”他說。
“許多灰色地帶”
有機地塊碳含量高令人驚訝的另一個原因是：有機農業的生產力往往低於傳統農業，因此當植物死亡時，進入土壤的腐爛物質較少。
羅伯遜將這種動態與富含碳的森林土壤進行了比較，在森林土壤中，木質素（在樹葉、樹枝和樹枝中發現的使植物堅硬的化合物）也能阻止碳逸出。在農田裡，木質素要少得多，但羅伯遜認為酚類化合物起著類似的作用。
“酚類化合物維持著一種對微生物非常不利的微氣候，”羅伯遜說。
農業佔溫室氣體排放量的 13.5%，主要是二氧化碳、一氧化二氮和甲烷。土壤儲存了地球上三分之一的碳，因此，努力將碳儲存在地下可能對減緩氣候變化產生巨大的好處。
聯邦農業研究服務局的土壤科學家辛西婭·坎巴德拉最近發表了一項關於碳儲存的十年研究，該研究表明，有機農業顯著改善了土壤上層 15 釐米的碳儲存。但其原因她並不清楚。
“在很多灰色地帶，我們對這裡的知識並不完整，這並不是因為缺乏研究，”她說。“我們需要更完整地瞭解土壤微生物群落是如何運作的，以及控制和驅動碳是否儲存的過程。”
週三，農業部長湯姆·維爾薩克談到了綠肥作物對於維持肥沃土壤、控制侵蝕、保持水分和儲存碳的重要性。儘管農民認識到綠肥作物的重要性，但許多人由於擔心種植綠肥作物可能與作物保險規則相沖突，因此不願使用綠肥作物。維爾薩克宣佈推出新的綠肥作物指南，以鼓勵農民使用它們。
將碳儲存在土壤中也可以幫助農民從碳信用額中獲利，為那些注意將碳儲存在地下的種植者提供額外的收入。去年，經核實的碳標準批准了非洲一項世界銀行運營的首次土壤抵消計劃。在俄克拉荷馬州，該州的保護委員會運營一項碳計劃，該計劃為農民每封存一噸碳支付高達 3.50 美元的費用。
但如果沒有額外收入的誘惑，保持土壤富含碳並非大多數種植者的優先事項。
“對農民來說，激勵措施是掠奪土壤；這是最便宜、最快賺錢的方法，”可持續食品實驗室下屬的農業和氣候專案“酷農場研究所”的專案經理丹妮拉·馬林說。馬林致力於透過碳市場找到使低碳農業盈利的方法。
有機農業並不能降低一氧化二氮的排放量
馬林說，在選擇遏制氣候變化的最佳方法時，她並不偏愛有機農業而不是傳統農業。但是，富含碳的土壤實踐往往更容易被有機農民採用。例如，堆肥或用於改良土壤的植物腐爛殘骸往往會新增更穩定的碳源。
然而，有一些原因表明，對於阻止二氧化碳進入大氣層而言，有機農業可能比傳統種植更糟糕。有機作物的產量往往較低，這意味著需要更多的土地來種植相同數量的食物。
總的來說，關於如何量化碳的資訊一直缺乏。“在農場層面，碳足跡是被猜測出來的，”馬林解釋說。
儘管有機農業可能在低碳農業的競爭中勝出，但在另一種更邪惡的溫室氣體——一氧化二氮方面，它們似乎並不比傳統作物做得更好。
一氧化二氮 (N2O)，或稱笑氣，其全球變暖潛能是二氧化碳的 200 倍。大約 80% 的一氧化二氮排放來自農業，因為氮基肥料與氧氣結合並以氣體形式釋放出來。
事實證明，富含綠肥作物的有機田地排放的一氧化二氮與依賴於刺鼻的氨基工業肥料的傳統作物一樣多。
“產生它的微生物並不關心氮來自哪裡，來自墨西哥灣沿岸的一家化肥廠，還是來自去年春天固定氮的豆科植物，”羅伯遜說。“他們關心的只是那裡有什麼，而且他們都會一視同仁。”
這個故事的部分內容得益於新聞與自然資源研究所的獎學金。
經環境與能源出版有限責任公司許可，轉載自《氣候電訊》。www.eenews.net, 202-628-6500