始于大地

我们脚下的土壤是世界上最大的陆地碳库。农户和农学家中的先行者正在研究如何发掘其潜力。他们洞察发现：气候保护与产量丰收可以兼得。

Professor Rattan Lal hat 60 Jahre damit verbracht, die Geheimnisse von Böden zu entschlüsseln und Anbaumethoden zur Verbesserung der Bodengesundheit zu entwickeln.

ie Böden der Erde enthalten mehr Kohlenstoff wie die Wälder und die Atmosphäre zusammen“, sagt Professor Rattan Lal. Seit ihren Anfängen vor 10.000 Jahren hat die Landwirtschaft diesen riesigen Kohlenstoffspeicher erschöpft, indem sie Wälder durch Felder ersetzt hat. „Wir sollten daher die Rekarbonisierung des Bodens als wesentlichen Teil der Lösung für den Klimawandel betrachten.“

Lal ist Ehrenprofessor für Bodenkunde an der Ohio State University/USA. Er betont, dass die Landwirtschaft naturpositiv werden muss. „Das bedeutet, mit weniger Mitteln mehr zu produzieren. Also einen effizienten Input im Blick zu haben, nicht nur die eingesetzte Menge.“ Zu viele Betriebe seien auf hohe Mengen an Düngemitteln und andere chemische Stoffe angewiesen, um rentable Erträge zu erzielen. Regenerative Verfahren seien verblüffend einfach: die Bodenbearbeitung minimieren, wassersparende Tröpfchen- anstelle von Oberflächenbewässerung sowie bodendeckende Pflanzen und landwirtschaftliche Reststoffe zur Nährstoffanreicherung einsetzen.

„Und wir sollten einen geringeren Anteil des Bodens selbst nutzen“, fügt er hinzu. Eine geringere Nachfrage nach landwirtschaftlichen Erzeugnissen durch eine effizientere Nutzung und veränderte Ernährungsgewohnheiten würde es ermöglichen, der Natur mehr Land zurückzugeben und so Milliarden Tonnen Kohlenstoff zu binden. In einigen Teilen der Welt sind bereits groß angelegte Projekte zum Schutz des Bodens im Gange. Im Rahmen des Naturschutzprogramms „Grüne Mauer“ in China entsteht der größte von Menschen geschaffene Wald der Erde. Nach Abschluss in den 2050er-Jahren soll er sich über 4.500 Kilometer erstrecken und das Vordringen der Wüste Gobi nach Süden verlangsamen. Die meisten Regionen verfügen jedoch nicht über die erforderlichen politischen, gesellschaftlichen oder wirtschaftlichen Strukturen, um solch weitreichende Änderungen der Landnutzung voranzutreiben. Die Gesundheit ihrer Böden hängt von Entscheidungen Millionen einzelner Landwirte ab. Das könnte der beste Ansatz für die nächste grüne Revolution sein.

“全球土壤中所含的碳比森林、林地和大气的总碳量还要多。”Rattan Lal教授说道。一万年前，农业的出现把森林变为农田，不断消耗着这个巨大的碳库。因此，“我们应该把土壤再碳化看作是解决气候变化问题的重要一环。”

Rattan Lal 是美国俄亥俄州立大学土壤科学特聘教授，他强调农业必须变得对自然有利。“这意味着少投入、多产出：关注投入的效率，而不是速度。”他解释道，太多农业系统依靠大量化肥和其他化学品的投入来实现其现有产量。他主张的替代性再生农业技术十分简单：减少耕作时间，用更节水的滴灌取代漫灌，并使用覆盖作物和作物残余物来增加土壤养分。

Professor Rattan Lal taking soil measurements in a field.

