农场的碳封存真的能应对气候变化吗?

这篇文章最初发表在360年耶鲁大学环境。

特雷·希尔(Trey Hill)带领一小群农民来到他办公室外的一块田地。他的办公室位于马里兰州东岸的罗克霍尔(Rock Hall)。这是一个多云的二月天，但地面充满了色彩——紫色和红色的萝卜顶端与绿色的黑麦、野豌豆和三叶草混合在一起，下面是肥沃的棕色土壤。山俯下身，从地里拔下一根又长又粗的白萝卜，给他的客人们看粘在毛茸茸的细根上的咖啡色的土块。他解释说，这些团块储存了碳——没有使地球变暖的碳。

山不采取“碳聪明”的做法，如覆盖作物，以应对气候变化。他这样做是为了建立土壤，保水保赚钱。但是，当第三代玉米，小麦和大豆的农民了解到诺里，一家总部位于西雅图的初创公司，希望出售像他这样的农场土壤中储存的碳的信用额度，他全力以赴。希尔并不一定期望会有意外收获，但他想向其他农民展示，他们可以在帮助应对气候变化的同时赚钱。”希尔说：“如果成功了，我们能从中赚点钱，那就太好了。”如果不行，那就得有人先来，我们愿意冒这个险。”

今年早些时候，诺丽向希尔支付了11.5万美元，购买了希尔土壤中储存的8000多吨碳。他说，将来，如果他耕种的10000英亩土地中的每一英亩每年都能多存一吨碳——这是他所能希望的最好水平——他每年能挣到15万美元。

作为努力断奶关社会的化石燃料已经停滞不前，“自然气候解决方案”，如土壤固碳迅速获得了蒸汽。在2018年，国家科学学院，工程与医药报“负排放技术” - 从大气中吸收，而不是简单地减少碳的排放新技术 - 需要稳定全球变暖低于2摄氏度，水平科学家认为，可能是灾难性的。

科学家们担心，安装社会压力做些什么来应对气候变化正在推动资金进入所谓低碳农业需要，以支持其成熟的科学之前。

研究院的报告指出，土壤固存是一种成本效益高、容易获得的气候解决方案，仅在美国，每年就有可能清除2.5亿吨或更多的二氧化碳。这大约是美国每年二氧化碳排放量的5%，总计2018年54亿吨。本月，自然保护协会(TNC)的研究人员领导的一个小组估计，如果在全球范围内实施，土壤保护和土壤建设活动可以提供帮助需要减少近10%的碳排放以避免违反2度屏障。

数以百万计的美元正从微软和其他公司的土壤气候项目中注入通用磨坊，慈善家比如莱昂纳多 - 迪卡普里奥和政府大型和小型。总部位于波士顿的一个农业技术公司，靛蓝Ag)他说，数千名拥有超过1800万英亩农田的农民，几乎都是美国人，已经表示有兴趣参加碳封存计划。一个由食品巨头和像TNC这样的非营利组织组成的财团已经筹集了2000多万美元来建立一个出售土壤碳信用的市场。博尔德、科罗拉多和旧金山等城市正在将土壤碳储存纳入其气候行动计划。加州已经为一些减少温室气体排放的农民支付了费用，而马里兰州的立法者正在考虑为希尔等“碳精明”的农民提供新的资金。

At the national level, U.S. Sen. Cory Booker (D-New Jersey), Rep. Deb Haaland (D-New Mexico), and Rep. Chellie Pingree (D-Maine) have introduced bills that would pay farmers to adopt climate-friendly practices. Even Secretary of Agriculture Sonny Perdue has endorsed the concept.

但越来越多的科学家担心，社会要求采取措施应对气候变化的压力越来越大，导致资金被推到所谓的碳农业上，而支持碳农业的科学尚未成熟。新的研究表明，即使是长期接受的碳封存做法也可能不会产生效果希望气候的好处. 对深度达6.6英尺的土壤的测量已经对减少土壤耕作对气候的影响产生了严重的怀疑，类似的研究也在质疑，在某些情况下，作物能吸收多少碳。专家们说，迫切需要从工作农场获得大量的土壤碳数据。

甚至一些支持者也希望遏制这种炒作。

“我们正处在一个时期的碳繁荣的。”菲尔·泰勒，基于博尔德再生农业组织的生态学家和共同创始人疯狂农业。“社会希望农业能解决气候变化的愿望被夸大了。”

