土壤“封印”二氧化碳,植物向土壤輸送碳成土壤碳,溫室氣體可降

土壤是人類賴以生存的物質,沒有土地,人就無法生存。

人類社會實際上是建立在土壤上的。土壤養活著世界,所有的農作物都要依賴土地生長,並生產重要的燃料和纖維,為我們提供必要的物質材料。不過土壤也有很多秘密有待人們發掘和探索。尤其是土壤中的碳。

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近年來,一些科學家開始研究碳放回土壤以及草原和森林等生物生態系統中。這就是碳農業,已經越來越受到青睞,顯然減少碳排放量不足以限制全球變暖,那為何不努力把碳封鎖在土壤中呢。

根據在聯合國氣候變化專門委員會2014年的報告,人類還需要清除已經存在於大氣中的一些碳,以避免極性的崩潰,冰川和全世界沿海城市的泛濫。

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把碳封鎖在土壤中方法也有不少,科學家也提出了很多有趣的方法

比如,用鐵粉給海洋施肥,促使藻類大量繁殖,當它們死亡時就會將捕獲的碳帶到海底,從而捕獲和儲存二氧化碳。

或者粉碎能吸收大氣中碳的某些岩石,例如玄武岩,玄武岩粉末可以吸收空氣中的二氧化碳。不過這些方法的成本都很大,需要很大的開支,經濟難以負擔得起,也難以大規模應用。

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一本萬利的方法只有種樹,植物可以吸收二氧化碳,並且基本上可以自由生長,不需要負擔額外成本。每年春天到來,北半球開始回春,大氣中的二氧化碳濃度開始下降,秋天和冬天,樹葉枯萎,二氧化碳濃度又逐漸回升。一年整個循環便稱為地球呼吸。可是,這種方法是個漫長的工程,無法在短時間內解決氣候問題,更無法在100年完成巴黎協定的目標。

其實植物的光合作用只能改變碳的流量,而無法減少碳的根本量。春天吸收的碳到冬天還要釋放出來。

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不過,人們把目光投在了土壤上。土壤是地球天然的儲存室,有可能利用土壤把全世界的碳儲存起來。

土壤吸收了碳可以幫助減少空氣中的溫室氣體濃度,還能改善土壤質量,存儲植物所需的水分和養分併為重要的土壤生物提供營養。土壤碳的最持久形式主要是由死去的微生物形成的,而不是由剩餘的植物部分形成的。絕大多數舊土壤碳似乎已發生微生物分解。雖然植物是土壤的原始碳源,但是微生物通過將其用作食物來控制其命運,從而確保至少其中一些殘留在土壤中。

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這就是微生物對土壤碳存儲的做出的重要貢獻。微生物可以吸收簡單化合物,並將其轉化為複雜分子。當微生物分解植物物質時,它們會使用一些消耗的物質來建立新的生物質,即為自身的生長提供動力,並將其餘的作為二氧化碳呼出。提高了土壤有機質植物碳的比例。這些碳便可為農作物所用。

除此之外,土壤中的碳能以不同的形式存在。比如碳可以溶解在水中,以較大的塊狀或“顆粒狀”形式存在,與礦物結合。最終對植物生長,土壤結構和碳固存有非常不同的影響。

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不過土壤中的碳不僅包含碳呀,還有其它物質,例如氮磷鉀等。

比如,草原和叢枝菌根森林有機碳中儲存更多的土壤碳,這種碳雖然持久,但對氮的需求更高,並且會飽和。菌根森林在顆粒狀有機物中存儲更多的碳,這更容易受到干擾,但對氮的需求較低,並且可能無限期地積累。

假如土壤中存在很多的礦物質,那麼情況又有變化了

礦物顆粒和有機物之間的碳份額以及碳與氮的比率影響土壤碳儲量,土壤碳儲量變會受到影響。因此瞭解礦物顆粒狀有機物的物理分佈,可以為土地管理提供氮高效碳固存的方法,這應由固有的土壤碳容量和生態系統中的氮利用率來驅動。

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當生態系統失去大量土壤碳時,植物的營養會流失很多。而耕作會導致更快的碳分解,因此現有的顆粒有機物會迅速丟失。而礦物有機物通常是唯一可以維持土壤生命和植物生長的物質。所以礦物質有機物對於植物特別重要。

如果植物根系很粗大的話,向土壤輸送碳的能力比較強。但是一年生作物往往有很小的根,不會向土壤中添加太多的碳。這意味著顆粒狀有機物和與礦物相關的有機物不會得到補充,並且會繼續下降。土壤​​將破裂​​,健康和生產力將下降。

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耕作會讓許多碳素會分解,農作物收益很快就會降低。可是農民不可能不耕地啊,怎麼辦?最佳實踐的重點是建立與礦物相關的有機物,以長期儲存碳,同時還生產含有大量氮的高質量顆粒有機物,以幫助提高農作物的生產力。

在這方面也有較好的成果,通過關注土壤健康,農場主威廉姆斯已將除草劑的使用減少了75%,化肥的使用減少了45%。他不使用農藥,他依靠有益的昆蟲來控制害蟲。到目前為止,他已經將土壤有機物的含量從大約2%提高到了3.5%,自1990年代以來,他的土壤碳含量增加了三倍。因此在土壤含碳量方面,確實有辦法提高。

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總的來講,本文介紹了土壤碳的概念。面對氣候變化,大氣中二氧化碳的濃度不斷增加,而如果提高植物將碳輸送到土壤中的能力,那麼將有兩個好處,不僅可以降低大氣二氧化碳含量,還可以增加土壤的肥力,真是一舉兩得。土壤是地球巨大的儲存室,儲存碳的能力不可估量,因此潛力也非常大。


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