前言

近來在科學界和政界許多讨論聚焦于如何處理溫室氣體的排放及因此而引起的極端天氣。大多分析家認為，如果我們希望減少進一步的天氣危機及其引起的相關人類悲劇、經濟混亂以及社會沖突，我們必須停止化石燃料的燃燒以避免大氣含碳量的進一步增加，同時尋求途徑去除大氣中已有的碳。

但是我們于何處安置那些從大氣中移除的碳？

唯一的可行途徑是---還歸本處，它該屬的地方，土壤。幸運的是，這個方法并不昂貴。但是它需要大量人力同意參與。沒有好的理由，極少數人會改變他們的行為方式，所以我們撰寫了這篇短文。我們希望可以很好地解釋二氧化碳的累積和氣候變化，如何将大氣中的碳移出并重建于土壤，以及漸增的富碳土壤對農民和消費者的益處。

氣候變化

衆所周知，異常天氣是難以證明的。要證明需曆時長的可靠數據，以及清晰的标準去衡量何為異常。但是，最近越來越多的人對這個話題感興趣，所以這方面的數據和标準有了進展。極端天氣的關鍵因素是過熱、降水和空氣濕度。研究表示，在最近的 50到 150 年間，月平均氣溫，極端降水，平均空氣濕度皆上升或增加 (鄒謀)。

大多數科學家認為如此不可預測的極端天氣的起因是人為的(源自人類活動的)溫室氣體(GHG)在大氣中的累積。缜密的極端天氣事件的模式研究和分析發現，人為造成的氣候變化是許多這樣極端天氣的成因之一。(彼得森)根據美國科學促進會，"基于确鑿的證據，約 97%的氣候學家認為人為造成的氣候變化正在發生中。"(美國科學促進會)

溫室氣體，主要是二氧化碳，也可包括甲烷、臭氧、一氧化二氮，百萬年以來通過自然途徑從土壤和水排到大氣中，比如動物呼吸、沼澤排氣、固氮細菌釋放。（美國環境保護署）同時，這些氣體通過自然途徑分解并且以連續循環的方式回歸到它們的源頭。隻要溫室氣體的排放量和回到源頭的量保持平衡，就不會發生氣候變化。

在大氣中我們需要一定水平的溫室氣體。他們捕獲太陽輻射，以便減少地球反射回宇宙的能量。這增加了行星的熱量，并形成天氣。如果沒有這些氣體，地球将終年處于冰凍之中，太過寒冷不适合人類生活。在大氣中某一種氣體的水平以ppm（百萬分之）為單位進行測量。氮氣、氧氣、氩氣，這些我們大氣中的主要氣體，總共占999，000ppm。貫穿整個人類曆史，大氣中的二氧化碳水平大約維持在280ppm，或者說少于0.03%。

自 12000 年前農業誕生以來，人類毀林開荒，耕種作物排放了過多的二氧化碳。通過深冰核心分析和技術，科學家探測到早期大氣中二氧化碳和甲烷的劇增與數千年前美索不達米亞地區和中國的農業擴張相契合。（阿蒙森）

更近一些的，自1750年以來，随着化石燃料燃燒的迅速增加和農業工業化的快速擴大，人為造成的溫室氣體的規模和數量迅猛增加。越來越多的碳從土壤中流失，而回歸土壤的碳卻愈少，大氣中的二氧化碳水平不斷升高，現在已到達400ppm。

問題的範疇

注：這個領域的計算皆使用公制。1噸，即1公噸，相當于1000千克或2204.6磅。1 Gt相當于10億公噸。1公頃，相當于10，000平方米或2.47英畝。

科學家們預估為了避免災難性的氣候變化我們需要将大氣中的二氧化碳水平約降至350 ppm。(美國國家航空航天局)(許多研究者認為更安全的目标水平是工業化前的水平，估算在275-280ppm，但是大多數公衆讨論都決定用350ppm這個數值。)大氣中1ppm 的二氧化碳等同于7.8Gt的二氧化碳。二氧化碳分子大部分是氧，碳僅占四分之一多一點(精确來說，占27.3%)。這樣大氣中1ppm的二氧化碳包含2.125Gt的碳(為了說明，這大約是一立方公裡的固态石墨的大小)

因此我們需要在或者低于350ppm的二氧化碳水平生活，但是現在二氧化碳水平已至400ppm 而且還在增長。我們能做些什麼?

