土壤的救赎：把碳“种”回土壤里，就能扭转全球暖化？
文章来源：《土壤的救赎》
大家出版
作者：Kristin Ohlson
译者：周沛郁
关于《土壤的救赎》
人类数千年来的农耕及畜牧，特别是现代的工业化农业，已经导致八成的土壤碳流失到大气中，即使我们今天就停止使用化石燃料，地球仍会继续暖化。而现在有许多人，越来越多的人，从科学家到碳农、碳牧人，从碳权交易巿场到环保团体，纷纷放下宿怨，共同走向同一个目标：把碳种回土壤里，将大气中的碳转换成对土地、对所有地球生物都有利的土壤碳，而这还有可能扭转全球暖化，同时还能赚到钱。
土壤遇上农业，就踏上了一条不归路？
传统种植由于本身的特性，对环境的冲击远比放牧牲畜来得大。犁田会破坏关键的菌根菌地下网络，粉碎土壤团块。土壤团块能把水和空气保留在土壤中，一旦毁掉之后，土壤颗粒就会紧紧挤在一起（这种现象称为土壤压实），无论是灌溉水或雨水，土地都无法留住。事实上，有个近期的研究显示，海平面上升有一半是来自农地的迳流。想要知道迅速干涸的“奥加拉拉蓄水层”流去了哪里吗？不少都进了海里。美国的淡水有七成用于农业，不过土壤压实会使大部分的水无法渗透到土中。耕耘设备每隔一段时间就重新设计，要耕得愈来愈深，才能打破这层压实土壤，然而这么做只会产生新一层更深的压实。
↑ 奥加拉拉蓄水层（Ogallala Aquifer）为北美大平原南部的一个巨大蓄水层，因为灌溉导致了蓄水层的耗竭速度已经超过了其地表恢复能力。图中灰色区域为奥加拉拉蓄水层的范围，颜色显示1980到1995年间水位变化，黄褐色系区域表示水位减少，蓝色系区域表示水位增加，其余灰色表示水位无明显增减。图来自wikimedia commons。
在准备田地以便播种的过程中，传统农民也会除去所有植被，留块干干净净的田给他们种来卖的作物，这作物可能是玉米（占美国一亿六千四百万公顷农田的 24％）、小麦（14％）或大豆（19％）。杂草、其他植物，甚至前一年作物的残株都会移除。农民为了隔年春天能快速种植，通常在秋天做这件事。这会使土壤长达七个月都光秃秃露出来。这程序的原始目的当然不是饿死土壤微生物，不过由于土里没有活的根用渗出物来喂养微生物，附近也没有死亡的植物体让微生物吞食，因此确实会造成这种后果。2012 年秋天，我从克里夫兰开车到波特兰的时候，一路上像这样光秃的褐色土地就似乎有几千片。有时我经过的是罪魁祸首——一辆牵引机拖着巨大的圆盘，扬起的灰尘多到很难看见公路，感觉几乎像在火灾的下风处。
即使最尊崇有机农业的农民，也会年复一年这样毁坏土壤，尤其是那些制造出超市里大部分有机产品的庞大食品企业。他们一旦使用化学除草剂除去野草，就不能自称有机，所以他们把野草犁掉。
整地、耕耘农地的作法已经实行了数千年，世上有些最贫瘠的土地和人类群落就是这样造成的，然而今日的机器让这件事以更大的尺度、更快的速度发生。隔年春天，农民把种子播到这种劣化的土壤里，然而土地上所有的自然程序都已遭到破坏，种出作物的希望不大。而且不只是耕耘和整地，劣化的土壤没有土壤微生物的健康群落可以提供养分，因此需要加入一些东西。有机农民依赖粪肥、堆肥或天然肥料去恢复失去的养分，但大部分传统的农民多年来也把大量的化学药剂淋在土地上（我们的食物有 99％ 都由这些农民种出来）。他们遇过的专家几乎都告诉他们，他们必须那样才能生存。
化学肥料让植物变懒了
化学农业看似根深柢固，但其实出现至今仅仅大约五十年。按波伦（Michael Pollan）在《杂食者的两难》一书的说法，就像许许多多的新发明一样，“从大气中取得原子，结合成对生物有用的分子的过程”源自战争的急迫需求。制造炸弹需要硝酸盐，而哈柏（Fritz Haber）这位德国的犹太科学家想出方法，为第一次世界大战使用的炸弹做出合成硝酸盐。之后他发明了毒气，第二次世界大战德军就是用这毒气杀死集中营里的犹太人，不过那时哈柏已经过世了。说也奇怪，哈柏的研究成果可以用来升级死亡工具，也可以用来制作化学肥料，农业因此从生物程序中“解放”出来，农民即使对自然系统不大了解，也可以种植作物。
柯林斯（Abe Collins）是佛蒙特州的农人与土壤先知，他说：“发展出化学农业以后，就不需要任何技术，甚至不需要知道怎么当农夫。把那东西丢在那里，就能得到收成，即使在劣化很严重的土地上也一样。”
