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    企业动态

    农田碳交易来了,养肥土壤就是养肥自己的腰包,也为气候变化做了一份贡献

    作者: 再生农业 Regenerative Ag 2020-04-16 03:43:53

         在美国和欧洲正在兴起一种农田碳交易的方式,通过向农民购买农田碳量,以激励农民使用再生农业的土壤管理方式提高农田土壤中储存碳量。我在去年2019年夏天拜访了Trey Hill位于马里兰州东海岸的农场。他自豪地为我们介绍农场的土壤,带着铁锹和我们走进大豆田深处,拨开上茬玉米的秸秆和冬季覆盖作物的残茬,挖出充满有机质的土壤。从与Trey交流中可以感觉到他不是普通的农民,是个精明的生意人。他指着农田里的土壤对我说,这是他农场盈利的基础,养肥土壤就是养肥自己的腰包。然而同时,他养肥的土壤也为气候变化做了一份贡献,这个贡献也通过自愿碳交易的方式激励他继续养地。(李颖)

         如果在全球范围开展土壤健康保护和土壤建设措施,就可以提供避免全球变暖突破2℃的屏障所需的近10%的碳减排目标。


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    原文链接:https://e360.yale.edu/features/can-carbon-smart-farming-play-a-key-role-in-the-climate-fight

    作者:Gabriel Popkin

    编译:谭雅馨、李颖


    特里·希尔(Trey Hill)带领一小众农民来到他位于马里兰州东海岸农场办公室外的一块田地。那是一个多云的二月天,地面五彩斑斓——紫色红色的萝卜头与绿色的黑麦、紫云英和三叶草混杂在一起,下面是肥沃的棕色土壤。希尔伸手从地上拽出一根又长又粗的白萝卜,给参观者展示粘在毛茸小根上面的咖啡色土块。他解释说,这些是土壤储存的碳——不会让地球变暖的碳。


    希尔并没有采取“智慧碳”的做法,比如种植覆盖作物来应对气候变化。他只是为了土壤健康、蓄水和赚钱。但是,当像希尔这样第三代农民了解到Nori(一家位于西雅图的初创公司))销售像希尔农场土壤储存碳的信用时,希尔全力以赴参与进来。他并不期望会有意外收获,但他想向其他农民证明,他们可以在应对气候变化的同时赚到钱。他说:“如果我们能成功赚些钱,那就太好了。”“如果不行,那就得有人先来,我们愿意冒这个险。”


    今年年初,Nori以11.5万美元的价格购买了希尔土壤中储存的8000多吨碳。他说,如果将来他所耕种的土地每1万英亩每年能多储存1吨碳——达到他期望的最好水平——他每年能赚到15万美元。


    随着社会努力摆脱对化石燃料的依赖却依旧停滞不前,土壤固碳等“基于自然的气候解决方案”便迅速获得了发展动力。2018年,美国科学工程院报道说,科学家认为以减少大气碳而不是简单地减少新碳排放为目标的“负排放技术”——能够将全球变暖稳定在2℃(3.6华氏度)以下的水平。美国科学院的报告还指出,土壤固碳是一种成本效益高且易于操作的气候解决方案,仅在美国每年就可以消除2.5亿吨甚至更多的二氧化碳。这大约是美国2008年54亿吨二氧化碳总排放量的5%。


    就在刚刚的3月份,由大自然保护协会(TNC)研究人员领导的研究团队报道,如果在全球范围开展土壤健康保护和土壤建设措施,就可以提供避免突破2℃的屏障所需的近10%的碳减排目标。



    企业、慈善家和政府正投入数百万美元用于土壤气候倡


    现在,像微软(Microsoft)和通用磨坊(General Mills)等公司,莱昂纳多·迪卡普里奥(Leonardo DiCaprio)等慈善家以及大大小小的政府正投入数百万美元用于土壤气候倡议。总部位于波士顿的一家农业科技公司Indigo Ag表示,数千位在1800多万英亩农田里劳作的农民(几乎都在美国)表示有兴趣参与其土壤固碳计划。一个由食品巨头和像TNC这样的非营利组织组成的联盟已经筹集了2000多万美元来建立一个出售土壤碳信用的生态补偿市场。博尔德、科罗拉多和旧金山等城市正将土壤固碳纳入其气候行动计划。加州已经向一些减排温室气体的农民支付了费用,而马里兰州的立法者正考虑为希尔这样的“智慧碳”农民提供新资金。在国家层面上,美国参议员Cory Booker (D-NJ)、众议员Deb Haaland (D-NM)和Chellie Pingree (D-ME)提出了向采取气候友好措施的农民支付费用的法案,农业部长Sonny Perdue也表示支持这一观点。


