“碳农业”，在我这个研究土壤和作物生产的科学家的世界里，最近在媒体上似乎很流行。的的想法就是通过改善土壤管理，增加土壤中的碳，同时减少大气中的碳。这很重要，因为建设健康的土壤需要添加碳而稳定气候则需要从大气中去除碳。我要挖双关语!更深入地了解细节，并讨论我们已经知道的一些农业实践，这些实践在讨论中经常出现。
还记得高中科学课上的光合作用吗?植物将大气、阳光和水中的二氧化碳转化为氧和碳化合物。碳农业是指确保最终进入土壤的碳大于从系统中流失的碳，无论是进入你的餐桌还是回到大气中。想要了解更美丽、更完整的碳农业概念，请访问thesoilstory.com。图片:At09kg/BY-SA(维基媒体)
让我们快速回到高中科学课上的“碳农业”入门课程。所有的植物都通过光合作用这一看似神奇的过程从大气中吸收碳。在植物中，二氧化碳加上水和阳光被转化为糖，而碳是这些化合物的关键支柱。一些植物材料从农田中被移除，并迅速被人类、动物和其他生物消耗，但大部分不是(想想植物的根或叶子与我们通常吃的水果或种子)。碳农业是指确保农田中的碳被有效捕获，并长期储存在土壤中。
很多关于碳农业的讨论都围绕着一系列行之有效的保护土壤的保护措施，比如保持连续的土壤覆盖(覆盖作物)和最大限度地减少土壤扰动(少耕或免耕)。我将在这里深入研究这些实践，也将在另一篇文章中讨论更多的生态实践。为了更深入地了解土壤碳封存(长期捕获)的科学，国家可持续农业联盟最近发布报告关于这个话题和一个上个月的论文在《自然》杂志上也详细介绍了这一想法。
这些经常讨论的实践有多大作用?科学开始了!
我特别提到覆盖种植和少耕，是因为这些坚实的保护性农业做法被广泛使用和普遍接受科学家们而且行业．但是，通过实际测量它们对土壤碳的影响，我们知道什么呢?
覆盖作物
覆盖种植指的是生产一种主要不是为了收获的作物的做法。这在土壤原本裸露的情况下尤其适用，原则上这有可能增加土壤中的碳含量。从碳“预算”的角度来看，增加一种你不移除的植物可能是一种潜在的净碳投入。一个实地研究综合发现覆盖种植将表土碳增加到平均水平，如果在全球现有耕地的25%上使用，可以抵消约8%的农业排放。该分析的作者承认这只是一个粗略的估计，但它确实代表了基于土壤的气候减缓的一个开始。请记住，农业排放大约占占全球总排放量的11%因此，即使这一做法可以在农业部门产生影响，也需要做更多的工作来尽可能多地抵消剩余的影响。
今年春天，爱荷华州立大学附近的一个研究地点，一种冬季黑麦覆盖作物保护着土壤(左)。该实验还调查了不耕作(免耕，右)在土壤表面留下作物残渣(如这些玉米秸秆)的影响。这是在改善农业管理如何减缓气候变化方面经常讨论的两种方法。图片:Aaron Price
土壤耕作(翻耕)
耕作的主要目的是扰乱土壤，如耕作(准备苗床)或耕作(控制杂草)。这种扰动会使碳分解，其中很大一部分最终会作为温室气体排放出去。然而，有些种植和杂草控制技术不需要这些土壤扰动模式。减少(或消除)土壤扰动能增加多少土壤碳?
科学家们发现，这种“免耕”的做法可能会增加表层土壤的碳含量，同时减少底土中的碳含量，而在底土中，耕作通常会将植物残渣从土壤表面转移到更深的层(见土壤的表层)在这里，在这里而且在这里这些是“元分析”，它总结了大量实地研究的结果，是理解单独实验的有力方法)。由于这个原因，关于耕作和碳封存有很多科学争论;许多研究没有测量表土(土壤表层)以外的碳。
也有研究发现，多年不耕，只耕了一年能抵消多年的碳积累吗．这种做法往往是必要的，在连续几年没有耕种或耕作。结果，一些研究人员认为仅靠减少耕作的整体碳储存潜力可能被夸大了。同样值得注意的是，在许多农场，通过用除草剂取代耕作，减少耕作或免耕作的做法是可行的，最常见的是与转基因抗除草剂作物搭配使用。
农民经常需要评估这样的权衡。这就要求进一步发展农业生态技术，既能抑制杂草，又不会迫使农民在破坏土壤(以及由此产生的温室气体排放)和培育抗除草剂杂草之间做出错误的选择。
这些都是有用的做法，但我们需要更深入地挖掘
最重要的是，最好的土壤管理技术在一年生种植系统中优化，以去除大量的碳作为谷物或饲料，最多只能在扭转气候变化方面发挥很小的作用。最终，为了扭转净碳损失，土壤和作物管理可能需要重新设计更加复杂、以多年生植被为特色的农业系统。
然而，还有其他合理的农业理由来减少耕作和增加土壤覆盖。耕作土壤会使土壤结构退化，并降低其保持健康营养和水循环的能力(如图所示)这个演示)．此外，考虑到表土碳的许多共同利益，例如作为更大的储水能力在美国，土壤碳的小幅增加会产生巨大的影响。
在一个同伴的帖子，我研究了一系列其他可能在碳储存方面提供更多帮助的农业做法。