控制农场排放的秘密隐藏在石器时代

北卡罗来纳州沿海平原的乡村公路边上，有一片不同寻常的森林。火炬松的翠绿色树枝高出柔软的丛生草丛 60 英尺，在微风中轻轻摇曳。树木间距很大，相距 20 到 30 英尺，下部树枝被移除，形成了一个通风的、大教堂般的树冠，阳光透过针叶洒落下来。

树林给人一种奇怪的宁静、原始的感觉。突然传来一阵咕噜声，远处有巨大的黑色物体在移动。一辆皮卡车驶来，进一步打破了人们的遐想，从车里跳出一位身材苗条、头戴棒球帽的中年男子。

“布隆·兰尼尔，”他伸出一只手说道。“抱歉我迟到了。我刚刚处理完一头小牛。”

这些形状是拉尼尔的红安格斯牛，它们正在慢慢走过。这片森林占地 100 英亩，是拉尼尔 400 英亩松林农场的牧场，是古老技术“林牧结合”的现代体现，即森林与动物的结合。

对于拉尼尔（他的祖先在松树现在生长的地方种植烟草，是第三代烟草种植者）来说，这种不同寻常的种植方式是常识，他在过去 30 多年中一直在种植这种方式。通过定期销售木材，这些树木增加了他的利润，而当牛不用在 90 度的高温下吃苏丹草时，它们的肥育速度会快 20 天。

他滔滔不绝地谈论着野生动物栖息地、水土流失控制以及这片土地提供的宁静感。“我喜欢这片原始的土地，树木的宁静，”他一边开车穿过牧场，一边用一种舒缓的慢吞吞的声音说道，仿佛置身于侏罗纪公园的农业狩猎之中。他指着之前接生的小牛犊，它湿漉漉的，摇摇晃晃地躺在一片散发着甜美香气的林间空地上。“谁不想在一片阴凉的草地上生孩子呢？”

除了皮卡车和一些电围栏外，这一幕可能在新石器时代就曾出现过，当时人类首次将游荡在新月沃地的野牛驯化为牛。这种做法是最早的农业活动之一，但现代农场和牧场的荒地和饲养场已将其基本一扫而空。

然而，环境科学家认为，林牧业的复兴是减缓气候变化的一种手段。畜牧业排放占农业总排放量的三分之二，而奶牛打嗝产生的甲烷是其中最大的一块。拉尼尔对全球变暖是否真实存在持怀疑态度，但他的松树将二氧化碳从天空吸收到地面，却有助于抵消牛对地球灾难的贡献。

全国各地的农民和牧场主都在扭转农业生产，以便将他们管理的土地转化为应对气候问题的武器。总体而言，种植业每年向空气中排放约 80 亿吨碳。这几乎占排放量的四分之一——大致相当于热能和电力生产的总和，远远超过运输量。

据传，美国农业部发现，林牧混合农场数量虽少，但数量在不断增长，而其他吸收空气中温室气体的方法（统称为碳农业）正在经历更大的复苏。曾经无处不在的耕作方式，在翻动土地时将土壤中的碳排放到大气中，已从 21% 的土地上消失。覆盖作物通常在淡季播种并留在田地里腐烂，也越来越受欢迎。

自 1990 年代以来，此类做法一直在兴起，甚至在为通用磨坊和麦当劳等公司供货的大型企业中也是如此。但对于资金紧张的中型农场主（他们占美国种植者的大多数）来说，采用这些做法可能是一个挑战。虽然这些方法可以降低成本（耕作次数减少意味着拖拉机燃料消耗减少，土壤肥沃则需要的肥料更少），但它们也可能影响产量。农学家正在制定路线图，以帮助人们投资变革，并将注重气候的做法提升到可以养活全球 75 亿人口的水平。

找到这些答案对地球至关重要。根据俄亥俄州立大学碳管理和封存中心主任拉坦·拉尔的分析，以农场为基础的排放捕获可以让我们实现《巴黎协定》的大部分目标，即使不是全部。“如果联合国有人按下开关，说‘你必须把每件事都做得完美’，情况就会如此，”他说。“即使我们只能实现在最佳条件下可能实现的一半或三分之一，我们也已经有所作为了。”

在距离拉尼尔牧场不远的樱桃农场（Cherry Farm），这是北卡罗来纳大学下属的一个占地 2,200 英亩的设施。生物学家托马斯·莫雷诺（Tomás Moreno）穿过有机种植的玉米秸秆的狭窄通道，停在土壤上方的一个密闭金属室前。他将注射器穿过盖子上的橡胶垫圈，抽取从地面渗出的空气。该样本将送往美国农业部实验室，以分析其温室气体含量。

作为 2018 年启动的一项长期项目的一部分，莫雷诺和他的同事全年在代表十几种耕作方式的地块上重复这一过程。“我们的问题比答案还多，”莫雷诺一边说，一边驱赶一只巨大的黑黄色蜘蛛。他们追踪的许多方法——包括不同程度的耕作、覆盖作物和牲畜整合——都是新石器时代农业生活的现代类似物。他们的发现将有助于确定如何最好地补充地面流失的碳。