像我这样挑剔的消费者会在超市（甚至可能是农夫市集）寻找有机标示，因为我们直觉认为难闻的化学肥料不可能种出健康的食物。我们觉得自然的方式一定比较理想，但我们其实并不知道原因。然而科学家在土壤世界的新发现证实了这种直觉。大部分的化学肥料混合了氮、钾和磷，很久以前的农业学家判断植物生长不能没有这三种无机物。不过微生物学家英格汉（Elaine Ingham）指出，随着科学的工具改良，科学家在食物中发现愈来愈多对我们的健康很重要的养分，而施用化学肥料，无法让植物接触到这些养分—肥料根本不含这些养分。其实肥料不可能有全套的必需养分，因为植物和土壤微生物的交互作用（大自然是用这种方式提供植物所需的无机物）太复杂，难以复制。
耕耘之后，土壤里面还是会有土壤微生物，然而一旦施用化学肥料，它们就不大可能为植物提供这些多样的养分。简单来说，施用化肥干扰了大自然里伟大的合作关系。按照这合作关系的条件，植物应该把碳基糖输送到根部各处给微生物，以换取养分。肥料瓦解了这种一手交钱一手交货的系统，植物变懒了。
美国农业部的微生物学家尼可斯（Kristin Nichols）表示：“添加肥料时，我们是把养分放到植物的根旁， 植物不需要送出任何碳就能得到养分，结果是土壤微生物得不到足够的食物。”
施加化肥的庞大连锁效应
菌根菌少了含碳的伙食，就无法生长，让自己的碳链在土壤里延伸。菌根菌和其他土壤微生物无法产生黏着剂，把碳固定在土壤里形成保水的团块。微生物会休眠，如果情况太恶劣，就会死亡。这时土壤中的生命和土壤结构都破坏殆尽，农民不加化学肥料，就无法种出像样的作物，这样的情况至少会持续几年。“然后我们落入一个系统，想要维持或增加收成，就得添加愈来愈多的肥料。施肥不足的时候，就会看到像肥料缺乏的症状，这是因为少了那些生物的有益活动。”尼可斯如此说。
惯行农法每年使用大约 1440 万公吨的化学肥料，然而肥料的效率极差。化学肥料里大部分的磷会迅速和土壤里的无机物结合，然后植物就无法利用了。土壤微生物有酵素可以把磷变成植物可用的形态，但施用化学肥料时，这些微生物常常已经休眠或死亡。氮吸收的相关问题更是严重。若没有健康的土壤生物作用把氮转化成植物可利用的形态，会有高达五成的氮流失，被雨水或灌溉水冲进地下水或溪流中，这些水域因此富含养分，结果长出藻类，而藻类会吸光水里的氧气，产生死亡区。墨西哥湾有个世界级的死亡区，位于密西西比河河口附近，面积大约一百五十四万公顷，就是肥料流出的结果。2012 年的旱灾有个好处：没那么多富含氮的河水注入海湾，墨西哥湾的死亡区因此缩小。
一般而言，传统农民对付化学药剂吸收力差的方法，就是增加施肥。他们为了让土壤里有 50 公斤的氮，会加进 100 公斤。
耕耘和施肥的后续效应令大部分农民不安，然而所有人（从农校的教授到郡推广部的职员）多年来一直告诉他们，这样才能打造成功的事业。现在化学肥料的价格高涨（制造肥料和施肥都很耗燃料），许多农民和农业相关人士开始寻找更理想的方式。伯利郡的魅力就在此，这些农民恢复和自然更密切合作的方式后，作物长得一样好，甚至更好（通常更好），而他们不用化学药剂，还省下数千美元。
犁田扰动了土壤，碳到哪里去？
人类的生活方式一从狩猎采集演变成农耕，就开始改变土壤和大气中二氧化碳的自然平衡。公元前五千年左右，人类开始制造简单的种植、收割工具。最早的工具只是挖掘用的木棍，不过在公元前二千五百年，印度河河谷已经有人用动物来拉犁了。
犁田看似没有害处，而且带着抚慰人心的田园气息，尤其是用牛或马来拉犁的时候。但在自然界中，没有东西会定期、重复地翻起十五至二十公分深的泥土（犁田就会翻到这么深），因此植物和土壤生物的演化中都没有经历这么剧烈的扰动，也无法适应。
现代的机械化农业加重了这个问题：重型机具把土壤压得更紧实，也就需要犁得更深，才能松动土壤。更多土壤被翻起、曝露在空气中，土壤碳接触到氧，结合成二氧化碳，散逸到上层大气中。这些碳可能已经藏在地面下几百或几千年。
畜牧也打乱了碳的平衡。在人类驯养反刍动物之前，这些动物成群结队在大草原上漫步，啃食草和其他植物的顶端，撒下大量肥沃的粪便回报。牠们害怕掠食者，待在一个地点吃草的时间也绝不会太长。然而人类放牧这些牲畜的模式造成了剧烈的变化，动物不再持续在平原上游荡，而是限制在一个地区，他们会把地上的草吃得一干二净，连根拔除。
放任牲畜把草原吃成光秃秃的地面，会阻碍一种伟大的生物过程，也就是当初把碳大量储存在地下的光合作用。植物吸取空气中的二氧化碳，把二氧化碳跟阳光结合起来，转化成植物可以使用的能量，也就是碳基糖。不是所有的碳都由植物消耗，有些是以腐植质的状态储存在土壤中，这个稳定的碳分子网络能在土壤里留存几个世纪。