Rattan Lal 教授花了60 年解密土壤，并设计出可以改善土壤的耕作方案。

“我们应该使用更少的土地，”他补充。通过提高利用效率，改变饮食习惯，可以减少对农产品的需求，从而使更多的土地回归自然，并捕集数十亿吨的碳。

一些地方已经开始大范围行动，保护土壤。被称为绿色长城的中国“三北”防护林工程，是世界上最大的人造森林。2050 年完工后，它将横跨 4,500 公里，减缓戈壁沙漠南移速度。然而，大多数地方的政治、社会或经济结构并不允许对土地的使用进行如此彻底的改变。那里土壤的健康程度取决于数百万农户个体的选择。这可能正是下一次绿色革命的最佳起点。

老树焕新生

澳大利亚农学家 Tony Rinaudo 的职业生涯期间，始终在帮助南半球的农户采用更可持续的实践。1980 年代初，他开始在非洲西部尼日尔工作。他说：“那里的生态处在崩溃边缘。森林滥伐使土壤失去保护，水资源短缺，撒哈拉沙漠从北部不断推进。”然而，Rinaudo 的植树努力却失败了，“我们种下的树苗，80–90% 都没存活或被毁。”

当时，他正准备放弃这个项目。他回忆道：“有一天，我注意到路边一个低矮的灌木丛，就仔细看了一下。”那片灌木和其他数百万的灌木一样，原来是一棵树，它从残留的树桩上重新生长出来。“那一瞬间，一切都改变了。原来我们不需要投入数百万美元，就能在这方面大有作为。我们不需要奇迹般的树种，就能抵御干旱和人们的砍伐。你所需要的一切就在脚下。”

Tony Rinaudo speaking to a camera with four agricultural farmers in the background.

“造林人” Tony Rinaudo 帮助非洲和其他地区农户，利用开垦土地时留下的树桩重新种植树木，保护土壤。

有了完善的根系从土壤深处获得水分和养分，从树桩上重新生长的树木，其存活率比新苗更高。这一启示改变了 Rinaudo 的方法。他开始尝试新项目，激励农户允许一定量的树木（每公顷 40 棵）在原有土地上重新生长。“他们认为这个想法很奇怪，但也有少数人可以看出这是件好事。更多的有机物随之进入土壤，风速减慢，温度降低，一些传统的野生食物也回来了。” Rinaudo 说。

接下来几年，Rinaudo “由农户管理的自然再生” 方法在尼日尔稳步扎根。他说：“20 年后，我们在 500 万公顷的土地上拥有 2 亿棵树，却未曾种下一棵新树。所有这些都来自于每公顷大约两美元的投入。”每棵成熟的树木每年从大气中吸收约 25 公斤碳，而再生农场的改良土壤能捕集更多的碳。

Rinaudo 与他现在的雇主，即慈善机构国际世界宣明会，继续在其他非洲国家发起项目，包括埃塞俄比亚、加纳和塞内加尔。如今，由农户管理的自然再生技术已在约 25 个国家使用。它在非洲最为常见，也被印度尼西亚、缅甸和东帝汶等国家采用。

Infographic about storing carbon naturally.

拉犁

考量气候和环境的实践方法在富裕世界和传统农业的势头越来越猛。William Pitts 在英国北安普敦郡的一个耕地农场长大。目前他和弟弟在一起经营这个大约 800 公顷的农场，主要种植谷物。“我们目前管理着大约 10% 的农田，以保护环境，包括鲜花、蝴蝶、植物群和动物群；其余部分我们尽量以保护土壤的方式进行耕种。” Pitts 说。

William Pitts standing in a field with tall growing plants.

在位于英格兰的农场，William Pitts 将农业技术从传统以犁地为耕作基础，转为免耕技术。

保护土壤的愿望使 Pitts 兄弟逐渐放弃了犁地这一方式。今天，他们使用直钻设备，将种子放入土壤沟槽。这一策略原本看起来很激进，但现在得到了回报：Pitts 兄弟的农场产量和以前一样高，有时甚至更高，但成本却大幅下降。他说：“使用旧系统，我们在一年种植周期中每公顷需要使用 120 升柴油。今天，我们已经成功减少到 70 升，大幅减少 40%。”