从当第一犁破土动工，农业已排放的二氧化碳。车削表土混合物地下的含碳分子与大气中的氧，从而在温室气体的是，多于任何其他被危及文明。最近的估计表明，约133十亿亿吨碳，大约一个由自工业革命以来人类排放的所有碳的第四，已经从土壤中失去了全球。

在上个世纪，技术进步显著增加了农业的排放量。粮食系统使用的化石燃料，包括拖拉机燃料、运输燃料和化肥生产的能源，占所有温室气体排放的10%以上。向土壤中添加化肥会导致微生物释放一氧化二氮，即N2O，这种温室气体的效力是二氧化碳的300倍。根据美国环境保护署的数据，一氧化二氮对全球变暖的贡献率约为6%。

但有希望这种趋势可能被逆转。2004年，藤拉尔，在俄亥俄州立大学土壤科学家估计，改变耕作和土壤管理实践，在理论上，哄了从土壤中失去了后面所有地下碳的三分之二，可能大幅拉下来的大气二氧化碳。拉尔等人建议显示增加含碳化合物在上层土壤层，包括减少或消除耕作暴露土壤碳在空气中，覆膜与作物残余物和种植覆盖作物字段分数的做法 - 不生长谷类，豆类或其它蔬菜收获，但以减少侵蚀和丰富的土壤营养和富含碳的有机物质。

事实证明，一些农民已经采取了这种做法。美国的免耕运动始于20世纪40年代，当时西部干旱土地的耕作引发了毁灭性的沙尘暴，土壤保护成为一项优先任务，新获得的除草剂使农民可以在不翻土的情况下除草。根据美国农业部（USDA）的统计，超过三分之一的美国农田是免耕耕种的，另外三分之一的农田属于所谓的低耕管理。

覆盖作物也获得了蒸汽，但更慢。1992年，以减少污染到切萨皮克湾，马里兰州开始支付农民在裸领域的植物覆盖作物。山，尽管是持怀疑态度，他将受益，是早期采用者。“它无关，与气候或土壤健康，”希尔说。“我们都以为是一堆环保BS的......然后，我们发现，它的工作原理，只见那土开始改变。”希尔在哪里长大覆盖作物，土壤他少蚕食，并举行更多的水。

马里兰拥有全美最高的覆盖作物率。新锐农民如山已经从单一品种播种面积不同的混合物毕业比如一个他在二月炫耀，这不仅提供了传粉昆虫的侵蚀和径流减少，而且固氮和食物。该做法已经开始广泛流行，并在全国范围内覆盖作物率提高了2012年至2017年50％。

土壤碳测量的金标准包括从一块地里提取多个圆柱形岩芯，将其干燥，在烤箱中燃烧，并测量释放的二氧化碳。

然而，向农民支付实际减少碳排放的费用的想法并没有实现。没有人知道如何准确地，但负担得起，测量土壤碳的微小，缓慢的变化，可能累积在一个或甚至多个生长季节。土壤碳测量的金标准包括从一块地里提取多个圆柱形岩芯，将其干燥，在烤箱中燃烧，并测量释放的二氧化碳——这是一个耗时且昂贵的过程。

技术终于开始追赶野心。山，像许多农民，使用的软件，他的养殖方式的数据记录的河流 - 他每次驱动场时间，喷洒化学或植物作物 - 进入所谓的粒度的软件程序，它可以帮助他微调他的投入和决策制造。相同的数据，科学家实现，可以被用来估计服务器场的碳封存和温室气体排放率。

颗粒人员连接希尔海苔，一个创业公司由理想主义的年轻环保主义者希望利用高新技术，以降低农民的补偿固碳的成本在2017年推出。紫菜人员认为希尔的颗粒数据可以帮助破解碳计量问题。随之而来的是对双方的教育过程。紫菜的创始人并不熟悉保护性耕作的精妙之处。山不很了解blockchain，理论上安全，无银行的技术，紫菜想用它来支付渠道寻求抵消二氧化碳排放给农民。

经过两年的谈话，紫菜决定出售基于五年价值希尔的碳封存实践学分，从2014年到2018年紫菜会计算使用COMET农场，美国农业部产生的数字工具希尔的气候影响。COMET农场接受来自平台如颗粒养殖实践信息，与来自卫星和传感器和来自美国农业部的数据库土壤信息的天气数据混合它，并采用先进的计算机模型来估算碳在土壤和温室气体逸出如何迅速积聚。