土壤里的碳有许多好处，包括让土壤更肥沃，让土壤形成蛋糕般的质地，内部含有许多小气室。富含碳的土壤可以缓解干旱或洪水：下雨的时候，水被土壤吸收、留住，而不是积成水潭或流走。健康的土壤也富含微小的生物（一汤匙里的数目高达六十亿），可以分解随着雨水渗入土壤的毒素和污染物。
除了光合作用，没有其他自然的过程会持续从大气中移除那么大量的二氧化碳。人类若要用那么大的规模来移除二氧化碳，不是所费不赀，就是无法保证安全。光合作用能调控建造生命的碳进入土壤的稳定循环，并产生我们许许多多的生命赖以维生的另一种气体：氧气，因此对我们星球上的生命而言，光合作用是最基础的自然过程。
从25年前我第一次读到全球暖化的报导以来，我第一次觉得有希望。土壤可以拯救我们。我真的相信。
让土壤“种植碳”，靠碳赚钱
我在2012年9月造访澳洲的时候，用生物方法来储藏碳的方式中，唯一受到认可的是种植树木，并保证在一百年之内不砍伐。这使农民怨声载道，他们觉得全球另一个隐藏的危机是要喂饱在2050年预估会成长到96亿的人口，而把现有的农地变成森林，实在说不通。
有许多农民发现他们的腐植质有助于隔离大气中过剩的二氧化碳，他们变成平民科学家，实验“种植碳”的新方式，也成为创业者，努力思考这种新作物怎么让他们获利。
他们希望碳农业倡议可以扩大奖励碳储藏活动的清单，把用更好的土壤管理方式来培养土壤碳也纳进去。世界各地的农民把这样的管理称为碳农业──至少在2006年是如此，那一年，佛蒙特州的柯林斯和人共同创立了一间公司，名为“美国碳农”。
美国碳农将碳权当作商品，也就是碳汇，一公吨大气的二氧化碳转换成土壤里272.5公斤的碳，由农民将这些碳从空气中固定到土壤，买主是任何想投资土壤再生的人，或是想弥补自己的碳足迹的人。这个计划虽然最后还是没能运作，却令人鼓舞。
不过实际的钱在易手的时候有个可能的风险：要计算土壤碳积存的报酬，会既缓慢又有争议。这多少是因为土壤并不透明。没人怀疑种树可以移除空气中的碳，并把碳以稳固的型态锁在土壤中。那就发生在我们眼前，虽然碳一直躲在土壤里。然而，我们对土壤的了解通常不如其他生态系，要说服政策制定者和其他人相信土壤可以吸收、储藏碳，格外困难。
如何具体测量碳储藏量？
培养土壤碳的潜在益处很大，有人就发展出一些通则，让这种生物帐对齐经济帐。首先，储藏的碳量必须可以测量，才能纳入会计系统。
第二，储藏碳的活动必须是额外的措施，这表示采取免耕或覆盖作物的农业家，先前必须不曾采用这些农法。
第三，培养土壤碳的活动不能有碳泄漏，也就是别处的土壤碳不能因此减少。如果一个农业家采取某种方法培养土壤碳，却使自己土地的生产力下降，其他农民或牧人因此必须用会破坏土壤碳、把碳释放到大气中的传统方式来补足粮食供应量，就是碳泄漏。换句话说，土壤碳的总合并没有增加。
第四，碳的储藏期必须有意义，而这个想法引起一些强烈争议，主题就围绕在“永久”的概念上。比方说，有个农民或许在土地上培养了五年的土壤碳，但他把农场卖给别人，那人把土地变成住宅开发地，如此一来，积蓄的那些碳就会在推土机推过后散逸到空气中。
当土壤碳和微生物、真菌群落都被切开割碎之后，即使是形态最稳定的土壤碳，也会在几年之内分解，就像树木储藏的碳会因火而释放到空气中。
为积存土壤碳而付钱的人，当然不希望这种事情发生，但实际情况是农地会易主。不少农地签的是年年更新的契约。依据经验，在五年间，大约17％到20％的土地会更换经营者。变动可不少。
一个复杂的生物系统里很少有什么是永久的，这很难计量！当然了，就算煤也不是碳储藏的永久形态。或许只有钻石是永久的。不过世界各地都有聪明人努力发展出协议，这些协议拟定了自愿市场或规范市场，以科学眼光来看很可靠，并且能查证、奖励那些可以储藏土壤碳、减少其他温室气体的农法。
即使是与全球暖化的商机无关的人，也逐渐关注健康的土壤。农业与自然资源经济学家榭尔在电话里告诉我：“现在有许多团体在做大规模的复杂分析，想知道健康土壤和健康田野的价值。我认为这情况会扩大到政策上，而人们愈来愈意识到，有些土地管理能提供各种生态系统服务，而忽略这种管理，我们会付出代价。”
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