土地自然地想要保留碳元素。植被（越多越好）从天空中吸收碳元素。根部将一些碳元素排泄到土壤中，为地下微生物提供养分，这些微生物排泄和死亡并与腐烂的动植物聚集在一起形成腐殖质，这是一种深色易碎物质，其中 50% 到 60% 是碳。这种物质就像是吸收养分和水分的海绵，可以在土壤中稳定存在数千年。

早期农耕几乎未扰乱这一循环。东南亚狩猎采集者大约在 1 万年前驯服了鸡，它们在盛产香蕉和芒果等早期作物的森林中觅食。同样，亚马逊曾经是一个松散的花园，有 100 多种植物，包括可可和菠萝。部分雨林仍然保留着黑土（葡萄牙语中的“黑土”），这是一种富含营养的地被植物。

随着社会的发展，需要扩大农业生产规模，富含碳的土地变得碳含量低。农民焚烧越来越多的土地，这是清理土地最简单的方法——但同时也是一个巨大的污染源，也是导致气候变质的第二大元凶——犁地的途径。

大约 7,000 年前，美索不达米亚人发明了犁，这是一种用牲畜拉动的木制锄头状工具，用于翻耕大麦和鹰嘴豆田。大约公元 0 年左右，犁演变成一种铁制工具。1918 年，当约翰迪尔公司推出无处不在的拖拉机时，犁耕进入了指数增长阶段。

犁刀闪闪发光的钢刃具有明显的吸引力。犁可以连根拔起那些占用养分、水和阳光的杂草，还可以松土，让幼苗更容易生长。但是，暴露的土壤会让碳化合物氧化到大气中，它们就无法再发挥其应有的作用：为植物提供养分。犁就像一把双刃剑——既能提高产量，又能巩固对化肥的依赖。

由于这些方法，自我们开始耕种以来，我们已经释放了多达 600 亿吨的碳，约占人类排放到大气中的碳总量的 30%。土壤科学家拉尔估计，通过更好的土地管理，每年可以收回 4 到 5 亿吨碳。

如今，放弃耕作似乎不可思议，但生态系统长期以来一直能够在没有耕作的情况下实现强劲增长。美国农学家爱德华·福克纳 (Edward Faulkner) 在其 1943 年出版的《农夫的愚蠢》一书中提出，我们最好以模仿自然的方式耕种土地。

福克纳的智慧几十年来一直默默无闻，但土壤枯竭已慢慢迫使耕种者接受这一想法。“免耕”拖拉机附件于 20 世纪 80 年代和 90 年代出现。这些附件在不扰动土壤的情况下切开农作物残渣，在肥沃的泥土上留下富含碳的覆盖物。

不过，停耕并不是一劳永逸的解决方案。像生菜这样的小粒蔬菜很难生根，而玉米和大豆（美国种植最多的两种作物）等大粒作物则很容易适应。在停止耕作后的头几年，农场的产量可能会下降，但掌握了耕作技巧的采用者发现，他们的产量一样多，而且节省了大量的劳动力和燃料。虔诚者吹捧碳回归大地是一种灵丹妙药：更健康的土壤能长出更健康的作物，而所需的肥料更少。

覆盖作物进一步加强了碳农业生活方式。种植覆盖作物是为了丰富土壤，而不是为了收获，最常见的植物包括三叶草、野豌豆、各种不能食用的萝卜和黑麦草。它们在秋季收获后、春季种植前开始种植，或在主要生长季节作为地被植物种植，它们在死亡后吸收碳并为土壤提供养分。这些成本增加了农场脆弱的财政状况的开销，但根据美国农业部对农民的调查，提高产量和减少化肥支出有助于这种做法平均在三年内收回成本。

根据“项目缩减”的分析，那些将免耕作物和覆盖作物结合起来的人每年每英亩可以捕获大约半吨的碳。“项目缩减”是一个由学者和倡导者组成的国际合作组织，旨在评估缓解策略的潜在影响。

铁杆碳农甚至追溯到更久远的过去，将树木融入其中——就像拉尼尔和他的林牧业一样。这种方法每年每英亩可吸收近 2 吨大气中的二氧化碳。根据 Drawdown 的数据，其他将农作物与树木混合的形式（称为“农林业”）吸收的二氧化碳更多，使其成为最具潜在影响力的转变。这种方法也可以带来丰厚的利润。遮荫种植的巧克力对巴西农民来说价格不菲，而成为西班牙著名伊比利亚火腿的猪则以橡树掉落的橡子为食。然而，采用这种方法面临着巨大的障碍：可能需要几十年才能收回种植和培育树冠的成本。

在樱桃农场，美国农业部首席研究员艾伦·弗朗兹鲁伯斯 (Alan Franzluebbers) 已经开始仔细研究其团队的气体采样早期数据。正如预期的那样，土壤扰动最少、植物生命最多的系统储存的碳更多。但更细微的洞察可能会导致新的调整。例如，松树和胡桃树比柏树和白蜡树是更好的碳汇（对拉尼尔来说是个好消息）。最终，弗朗兹鲁伯斯将把这些发现转化为针对北卡罗来纳州东部沙质平原的气候意识建议；其他地区也在进行类似的实验。“我们必须将碳返回土壤，”他说。“我们需要比现在更快地采取行动。”勇敢的农民不会等待。

