土壤“封印”二氧化碳,植物向土壤输送碳成土壤碳,温室气体可降

土壤是人类赖以生存的物质,没有土地,人就无法生存。

人类社会实际上是建立在土壤上的。土壤养活着世界,所有的农作物都要依赖土地生长,并生产重要的燃料和纤维,为我们提供必要的物质材料。不过土壤也有很多秘密有待人们发掘和探索。尤其是土壤中的碳。

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近年来,一些科学家开始研究碳放回土壤以及草原和森林等生物生态系统中。这就是碳农业,已经越来越受到青睐,显然减少碳排放量不足以限制全球变暖,那为何不努力把碳封锁在土壤中呢。

根据在联合国气候变化专门委员会2014年的报告,人类还需要清除已经存在于大气中的一些碳,以避免极性的崩溃,冰川和全世界沿海城市的泛滥。

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把碳封锁在土壤中方法也有不少,科学家也提出了很多有趣的方法

比如,用铁粉给海洋施肥,促使藻类大量繁殖,当它们死亡时就会将捕获的碳带到海底,从而捕获和储存二氧化碳。

或者粉碎能吸收大气中碳的某些岩石,例如玄武岩,玄武岩粉末可以吸收空气中的二氧化碳。不过这些方法的成本都很大,需要很大的开支,经济难以负担得起,也难以大规模应用。

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一本万利的方法只有种树,植物可以吸收二氧化碳,并且基本上可以自由生长,不需要负担额外成本。每年春天到来,北半球开始回春,大气中的二氧化碳浓度开始下降,秋天和冬天,树叶枯萎,二氧化碳浓度又逐渐回升。一年整个循环便称为地球呼吸。可是,这种方法是个漫长的工程,无法在短时间内解决气候问题,更无法在100年完成巴黎协定的目标。

其实植物的光合作用只能改变碳的流量,而无法减少碳的根本量。春天吸收的碳到冬天还要释放出来。

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不过,人们把目光投在了土壤上。土壤是地球天然的储存室,有可能利用土壤把全世界的碳储存起来。

土壤吸收了碳可以帮助减少空气中的温室气体浓度,还能改善土壤质量,存储植物所需的水分和养分并为重要的土壤生物提供营养。土壤碳的最持久形式主要是由死去的微生物形成的,而不是由剩余的植物部分形成的。绝大多数旧土壤碳似乎已发生微生物分解。虽然植物是土壤的原始碳源,但是微生物通过将其用作食物来控制其命运,从而确保至少其中一些残留在土壤中。

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这就是微生物对土壤碳存储的做出的重要贡献。微生物可以吸收简单化合物,并将其转化为复杂分子。当微生物分解植物物质时,它们会使用一些消耗的物质来建立新的生物质,即为自身的生长提供动力,并将其余的作为二氧化碳呼出。提高了土壤有机质植物碳的比例。这些碳便可为农作物所用。

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,以较大的块状或“颗粒状”形式存在,与矿物结合。最终对植物生长,土壤结构和碳固存有非常不同的影响。

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不过土壤中的碳不仅包含碳呀,还有其它物质,例如氮磷钾等。

比如,草原和丛枝菌根森林有机碳中储存更多的土壤碳,这种碳虽然持久,但对氮的需求更高,并且会饱和。菌根森林在颗粒状有机物中存储更多的碳,这更容易受到干扰,但对氮的需求较低,并且可能无限期地积累。

假如土壤中存在很多的矿物质,那么情况又有变化了

矿物颗粒和有机物之间的碳份额以及碳与氮的比率影响土壤碳储量,土壤碳储量变会受到影响。因此了解矿物颗粒状有机物的物理分布,可以为土地管理提供氮高效碳固存的方法,这应由固有的土壤碳容量和生态系统中的氮利用率来驱动。

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当生态系统失去大量土壤碳时,植物的营养会流失很多。而耕作会导致更快的碳分解,因此现有的颗粒有机物会迅速丢失。而矿物有机物通常是唯一可以维持土壤生命和植物生长的物质。所以矿物质有机物对于植物特别重要。

如果植物根系很粗大的话,向土壤输送碳的能力比较强。但是一年生作物往往有很小的根,不会向土壤中添加太多的碳。这意味着颗粒状有机物和与矿物相关的有机物不会得到补充,并且会继续下降。土壤​​将破裂​​,健康和生产力将下降。

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耕作会让许多碳素会分解,农作物收益很快就会降低。可是农民不可能不耕地啊,怎么办?最佳实践的重点是建立与矿物相关的有机物,以长期储存碳,同时还生产含有大量氮的高质量颗粒有机物,以帮助提高农作物的生产力。

在这方面也有较好的成果,通过关注土壤健康,农场主威廉姆斯已将除草剂的使用减少了75%,化肥的使用减少了45%。他不使用农药,他依靠有益的昆虫来控制害虫。到目前为止,他已经将土壤有机物的含量从大约2%提高到了3.5%,自1990年代以来,他的土壤碳含量增加了三倍。因此在土壤含碳量方面,确实有办法提高。

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总的来讲,本文介绍了土壤碳的概念。面对气候变化,大气中二氧化碳的浓度不断增加,而如果提高植物将碳输送到土壤中的能力,那么将有两个好处,不仅可以降低大气二氧化碳含量,还可以增加土壤的肥力,真是一举两得。土壤是地球巨大的储存室,储存碳的能力不可估量,因此潜力也非常大。


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