与土壤生态学家Francesca Cotrufo的对话。 关于土壤在捕获大气碳中所起的作用。
Rodale Institute最新的气候变化白皮书“再生农业与土壤碳解决方案”将于25月XNUMX日发布。 要了解更多信息，请访问 RodaleInstitute.org/Climate2020.
我们正在更新Rodale 研究所的再生农业与气候变化 白皮书以反映有关土壤碳固存的新科学，我们知道我们需要与您交谈。 您能否解释一下您团队最近的工作如何改变了我们所有人对土壤有机物的思考方式？
在我看来，我们在解释土壤碳时遇到的许多问题都来自这样一个事实，即实际上它存在许多不同形式的土壤碳，因此将其概念化为一件事。 我们可以在两个大型功能库中简化这些不同的形式：颗粒有机物（POM）和矿物相关有机物（MAOM）。
我们希望土壤有机物发挥两个功能：分解并提供矿物质营养以维持生产力，保持并提供长期碳储存和其他生态系统服务。 需要一些土壤有机质来支持植物生长，这就像使用支票帐户支付常规账单一样。 以我们无法节省所有金钱的方式（我们需要使用其中的一部分来生存），我们也不能指望所有土壤有机物都能长期留在土壤中。 为了使土壤健康并具有生长植物的功能，必须分解一些土壤有机质。 我相信，并且我的实验室正在研究以验证这一假设，这种分解主要来自颗粒有机物或POM，我们可以将其设想为部分分解的纤维状植物残留物，尤其是根源。 由于POM不受保护，除非聚集起来，否则它的切换速度很快。 微生物似乎并没有使用POM来生长生物量，而是将POM的碳以CO2的形式散发到大气中，但是POM的氮却被植物用于其生长。
同时，我们需要土壤能够更长久地储存碳，以缓解气候变化。 这种长期的碳储存可以在更短的时间内存在，例如储蓄账户。 长期碳储存通常通过微生物处理，并与矿物相关联，从而保护其免受分解，使其在土壤中更具持久性，也更不易受到干扰。 这是与矿物相关的有机物，即MAOM。
银行帐户隐喻有助于理解这两个有机物库，一个用于快速使用，一个用于长期存储。 在您的领域中，有关有机物和碳储存的其他最新发现是什么？
土壤科学家最初认为，如果在土壤中添加化学成分复杂或纤维状的植物残渣，则会积聚碳。 但是在过去的10年左右的时间里，很多研究都是由我的团队 关于微生物效率矩阵稳定化的论文指出，事实上，土壤中存在的大部分碳都是由与矿物质有关的简单化合物构成的，并且通常是微生物来源而不是植物来源。 为了使这种与矿物相关的碳积聚，您无需将顽强的植物材料放入土壤中，而是要确保存在诸如根系分泌物和不稳定的植物材料之类的东西，这些微生物可以快速食用并被用来建造他们的生物量。 这些可溶性植物材料和微生物化合物会粘在矿物表面，从而在MAOM中形成长期碳存储。
问题在于，我们像对待被宠坏的孩子一样对待农业土壤（我希望这对任何人都没有冒犯性），我们不断提供外部投入，例如化肥和杀虫剂，这就像不断向您的孩子提供金钱，从不说“上班”。 我们不让微生物进入土壤中工作，我们甚至通过添加氮肥来缩短其工作。 这些投入实际上侵蚀了土壤群落及其生物多样性。 一些能够存活的微生物之所以这样做，是因为它们使用肥料氮来进行新陈代谢，但在此过程中，它们将一氧化二氮释放到大气中，这是一种有力的温室气体。 此外，通过种植一年生作物和育种作物以最大程度地增加产量，同时减少根系生长，我们减少了用于提供新POM的根系残留物的投入，也减少了植物可溶性和不稳定成分（例如根系分泌物）的投入，最终生成MAOM。 这样一来，我们已经超支了支票帐户-POM-并且现在大部分MAOM都使用了农业土壤。 一遍又一遍地做，我们也开始使用这个MAOM池，这个储蓄帐户应该已经很多年稳定了。 结果，与天然土壤相比，现在农业土壤的所有土壤有机物贫乏。
知道了这一点，农民如何才能停止破产并使土地再生呢？ 是什么构成了这两个有机物库？
越来越清楚的是，为了使土壤再生，我们必须有连续不断的投入，而这些投入主要来自活根。 根有两件事：它们向微生物提供其可溶性成分，根分泌物和其他不稳定的根化合物，这些化合物可使微生物保持活跃，健康并有效地产生可粘附在矿物质上的生物量。 另一方面，根部组织是相对纤维状的，它们可以形成颗粒状的有机物，从而促进土壤结构，保水和分解氮的释放。
实际上，要理解的另一重要事项是碳并不单独循环。 为了存储碳，我们需要正确处理氮。 我们希望减少施肥带来的外部氮输入，因为合成氮会鼓励细菌迅速转化氮并使之损失。 相反，我们需要增加系统本身产生的氮输入，为此，我们需要一个具有深厚的生根和豆类的系统，将氮自然引入。 有机添加氮时，您可以使微生物起作用。 当氮进入微生物必须进行翻转的有机物质时，它们会更有效地进行处理，它们会产生更多的生物质，有助于碳的储存，同时又将氮再循环用于植物。
在我们开始碳耕作和土壤碳固存之前，是否还有任何重要的缺失环节？ 还是科学的健壮性足以使农民现在有信心进行这项工作？
我认为我们现在已经足够了解，我们不会错。 我们可以做得更好，我对这种碳氮关系以及如何有效使用氮感到特别好奇，以便您可以存储碳，维持生产力并减少氮排放和水系统的损失。 但是总的来说，基本思想很明确，而使系统再生的支柱也是众所周知的。 我认为，我们需要将土壤视为一个系统，并考虑具有多种地下投入，多年生根深厚的多年生植物，覆盖作物以及减少的土壤扰动的作物轮作如何助长土壤微生物的能量，这些微生物既循环利用养分又建立了与矿物相关的物质碳。
此外，土壤碳核算仍然非常具有挑战性，必须基于可靠的科学知识以及对每个农场的条件和管理的理解进行测量，验证和监控。 这是艰苦的工作，需要耐心和投入，但它非常非常重要，并且可以完成。
好消息是基础科学已经存在，我们正在不断地建立基础。 我们已经足够了解可以做些什么了，我们正在研究可以改善这些土壤碳储量的测量和管理的方法。 目前，人们对土壤碳固存有很多兴趣。 在科罗拉多州立大学，我们正在与大公司和许多农民合作使用综合科学方法，我非常乐观地认为我们能够做到这一点。 但重要的是要记住，碳农业并不是应对气候变化的灵丹妙药。 必须与大幅度削减化石燃料排放一起采用。
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