2019 年 3 月初一个晴朗寒冷的日子，艾奥瓦州拉科纳的第五代种植户贾斯汀·乔丹 (Justin Jordan) 正在仔细查看餐桌上摆放的旧地图。一张皱巴巴的泛黄图表展示了他的祖父在 1950 年代与美国农业部共同制定的一项土壤保护计划，其中包括用于控制侵蚀的梯田和指定用于植树的区域。该机构正在努力扭转数十年来大规模耕作造成的关键表土流失。

他的祖父实施了该计划的部分内容。但新的合成肥料可以使产量提高 50%，情况有所好转，因此他每年都继续耕种玉米和大豆田。乔丹的父亲和大多数其他农民也是如此。在过去的 150 年里，耕作已经消耗了地球大约一半的表层土壤。

乔丹是一位彬彬有礼、说话轻声细语的 30 多岁的男子，21 世纪初他接手农场后，就停止了耕作，开始种植覆盖作物。“我渴望以不同的方式做事，”他说。“似乎每年表层土壤都在变薄。”乔丹管理着 410 英亩的土地——比大多数在周六集市上兜售蔬菜的农场要大，但与 10,000 英亩的企业经营相比，还是小巫见大巫。

航拍照片显示了他的土地与其他农民的土地之间的对比，大多数农民仍在继续进行重耕。他的土壤又黑又肥沃，但从空中看，他的田地看起来更浅，上面覆盖着堆积的覆盖物。多年生干草带（供他的牛群食用）和马利筋等本地草原物种蜿蜒穿过山坡——这些全年生长的植物将碳泵入土壤。邻近的贫瘠田地则不断释放碳。

乔丹在十月份收获玉米后，就在枯萎的玉米秆中播下一层黑麦，这些黑麦到第二年春天仍保持绿色，然后他把黑麦砍倒，在覆盖物中播种来年的作物。在九月收获前，他在大豆田里撒上黑麦、萝卜和燕麦的混合物，在齐膝高的经济作物下面形成一片迷你森林。通过这些改变，他的产量与邻居的产量大致相同。

很快，像乔丹这样的人可能会获得财务优势。Terraton 倡议是美国首个专注于农业的碳市场，于 2019 年 6 月由农业科技初创公司 Indigo Ag 推出。想要抵消排放的公司可以购买碳信用额度；然后 Terraton 向种植者支付每吨 15 美元的碳费用，以换取他们土地上捕获的碳。在六个月内，全球共有 1000 万英亩土地的农民（涵盖了现代农业的许多大型农场）表示有兴趣加入。

钱越多越好，但气候变化才是乔丹的动机——出于对全球的担忧，也为了防止他的收成被冲走。“我小时候，一场暴风雨下 2 到 3 英寸的雨几乎从未发生过，”他说。“现在我们经常看到 6 到 7 英寸的雨。”

碳元素的增加会形成抗侵蚀的团块，即聚合体，以及一层能软化暴雨的植物残留物。“我能经受住大雨，”乔丹说，“在干旱时期，土壤上有一层覆盖物可以防止水分流失。”根据美国农业部的数据，有机物质（富含碳的分解产物）每增加一个百分点，一英亩表层土壤就能多容纳 2 万加仑的水。

乔丹开着吉普车带我参观他的农场，路过一个结冰的池塘和齐腰深的浅黄色草原草地，他思考着获取更多碳的方案。他想找到一种方法来增加树木，但这是一项长期投资，短期收益不大。他说，近年来农作物价格暴跌，因此农场主不愿承担风险。“我处于生存模式。”

尽管如此，他仍为能成为日益壮大的少数派的一员而感到自豪，他们推动将碳农业实践作为对抗气候的武器。2019 年初，他参加了在得梅因的一座教堂举行的信仰、农民和气候行动会议。会议组织者是一家提倡以宗教方式应对全球变暖的非营利组织，他们已成功号召爱荷华州保守社区的少数种植者停止耕作，转而种植覆盖作物。

不管他们是如何招募的，碳农都需要成为一支大军。像乔丹这样的种植者代表了美国农业的大部分（平均农场面积为 443 英亩），因此要发挥其潜力，中型企业和大型种植者都需要参与其中。总的来说，地球上 120 亿英亩的农田可以吸收大气中积累的所有二氧化碳。目前，土壤中碳的平均浓度约为 1%；将 30% 的土地的碳浓度提高到 3%（理想的生长条件）就可以达到这个目标。

乔丹不在乎需要什么样的激励措施——金钱、像拉尼尔一样成为土地“好管家”的愿望，还是重建表土的满足感——来接触那些尚未皈依的人。他意识到我们的命运可能取决于这场革命，他对采用的速度感到沮丧。“大多数农民只有在看到经济利益时才会这么做。”但是，即使没有别的，他也获得了无价的东西：“我觉得我是在问心无愧地耕种。”

本故事刊登在《大众科学》 2020 年春季《起源》期刊上。