毫無疑問的是，人類作為一個整體要停止排放過量的溫室氣體。據估計，三分之二的溫室氣體排放源自化石燃料的燃燒。(昂托)我們需要停止對化石燃料的依賴，發展替代能源。這點政府是衆所周知的。曾建立國際團體以推動這個目标。這可能是人類曆史上最難的改變之一，但如果我們想要生存，就需要找到使這個改變發生的政策和機制。然而，這不是我們唯一需要面對的問題。

假如我們明日的話就能停止所有的排放?那些我們已經排放到大氣中的溫室氣體将會繼續加熱全球長達數十載甚至可能幾個世紀。這會導緻冰川和凍土融化，海平面上升和那些處于冰凍狀态大量溫室氣體的釋放。

舉個例子，北極地區就存在一個潛在的問題。在北極，大量處于冰凍狀态的甲烷，一種強有力的溫室氣體，會經由融化而釋放到大氣中。巨大數量的碳也被冰封在凍土層。不 斷變暖的環境可能将之暴露于微生物分解中，以二氧化碳的形式被釋放。如果微生物降解發生在沒有氧氣的情況下，比如說沼澤或濕地，那麼碳将被其它微生物以甲烷的形式釋放。(美國國家冰雪數據中心)

因此，僅降低排放是不夠的。我們必須同時阻止全球氣溫的升高。如果現在二氧化碳的水平大概在 400ppm而我們想讓其快速 回350ppm，我們需要将大氣中的碳移出并置于他處。我們需要為這50ppm的二氧化碳，即106.25Gt的碳找一個長期的家。這可以做到嗎?

在一個70%的表面被水覆蓋的星球，我們無法安全貯存大氣中的碳。二氧化碳溶于水形成碳酸。幾十年來我們看到海洋中日趨增加的碳酸帶來的影響。海洋pH在持續下降 ，酸化導緻多種形式的海洋生物死亡，如貝類，珊瑚蟲，浮遊生物。(美國國家海洋和大 氣管理局)

但是，貯存碳于土壤中，則是另外一回事。土壤是碳原來的地方，也是需要碳的地方。科學家們預估自工業革命以來開荒耕田從全世界的土壤中釋放了136Gt的碳。(拉爾2004) 所以由于我們的開荒耕田，相比我們需要放回去的碳，土壤失去了更多。

土壤還存有多少的碳呢?

極多

再者，科學家預估在全球土壤最表層的30 厘米内(大約一英尺)，大約有700Gt的碳。如果你計算整整一米的土壤最表層，碳儲量則翻了一番，大約 1500Gt。(帕沃森)顯然，土壤曾可容納這麼多的碳，它可以再次做到。

但是，在我們回答将106.25Gt的碳還給土壤的問題之前，我們先對土壤進行一些更好的了解。

土壤是有生命的。它富含各種細菌、真菌、藻類、原生動物、線蟲類，以及許多其它生物。事實上，在一茶匙的健康土壤裡，有比地球上人口數量都多的微生物。(胡爾曼) 當然，作為碳基生命，這個豐富的群體需要持續不斷有機質的供給來生存。這有機質(大約58%是碳)是以生命有機體分泌物的形式，通常是單糖類，或者是它們的殘基，通常是碳水化合物之類的比如說纖維素。這些化合物富含能量，有機體容易獲得，而且能被土壤微生物快速吸收。舉例來說，土壤表層的單糖，在它們被消耗之前，半衰期可能少于一小時。(鄧蓋特)

土壤中有機生命體對碳的巨大需求意味着在健康的土壤裡這些有機生命體可迅速消化可獲得的有機質。它們将碳吸收入體内，轉化為能量，釋放出二氧化碳。事實上一英畝的愛荷華玉米地的微生物類釋放的二氧化碳比25名工作中的健康人還多。(阿爾布雷克特)一旦這些微生物死亡，它們體内的碳被其它生命體分解并排出。

土壤有機生命體的活動遵循四季和日夜的規律。并非所有有機生命體都在同一時間活動。在任何時候大多數幾乎都是不活躍或者甚至是休眠的。食物的可得性是影響土壤有機生命體數量和活躍水平的重要因素。(聯合國糧食與農業組織)

然而，如果碳在土壤中的消耗如此之快，那麼為什麼它沒有在土壤迅速消失呢?

答案是植物在持續不斷地更新補給。自35億年前植物進化起始，植物繁榮興盛，利用其自身卓越的能力，利用大氣中的碳來合成有機質。當然，這個過程，就是大多數學校教孩子的所謂光合作用。

它的作用機理是這樣的:植物葉片中的葉綠素吸收光能，并利用其将水分解為氫原子和氧原子。然後植物将這些氧原子以氧氣的形式釋放到大氣中(兩個氧原子結合在一起，形成一個 O2 分子)，并暫時儲存這些氫原子。在光合作用的第二階段，這些氫原子和二氧化碳分子相結合生成簡單的碳水化合物如葡萄糖(C6H12O6)。