由于不需要现场访问或土壤样本，它可以运行数千美元，紫菜保持验证费用低。验证过程成本山周围$ 3,500，虽然他将需要支付碳实际上是存储在10年确认的审计。

10月7日，紫菜提供希尔的学分为每吨16.50 $，以$ 1.50将紫菜和$ 15至山。共有342个买家的购买8010吨的价值学分出提供14011，根据紫菜。可在公司网站与针对各卖出信用和一些买家甚至名称的数量，其中包括个人想要购买只是一个信用卡或两人相处希尔场的卫星图像;等公司的旅游公司BootsnAll，其领导人希望减少他们公司的碳足迹;和机构，如亚利桑那州立大学和南加州的施瓦辛格学院大学。

激进的透明度是什么套除了紫菜的程序山。他blockchain认证的证据表明，他的庄稼正在使用气候友好的方法种植，他希望将帮助他在附近的华盛顿特区，区卖小麦和大豆的溢价，也许是富裕，环境意识的消费者。而且他投资的资金投入使他的操作更加可持续。他刚刚订购一台设备，称为辊压接机，杀死覆盖作物没有化学物质和植物同场传球经济作物。希尔说，新机将会使他少喷除草剂和驾驶他的场次数较少的一个赛季，费尽了额外的收益，这将支持通过海苔进一步销售。

尽管强势推出，海苔的成功不放心。当我和克里斯托夫Jospe，紫菜的首席开发官，在十二月发言，他希望在2020年第一季度末卖出10万吨的价值学分的，但到目前为止该公司没有持有其他销售;Jospe说，超过150名农民代表50多万英亩的土地进行验证程序的工作，该计划于今年晚些时候出售其学分。

竞争对手正在密切的海苔的高跟鞋。今年六月，靛蓝银宣布，将打开一个碳市场。该公司将在今年年底发布其监测和验证方法今年春天和希望出售学分。第三个组织，生态系统服务市场联盟，将针对企业，市政等大型采购商，提供固碳信用额，以及水质，避免流失。市场正在试行50000亩农田的计划，并宣布2022年在全国范围内目标发布日期。

随着国会两院都在考虑制定鼓励采用再生农业技术的立法，农民很快可能会有更多的方式来获得应对气候变化的报酬。国际上的事情也在发生。澳大利亚和加拿大的阿尔伯塔省和萨斯喀彻温省已经向农民支付了土壤固碳的费用，法国政府在2015年启动了“4每1000”计划每年增加0.4%的土壤碳储量。

“势头非常强劲，”拉尔说。“我对正在发生的事情印象深刻。”

立法......正在审议大会上，农民很快就可以有更多的方式来获得报酬的应对气候变化。

然而，越来越多的科学家对土壤固碳淘金热背后的科学原理并不感兴趣。

2006年，美国农业部土壤科学家约翰·贝克分析了通过1米深的土壤样本测量免耕对碳的影响的研究。历史上，大多数研究只测量了顶部的8到12英寸，即所谓的犁层，并发现那里的碳积累。然而，很少有深入的研究发现，在30厘米以下的地层中，碳的消失量大致相等。贝克和他的同事说，免耕似乎改变了碳的垂直分布，而不是总的隔离量报告(PDF)。最近的论文已经证实贝克的调查结果。

作为一种气候解决方案，覆盖作物一直享有较高的声誉。TNC本月发表的研究估计，如果全世界的农民都采用这种做法，他们每年将吸收近5亿吨的二氧化碳。

但和迄今为止的大多数研究一样，这项研究主要依赖于在犁层进行的测量。最近的深层土壤研究对覆盖作物的气候效益提出了质疑。爱荷华州立大学(Iowa State University)的土壤科学家进行了一项为期10年的实验，取样深度为3.3英尺(约合1.8米)。他们发现，深植于土壤中的多年生植物和覆盖作物会加速土壤微生物的生长，这些微生物会将作物沉积的碳释放回大气中。“简单地增加更多的碳并不一定意味着碳会停留在那里，”该研究的合著者Steven Hall说。

加州大学戴维斯分校(University of California, Davis)的研究人员进行了一项长达19年的研究，测量了地下6.6英尺的深度，他们发现，除非使用昂贵的堆肥作为补充，否则仅种植覆盖层并不会增加碳排放。“这真的让我们很惊讶，”研究负责人Nicole Tautges说。“在我们看来，至少在半干旱的地中海生产环境下，覆盖作物似乎并没有像人们所说的那样。”

