在温带有机农业中减少耕作、施用堆肥与覆盖物十年后的土壤有机碳库

我们脚下的土壤为什么重要

土壤默默地储存着比地球上所有植物和大气加起来还多的碳。那些碳不仅有助于作物生长、蓄水，还能把促温效应的二氧化碳留在地面之外。本研究提出了一个看似简单但对粮食与气候影响重大的问题：在实施十年“再生”有机耕作实践——更少翻耕、定期施堆肥和铺植物覆盖物——之后，实际有多少额外碳被固定到农田土壤中？这些碳又能积累到多深？

农场作为隐形的碳库

研究者在德国中部的一座自上世纪80年代末以来严格遵守有机规则的农场开展研究。他们将传统的翻耕与一组常被宣传为再生性的做法进行比较：减少耕作（浅翻或不翻转土壤的耕作）、反复施用高质量的园林废料堆肥，以及在马铃薯垄上铺设由覆盖作物切碎而成的偶发性覆盖物。在两处几乎相同的长期田间试验中，研究者跟踪了作物产量、测量了堆肥和覆盖物输入的碳和氮，并估算作物自身通过残体、根系和根系分泌物返回土壤的碳量。十年后，他们取样到一米深，查看碳在土壤中的累积位置。

碳如何进入并在土壤中迁移

研究组发现，大部分进入土壤的碳并非来自外运的堆肥或覆盖物，而是来自田间生长的植物。十年间，净植物生产（主作物与覆盖作物的籽粒、秸秆、根及根分泌物）是新增土壤碳的主要来源。堆肥与覆盖物确实额外提供了碳和氮，但它们的作用主要是间接的：通过改善土壤肥力与结构，支持植物生长，从而增加植物来源的碳输入。为了使评估对气候政策更加现实，作者还探讨了这些有机物是否原则上可在农场自身边界内生产——以畜禽粪便为基准来考察“封闭”养分循环的可能性。

表层土壤的有效方法

最明显的增益出现在上层30厘米土壤中。单独减少耕作相比翻耕提高了土壤有机碳库，同时并未降低整体产量。定期施堆肥也有类似的积极效果。当减少耕作与堆肥结合时，表土中的碳库增加最多——到一米深的总碳量约比未施堆肥或覆盖物的翻耕地高出16%。土壤的碳与氮含量同步上升，反映出土壤更健康、更肥沃。令人意外的是，覆盖物尽管提供了相对较大的碳量，并未显著增加土壤碳库，有时甚至出现轻微负效应，可能是因为其以豆科为主、含氮量大，分解速度快，将碳较快释放回大气。

深层地下没有变化的地方

30厘米以下，情况则不同。尽管十年来耕作与施肥方式各异，深层土壤在统计学上并未显示出不同处理之间的明确差异。存在一些迹象表明更高的总体碳输入可能略微提高了次表层碳，但主要变化仍局限于表层。这对气候很重要：深层土壤扰动较少、碳保持时间通常更长，因此对真正长期储存至关重要。结果表明，仅仅像本研究中那样添加堆肥并减少耕作，可能不足以把深层“碳金库”填满；还需要诸如深根作物、多样化覆盖作物组合，或刻意把碳移入犁犁深以下的做法等额外策略。

对未来农业的意义

通俗地说，该研究表明，再生有机方法可以使上层土壤更富饶、更肥沃，在作物根系和土壤生物最活跃的地方增加碳与氮。减少耕作加堆肥是改善表土健康的特别有效的组合。然而，仅靠这些做法难以通过深层碳储存实现大规模、持久的气候效益，特别是当这些做法高度依赖场外输入的有机物时。要把农场转变为更可靠、自我维持的碳库，未来的系统需要将温和的土壤管理与能够将根系送入更深土层的作物和覆盖作物相结合，同时在气候变化下平衡用水与产量。

引用: Niether, W., Leisch-Waskönig, S., Finckh, M.R. et al. Soil organic carbon stocks after ten years of reduced tillage, compost and mulch application in temperate organic agriculture. Sci Rep 16, 8260 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42050-9

关键词: 土壤有机碳, 再生农业, 减少耕作, 堆肥与覆盖物, 有机农业