這個過程，就像所有的化學反應一樣，受制于成分的可獲得性。因為在大氣中二氧化碳的濃度如此之低(現在0.04%)，這通常成為光合作用的限制因素。(英國皇家化學學會)在較高的氣體濃度，植物可吸收更多的光能，汲取更多的水以增加碳水化合物的産量。(昂托)在其它情況下，比如說在夜晚或旱期，光或者水也會成為限制因素。

這個過程的規模也是客觀的。一英畝的小麥每年可以二氧化碳的形式吸收8，900磅的碳，将其與水結合，生成葡萄糖。由此生成的糖可達22，000磅。這個過程如此活躍，估計每年全世界大氣中15%的二氧化碳會通過光合生物移至它處。(SAPS)

當然，光合作用使植物和其它光合生物(比如藍綠藻)在生命中扮演一個特殊的角色。所有活着的生命體都是碳基的，需要通過消耗碳維持生存。如果你能像植物一樣從稀薄的空氣中吸取碳，那麼你便擁有極強的優勢。但是，即使你不能自身生成碳化合物，你也必須擁有它。

土壤微生物還可以通過什麼方式獲取碳呢?

它們會"賺取"碳。

土壤學家正在了解的關于植物和土壤生命體的不同尋常的一方面是它們似乎能以互惠互利的方式共同進化。

當植物在葉綠體中進行光合作用，生成碳水化合物時，它們為了其自身的細胞和結構消耗了一些化合物，有一些轉化為生物能為其所用。但是，它們"洩漏"或分泌了相當大數量的化合物"液态碳"進入土壤。(瓊斯SOS)估計20%到40%由植物光合作用固定的碳被轉移到根圈(緊密環繞着植物根系的土壤範圍)。(沃克)

為什麼植物要滲露甜汁給土壤呢?

作為誘餌。

饑餓的細菌，真菌及其它土壤微生物會迅速出現消滅這可口的含碳根系分泌物。但是很快它們想要更多——最好的獲得方式就是去協助植物去生成更多。如果植物健康強壯，它就能為光合作用提供更多的資源，滲出更多的碳。這樣微生物以多樣的方式幫助植物繁茂并生産更多的液态碳。

關于土壤生化，我們已有了更多的了解，我們發現，通過根系分泌物，植物有能力去很 大程度上控制它們的本地環境——調節本地土壤微生物群落，應對食草動物的掠食，"購買"遠處營養物送貨上門，改變附近土壤的化學和物理特性，抑制競争類植物的生長。

事先聲明以下所述大多仍在研究中。土壤是一個諸多仍待學習研究的領域。微生物群落極富多樣性——其中90%到99%的種類甚至以目前的技術無法在實驗室培養。(賈斯特羅)

細菌和真菌，按質量計，在土壤微生物群落中占據超過90%的比例。細菌和真菌兩者之間的确切比例各不相同。未受打擾的土壤比如草地和森林更受益于那些菌絲未被破壞的 真菌。而耕作或使用合成氮肥會減少真菌的數量。

微生物成功的主要因素在于它們是否得到臨近物理環境的保護。黏土可以提供保護，科 學家認為黏土可以維持最佳pH，吸收有害代謝産物，和/或防幹燥。底層的小孔(用于"躲藏")，也可以阻止較大生物體，如原生動物，對較小生物體的掠食。(陸)據報道，受保護的生物體一天死亡率低于1%，然而未受保護的一天死亡率則高達 70%。

細菌是神奇的化學家。一組叫做根圈促生細菌(PGPR)的細菌，變魔術般地幫助植物完成一系列的生化通路。有的可從大氣中"固"氮，以一種植物可以利用的形式。有的可以合成植物激素以改良植物生長。有的可以使磷酸鹽溶解，使之為植物生長所利用，而磷酸鹽是一種相對難溶的必要營養物，或者，生成天然的殺真菌劑，協助植物抵禦真菌疾病。(韋利維裡)曾從許多常見植物包括小麥、白花首蓿和大蒜中分離出來一種根圈促生細菌。實際上這種細菌生産不同的抗生素，即抗病原的物質，幫助植物抵禦疾病。(提姆斯克)

另一個微生物共生的例子為叢枝菌根真菌。在這種共生中，真菌大批繁殖于兩處不同的環境，寄主的根部和周圍的土壤，并用長長的菌絲連接根和土壤。這使寄主植物借由菌絲的傳導更好地汲取水分和礦物養分。這種共生關系被證明與多種礦物質有關，包括磷、 氮、鋅和銅。(簡薩)據某些估計超過90%的陸生植物喜歡與叢枝菌根真菌的這種聯系。(加裡)

