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《美国发现覆盖作物不能同时解决作物产量和固碳问题》

  • 编译者： 张毅
  • 发布时间：2025-07-20

  • 5月，美国康奈尔大学、纽约大学、佛罗里达大学等联合开展的一项对农作物土地进行气候和生产目标管理的研究表明，作物-土地-自然气候解决方案（NCS）并非对减缓气候变化和作物生产同时都有好处。研究发现，大多数用于增加土壤有机碳的再生农业做法如种植覆盖作物、将茎叶留在地上而不耕种，实际上在许多情况下都会降低产量。计算机模型分析表明，草覆盖作物免耕可缓解全球温室气体累积，但也会导致作物产量减少；豆科覆盖作物免耕将增加产量，但一些地区的温室气体排放量将增加。相关成果以“Managing for climate and production goals on crop-lands”发表在《Nature Climate Change》上。

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相关报告

  • 《从太空测量作物产量》
    • 来源专题：农业立体污染防治
    • 编译者：金慧敏
    • 发布时间：2015-11-19
    • 随着地球人口的增长，2050年预计将达90亿，气候变化对世界农业影响的压力越来越大。关开玉（音译）是斯坦福大学地球、能源和环境科学学院地球系统科学的博士后，他的研究团队开发出一个作物产量估算方法，该方法主要是利用卫星测量植物发出的太阳诱导荧光，这比以往任何时候都更准确。这一进展将有助于科学家研究农作物对气候变化的反应。该研究小组在《全球变化生物学》杂志上发表了其研究成果。 从1972年，科学家就开始利用卫星收集农业数据，当时美国国家航空航天局（NASA）率先使用阳光反射的颜色或“绿色”制成整个地球的植物覆盖地图。然而，这些植被图不是理想的作物生产力预测方式。科学家需要知道的是增长率而不是绿色。生长速率可以告诉研究者在生长季节结束时作物的预期产量。比如，一个大豆植株或玉米秆的生长速率越高，那么这个成熟植物的收获也越大。科学家们需要测量的是流量，是在植物和大气之间交换的二氧化碳，这样可以了解光合作用和植物生长。 最近，美国航空航天局和一些欧洲研究所的研究人员从最初设计用于测量大气中臭氧和其他气体的卫星发现了如何测量这种流量，他们称之为太阳诱导荧光。植物的这种发光与其增长速度非常成比例。所以它们长的越多，光合作用越多，它们的荧光越亮。研究小组看到了利用这一新的数据来了解作物生长知识差距的机遇，研究始于美国中西部的一个主要的玉米和大豆产区。现在可以从太空中检测到荧光的事实使得研究人员在更大的领域和很长一段时间监测植物的生长，并给出植物如何在变化的天气条件下产生波动的清晰画面。 如果某时植物受到协迫，荧光大幅下降，捕捉植物对这些短期环境变化的响应，将有助于科学家了解什么样的因素使植物在每日时间尺度上做出响应。有助于研究人员找出需要担心的作物响应胁迫。有助于科学家应该如何关注下一代种植系统，有助于科学家了解下一代的种植系统能否承受目前农作物无法承受的环境。 在这个早期阶段，荧光测量是相对较低的分辨率（一个单一的测量覆盖约50平方公里），因为它每天只收集一次，多云的天空会干扰荧光信号。现在，研究人员必须用其他信息来补充数据，并辅以地面观测完善测量。研究人员希望很快就可以运行一些新的卫星，特别是为了使荧光测量具有更好的空间和时间分辨率。该小组继续使用该技术研究美国农作物产量，同时希望直接使用这一技术来监测全球粮食生产。
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  • 《美国科学家发现更为优质的蓄粪池掩蔽物》
