土壤是主要的碳汇，但许多农业措施会释放碳。
免耕、覆盖作物和轮作可以将碳储存在土壤中。
这些措施可改善土壤健康和肥力，从而提高作物产量。
它就在我们脚下。我们在日常生活中几乎注意不到它，然而它正是地球所有生态系统中最大的碳库。这一地位既不属于森林，也不属于大气，而是属于我们的土壤。地表以下前两米的土层中约有2.4万亿吨碳，是大气中碳含量的三倍。
在气候失调的时代，土壤惊人的碳储存能力有许多值得借鉴之处。尽管土壤本身无法大幅降低大气中的温室气体浓度，但它们仍可通过在地下保存大量碳储量，以及修复退化土地，发挥重要作用。如今，一些农业措施正在帮助将更多碳锁定在地下。具体方法如下。
碳如何进入土壤
这一切始于光合作用，即植物将大气中的二氧化碳（CO2）吸收到叶绿体中（叶绿体是充满叶绿素的微小细胞器）。在太阳能的作用下，二氧化碳随后与水分子（H2O）结合，生成碳水化合物（即富含碳的分子）和氧气（O2）。植物所固定的部分碳会通过新生和已有的根系直接进入土壤。
当植物落叶或农田中残留作物秸秆时，碳也会进入土壤。这层富含碳的枯叶会逐渐分解，最终转化为土壤有机质。白蚁等动物也能加速这一过程。
一些地区和生态系统的土壤中储存着极为丰富的碳。地球最北端地区便是如此，那里的大量碳储存于永久冻土之中，但这些碳目前正受到全球变暖的威胁。此外，在热带生态系统中也发现了大量碳储量，尤其是热带雨林。
森林、湿地和永久性牧场等富碳生态系统面临的主要挑战是维持这些碳储量。要应对这一挑战，我们必须同时制止森林砍伐，并停止将生态系统改造为农田。当森林或湿地被改造为农田时，土壤中平均有25%的碳会流失，有时甚至多得多。不过，某些农业措施可以在土壤中额外固碳。规范这些措施是名为“4 per 1,000”倡议的目标之一，该倡议于2015年在第21届联合国气候变化大会（COP21）上发起。
哪些农业措施能够增加土壤碳储量？
有多种措施可帮助提高农业土壤的碳储量，从农林复合经营到间作覆盖、再到有机土壤改良均包括在内，但其中有三种解决方案被更频繁地提及：
免耕或少耕农业，即在播种作物前无需对整块田地进行翻耕或耕作。该技术可减少土壤侵蚀，因土壤含氧量极低而减缓有机质分解，并保护土壤生物多样性（尤其是蚯蚓）。
永久性土壤覆盖：即在田间保留作物残茬形成的覆盖物，或在不同作物之间种植活体植物覆盖。这种覆盖可保护土壤免受侵蚀，尤其是水蚀，并固定碳，同时有益于土壤生物（细菌、真菌、蚯蚓等）。
作物多样化，即通过轮作或间作实现。作物种类越多样，病虫害滋生就越少，耕地生产力也随之提高，这尤其得益于前茬作物的影响。例如，豆科作物（如豌豆、菜豆、花生、蚕豆或紫花苜蓿）的轮作可以将空气中的氮固定下来并释放到土壤中，从而促进下一季作物的生长。作物间生产力的提升有助于在田地中保留更多碳，因此，更多的碳会通过作物根系进入土壤。
这些措施构成了所谓的“保护性农业”，综合来看，它们在增加土壤碳储量方面确有实际效益，但前提是需要同时采用。例如，免耕在某些情况下有效，而在另一些情况下则不然。科学界花了很长时间才认识到这一点，因为早期研究主要关注免耕土壤表层的最初几厘米，而这一层确实显示出较高的碳含量。但这有时与土壤深层碳含量较低的情况同时出现，而翻耕土壤在20至30厘米深度的碳含量往往相对均匀。因此，在某些情况下，免耕措施可以有效地使碳在土壤剖面中重新分布，但未必能带来净增加。