一些科學家估計85%到90%的植物所需養分是從碳交換中獲得的，根系分泌物以微生物的能量來換取用其它方式無法獲得的礦物質或微量元素。(瓊斯 SOS)這樣的關系不要任何代價便能互惠互利。唯一額外需要的能量由日光提供，日光使更加強壯的植物可以生産更多的化合物去活躍和滋養微生物。

土壤團聚體

一個重要的方面是一種名為團聚體的土壤結構。如果你擠壓一把健康的土壤然後再放開，它應該看上去像一把豌豆。這就是團聚體。如果土壤仍維持硬塊狀，則說明它沒有很好的團聚。團聚體既有足夠的穩定性去抵禦風和水的侵蝕，又有良好的孔隙性讓空氣、水和根莖通過。

團聚體是土壤結構的基礎單位，與豆科植物的根瘤作用相仿，即創造一個保護的空間。(瓊斯SOS)菌根真菌的菌絲幫助形成團聚體，菌絲形成一個"粘絲囊"包裹纏繞土壤粒。(賈斯特Jastrow)植物根系的液碳分泌物和真菌生成膠結物質，構成團聚體的壁。(瓊斯SOS)

在團聚體内進行着很多生物活動，也是由碳分泌物提供能量的。大多數團聚體與植物根 系相連，通常是纖細的營養根，或與太小不足以被看到的菌根真菌網絡相連。團聚體内濕度比外主大，氧氣壓比外主低。這些重要特性使固氮和其它生化活動成為可能。(瓊斯 SOS)

其中一種将團聚體粘在一起的重要膠結物質是一種叫做"球囊黴素"的糖蛋白。球囊黴素和土壤團聚體的穩定性緊密相連。(尼科爾斯)球囊黴素僅在1996年發現，但現在一些科學家認為它占土壤碳儲的 27%，且在土壤中的周轉時間可長達超過40年，根據不同情況而定。球囊黴素由叢枝菌根真菌利用植物分泌的液碳所生成。球囊黴素幫助真菌菌絲與根系和土壤顆粒結合，且作為空隙間的橋梁。(考密斯)

既然我們已經進一步地了解了土壤，以及植物如何将碳泵入土壤以促進它與微生物的共生，我們可以再次提出這個問題:

前文提到大氣中1ppm的二氧化碳包含2.125Gt的碳。如果是這樣的話，現在大氣中二氧化碳水平為 400ppm而需要降至 350ppm，我們需要在土壤中重建 50ppm，即 106.25Gt的碳。

我們知道這些碳适合置于土壤因為這是它來自的地方。自工業時代以來我們就用開荒耕 田的方式将136Gt的碳從土壤中帶走。

但是我們能以多快的速度将碳放回?在過去的20年裡，人們不斷思考重建土壤中的碳，因而有很多研究測量了農業光合作用積累土壤碳的速率。我們參考了過去十年的一系列研究，覆蓋五大洲不同種類的土壤以及不同類型的農業。這些研究使用不同的方法論， 結果當然也各異。但是從這些研究來看，有幾點是很明顯的。

• 多年生生長系統可比大多其它農業方法儲存更多的碳。所有以草場為基礎的試驗顯示了極好的碳重建，每年每英畝1.9到 3.2公噸的碳，平均2.6噸。(麥科姆勒，羅代爾，國際有機農業運動聯盟)幾乎很少發現關于多年生作物系統積累大量土壤碳的報道，但是有證據發現多年生木本可以做到。一份研究發現，當種植黑角豆樹并利用其作為短期輪作系統的一種矮林生物質，退化的已開采土壤每年每英畝獲得 2.8 公噸的碳。(奎因斯丹)我們需要更多的研究來全面評估多年生木本或草本作物對重建土壤碳的貢獻。

• 使用合成化肥，特别是氮肥和磷肥，嚴重減少甚至在許多情況下消除了土壤碳的積累。然而，适當的使用糞肥和堆肥，似乎并未阻礙土壤碳的增加。(瓊斯，SOS，羅代爾)

• 研究發現中耕作物，即使沒有使用合成的化學物，獲得的碳也比草場的少，每英畝0.23到1.66噸，平均0.55噸。(高冉德爾，國際有機農業運動聯盟)

• 不同農耕方法質量也各異，特别是中耕作物的試驗。實際上所有中耕作物研究表示以糞肥和堆肥代替化肥的，土壤獲得大量的碳。但是其它積累碳的方法的使用程度并不清楚，比如讓土壤一直保持植被覆蓋，使用多種類混合覆蓋作物，将耕作減至最低程度。但是，值得注意的是，在獲得最多碳的中耕作物試驗中，每英畝玉米重建1.66噸的碳，采用了有機免耕。(高冉德爾)

鑒于這些試驗的平均，我們來快速大略地計算一下農業将106.25Gt的碳重建于土壤的潛能。

聯合國糧食及農業組織說全球有83億英畝的草地和38億英畝的農田。如果在這些地上每個人都願使用積累碳的方法，平均每英畝2.6噸的草地每年可以重建21.6Gt的碳，平均每英畝0.55噸的農田可以重建2.1Gt的碳。這樣每年總共就有23.7Gt。我們的目标是重建106.25Gt，這意味着5年之内我們就可以做到!