还有一些研究发现，增加土壤碳，在某些情况下，可以增压消耗氮土壤中的微生物，并发出强大的温室气体一氧化二氮，有可能抵消碳汇的气候效益，除非氮肥精心管理。

然而，对土壤固碳效益提出质疑的研究，往往是在大学或政府的长期研究基地进行的，专家表示，这些研究不一定能复制现实农场做出的许多和各种各样的管理决策。耶鲁大学森林与环境研究学院的土壤科学家马克·布拉德福德说:“我认为，那些反对这一倡议的论文就像那些认为你可以做到的论文一样有很多漏洞。”

康姆特农场是Nori所依赖的工具，它反映了当今土壤科学的前景和局限性。它主要基于美国每年向联合国报告农业相关温室气体排放的计算机模型。包括布拉德福德在内的许多人说，这些模型是模拟土壤复杂的化学和生物学的最佳尝试之一。这些模型得到了来自100多个研究地点的数据的验证。

但即使是100个地点也只能采集30万种已知土壤类型中的一小部分样本，以及一个农民在其整个职业生涯中可能做出的数千种决定。彗星农场也基本上是把赌注放在了深层土壤的问题上，只考虑了土壤上层12英寸的碳含量的变化。

纽约米尔布鲁克卡里生态系统研究所名誉主席威廉·施莱辛格强烈质疑不管土壤固碳是否能对抗气候变化，忽视底土是新兴碳市场潜在的致命缺陷。施莱辛格说:“在付款完成之前，我希望看到有人将采样深度降低到(3.3英尺)，如果有的话，只支付净总积累。”

科罗拉多州立大学的土壤生态学家Keith Paustian领导了COMET-Farm的开发，他说他的团队不久将发布模型预测的统计不确定性估计，这将帮助Nori和其他用户。但他认为科学已经足够强大，足以支持碳市场。“我们从几十年的土壤科学和野外测量中获得了相当坚实的经验基础，”鲍斯蒂安说。“我绝对认为，我们知道的足够多，可以向前迈进。”

去年，布拉德福德召集了一组来自学术界和保护部门的研究人员，评估现有的科学是否支持基于土壤的气候解决方案。在《自然可持续性》上的一篇论文必威体育2018，笔者认为，再生的农业实践可以固碳。但他们承认，现有方法无法准确测量碳如何快速积累在一个特定的农场。其中布拉德福德的博士生正在开发手持式现场扫描仪通过将土壤反射光的特性与土壤碳含量相关联来提供此类测量。

大多数人认为，土壤可能在吸收碳方面发挥作用。但几乎所有的科学家也都想要更多的确定性。

布拉德福德还呼吁进行专门的试验，对更大范围的农场、种植方式和土壤类型进行取样。他为Indigo Ag公司的这个项目提供咨询Terraton实验该计划预计将至少持续到2029年，并将支持该公司的碳市场。Indigo系统创新高级主管Dan Harburg说，该研究已经对数万英亩的土壤进行了采样，其中一些土壤的深度达到3.3英尺，并最终将收集到最大的数据集，以评估农业活动对气候的影响。

一位来自俄克拉荷马州的农民汤姆·坎农（Tom Cannon）告诉我，靛蓝研究人员每周都会到他的农场采集土壤样本，并采访他有关做法的情况。”这是所有人要求我提供的最全面的数据，”他说。

除了科学和测量的不确定性之外，科学家们还担心，土壤固碳的简单生物物理限制被忽视了。美国农业部的贝克指出，储存在表层土壤中的碳很容易被释放回大气，比如，如果一个农民决定在多年的免耕之后耕作，或者土壤微生物呼吸速率随着全球变暖而增加——这是多项研究预测的结果。“你不是把碳锁在保险库里，”他说。

此外，肯塔基大学的土壤科学家Hanna Poffenbarger指出，没有土壤是无底的碳汇。即使是潜在的碳收益得到最好记录的表层土壤，经过几十年的免耕耕作或覆盖种植后，也能重新平衡到稳定的碳浓度。来自英国的研究人员2018年回顾指出，已经在一些地方发生的事情。

与我交谈过的每个人都同意再生农业有利于土壤健康，并具有重要的环境效益，可能值得付出代价。大多数人认为土壤可能在降低碳排放方面发挥作用。但几乎所有的科学家也都希望在全心全意地支持利用农业实践来应对气候变化之前有更多的确定性。

贝克说:“我认为，依靠这些措施来真正缓解气候变化是一件有风险的事情。”

这个故事是在合作制作与食品与环境报告网络这是一家非营利性调查新闻机构。