【碳减排】新型减排技术与保护性农业相辅相成，实现了行作作物生产的负排放

原文信息

题    目：Novel technologies for emission reduction complement conservation agriculture to achieve negative emissions from row-crop production

作    者：Daniel L. Northrupa, Bruno Bassob, Michael Q. Wangd, Cristine L. S. Morgane. and Philip N. Benfeyf,g

期     刊：PNAS

时     间：2021.06.21

一作单位：Benson Hill, St. Louis

原文链接：https://www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.2022666118/-/DCSupplemental

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研究背景

植物通过光合作用去除大气中的二氧化碳。由于农业的生产力是基于这一过程的，因此结合减少排放和提高土壤碳储量的技术，可以使该部门在保持高生产力的同时实现净负排放。不幸的是，美国和欧盟目前的农业生产产生了约 5%的温室气体排放。目前美国政府主要通过两个方法最大限度地提高土壤碳含量：通过新技术大幅减少排放，以及采用以农业前生态系统为指导的方法来建立土壤有机碳储量。

由于潜在的负排放，土壤碳储存是几个自愿市场的主要焦点。相比之下，减少排放的技术创新受到的关注要少得多。文章描述了一套显著减少农场排放的技术，包括精确投入应用的数字农业、提高投入效率和固氮能力的作物和微生物遗传学、以及氨合成和农场设备的电气化。文章为农业绘制了一个绿色转型图，可以通过三个阶段(优化、替换和重新设计)来推进。每个阶段都对粮食生产的排放足迹提供了有意义的改进，并由使能技术的技术成熟度定义。基于这些库存评估，新产品创新可以减少 71%的农业排放。

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研究结果

（1） 使用当前技术优化效率

走向净负农业的第一步将集中于减少农用化学品的使用，主要是氮肥。通过数字农业以减少氮肥，氮需求预测的关键技术是数字农业和农艺建模。基于动态过程的作物模拟模型使用了高分辨率地理空间监测系统，这些模型根土壤、天气、地形和作物需求预测植物对氮的最大响应。根据分田空间变异和生物需求施用氮肥，可减少氮肥施用量36%，减排 23%。

（2） 用接近成熟的低排放替代品取代现有技术

针对新的价值驱动因素和政策，目前处于原型阶段的技术将找到广阔的市场。这些第二代技术是当前工具的更环保的“临时”替代品，采用的门槛也较低。实施这些改变将使排放量减少41%。这一套技术非常适合小型企业创新资助和风险资本，它们可以围绕减排带来的新收入流建立商业战略。当前技术主要包括四种：提高氮素利用效率的作物遗传学研究，氨的电合成，生物合成和电器。

（3）低排放的重新设计

农业绿色转型的第三阶段需要对农业实践进行完整的系统重新设计，减少排放和土壤碳储存。与可再生能源的分布式特性非常相似，优化排放农业将不再依赖于规模或集中度来提高效率，而是使用小型、分布式、精确的系统。超低排放生产将使用更少的化学品和新投入，如当地生产的低浓度化肥、生物改良剂和专门为这种农学系统培育的基因。作物管理将需要在小型自动化工具的帮助下精确施用化肥和化学品，这些工具由分布式传感器和网状网络引导，在全面实施后，这些技术可减少 71%的排放。

图一描述了三个阶段的技术进步促使粮食生产脱碳的程度，使用当前的技术，实现优化阶段在很大程度上是可能的，而替换阶段的技术可以在2到5年可用，重新设计阶段的技术可能在5到15年可用。

图二将不同阶段每个系统的技术组合，可以使农业排放大幅减少。

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编者按

文章描述了一种显著减少农业碳排放的创新途径，它可以与土壤碳储存相结合，在作物农业中实现净负排放。针对不同的领域，政府及相关部门需要定制个性化的减排计划来优化技术组合。目前这种技术路径通过循序渐进的步骤被广泛采用，并且对早期市场具有实际的优势，通过快速、直接向农民支付费用，建立生产者的信心，鼓励采用和投资低碳技术和实践。

新兴的监管生态系统服务市场将激励沿着这一转型路径取得进展，并引导公共和私人投资转向技术开发。在追求净负排放的过程中，必须开发包括减排和土壤碳储存的所有工具，以使农业保持其供给社会的重要社会功能，同时产生环境效益。

转自：“西农RE学术社”微信公众号

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