當然如果我們希望在土壤重建大量的碳，我們不能讓微生物将碳消耗。否則最終它們隻是将這些碳消耗，并以二氧化碳的形式再次釋放到大氣中。許多研究分析了處理土壤有機質是否能幫助保存碳。一個10年的研究比較了将有機質混合入樣地與将有機質從相似的樣地移除。另一個曆時31年的研究比較了不同的輪作方式和施肥方法，回到土壤的碳的數量差異達50%。第三個研究比較了多年來在樣地上将作物焚燒和将作物還田。在每個研究結束時，研究者們測量土壤有機質，盡管使用不同的管理方法，不同樣地之間并無明顯差異。(科克拜)

如果無論碳以何種形式存在微生物都能繁殖并将其消耗，我們永不可能在土壤中積累更多的碳。但是，曆史上，土壤中 6%-10%的有機質水平是常見的，而且有的地方高達 20%。(拉薩裡)在過去是什麼阻止了土壤微生物分解有機質?

一種能夠保持穩定東達數年甚至幾個世紀形式的碳，是腐殖質。它由複雜的含碳分子組成，但是不易被土壤生物分解。科學家對于腐殖質如何形成，以及如何抵禦分解的意見并不完全一緻。有的認為腐殖質是由微生物分解根系和根系産物形成的一種極度豐分解形式的碳。(昂托)

其他科學家認為物理保存土壤碳的機制或與它通過吸附到礦物質上以抵禦微生物酶的進攻有關，或者與土壤團聚體的保護有關。前者表明與粘土顆粒或土壤膠質的化學結合足夠強大，可以抵禦危險的酶的攻擊。後者将氧氣或其他分解要素擋在團聚體外以保護分子免受酶的攻擊。此外，還有一個理論提到因為它在土壤中的深度讓微生物不易獲得土壤碳。(鄧蓋特)

但是，在某些科學家那裡一個想法逐漸形成，穩定的碳并不是來自土壤有機質的殘留而是來自于液碳自身。這個想法裡，腐殖質是土壤微生物積累的傑作，而不是有機質分解的産物。 (梅倫覺茲，瓊斯信件)

支持這個觀點的研究表明腐殖質是一種有機物-礦物複合體，包含60%的碳，6%-8%的氮，并與土壤中的礦物質磷、硫、鐵、鋁有化學偶聯。甚至有些證據表明腐殖質的組成建立在它的主要組分特殊比例的基礎上，不僅僅是碳氮比，還有碳硫比。(科克拜) 一位研究者堅持認為腐殖質僅能在特殊的土壤微小部分如團聚體形成，在那裡存在活躍的固氮和磷硫的固化。(瓊斯信件)

當土壤學家更多地了解腐殖質的組分及其形成中微生物的過程，我們可以更好地意識到如何協助腐殖質的形成。但是，有證據表明積累土壤有機質不僅僅是一舉将有機質加到土壤的工作。它會帶來微生物群體的興盛，并帶來作物蓬勃生長。但如果需要積累長期碳，你需要做更多。

我們需要知道的是:我們需要什麼方法去積累和保持土壤中的碳?

可能最重要的一課就是光秃秃的土壤造成碳的氧化，而有植被的土壤受保護。綠色植物形成了空氣和土壤之間的一道屏障，減慢了微生物釋放碳的進程。風和水的侵蝕也是土壤碳的一個主要敵人，生長中的植物是抵禦侵蝕的最佳保護。最後，植物不僅可保護土壤中的碳還能夠通過它們光合作用的能力為土壤添加碳。簡單地講，任何一平方英尺暴露着的土壤，無論是在兩行作物之間，因為你在耕地，或是因為你剛剛收割一種作物，土地休耕，都會減少你的碳儲。

實踐方法，比如種下冬季的蔬菜覆蓋土壤或在下面播種豆科和覆蓋作物，是很重要的， 這樣當作物收割以後，依舊有植被覆蓋增加土壤碳，保護土壤不被侵蝕，喂食土壤有機體和增加團聚體。(嚴茲)

