为了实现2050年将全球变暖控制在2摄氏度以下的目标（1），农业领域需要减排110亿吨温室气体（GHG）（2）。已经有一些重要的报告（3）提出了一系列减缓措施。世界资源研究所（WRI）在与世界银行和联合国共同发布的《世界资源报告：创造可持续的粮食未来》（以下简称“报告”）中提出了22种解决方案（4），预计能够在2050年养活100亿人口的同时将该领域的排放量减少2/3。对农业减排的关注近年来主要集中于“通过被称为‘再生农业’的做法来增加土壤中的碳封存”这项措施。不过，我们的报告认为该项措施潜力有限。
再生农业已成为许多决策者、食品公司和农民的宠儿。支持者认为再生农业可以一举三得：减缓气候变化、增加农民收入、增强对气候变化的韧性。我们的观点是，被归类为再生农业的做法可以改善土壤健康并产生重要的环境效益，但却不太可能实现大规模减排。
本文将阐述再生农业的相关做法，分析其减缓气候变化的潜力并评估与其他农业减缓措施的相对重要性。
1.何为再生农业？
虽然再生农业还没有统一的定义，但这个词经常被用来指通过恢复土壤有机碳来促进土壤健康的各种做法。土壤储存的碳量是大气层的数倍，是天然的“碳汇”。但在全球范围内，由于诸如将原生景观转化为农田和过度放牧等原因，土壤的碳储量一直在下降。再生农业的一个目标是利用植物从大气中吸收碳来帮助恢复土壤有机碳。
再生农业的主要做法包括免耕农业（即农民并不耕耘土壤，而是将种子埋入土壤中）和使用覆盖作物（即农民在收获主要作物后种植其他植物以覆盖土壤）。其他做法包括各种方式的作物轮种，例如在几年内轮种三种或更多作物，以及牲畜放牧与作物种植进行交替。有时，涉及减少肥料或农药使用的任何做法都被认为是再生农业。
2.再生农业做法是否产生环境效益？
目前普遍（5）认为，大多数再生农业的做法都有利于土壤健康（6），并具有其他环境效益。免耕可减少土壤侵蚀（7），有利于水分渗透土壤（虽然这可能需要使用更多的除草剂）。覆盖作物具有相同效果，此外还可以减少水质污染。不同的作物轮作模式可以减少农药的使用。良好的放牧方式（例如经常转移牛群、多种豆类或增加肥料、避免过度放牧等等）可以增加植被和保护水源。
3.再生农业减缓气候变化的潜力如何？
再生农业作为一种气候减缓战略，其背后的思路是将二氧化碳变成有机碳储存在土壤中来去除空气中的二氧化碳(8)。虽然施用粪肥可以增加土壤碳，但能否将其大面积规模化来大幅增加土壤碳和减缓气候变化却很不明确。我们的报告分析了粮食和土地部门的各种减缓方案，得出结论认为因为存在若干严重挑战，实际潜力是非常有限的。包括：
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不确定的效益：对于封存土壤碳的科学理解目前比较有限。因此，再生农业是否真能封存额外的碳还存在不确定性。例如，免耕是再生农业支持者认为能产生气候效益(9)的主要做法，但在正确测定的情况下是否实际增加土壤碳，科学上争论很激烈(10)。对牧场的研究(11)发现，尽管增加牧草种植的放牧方式通常会封存部分碳，但放牧对土壤碳的作用复杂、因地而异且难以预测。即使抛开这些不确定性，保持更高水平的土壤碳实际上也是一项挑战。例如，在美国，实行免耕的绝大多数农民至少每隔几年就耕一次土壤(12)，从而抵消了短期碳储存的大部分（即便不是全部）效益。
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错误的碳核算：要增加土壤碳，碳必须添加到土壤里，且必须最终来自于从空气中吸收碳的植物。但是，如果碳的直接来源被储存或使用到其他地方，那么它只是将碳从一个地方转移到另一个地方，并没有实现额外的减排。
计算特定农场的土壤固碳经常忽略了农场外的排放，如图所示。例如，粪肥中的碳和养分来自于原本被植物吸收的和被动物吃掉的那些碳和养分。在田间施用粪肥的确会增加土壤碳，但由于全球粪肥供应有限，因此在一个地方施肥几乎总是意味着将其从其他地方取走，所以总体上土壤中并没有增加额外的碳。作物残留物的全球供应同样有限。如果用作动物饲料的残留物（在非洲很常见）被用来增加农场的土壤碳，则农民可能需要将森林或草原变为农田，以取代动物饲料，释放储存在这些自然生态系统土壤和植物中的碳。
农田转换为牧场可以增加土壤碳，且如果种植活动不重要时可能是可行的。但是，如果被放牧所取代的作物最终是通过在其他地方砍伐森林或毁坏草原再行种植，则可能导致温室气体排放的净增加。如果再生农业减少了特定土地上的牲畜或作物产量（目前许多研究都显示出混合产量效应）(13)，那么同样需要在其他地方进行种植来补充食物。如果把碳补偿作为土壤碳效益，那么未能计算到的这些农场外效应就尤为重要。
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对大量氮的需求：储存土壤碳的另一个限制是对氮的需求，而氮通常以肥料的形式存在。为了使碳能够在土壤中停留较长一段时间，科学家们普遍同意(14)必须将其转化为微生物有机物。每封存12吨碳需要大约1吨左右的氮（除了生长过程中所使用和去除的氮之外）。在农田中施用更多氮来增加土壤碳是有问题的，无论是通过肥料还是固氮豆科植物来增加。只有一部分氮可能被捕获并转化为土壤碳；大部分氮会流失到水路中，助长藻类的生长和水污染(15)。一些氮会被土壤转化为一氧化二氮，一种强大的温室气体。诚然，在世界许多地方，农民所施用的氮超过了作物实际所需，但这样是为了补偿施用后进入空气和水中的那部分氮。为了利用更多的氮来形成土壤碳，农民必须找到防止氮流失的方法。种植覆盖作物就是一种方式，因为它们的根会捕捉原本会淋失的氮，有助于形成稳定的土壤碳。总的来说，氮成了限制土壤碳增加的一个主要、但往往被忽视的因素。
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数百万英亩的规模化：根据最新的一项研究，如果美国85%农田使用覆盖作物，每年能够封存约1亿(16)吨二氧化碳。这一前所未有的成就将抵消美国约18%的农业生产排放和1.5%的总排放。然而，虽然覆盖作物的使用在美国一直在扩大，但仍然仅占美国耕地的不到4%，并且在推广时面临障碍(17)，如成本和在冬季开始前的种植时间有限。因为具有改善土壤健康、减少氮污染和创造气候效益的潜力，应该积极推广覆盖作物，但目前其增加土壤碳的真实潜力尚不确定。
鉴于上述挑战（我们的报告中有更详细的描述），我们认为对农业土壤碳减缓气候变化潜力给予厚望是不现实的。许多已发表的关于潜力如何巨大的各种说法并没有解决科学和实际的挑战。例如，最近的一篇论文(18)估计，如果世界所有农业用地每年每公顷封存0.5吨碳，则可实现每年约25亿吨的碳储存，抵消全球温室气体年排放量的20%。另一种说法是有可能将一万亿吨二氧化碳(19)吸收到农业土壤中——该数量超过了农业出现以来(20)全部的土壤碳流失。基于目前的证据，这种水平的减排潜力是不可信的。
然而，土壤可天然地储存大量的碳，而这一过程背后的科学认识仍然在不断浮现。如果未来的研究能找到新的方法来实现碳封存，或大大改变我们对现有方法的理解，那我们的结论就可能改变。一份WRI的研究论文详细介绍了决策者现在可采取的能加快研究的一些行动。
4.现在能做些什么来减缓粮食和农业领域的气候变化？
幸运的是，还有许多其他方法可以控制农业温室气体排放。WRI确定了22个解决方案，可分为五类(21)：
（1）降低对粮食和其他农产品的需求增长；
（2）在不增加农业用地的情况下增加粮食生产；
（3）保护和恢复自然生态系统；
（4）可持续地增加鱼类供应；
（5）减少农业生产的温室气体排放(土壤的碳封存作用有限，而减少牛、粪肥、化肥、水稻栽培和能源消耗的排放的作用要大得多）。
