土壤的氣候變化故事

葉謙，博士，北京師范大學地表過程與資源生態國家重點實驗室教授，曾任中國氣象科學研究院兼職研究員.中國氣象局華風影視集團高級顧問.世界氣象組織北京2008年奧運會預報演示項目社會經濟影響評價課題首席科學家。現任國際全球環境變化人文影響中國委員會（CNC-IHDP）副秘書長.國際全球環境變化人文影響計劃（IHDP）主任特別顧問，IHDP核心計劃綜合風險防范計劃執行主任。研究領域包括：衛星氣候學，氣候變化的社會經濟影響及全球變化等。

對于大多數人而言，雖然我們一生中的絕大部分時間是在陸地上生活，但要說出自己腳下獨特而豐富的土壤能給人們帶來哪些好處卻可能是一件難事。今天，當我們隨時都能夠聽到有關氣候變化、水和空氣污染的新聞時，對于土壤所面臨的危機討論得卻是少之又少。事實上，我們的健康生活不但離不開干凈的水和干凈的空氣，也離不開“健康”的土壤。

除了為農作物和地球上所有植物生長提供最基本的生存要素外，健康的土壤對其他資源的安全和健康而言也是至關重要的。土壤就像是地球的肺和腎臟，生長在良好土壤環境下的植物給我們人類生存提供必需的氧氣；自然界的水通過健康的土壤的過濾，可以去除許多引發人類疾病的微生物。健康的土壤更為從哺乳動物到爬行動物，從昆蟲到微生物的整個生物鏈提供了基本的活動平臺。

科學家在1克的土壤中，就發現有1億～30億個分屬1萬～5萬個不同物種的微生物。就像目前地面上生物多樣性正在快速下降，鳥兒和動物種類加速滅絕，我們腳下的許多土壤也正在進入“瀕危”的行列。對土壤無節制地使用和濫用，包括不合理的耕作方法，濫用化肥和農藥，落后的灌溉方式，對包括我國在內的許多發展中國家的大部分土壤已經造成氮和磷嚴重失衡，并導致土壤內生物多樣性的快速消失。更為令人擔憂的是，自然界中的土壤本身就是一個運轉完好的生態系統，當來自自然因素，包括洪澇、干旱、寒冬、雨雪、強風、地質活動等對它產生影響時，都可以經過一段時間得到恢復和進化。而人類活動對土壤的侵擾卻往往超出了土壤自身恢復的臨界點，所造成的影響大多數是不可逆轉的。

土壤是地球二氧化碳循環過程中的重要一環，它一方面通過自身所富含的微生物分解死亡的植物和動物，為新的植物提供生長所需的營養。在這個過程中，土壤會釋放溫室氣體如二氧化碳和甲烷，導致全球變暖。另一方面，土壤又可以吸收這些氣體，把他們固化到植物中。起到保護地球、減緩氣候變暖的作用。因此，如何發揮土壤在減少農業溫室氣體排放方面的作用就成為科學家研究的重點。

今天地球大氣中三分之一的碳原來是在土壤中，現代農業雖然讓農民能夠更快地種植更多的莊稼，生產出更多的農產品，但是化學品的過度使用、過度耕種和重型機械的使用破壞了土壤的有機質，釋放出的碳分子在空氣中與氧結合，產生二氧化碳，同時，機械化深耕為土壤提供了更多的氧氣，促進了微生物的生長，增加了有機物質轉化為二氧化碳的能力，向大氣中釋放更多的碳。

歐洲一些科學家在積極探索調節農業耕作制度，包括采用新的耕作方式、大幅降低化肥和農藥的使用、對不同作物進行精準澆灌等，尋找有效提高農田碳匯能力的宏觀機制。另外一些科學家則從研究土壤中最小的微生物相互作用入手，探索改善土壤的生物多樣性。

為了了解和解釋土壤中碳吸收和儲存過程，研究人員針對土壤中微生物的相互作用建立了一個理論模型（圖3）。利用這個模型，科學家研究土壤微生物之間的相互影響。他們發現，一些依靠周圍微生物產生的酶消化植物的微生物具有調節分解速度、增加土壤中微生物數量的能力。通過研究土壤中最小尺度上的生物過程，科學家解釋了為什么在土壤中會出現碳和其他營養物相對集中的區域，而這也為改善土壤碳吸收和儲存能力提供了新的思路，即提高土壤微生物個體之間的互動能力。

依據科學家的研究成果，美國的一些農戶也相應改變了他們的種植方式。他們在蔬菜田里盡可能地種植燕麥、黑麥和豆類等，減少土地的裸露，最大限度保持了土壤中的碳、氮和其他有機營養物。可以預見，通過制定政策鼓勵這種新型“低碳農業”，不但有利于恢復土壤健康，也為應對全球氣候變化提供了新的途徑。