對于有機種植者來說最難采用的碳重建的方法之一就是減少耕作。因為有機種植者不用 除草劑，所以耕田是它們對付雜草最主要的武器。但是耕作有幾點害處。第一，它攪起了土壤，讓它暴露于空氣，氧化了暴露在土壤中的碳。第二，耕作撕碎毀壞了菌根真菌 的菌絲，菌根真菌是一種與植物共生的，對植物強健很重要的微生物，并且能夠增加液 碳的分泌。它們的菌絲形成纖細的網絡，穿過土壤，給植物根部運送水和養分。研究表示所有減少耕作的地方真菌生物量皆有所增東。(陸)第三，由微生物分泌液積累的複合土壤團聚體，會被耕作破壞，這些團聚體可以保護重要的化學轉換比如固氮和穩定碳。第四，耕作會摧毀土壤孔隙，土壤孔隙對保持土壤水和空氣至關重要，為微生物的活力提供了條件。最後，耕作本身涉及到使用化石燃料的機械，在運轉過程中釋放更多的溫室氣體。

研究表明那些有着最高碳重建水平的有機作物系統是那些免耕并添加入大量有機質如牛糞到土壤中的做法。(高冉德爾)耕作的批評者說到數年後的一次耕作可以造成這段時間類積累的大多數碳的丢失。(拉爾 2007)

一些研究報道免耕獲得的土壤碳并沒有分布在土壤深層，而大多發生在接近土壤表層的地方。他們認為這是一個問題，因為最适合腐殖質形成和長期碳穩固的是在土壤較深的地方，接近粘土和礦物，碳與它們結合來抗氧化。同時他們認為免耕管理産生的土壤有機質僅僅在沙質/土壤淺表，一旦受擾非常容易氧化。(嚴茲)

但是有些報道指出免耕積累的有機質在淺層，同時又提出在免耕系統10-15年後，這些土壤有機質會慢慢進入深層，可能是因為有機質分解的減少和較大土壤生物體長期混合土壤的結果。(帕沃森)

現在我們正為有機種植者設計出一些系統和設備來減少耕作。少耕播種機打開僅供種子 大小的土，或是播種後中即回土覆蓋。滾壓卷縮機可以滾壓卷曲莖幹較東的覆蓋作物，在開花之前殺滅它們，但是不打擾土壤。然後經濟作物可以播種于覆蓋作物的殘茬間。無疑地，将來會發展出很多其它的為有機種植者設計的抵抗雜草同時不擾土壤的好方法。在這個前沿方面勢必需要更多的進展。

控制雜草的另一個備選方法是使用覆蓋物阻止陽光照射雜草。最簡單的覆蓋物就是塑料 膜。但是，塑料膜的生産通常需要化石燃料而且清除它是困難和曆時漫長的。有機材質如甘草或碾碎的作物殘留作為覆蓋物，可為土壤添加分解的有機質，積累碳，但是生物活躍的土壤需要持續不斷的額外材料，可能耗費大量的金錢和時間。但是，覆蓋物的主要缺點是它并不可以像活的植物一樣通過光合作用将大氣中的碳移除并将之固定于土壤中。

在任何減少或消除性耕作，控制雜草和積累土壤碳的有機方法裡，覆蓋植物是必不可少的。理想的覆蓋作物是那些能在開花前可被(霜降，割，碾壓)殺死的，這樣他們就不會産出種子自身也變成雜草。在它們活着的時候，它們的光合作用是土壤碳的一個重要來源，而且它們死後他們的生物質也可用。在混合的覆蓋作物裡，豆科植物是非常重要的，它們是深根植物，比如一年生黑麥草和黑麥，将養分送至土壤深層同時将氮和碳添加到較淺層。

除了增加土壤碳儲，覆蓋作物減少氮的淋溶和風與水的侵蝕。它們改良土壤結構，增加 水的滲透，減少蒸發。相比大多數種植的作物而言，它們提供高水平的木質素，支持菌 根真菌的生長和真菌産物球囊黴素的生成，球囊黴素可促進土顆粒的結合。(羅代爾，阿茲)

支持土壤微生物生存的關鍵之一就是促進其多樣性。大自然的一個原則就是:一個系統越具有生物多樣性，其就越健康和富有彈性。這條也适用于土壤碳的積累。(拉爾 2004) 在地主下，生物多樣性在食物網給每一個微生物——真菌，藻類，細菌，蚯蚓，白蟻，螞蟻，線蟲，糞甲蟲等都安排了合适的位置。在地面上，單一種植會招來蟲病害，而作物多樣性會保護作物免收蟲害的繁衍和傳播。這對作物和覆蓋植物都适用，包括許多不同種類的植物——闊葉的和草，豆科的和非豆科的，涼爽天氣的和溫暖天氣的，濕潤的和幹燥的。無論何種條件，總有一些可以茁壯成長和進行光合作用。"覆蓋作物混合物"，即多種覆蓋作物種子的混合，現在已供購買來保證生物多樣性。