近期在撒哈拉以南非洲开展的研究表明，只有将保护性农业的三项原则相结合，才有望显著增加土壤碳储量。
津巴布韦和柬埔寨的研究结果
要了解结合这三种措施所带来的效益，长期试验至关重要。通常需要平均五到十年时间，才能检测到土壤碳储量的任何显著变化。
十四年前，在柬埔寨，法国国际农业发展研究中心（CIRAD）与柬埔寨农业部开始了以木薯为基础的种植系统试验。该作物在柬埔寨的种植面积接近70万公顷，主要用于出口，以生产动物饲料用粉。
通过结合免耕与直接播种、植被覆盖的永久性土壤覆盖，以及与玉米的轮作，我们观察到土壤碳显著增加。在深达40厘米处，增加速率约为每公顷每年0.7至0.8吨。该地区炎热潮湿的气候，促进了在已播种玉米的地块中，于木薯与玉米作物之间形成具有高生产力的植被覆盖，包括豆科植物（田菁和豇豆）和禾本科植物（小米），从而实现了永久性土壤覆盖。
因此，碳可借助光合作用全年储存，同时形成了极深的根系，使土壤碳储量在初始土层之下大幅增加。土壤中额外的碳储存将持续到系统达到新的平衡为止。该项目计划开展数十年的试验，以确定其长期可行性。一旦达到平衡，接下来的挑战将是通过维持最佳土壤管理措施来保持这些碳储量。
这些组合措施也在津巴布韦进行了测试。津巴布韦的旱季为七个月，雨季为五个月。为此，我们得以利用同行研究人员在国际玉米小麦改良中心于十年前设立的一项试验，该试验采用低投入农业系统，主要作物为玉米。我们的试验在翻耕和免耕地块中进行，并设有有无玉米秸秆残茬（覆盖物）以及有无豇豆豆科作物轮作的处理。
再次证明，单独采用免耕措施收益甚微，甚至出现了土壤碳轻微流失的情况，与翻耕相比。这是因为不翻耕时土壤会高度板结，限制根系发育。此外，土壤吸收雨水的能力下降，雨水最终形成径流。因此，这些系统中的玉米生长明显减弱，通过根系输入土壤的碳减少，进而导致土壤碳流失。
另一方面，使用上一季覆盖物的免耕地块以及轮作地块，其碳储量有所上升，但这一效果仅限于表层土壤。不过，观测到碳储量出现了净增加，因为结果显示更深层土壤中的碳并未减少。
哪些因素可能阻碍这些措施的推广？
尽管前景可观，这些措施的实施并不总是容易。例如，津巴布韦的农业以低投入的粮畜混合系统为基础，该系统所需矿物肥料很少，机械化程度也很低甚至没有。收获时，仅人工摘取玉米穗，秸秆留在田间。随后，这些秸秆用于在旱季饲喂牲畜；雨季时，牛群在森林和公共草地中度过，旱季则被赶到田间放牧。
因此，玉米秸秆究竟用于饲喂牲畜还是覆盖土壤，形成了两难困境。一些农民用栅栏阻止牲畜在旱季啃食秸秆，但这种方法有其成本。另一些农民则收集秸秆，将其存放在远离牲畜的地方，待雨季时再取用作覆盖物。所有这些都需要大量的组织工作、时间和精力，而且还必须另行寻找替代性的牲畜饲料来源。
在这些地区及其他地方，农民所关注的不仅是土壤固碳及其对缓解气候失调的益处。这些措施还对土壤肥力及由此带来的作物生产力产生积极影响，它们通过降低侵蚀风险、改善养分有效性来实现这一点，并能改善水源保持。这些都是至关重要的效益，而这些效益往往是全球南方农民的优先事项，全球南方的农民也是受气候失调影响最严重的群体之一。
