自然通讯 丨 迈向全球范围的土壤气候减缓战略

原创 迷途小书生 农科学术圈 2022-01-15 07:05

论文内容

在过去十年（2009-18年）中，在扣除海洋和陆地碳汇聚之后，全球人为二氧化碳排放净增加量为4.9 Gt Cyr-1。现在，人们普遍认识到，要应对由此引起的气候变化，可以除了大幅度减少化石燃料的排放之外，还必须采用负排放技术。科学家们认识到土壤在稳定气候方面的巨大潜力，为了积累全球相关数量的土壤有机碳（SOC），全球各个国家必须制定政策和经济激励措施以挖掘这一潜力。通过发起三项高级别倡议，其中包括“4P1000计划”，“Koronivia workshops on agriculture” 和“RECSOIL计划”。这三项倡议的信息都是互补的：增加SOC可以部分减轻碳排放，同时，由于其提供的众多协同效益，对于农业系统适应气候变化也是必不可少的。这些计划要依靠多方利益相关者的互动和跨学科合作。这些是什么以及如何制定，仍然是向前发展的关键问题。我们发现特定地区的固碳与退化土壤的恢复和农作物产量的相关改善有关。为了获得和维持气候变化下的SOC，我们必须增加碳投入。因此，本文针对可行的碳固存及其权衡取舍提供了针对土壤的观点，这既取决于区域土壤条件，区域生物量的可获得性，也取决于区域社会，经济和政治限制。

植物吸收并随后被隔离在土壤中的二氧化碳都直接从大气中清除，因此将有助于缓解气候变化。尽管在不同地方的不同试验的绝对固存率存在一定的不确定性，但目前土壤固存二氧化碳的科学已经足够先进，可以为制定政策和激励计划提供依据。为了在全球范围内成功实施，如果将SOC不仅视为缓解气候变化的手段，而且可将其视为土壤健康，增加粮食安全和其他可持续发展的贡献者。

土壤管理高度分散，而且很大程度上是在个体土地所有者的管理下。需要进行更多的研究，以在农场规模和不同土壤类别下准确预测碳封存潜力，同时还要考虑历史土地管理和过去的封存成功案例。特别是，目前尚不可行使用直接土壤测量方法来验证封存率，该封存率每年使总SOC储量增加<1％。考虑到普遍的共识，即积累SOC的最有效方法是增加C输入29,30（图1），我们可能会克服对不稳定或稳定SOC池中的变化进行连续评估的需求31。换句话说，只要保持改善的管理和碳输入，土壤就可以保持较高的有机碳含量，而不论这种碳以哪种形式存在以及如何稳定。因此，我们可以促进管理向高碳输入的转变，因为隔离的SOC净净存量将一直存在于土壤中，直到达到新的平衡为止，这可能需要几十年的时间。

由于当前和潜在SOC水平的变化和差距，即使在相同类型的管理下，土壤中螯合碳的潜力也显示出从一个区域到另一个区域的显著变化。固碳潜力的变化随着气候，土壤类型，作物系统和可用技术的差异以及不同的产量差距和特定于土壤的历史碳损失而增加。这种不幸的现实可能成为全球实施土壤碳减缓气候变化倡议的障碍，因此需要在区域规模上针对这些变化进行协调一致的努力。将此类特定区域的碳固存或损失潜力付诸行动需要采取行动，最终确定产量差距图和土地退化图，并提供高分辨率，获得世界许多地区的相关土壤信息，并验证方法用于测量SOC及其对整个耕作系统，生态区域和国家/地区边界的土壤功能的影响。

大量国家存在资金缺口，以隔离气候中大量的碳，尤其是在发展中国家。即使可以提供资金，也必须伴随着可以支持这种投资的机构和程序的发展。这在政治上不稳定且缺乏健全的金融和监管机构的国家（例如热带和亚热带的某些地区）尤其重要，在这些地区，相关的土壤碳固存对增加产量的需求最大。在北美，澳大利亚和欧洲，都存在这样的机构，但是尽管如此，迄今为止，这些地区尚未在气候上隔离大量的C。另一个问题是估算协同效益的价值变化，例如由于土壤管理的变化而促进生物多样性或调节水循环，减少水土流失或其他社会效益。这些共同利益在空间和时间上也各不相同，并且为创造这些共同利益的个体农民以及整个社会也产生了一系列私人价值，这些价值也从这些利益中获得了公共价值。

人们普遍认为，积累SOC的最有效方法是增加碳输入（图1）；有机底物只能部分实现该目的，因为碳固存的显着增加在一个农场或一个地区必须在不同时降低运输该物质的另一地点发生SOC的情况下进行，因此，必须在现场生产土壤中的有机碳输入，即通过提高作物产量和绿肥。制定全球议程面临的挑战，我们建议重点关注可以支持本地或区域特定的SOC封存方案的研发的七个主要点，其中六个其他有助于进一步推进全球土壤-气候减缓战略议程的研究重点。使实施可行，因为它是透明的并为农民所接受。但是，由于与产量缺口的直接全球相关性较弱，因此它可能不是使总体碳固存最大化的工具。对于后者，我们必须考虑整体和土壤组-特定的碳固存潜力，以及与其他共同利益的契合，例如生物多样性，水循环调节以及特定国家的需求，例如中国的生物废物回收。

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