作物輪作有利于生物的多樣性。不間斷的覆蓋作物輪作減少了休耕期翻新土壤和增加土 壤酶活性的需求。當輪作中使用豆科植物時微生物量就較大一些。(陸)

放養反刍動物是有機農場改善土壤有機質水平的常用方法。放養本身會促進草類生長而 後草根又被除去，給饑餓的土壤微生物提供碳。放牧和多年生系統，如果管理适當，可以迅速增加有機質。動物糞便是小型混合農場最具價值的産品之一，富含碳和多種微生物，給土壤注入生物多樣性。

使用合成農業化學品會對土壤碳造成毀滅性破壞。毒物如殺蟲劑對土壤生物體的影響是 緻命的，而土壤生物體在提高植物活力和增強光合作用上起着重要作用。據發現化肥可耗盡土壤的有機質。在羅代爾研究所的堆肥效用試驗，使用堆肥和作物輪作長達十年可獲得高達每年每英畝1.0噸的碳。但是，如果使用合成肥料，也不輪作，每年每英畝損失0.15噸的碳。(拉薩裡)

伊利諾斯大學的莫羅樣田是曆史上曆時最久的進行農田試驗的地方。研究者分析了樣田 數據，50 年間每英畝共添加90到124噸的碳殘留，但同時使用合成氮肥。而實際上這些樣田在試驗期間每英畝幾乎損失了5噸的土壤有機質。(可涵)

化肥對土壤碳的負面效用的一個可能原因是，化肥使植物的根莖變小，紮根變淺，因為 化肥主要集中在土壤淺表層，而不是像豆科、礦物或其它自然資源在土壤深層傳送養分。 (阿茲)另一個原因可能是植物吸收铵離子，這導緻植物釋放氫離子，引起了土壤的酸化。(赫珀力)第三種可能性就是通過化肥可免費獲取氮，造成植物減少分泌液碳，因分泌液碳是為了獲得微生物的氮。但是如果您一直在使用合成氮肥，比較明智的辦法是用三到四年慢慢減少氮肥的使用，讓固氮細菌在您的土壤中漸漸積累。驟然停止氮肥在第一年可能會收成不佳。(瓊斯SOS)

先前我們提到适當的放牧是重建土壤碳的一個非常有效的農用方法。最近一份研究表明，中耕作物土地轉變為集約合理管理放牧，每年每英畝可積累可觀的3.24噸的碳。這在南美無樹平原種植深根系非洲草每年每英畝積累2.87噸的範圍内。(麥科姆勒)

牧場固碳的效率部分可能來自于一些草使用 C4 光合化學通路，C4通路與更常見的C3通路分别進化而來。特别地是 C4 通路對少水強光高溫的适應性，使得 C4 光合作用雖然隻被 3%的開花植物使用，卻負責陸地上大約 25%到 30%的碳的固定。(穆勒)

一些人對飼養大量的反刍動物産生顧慮，因它們在消化過程中反刍使用的細菌會釋放溫室氣體甲烷，然後通過動物呼出。在一個生态設定裡，這是沒有問題的，因為甲烷氧化菌，廣泛存在于不同的栖息地，且隻食用甲烷，會迅速代謝甲烷。事實上，在墨西哥灣 深水地平線鑽井平台漏油事件以後，大約220，000噸的甲烷起泡冒至表面，卻被爆發式大數量的甲烷氧化菌迅速消耗。隻有當反刍動物遠離有生物活性的土壤或水，比如說在飼養場或使用了大量化學品的土壤，動物所排放的甲烷才需要擔憂。(瓊斯 SOS)

将退化土壤還林，也是一種提高土壤碳的方法。和其它植物一樣，森林重建土壤碳的速率随氣候，土壤類型，種類和營養環境而定。研究發現一般情況下森林積累碳量處于适中，或在有些情況下，丢失碳。(拉爾 2004 )但是，有些研究表明合理管理木本植物帶來相當大的碳儲。(奎因斯丹)再者，重新造林可以從其它途徑緩和氣候和重建水循環。

生物碳

近來生物碳殘留的利用潛能引來諸多關注，利用生物碳在重建土壤碳的同時可增加土壤肥力。提到亞馬遜黑土，即人為産生的富含生物碳的黑土，其生物碳可追溯至800多年前，支持者指出直到今天這些土壤仍有着很高的肥力。其它包含生物碳的土如軟土，由草甸土衍生形成的，廣泛分布于北美，烏克蘭，俄羅斯，嚴根廷和烏克蘭，這些國家和地區的糧食産出在全球谷物産量中占重要比例。這些土壤中生物碳的形成可能是源于古 時草甸上發生的大火。直到最近才開始研究這些生物碳殘留的實際化學成分。它們的穩 定性和肥效可能因它們以内部空間為微生物提供保護的栖息地，抑或是與生物碳的分子結構有關，生物碳擁有大丢離子的交換能力(保存植物營養所需的礦物離子)。(毛)

