土壤的氣候變化故事

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

對于大多數(shù)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(dāng)我們隨時都能夠聽到有關(guān)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(nóng)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(guān)重要的。土壤就像是地球的肺和腎臟，生長在良好土壤環(huán)境下的植物給我們?nèi)祟惿嫣峁┍匦璧难鯕?；自然界的水通過健康的土壤的過濾，可以去除許多引發(fā)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(xué)家在1克的土壤中，就發(fā)現(xiàn)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?！钡男辛小ν寥罒o節(jié)制地使用和濫用，包括不合理的耕作方法，濫用化肥和農(nóng)藥，落后的灌溉方式，對包括我國在內(nèi)的許多發(fā)展中國家的大部分土壤已經(jīng)造成氮和磷嚴重失衡，并導(dǎo)致土壤內(nèi)生物多樣性的快速消失。更為令人擔(dān)憂的是，自然界中的土壤本身就是一個運轉(zhuǎn)完好的生態(tài)系統(tǒng)，當(dāng)來自自然因素，包括洪澇、干旱、寒冬、雨雪、強風(fēng)、地質(zhì)活動等對它產(chǎn)生影響時，都可以經(jīng)過一段時間得到恢復(fù)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(fù)的臨界點，所造成的影響大多數(shù)是不可逆轉(zhuǎn)的。

土壤是地球二氧化碳循環(huán)過程中的重要一環(huán)，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(yǎng)。在這個過程中，土壤會釋放溫室氣體如二氧化碳和甲烷，導(dǎo)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(fā)揮土壤在減少農(nóng)業(yè)溫室氣體排放方面的作用就成為科學(xué)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(xiàn)代農(nóng)業(yè)雖然讓農(nóng)民能夠更快地種植更多的莊稼，生產(chǎn)出更多的農(nóng)產(chǎn)品，但是化學(xué)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(zhì)，釋放出的碳分子在空氣中與氧結(jié)合，產(chǎn)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(zhì)轉(zhuǎn)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(xué)家在積極探索調(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)耕作制度，包括采用新的耕作方式、大幅降低化肥和農(nóng)藥的使用、對不同作物進行精準澆灌等，尋找有效提高農(nóng)田碳匯能力的宏觀機制。另外一些科學(xué)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(xué)家研究土壤微生物之間的相互影響。他們發(fā)現(xiàn)，一些依靠周圍微生物產(chǎn)生的酶消化植物的微生物具有調(diào)節(jié)分解速度、增加土壤中微生物數(shù)量的能力。通過研究土壤中最小尺度上的生物過程，科學(xué)家解釋了為什么在土壤中會出現(xiàn)碳和其他營養(yǎng)物相對集中的區(qū)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(jù)科學(xué)家的研究成果，美國的一些農(nóng)戶也相應(yīng)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(yǎng)物。可以預(yù)見，通過制定政策鼓勵這種新型“低碳農(nóng)業(yè)”，不但有利于恢復(fù)土壤健康，也為應(yīng)對全球氣候變化提供了新的途徑。