菲尔·罗伯逊可能即将解开一个长期存在的谜团。
有机食品的拥护者经常说，这种拒绝使用合成肥料和农药的做法是遏制气候变化的好方法，因为它在土壤中储存了更多的碳。但除了传闻轶事之外，没有人能够真正解释为什么有机田地比传统田地在地下保留更多碳背后的动态机制。
罗伯逊是密歇根州立大学凯洛格生物站的一名研究员，他认为自己可能找到了答案：一种名为酚类化合物的化学基团，这是一类复杂的化合物，也可以保护植物免受疾病和害虫的侵害。
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“只有通过排除法，我们才会得出化学解释，”罗伯逊说。他认为，当农民种植绿肥作物（如豆类和豆科植物）在种植前为土壤补充氮时，酚类化合物会进入土壤。这些化合物会在土壤中的碳周围形成屏障，保护碳免受将其转化为二氧化碳气体的微生物的侵害。虽然有机农民并不是唯一使用绿肥作物的种植者，但他们比传统种植者更依赖绿肥作物。
在理解酚类化合物的作用后，罗伯逊的发现可能有助于更好地理解如何减少全球农业部门的排放。
罗伯逊说，有机农业将更多的碳储存在地下的观点并非新颖。但豆科植物可能产生不成比例的酚类化合物这一事实可能是独特的。罗伯逊计划在来年发表这项研究结果。
当吸收进地下的碳多于以二氧化碳形式释放的碳时，碳就会在土壤中积累。当种植者混合堆肥、死亡植物物质和其他改良剂以保持土壤健康时，微小的土壤微生物开始分解这些物质。最终产物是二氧化碳，它会释放到空气中，大量释放会加剧气候变化。
凯洛格生物站的长期生态研究站的研究人员测试了没有使用任何合成化学物质的玉米、小麦和大豆田，以及使用标准量的合成肥料和农药的田地，还有使用传统系统三分之一投入量的地块。他们在过去20年里观察了这些地块。
在一些土壤中，如为了尽量减少扰动而几乎不翻耕的免耕土壤中，较大的土块会形成阻挡二氧化碳逸出的屏障。但在罗伯逊的实验中，有机地块是被翻耕过的。
“我们知道，它不太可能是物理保护，”他说。
“许多灰色地带”
有机地块碳含量高令人惊讶的另一个原因是：有机农业的生产力往往低于传统农业，因此当植物死亡时，进入土壤的腐烂物质较少。
罗伯逊将这种动态与富含碳的森林土壤进行了比较，在森林土壤中，木质素（在树叶、树枝和树枝中发现的使植物坚硬的化合物）也能阻止碳逸出。在农田里，木质素要少得多，但罗伯逊认为酚类化合物起着类似的作用。
“酚类化合物维持着一种对微生物非常不利的微气候，”罗伯逊说。
农业占温室气体排放量的 13.5%，主要是二氧化碳、一氧化二氮和甲烷。土壤储存了地球上三分之一的碳，因此，努力将碳保存在地下可能对减缓气候变化产生巨大的好处。
联邦农业研究服务局的土壤科学家辛西娅·坎巴德拉最近发表了一项关于碳储存的十年研究，该研究表明，有机农业显著改善了土壤上层 15 厘米的碳储存。但其原因她并不清楚。
“在很多灰色地带，我们对这里的知识并不完整，这并不是因为缺乏研究，”她说。“我们需要更完整地了解土壤微生物群落是如何运作的，以及控制和驱动碳是否储存的过程。”
周三，农业部长汤姆·维尔萨克谈到了绿肥作物对于维持肥沃土壤、控制侵蚀、保持水分和储存碳的重要性。尽管农民认识到绿肥作物的重要性，但许多人由于担心种植绿肥作物可能与作物保险规则相冲突，因此不愿使用绿肥作物。维尔萨克宣布推出新的绿肥作物指南，以鼓励农民使用它们。
将碳储存在土壤中也可以帮助农民从碳信用额中获利，为那些注意将碳保存在地下的种植者提供额外的收入。去年，经核实的碳标准批准了非洲一项世界银行运营的首次土壤抵消计划。在俄克拉荷马州，该州的保护委员会运营一项碳计划，该计划为农民每封存一吨碳支付高达 3.50 美元的费用。
但如果没有额外收入的诱惑，保持土壤富含碳并非大多数种植者的优先事项。
“对农民来说，激励措施是掠夺土壤；这是最便宜、最快赚钱的方法，”可持续食品实验室下属的农业和气候项目“酷农场研究所”的项目经理丹妮拉·马林说。马林致力于通过碳市场找到使低碳农业盈利的方法。
有机农业并不能降低一氧化二氮的排放量
马林说，在选择遏制气候变化的最佳方法时，她并不偏爱有机农业而不是传统农业。但是，富含碳的土壤实践往往更容易被有机农民采用。例如，堆肥或用于改良土壤的植物腐烂残骸往往会添加更稳定的碳源。
然而，有一些原因表明，对于阻止二氧化碳进入大气层而言，有机农业可能比传统种植更糟糕。有机作物的产量往往较低，这意味着需要更多的土地来种植相同数量的食物。
总的来说，关于如何量化碳的信息一直缺乏。“在农场层面，碳足迹是被猜测出来的，”马林解释说。
尽管有机农业可能在低碳农业的竞争中胜出，但在另一种更邪恶的温室气体——一氧化二氮方面，它们似乎并不比传统作物做得更好。
一氧化二氮 (N2O)，或称笑气，其全球变暖潜能是二氧化碳的 200 倍。大约 80% 的一氧化二氮排放来自农业，因为氮基肥料与氧气结合并以气体形式释放出来。
事实证明，富含绿肥作物的有机田地排放的一氧化二氮与依赖于刺鼻的氨基工业肥料的传统作物一样多。
“产生它的微生物并不关心氮来自哪里，来自墨西哥湾沿岸的一家化肥厂，还是来自去年春天固定氮的豆科植物，”罗伯逊说。“他们关心的只是那里有什么，而且他们都会一视同仁。”
这个故事的部分内容得益于新闻与自然资源研究所的奖学金。
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