    但越来越多的科学家担心,在支持碳农业的科学技术尚未成熟之前,要求采取措施应对气候变化的社会压力越来越大会使得资金流向所谓的碳农业。新的研究表明,即使是长期以来被接受的固碳措施也可能无法产生预期的气候效益。对2米深的土壤测量已经让人们严重怀疑减少土壤耕作对气候的影响,而类似的研究也在质疑,作物在某些情况下能固定多少碳。专家称现在迫切需要收集大量农场的土壤碳数据。


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    特里·希尔在他位于马里兰罗克霍尔的农场里。


    从第一台犁破土开始,农业就一直在排放CO2。将表层土壤中的含碳分子与大气中的氧气混合,产生的温室气体比其他任何气体都更危害人类文明。最近的估计表明,全球约1330亿吨碳从土壤中流失,约占工业革命以来人类排放的碳总量的四分之一。


    上个世纪的技术进步大大提高了农业排放量。粮食系统使用的化石燃料,包括拖拉机等运输工具的燃料以及化肥生产的能源,现在占所有温室气体排放量的10%以上。施入土壤的化肥会导致微生物释放N2O,这种温室气体的威力是每分子CO2的300倍。据美国环境保护署称,大约6%的全球变暖是由N2O造成的。


    但还是有可能逆转这种趋势。2004年,据俄亥俄州立大学的土壤学家拉坦·拉尔(Rattan Lal)估计,理论上讲,农业和土壤管理实践的变化可能会导致土壤中2/3的流失碳重新流回地下,从而大幅减少大气中的CO2。拉尔等人的建议表明,增加上层土壤中含碳化合物的比例包括减少或停止使土壤碳暴露于空气中的耕作,以及覆盖作物残留物和覆盖作物(谷物、豆类或其他蔬菜),不是为了收获,而是为了减少土壤侵蚀、增加土壤养分和富含碳的有机质。


    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,当时在干旱的西部土地耕作引发了毁灭性的沙尘暴之后,土壤保护成为当务之急,而新上市的除草剂使农民能够在不翻地的情况下除掉杂草。根据美国农业部的统计数据,目前美国1/3以上的农田是免耕的,另外1/3的农田则处于低耕管理。


    覆盖作物的推广虽然比较缓慢,但也获得了发展的动力。1992年,为了减少切萨皮克湾的污染,马里兰州政府开始资助农民在裸地上种植覆盖作物。尽管希尔对自己是否能从中获益持怀疑态度,但他还是率先尝试了。他说道,“在当时我们认为这与气候或土壤健康无关,并且觉得这都是一堆环境废话……然而后来我们发现它起作用了,逐渐开始看到土壤的改善。”就在他种植覆盖作物的地方,土壤的侵蚀少了,含水量多了。



    覆盖作物种植开始在美国全国广泛流行,从2012年到2017年种植面积增加了50%


    马里兰州现在是全美覆盖率最高的州。像希尔这样领先的农民已经从单一品种种植过渡到像他2月份展示的多样化混播了,这不仅能减少土壤侵蚀和水土流失,还能固氮和保护授粉昆虫。于是这种做法开始广泛流行,从2012年到2017年,全美覆盖率提高了50%。


    然而,通过给农民钱让他们减少碳排放的想法并没有实现。没有人知道如何准确而又经济地测量土壤碳在一个甚至多个生长季中积累时细微而缓慢的变化。土壤碳测量的黄金标准包括从田地中提取多个圆柱形岩心,干燥,在烤箱中燃烧,并测量释放的CO2,这是一个既耗时又费钱的过程。