土地也保有更多的碳。Pitts 说：“测试表明，自从我们采用免耕技术后，土壤有机物含量实现翻番。”这对农作物来说是好事，但对于全世界越来越多的农户而言，让土壤有能力从大气中捕集更多的碳，也正在成为一项收入来源。

耕地轮作

古代农户发现，在同一块土地交替种植不同的作物，可以提高产量，减少虫害和疾病。今天，我们知道轮作可以在许多方面保护土壤健康，并为农户带来诸多益处。豆科作物（如豌豆、豆类或紫花苜蓿）根部的细菌可以从大气中捕捉氮气，并使其被作物吸收。

覆盖作物

在主要作物收获后种植覆盖作物，可以保护土地免受风雨的影响，从而减少土壤侵蚀。就像作物轮作系统一样，选择利用覆盖作物也是因为它们能够提高土壤肥沃度，刺激生物活动。当播种下一个主要作物时，覆盖作物可以被犁入土壤，或者作为覆盖物留在表面。

保护性耕作

保护性耕作，包括减量耕作或“免耕”技术，旨在通过尽量减少对土壤的干扰，改善土壤长期健康。减少耕作的做法，就像直接钻孔系统一样，不在播种前翻开土壤表层，而是将种子放在表面或略低于表面的地方。它们通常与使用覆盖作物相结合，在种子发芽时保护它们。

农林业

树木可以保护农作物免受风、溪流和强烈阳光的影响，而它们的根部可以改善土壤的保水和养分含量。树木也可以提供有用的产品，从水果和坚果到用于燃料或建筑的木材。农林系统旨在通过将树木和灌木与其他作物一起种植，将这些益处最大化。

Clickable infographic on regenerative agriculture and methods to improve soil health and fertility.

Crop rotation

Ancient farmers discovered that alternating between different crops on the same land improved yields and reduced the incidence of pests and diseases. Today, we know that crop rotation can preserve soil health in many ways and can offer numerous benefits to farmers. Bacteria in the roots of leguminous crops, such as peas, beans, or alfalfa, can capture nitrogen from the atmosphere and make it available to crops for uptake.

Cover crops

Planted after the main crop is harvested, cover crops reduce soil erosion by protecting the land from wind and rain. Just like crop rotation systems, cover crops can also be chosen for their ability to improve soil fertility and stimulate biological activity. When it’s time to sow the next main crop, cover crops may be plowed into the soil, or left on the surface as mulch.

Agroforestry

Trees can protect crops from winds, streams and strong sunshine, while their roots can improve the soil’s water retention and nutrient content. Trees can provide useful products too, from fruits and nuts to wood for fuel or construction. Agroforestry systems aim to maximize these benefits by growing trees and shrubs together with other crops.

Conservation tillage

Conservation tillage, including reduced till or “no-till” techniques, aims to improve the long-term soil health by minimizing soil disturbance. Instead of turning over the top layer of the soil prior to planting, reduced tillage practices just like direct drilling systems place seed on, or just below, the surface. They are often combined with the use of cover crops to protect the seeds as they germinate.

作为作物的碳

Kasey Bamberger 来自一个家族企业，在美国俄亥俄州西南部约 8,000 公顷的土地种植玉米、大豆和小麦。“我们听过很多关于气候变化的讨论，但 2018 年我们才真正开始亲眼看到它的影响”，她回忆道。“这里的天气模式开始变化，我们看到一些表土流失，经历过不同的杂草压力。这推动了我们农场开始探索再生农业实践潜力，包括减少耕作和种植覆盖作物。”

虽然从长远来看，它有望带来巨大收益，但转型同时带来了额外的成本和风险。她说：“我们已经出了一些问题。例如，我们不得不砍掉和清除在潮湿天气下生长过旺的覆盖作物。这在 200 公顷的土地上不是什么大问题，但考虑到这是超过 2,000 多公顷的土地时，这个问题足以让你头晕目眩。”

过去两年，这家企业加入了一个碳抵消计划，这一计划为土壤中每增加一吨碳而支付报酬。这些资金来自世界各地的企业和个人，他们购买碳信用额度来抵消排放。价格根据全球碳市场的变化而变化。目前的新做法每年每公顷能增加 2 至 4 吨的碳，这些收入是有用的财政缓冲。该体系可以让全世界所有地区各种规模的农户受益。

Dirk Voeste: Die Wichtigkeit von Bodengesundheit

Kasey Bamberger and a man inspecting a plant in a field.