    • 来源专题：农业科技前沿与政策咨询快报
    • 编译者：田儒雅
    • 发布时间：2017-11-28
    • 粪便是有用的肥料，将其中有价值的氮、磷和钾转化到土壤中，可助力庄稼生长。但是，粪便处理也是饲养家畜时必须面对的现实问题。其气味令人厌恶，同时也存在气体排放、养分流失、可能造成水污染等问题。家畜无时无刻不在产出粪便，转移粪便需要把握好时机。因此，把粪便转移到农田应根据植物营养需要、土壤潮湿程度和温度等条件计算好时间。 那么农民该如何解决时效性等问题呢？城市的下水道和水处理系统负责解决人类的排泄物，农场的蓄粪池可以储存粪便直到时机成熟，这解决了时效性和粪便转移的问题。但是蓄粪池的气味问题怎么解决呢？除了气味不方便处理之外，粪便排出的气体还会造成大气污染和气候变化，甲烷、一氧化二氮、氨气和硫化氢就是例子。 美国科学家布赖恩·多尔蒂（Brian Dougherty）和他的同事们研究了很多方法来减少这些负面影响，生物炭覆盖是目前可行的一种方式。生物炭是一种植物物质，它是稻草、木质物残体或是玉米秸秆等，在低氧至无氧的环境下加热到高温，产出的一种黑色富含碳的类似于木炭的物质。生物炭就像海绵，里面有着大量孔隙空间结构。它的外表也许看起来很小，但是里面空间却很大。几盎司（1盎司约等于0.028千克——编者注）生物炭的内部空间就能和一个足球场一样大，所以它有很大的潜在空间容纳水和营养物质。除了隐藏的存贮能力，生物炭的表面往往具有化学物质负载能力，这样生物炭就能吸附并保存氮、磷、钾离子、金属和其他复合物。生物炭还可以漂浮，这一属性意味着它可以在水表面收集气体。 为了证明生物炭的养分吸附能力，科学家研究了两种不同营养水平的液态肥料，还研究了在不同温度下制作的两种生物炭。实验证明生物炭多少有点易变，在不同温度下会呈现出不同的特性。研究还发现，生物炭从肥料营养成分高度集中的地方汲取的营养最多。这是因为，生物炭会汲取它可以汲取的一切，所以接触的养分越多，它的汲取潜力也就越大。 为了探索生物炭能否解决蓄粪池的气体排放问题，科学家们还测量了每个粪桶顶端的氨。氨和硫酸盐是肥料气体排放的主要来源。实验证明，经过冷却处理的生物炭吸附效果最好，能将氨气减少72%～80%。但是由于它能更好地漂浮而且往往能防水，因此它在吸收并吸附营养方面比加热过的生物炭效果要差。 同时，掩蔽物的研究没能避开一个明显的问题，即生物炭或是秸秆能更好地改善气味散发吗？人类的鼻子自然知道答案，因此多尔蒂招聘了一组裁判。尽管天气会有所干扰，在12周的实验中低温和雨水影响了气味的强度。然而，3个不同品种的生物炭都被证明可以减轻液体牛粪的气味散发，而秸秆覆盖却没有什么效果。 生物炭价格目前比秸秆的高，但是科学家们认为，生物炭可以得到更好的经济回报：剩余的农场和林场废弃物可以用来现场制作生物炭，这一过程产生的能量可以在天气寒冷的几个月里用于烧水和房间供暖。如果使用复杂设备还可以将它用来发电、生产燃料和其他副产品。生物炭用于肥料后还可以撒在需要的农田上，剩余的可以作为高价值肥料产品出售。 此外生物炭还有巨大的环境效益。“只要能防止气体逃离蓄粪池就是好东西，”多尔蒂说道，“生物炭用于土壤（尤其是贫瘠的土壤），能产生很大的作用。制作生物炭还可以帮助降低大气中二氧化碳的水平。它可以将作物成长时吸收的一部分二氧化碳以非常稳定的碳形式最终保留在土壤中。整个过程会带来很多好处。” 多尔蒂表示：“下一步工作非常重要，包括研究生物炭各种特性的利弊，通过进一步开展实验以确定合适的生物炭制作温度、颗粒大小、酸碱度和浮力属性。” （编译 田儒雅）
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