    终于,技术开始能满足野心了。现在希尔像许多农民一样使用软件来记录他的农作数据——每次他将下地、喷洒化学药品或种植作物等大量数据输入到一个有助于调整输入和决策的“Granular”软件中。科学家们意识到,同样的数据也可以用来估算农场的碳汇和温室气体排放率。


    Granular的员工将希尔与Nori联系到一起。Nori是一家由理想主义的年轻环保主义者于2017年创办的初创公司,他们希望利用科技来降低补偿农民的固碳成本。Nori的员工认为希尔的Granular数据有助于解决碳测量的问题。接下来是双方的教育过程。Nori的创始人不熟悉保护性耕作的微妙之处,希尔对区块链了解不多,Nori想运用这项理论上安全、不牵扯银行的技术,让农民从CO2排放者那里寻求补偿。


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    初创公司Nori根据固碳能力将特里·希尔的农场分成若干块,然后卖给想要抵消碳排放的公司和个人。


    经过为期两年的讨论,Nori决定出售希尔从2014年到2018年五年的固碳信用,并运用由美国农业部生产的数字工具COMET-Farm来计算希尔对气候的影响。


    COMET-Farm从Granular等平台获取农作信息,将其与来自卫星和传感器的天气数据以及美国农业部数据库的土壤信息混合,再运用复杂的计算机模型估算土壤固碳和温室气体排放的速度。


    Nori不需要花费数千美元做实地考察或土壤样本,这就能够将验证成本保持在较低水平。验证过程花费了希尔差不多3500美元,尽管他还需要在10年内支付一笔审计费用,以确认碳是真的被固定。


    10月7日,Nori向希尔提供了每吨16.50美元的信用,其中1.5美元属于Nori,15美元给希尔。根据Nori的数据显示,共有342个买家购买了由该公司提供的14,011吨信用中的8,010吨。而其网站上不仅可以看到希尔农田的卫星图像以及每个农田的信用,甚至还有一些买家的名字,包括只想购买一两个信用的个人、像旅游公司BootsnAll的领导一样想要减少碳足迹的公司,以及类似亚利桑那州立大学和南加州大学施瓦辛格学院的机构。


    正是这种完全的透明度使Nori公司的希尔项目脱颖而出。他现在拥有区块链认证的证据来证明他的作物是采用气候友好型的方法种植的,他希望这能有助于他以高价出售小麦和大豆,也许能卖给华盛顿特区附近富裕的、对气候敏感的消费者。而且他正在投资这笔钱,以使他的经营更具可持续性。他刚刚订购了一种名为“卷板机”的设备,该设备不仅在不使用除草剂就能杀死覆盖作物,还能在同一块地的行道上种植经济作物。希尔说这个新机器有助于减少他在一个季节内喷洒除草剂和耕地的次数,从而通过Nori的销售获取更多收益。


    尽管推出势头强劲,但仍不能保证Nori能够成功。去年12月,当本文作者与Nori的首席开发官克里斯多夫·乔斯佩(Christophe Jospe)交谈时,他表示希望能在2020年第一季度前出售价值10万吨的信用,但到目前为止,该公司尚未有过再一次销售;乔斯佩提到拥有50多万英亩土地的150多名农民正在通过认证程序,计划于今年晚些时候出售他们的碳信用。


    Nori的竞争对手也紧追其后。去年6月,Indigo Ag宣布将开放碳市场,打算在今年春天公布其监测和验证方法,以期在年底前出售碳信用。第三个组织——生态系统服务市场联盟,将针对企业、市政和其他大买家提供固碳、水质和减少土壤径流的信用。目前该市场正在5万英亩的农田上进行试点,并宣布将于2020年在全国范围内推出。


    随着美国国会两院都在考虑通过立法鼓励采用再生农业技术,农民很快就会有更多方式应对气候变化。同样的事情在国际上也时有发生。澳大利亚和加拿大的阿尔伯塔省、萨斯喀彻温省已向农民支付了土壤固碳的费用,法国政府在2015年启动了“千分之四”计划,每年增加0.4%的土壤碳储量。