Kasey Bamberger 的企业在使用再生技术改善土壤，并获得了碳信用。

获得收益的理由

农业产品和服务部门在再生农业的发展中发挥着自己的作用。“我们的农业食品体系将加速转变，以便为不断增长的人口提供足够的健康且负担得起的食物。同时，它还需要减轻对地球的影响，”位于德国林堡霍夫的巴斯夫农业解决方案部监管、可持续发展和公共事务高级副总裁 Dirk Voeste 说。“巴斯夫正在协助世界各地的农户，如 William Pitts 和 Kasey Bamberger，来应对最紧迫的气候挑战。我们提供正确的技术组合，在减少环境影响的同时提高产量，帮助他们更轻松、更有效地管理农场。我们也在探索帮助激励碳效率的方法。”

巴斯夫承诺，到 2030 年，将生产每吨作物的二氧化碳排放量减少 30%。为此，巴斯夫在 2022 年启动了全球碳农业计划。通过一系列多年的在地试验，这一计划旨在找到帮助农户减少碳排放和增加固存的最佳方法。它还包括一个全球框架，使农户能够从公认的认证机构获得碳信用。

那么，“土壤科学之父” Lal 教授是怎么说的呢？“农户应该普遍获得碳的支付”，他说。“让我们摒弃补贴，开始为生态系统服务付费。让我们为土壤和树木的碳封存支付合理的每吨价格。让我们以透明的方式，直接支付给做这些工作的人。”

来自 Orca 装置的二氧化碳将溶解在水中，并由冰岛公司 Carbfix 注入地下深处。冰岛地下的玄武岩与水中的二氧化碳产生反应，形成固体矿物碳酸盐，从而将碳永久封存。在测试中，95% 注入的二氧化碳在两年内被矿化。

2021年9月，瑞士公司 Climeworks 在冰岛开启全球第一个大规模直接空气捕集装置。Orca 设施通过一系列可以捕集二氧化碳分子的过滤器吸取空气。当过滤器充满时，将其加热到 100 摄氏度，就会释放出气体，因此可以通过管道将其永久封存。该装置设计能力是每年捕集 4,000 吨二氧化碳。

Fest eingeschlossen

BASF sucht ebenfalls nach Möglichkeiten, CO₂ abzuscheiden und zu speichern. Wie etwa in einem Projekt mit Air Liquide, bei dem das Unternehmen an seinem Verbundstandort im belgischen Antwerpen die weltweit größte grenzüberschreitende Wertschöpfungskette zur Speicherung von CO₂ (Carbon Capture Storage, CCS) entwickelt. Das Ziel: die Beförderung von CO₂ zu Offshore-Senken mithilfe der Hafeninfrastruktur von Antwerpen-Brügge.

Clickable infographic on how an injection of technology can help nature remove carbon dioxide from the atmosphere and the seas.

In September 2021, Switzerland-based Climeworks switched on the world’s first large-scale direct air capture plant in Iceland. The Orca facility draws air through a series of filters that can trap CO₂ molecules. When the filters are full, heating them to 100 degrees Celsius releases the gas, so it can be piped away for permanent storage. The plant is designed to capture 4,000 metric tons of CO₂ per year.

CO₂ from the Orca plant will be dissolved in water and injected deep underground by Iceland-based company Carbfix. The basaltic rock under Iceland reacts with the CO₂ in the water, forming solid mineral carbonates that lock up the carbon indefinitely. In tests, 95 percent of the injected CO₂ mineralized within two years.