雖然生物碳并沒有被廣泛研究，但是研究者表示碳轉換為生物碳的生物質可在土壤中長期固定初始50%的碳，相比較一般的沒有轉換成生物碳的碳，是一種更穩定更持久的土壤碳。(鄧蓋特)

當然任何碳到生物碳的轉換都須牽涉到一個生命周期的評估，關于碳的來源，土地使用的意義，能源的加工和應用。有一些指征，但是，與不穩定的、易分解的土壤中的有機質相比，生物碳有着久外的穩定性。(帕沃森Powlson)

在土壤中積累有機質的益處不僅限于移除大氣中的二氧化碳這一項。

土壤碳儲的增加會積累更多的團聚體，團聚體轉而像海綿一樣輔助土壤保持住水分，當降雨量低的時候為植物根部提供水分，而在降雨量過多的時候，吸收多餘的水分。這種保持水分的能力降低了侵蝕的風險，改善作物質量和産量。有些種植者認為伴生植物或覆蓋植物會耗盡所有可獲得的水分或養分。相反地，事實上，支持土壤微生物之植物多樣性改善了作物對養分的獲取和對水分的保留。(瓊斯SOS)

有趣的是，自二十世紀三十年代以來，密西西比河最高水位的平均值和最低水位的平均值都變得更加極端——更高的洪水水位和更低的低水位。這種情況是因為水不能在土壤中滲透而導緻的。如有好的滲透性，一些水會供應植物生長，一些則慢慢通過土壤流入泉水和小溪，給河流系統帶來長期的基流。但是如果地被植物薄弱，土壤團聚體減少，水不能夠很好地滲透。這樣在洪期，水沿表主沖刷侵蝕土壤，在旱期，沒有儲存的水分來供給植物或維持泉水和溪流。(瓊斯SOS)

科學家們發現土壤中真菌與細菌的比例高對植物的産出很重要。如果有這樣的高比例，你可以從一把土壤的氣味得知——是否它是蘑菇味而不是酸味的。是真菌去尋找水和養分并應供給植物根部。不幸的是，大多數農業土壤都是細菌占主導地位而非真菌。但是如果避免讓土壤暴露，免耕，使用多種覆蓋作物，在重要休整期鼓勵高密度短期放牧，土壤會逐漸變成真菌占優勢的土質。

植物，和動物一樣，進化出複雜的防禦體系。它們的機理多樣且聰明。有的采用視覺f放禦以避免被發現，比如模仿其它植物或僞裝自己。有的穿上盔甲使敵人難以進攻，比如厚厚的細胞壁，蠟狀外皮，或硬樹皮。有的利用棘，刺或膠狀分泌物來兩止掠食。很多合成二級代謝物從化學角度防禦(毒物，驅蟲劑，刺激物，或甚至易揮發的有機化合物 來吸引植物掠食者的天敵)。(文可)植物與可抑制當地病原體的細菌形成共生關系， 以此來抵禦攻擊。

這樣的能力，和動物的免疫系統一樣，在植物健康時是最強大的。當植物對陽光、養分、水、氧氣、二氧化碳的需求得到充滿滿足時，植物的健康處于最佳狀态。當然，這樣的情況最佳發生在高碳儲，有着多樣和大量微生物的健康土壤。這些使作物有着高營養密度，抗病蟲害，富含抗氧化劑和較長的保存期限。(高斯林，文可，瑞格諾德)

免受疾病和掠食的植物，養分又充足，便會茁壯成長且高産。另外，健康的植物會生物 合成更多易揮發的分子與更多的代謝物使糧食作物産生香味和香氣。因此，恢複土壤碳對各方皆有益處：農民獲得高産，菜農收獲口感更好的作物，消費者得到更健康的食品。

使用生物學方法讓土壤恢複有機質并保持穩定，這不僅僅利于土地和作物的管理者，對我們的社會也至關重要。我們從土壤中取走了太多的碳，燃燒它，然後把它以二氧化碳的形式釋放到大氣中。即使我們停止燃燒化石燃料，但已經釋放了的溫室氣體仍會讓全球氣溫保持上升的狀态，且未來的很多年會釋放更多的有害氣體。

想要生存，我們别無選擇，必須恢複土壤碳。令人興奮的是，這個已經使用了百萬年的方法可通過生物學實現。農民，菜農，私房屋主，庭園設計者——任何擁有或管理土地的人——都可以采用這些簡單的方法，不僅僅可恢複土壤碳儲，還可以幫助重建大自然賦予的此不可思議的系統以更新我們的大氣，同時為所有的生命提供食物、美麗與健康。

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