可以减少农业排放达70%以上的五类解决方案
这些解决方案中有很多已经可以扩大规模，可为农民、消费者、粮食安全和环境带来共同效益。随着政府寻求经济复苏(22)和各食品公司制定雄心勃勃的气候战略，我们建议决策者从这个普遍解决方案(23)中进行选择，缩小农业排放差距，并为可持续的粮食未来(24)做出贡献。
注释
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https://www.wri.org/blog/2018/10/half-degree-and-world-apart-difference-climate-impacts-between-15-c-and-2-c-warming
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https://www.wri.org/blog/2018/12/how-sustainably-feed-10-billion-people-2050-21-charts
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https://www.ipcc.ch/srccl/
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https://www.wri.org/blog/2018/12/how-sustainably-feed-10-billion-people-2050-21-charts
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https://www.nature.com/articles/s41893-019-0431-y
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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071718300294?via%3Dihub
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https://www.wri.org/blog/2020/01/causes-effects-how-to-prevent-soil-erosion
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https://www.wri.org/blog/2018/09/6-ways-remove-carbon-pollution-sky
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https://www.nature.com/articles/nature17174
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https://www.nature.com/articles/nclimate2292
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https://www.researchgate.net/publication/265229129_Climate_Smart_Agriculture_Smallholder_Adoption_and_Implications_for_Climate_Change_Adaptation_and_Mitigation
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https://www.researchgate.net/publication/273621217_Limited_potential_of_no-till_agriculture_for_climate_change_mitigation
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https://grist.org/article/climate-friendly-burgers-fact-or-fiction/
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https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28426199/
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https://www.wri.org/blog/2019/03/world-says-its-cutting-nutrient-pollution-progress-lacking
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https://lib.dr.iastate.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1206&context=nrem_pubs
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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016706117300095
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https://terraton.indigoag.com/news/can-farmers-and-ranchers-pull-one-trillion-tons-of-carbon-dioxide-out-of-the-atmosphere
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https://www.pnas.org/content/114/36/9575
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https://www.wri.org/publication/carbonshot-federal-policy-options-for-carbon-removal-in-the-united-states
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https://wrr-food.wri.org/
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https://www.wri.org/coronavirus-recovery
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https://wrr-food.wri.org/
作者：
Janet Ranganathan,
世界资源研究所（美国）
研究、数据和创新
副总裁
Richard Waite
世界资源研究所（美国）
食品项目
高级研究员
Tim Searchinger
世界资源研究所（美国）
食品项目
高级顾问
Jessica Zionts
世界资源研究所（美国）
食品项目和温室气体协议
助理研究员