    希尔说道,“现在的发展势头非常强劲,我对正在发生的事情印象深刻。”


    然而,对于土壤固碳狂潮很多科学家却有着不同的看法。


    2006年,美国农业部土壤学家约翰·贝克(John Baker)通过测量分析1米深的土壤样本,研究免耕对碳的影响。从历史上看,大多数研究都只测量了顶部20或30厘米(8-12英寸),即所谓的犁层,发现那里有沉积的碳。然而,少数更深入的研究发现,在30厘米以下的土层中,碳的消失量大致相等。贝克和同事们报告说,免耕似乎改变了碳的垂直分布,而不是固定的总量。近期的一些论文也证实了贝克的发现。


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    机械耕作的土壤在水中会分解(右图),相比之下,免耕的土壤富含更多的有机质。


    覆盖作物作为一种气候解决方案一直享有较高的声誉。据大自然保护协会(TNC)本月发表的研究估计,如果全球农民都采用这种做法的话,每年可以吸收近5亿吨的二氧化碳。


    迄今为止,该研究与大多数研究一样主要依赖于犁层的测量数据。最近的深层土壤研究对覆盖作物的气候效益提出了新质疑。爱荷华州立大学的土壤学家进行了一项长达10年的实验,他们发现采样深度为1米时,深根的多年生植物和覆盖作物加速了土壤微生物的生长,这些微生物能够将作物沉积的碳释放到大气中。


    “只是在其中加入更多的碳并不意味着碳会留在那里。”该研究的合著者史蒂文·霍尔(Steven Hall)说道。


    加州大学戴维斯分校的研究人员在一项长达19年的研究中发现,在2米深的地方,除非使用昂贵的堆肥作为补充,否则仅靠覆盖种植不会增加土壤碳。研究负责人妮可·陶吉斯(Nicole Tautges)提到,“这真的是个意外发现,我们认为至少在半干旱的地中海环境中,覆盖作物似乎并没有像人们所说的那样发挥作用。”


    还有一些研究发现,在某些情况下,增加土壤碳会使土壤微生物增大活力,消耗氮素并释放出强大的温室气体N2O,除非小心管理氮肥,否则就有可能抵消固碳的气候效益。


    然而,通常专家们会质疑在大学或政府的长期研究基地进行的土壤固碳效益研究,因为这些研究并不一定能复制现实农场中所做的许多管理决策。耶鲁大学森林与环境研究学院的土壤学家马克·布拉德福德(Mark Bradford)说:“我认为那些反对这项倡议的文章和支持这么做的文章一样有很多漏洞。”



    现有方法无法准确测量特定农场碳积累的速度


    Nori所依赖的COMET-Farm工具反映了当前土壤科学的前景和局限性。它在很大程度上是基于美国每年向联合国报告的与农业相关的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表示,这些模型得到了来自100多个研究地收集的数据验证,是模拟土壤复杂化学反应和生物反应的最佳尝试之一。


    但即使是100个地点也只采集了30万种已知土壤类型中的一小部分样本和农民在整个职业生涯的生长季中所做出的数千个决定。COMET-Farm本质上也是在深度土壤问题上只考虑了土壤上层30厘米的碳含量变化。


    领导开发COMET-Farm的科罗拉多州立大学的土壤生态学家基思·包斯蒂安(Keith Paustian)说,很快他的团队将发布模型预测估计的统计不确定性,这将对Nori和其他用户有所帮助。但他认为科学已经足够强大以支撑碳市场。包斯蒂安表示,“我们已经从数十年的土壤科学和实地测量中取得了相当坚实的经验基础,我认为我们肯定有足够的知识储备向前迈进。”


    去年,耶鲁大学土壤学家Bradford召集了一群来自学术界和环境保护的研究人员,以评估现有的科学是否足够支撑基于土壤的气候解决方案。一篇在《Nature Sustainability》杂志上发表的论文中,作者们一致认为再生农业可以固碳。但他们也承认,现有的方法无法准确测量特定农场碳积累的速度。Bradford的博士生正在开发一种手持式野外扫描仪,利用土壤反射出来光的特性与土壤碳含量相关联的原理进行测量。