气候适应植物：科学家揭示关键在于土壤

气候适应植物：科学家揭示关键在于土壤

自从 气候变化威胁农民为世界提供粮食的能力 生产 研究人员和环保活动人士相信他们已经找到了解决方案：在泥土中玩耍。

他们报告说，越来越多的实验证据表明，改善土壤质量可以使作物产量更能抵御干旱和极端天气，并呼吁各国政府向实行再生农业的农民提供财政激励，使农田能够适应气候变化。这些做法包括促进 土壤微生物组 – 即土壤中的微生物群落 – 通过在田间轮作植物并添加“覆盖作物”。这些植物不一定会被收获，但它们可以防止水土流失并增加土壤中的养分。

“气候变化的许多连锁反应给我们的粮食系统带来了挑战，”哥伦比亚密苏里大学再生农业中心主任罗布·迈尔斯说。 “解决这个问题的方法是生物多样性、土壤中更多的有机物以及综合方法。”

然而，过渡到这种做法需要初始投资。研究人员和农民接受《自然》杂志采访时证实，再生农业是有效的，但农场可能需要几年时间才能看到利润。在美国，倡导者呼吁国会在《农业法案》中纳入对再生农业的更多补贴，这是一项每五年更新一次的全面立法计划，其中包括救灾和农民培训资金。最新版本已于 9 月 30 日到期。与此同时，欧盟共同农业政策的最新版本于去年生效，其中包括为采用这种可持续做法的农民提供资金。

地板护理

工业化农业通常依赖化肥、杀虫剂和机械来生产高产的单一作物——例如玉米或小麦。在这些作物中过度使用化学品会破坏土壤的生态过程，也是美国水污染的主要原因。不健康的土壤难以吸收水分或储存养分。

据估计，2013 年至 2017 年间，美国农田有 85.05 亿吨表土因侵蚀而流失。联合国粮食及农业组织警告称，到 2050 年，全球 90% 以上的土壤面临退化风险；这可能导致饥荒加剧。

虽然再生农业没有正式的定义，但接受《自然》杂志采访的科学家表示，其总体目标是重建健康的土壤。首先是增加有机物的数量（包括活根和粪便），以滋养土壤微生物组并为植物回收养分。

尽管这个术语是现代的，但再生的原理却是古老的。达勒姆新罕布什尔大学的农业生态学家里奇·史密斯说，实施它们代表着“人类几千年来所依赖的一些做法的回归”。

覆盖作物

一种被认为是再生的做法是种植覆盖作物：在主要作物反季时种植通常不收获的物种，例如三叶草，而不是让地面闲置。覆盖作物的根部可以防止侵蚀，并吸收化肥中多余的硝酸盐，否则这些硝酸盐会渗入溪流和地下水中。当农民减少覆盖作物以准备下一次种植主要作物时，它就会融入土壤，为土壤中的细菌和无脊椎动物提供食物，提高土壤肥力。 2022年，美国只有约5%的耕地被覆盖作物覆盖，但这个数字一直在增加； 2022年种植面积比2017年增长17%。

2012 年，美国中西部的一场严重干旱摧毁了玉米和大豆作物，迈尔斯从农民那里得知，有覆盖作物的田地受到的影响没有没有覆盖作物的田地那么严重。因此，他与印第安纳州西拉斐特的一个非营利组织保护技术信息中心和美国农业部 (USDA) 可持续农业计划合作，创建了全国覆盖作物调查。研究员 调查了约700名农民 研究发现，在这些田地中种植覆盖作物时，玉米产量平均提高了 9.6%，大豆产量平均提高了 11.6%。

迈尔斯说，这是令人惊讶的，因为“当时，很多人认为覆盖作物正在流失水分”，没有为主要作物留下足够的水分。

美国农业部向使用覆盖作物的农民提供补贴。在参加 2022-23 年全国覆盖作物调查并获得种植覆盖作物付款的农民中，90% 的农民表示，在资金停止后，他们可能会继续这种做法。

欣赏多样性

还有证据表明轮作可以改善土壤质量和恢复力。史密斯说，种植不同的作物，而不是在同一块土地上多年种植相同的单一作物，可以在不牺牲生产力的情况下改善土壤质量。

这可以通过在同一块土地上轮作不同的作物（包括覆盖作物）来实现，或者在同一块土地上同时种植多种作物，包括“三姐妹”、玉米、豆类和南瓜，这些作物已经被一些美洲原住民部落种植了几个世纪。

对 20 项分析作物轮作对土壤生命影响的研究进行综述后发现，与单一种植田相比，多物种轮作使土壤中的微生物数量增加了约 15%，微生物多样性增加了 3% 以上 1 。种植两种或两种以上不同的作物也比单一种植在土壤中产生更多的碳和氮养分 2 。对 33 篇研究豆类和谷物混合种植田地的论文进行审查发现，与单一种植田地相比，产量的稳定性逐年增加 3 ，表明生物多样性农场可以提高粮食安全。

“这样的系统通常可以更好地适应天气变化，并提高抗病能力，”史密斯说。 “有相对有力的证据表明，它们即使没有增加回报，也能维持回报。”

创新激励措施

但接受《自然》杂志采访的农民和研究人员表示，向再生农业的转变可能需要三年左右才能获得回报。

堪萨斯州芒德里奇的第四代农民布兰登·考夫曼 (Brandon Kaufman) 实行轮作，并让牛在秋季和冬季放牧田地，为土壤施肥。他说，当他在继承的工业农场开始再生农业时，他“没有安全网”。政府补贴“挑战我去尝试一些事情，结果我获得了大量的知识。”

为种植覆盖作物提供激励的联邦、州和企业计划通常会在农民做出转变后结束。考夫曼和其他人说，为了支持供应国家粮食的生产者并长期实施这些做法，美国农业法案应该包括一项降低农民保险费的措施。美国农业部在 COVID-19 大流行期间测试了这一想法，为种植覆盖作物的农民提供每英亩 5 美元的保险折扣。该联邦计划现已结束，但爱荷华州、威斯康星州和伊利诺伊州已经实施了自己的版本。

考夫曼说，农民可以摆脱工业化耕作方式，转向更健康的土壤。他补充说，“只是需要时间”和经济激励来让生产商改变主意。这很重要，因为“当你想到你的子孙时……100年后他们的食物从哪里来？”

1. 文特尔，Z.S.，雅各布斯，K. 和霍金斯，H.-J。儿科生物学 59, 215–223 (2016)。

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2. 麦克丹尼尔，医学博士，蒂曼，L.K. 和格兰迪，A.S. 生态学。应用。 24, 560–570 (2014)。

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3. Raseduzzaman，M. 和 Jensen，E.S. Euro。 J.阿格伦。 91, 25–33 (2017)。

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