19 May 2023

助理教授 César Terrer 和最近的訪問學生 Stephen Bell 描述了不再具有生產力的農業用地如何在碳封存中發揮重要作用。

隨著世界努力實現國際商定的減少溫室氣體排放的目標，清除二氧化碳的方法（例如在開墾地區重新造林）已成為越來越重要的戰略。但麻省理工學院土木與環境工程助理教授 César Terrer、最近來訪的麻省理工學院博士生 Stephen M. Bell 和六其他人，在最近發表在《自然通訊》雜誌上的一篇開放獲取論文中。在這裡，Terrer 和 Bell 解釋了這些“後農業”土地在幫助對抗破壞性氣候變化方面的潛在用途。

問：未利用的農業用地作為碳匯有助於減緩氣候變化的潛力有多大？

Bell：我們知道歷史上有這些巨大的土地廢棄和後農業繼承的例子，比如從古代美索不達米亞到瑪雅人的主要城市的崩潰。當歐洲人在 15 世紀抵達美洲時，死了那麼多人，廢棄的農田上又長出了那麼多森林，這有助於使整個地球降溫，並且可能是所謂“小冰”中最冷部分的驅動因素歲”時期。

今天，我們已經放棄了整個地中海地區的農田，我在那裡完成了我的博士實地工作。整個 20 世紀，隨著年輕人離開農村前往城市，農民無法將自己的土地轉讓給任何人，土地又重新變成了灌木林地。最近最大的放棄例子肯定是蘇聯解體，當停止對集體農業的支持時，估計有 6000 萬公頃森林重新生長，導致有史以來最大的碳匯之一歸因於單一事件。

所以，當我們回顧過去時，我們知道有潛力。當然，這些都是大事件，沒有人打算複製這樣的事情。我們需要將土地用於多種用途，但回顧這些重要的例子，我們知道廢棄或恢復的農業用地有可能成為碳匯。因此，這告訴我們要更深入地研究這個問題，更好地瞭解現實情況，更好地瞭解在最具戰略意義的地方停止農業的氣候變化減緩潛力。

Terrer：由於耕作、單一栽培、清除作物殘茬、過度使用化肥和殺蟲劑以及過度放牧等破壞土壤完整性的農業做法，土壤中已經損失了超過 1150 億噸的碳。從這個角度來看，碳損失量相當於美國曾經產生的CO 2排放總量。

我們目前的研究綜合了數千個實驗的實地數據，旨在瞭解影響廢棄農田恢復森林或天然草地的土壤碳積累的因素。我們正在努力量化這些土壤在 30 年、50 年和 100 年時間框架內的碳封存潛力，並繪製碳儲存潛力最大的區域。這包括土壤碳和植被生物量的增加。

問：在評估未利用農田作為碳彙的潛力時，有哪些主要不確定因素？如何解決這些不確定因素？

Bell：我們以兩種方式使用不確定性這個詞。具體而言，潛在再碳化的壽命和潛在再碳化的強度。這是兩個因素，我們需要量化以減少不確定性的兩個方面。

那麼，無論強度如何，土地將重新碳化多長時間？如果碳水準上升，那很好。如果土壤中增加了更多的碳，我們就知道它來自某個地方，它來自大氣。但這種情況會持續多久？我們知道土壤會變得飽和。它可以達到其碳容量極限，不會繼續增加碳儲量，並且再碳化曲線會變平。什麼時候發生？是一百年後嗎？是20年後嗎？

但是世界上的土壤非常多樣化和復雜，所以在一個地方可能是正確的，在另一個地方可能是不正確的。例如，與西南部不太肥沃的土壤相比，美國中西部較肥沃的土壤可能需要更長的時間才能達到飽和。或者，有時，如果土壤退化並且在廢棄後停止恢復，那麼西南地區等較乾燥地區的土壤可能永遠不會達到真正的飽和狀態。

第二個不確定性是強度：在再碳化圖表的 y 軸上，飽和發生在多高？通過比較美國土壤的類比，您可能會發現西南部廢棄農場的碳增加量相對較大，但由於土壤的碳含量不是很高，因此絕對值增加幅度不大。在中西部，相對增幅可能很小，但總體增幅可能比西南部高得多。當我們在全球範圍內看待這個問題時，這些只是需要牢記的細微差別。

這些細微差別本質上是不確定性。土壤碳對農業用地廢棄的反應很複雜，不幸的是，迄今為止還沒有對其進行過詳細研究。我們需要減少這些不確定性，以更好地瞭解再碳化潛力。這說起來容易做起來難，因為我們不僅有這些時間數據的不確定性，還有空間上的不確定性。我們沒有非常好的過去和現在的後農業景觀地圖。

問：能否在不危及全球糧食供應的情況下實施這種後農業用地的潛在用途？如何平衡這些需求？

Terrer：至於是否可以在不危及全球糧食供應的情況下利用農業後土地進行碳封存，以及如何平衡這些需求，我們最近的研究提供了寶貴的見解。

當然，挑戰在於平衡用於緩解氣候變化的農田恢復與不斷增長的全球人口的糧食安全。廢棄的農田代表了在不影響活躍農田的情況下進行碳封存的機會。然而，廢棄農田的可用面積不足以單獨對減緩氣候變化產生實質性影響。

因此，我們的提案還強調了縮小產量差距的重要性，這涉及將每公頃作物產量提高到其理論極限。這將使我們能夠僅使用當前耕種面積的一小部分來維持甚至增加全球作物產量，從而使剩餘的土地能夠用於緩解氣候變化的努力。通過實施這一戰略，我們估計可以恢復迄今為止因農業損失的土壤碳量的一半以上，同時確保世界人口的糧食安全。

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廢棄的農田代表了固碳的機會，但需要更多的研究來確定最有前途的地區。