碳农业（CF）通过增加土壤和生物质中的碳储量来降低大气中的二氧化碳浓度。除减缓气候变化外，碳农业措施还可通过提供额外的生态系统服务 (ES) 带来共同效益。将这些效益纳入综合评估可增加碳汇措施的吸引力，提高采用率，并最终使气候和生态系统受益。然而，特定地点和特定措施的特点会影响 CF 措施的效果。目前还缺乏对 CF 影响的全面概述。因此，本文分析了欧洲温带耕地上的六种 CF 措施：(1) 覆盖种植，(2) 在轮作中引入豆科或半多年生作物，(3) 短轮作灌木林，(4) 农林复合经营 ，(5) 农田边缘植树造林，以及 (6)再湿润有机土壤。通过有条理的文献回顾，本文得出了气候变化减缓潜力、对ES供应的影响和经济权衡，以及造成空间异质性的影响因素。研究结果表明，不同 CF 措施之间以及 CF 措施内部的气候变化减缓潜力差异很大。所有措施都能促进调节服务的供应，而权衡主要存在于供给服务和经济收益方面。ES供给的空间异质性效应取决于当地的ES需求。作为概念验证，本文绘制了德国 GIS 环境中受农林复合经营 措施（4）积极影响的 4 种选定ES的预期效应，以及作为经济权衡的机会成本。结果表明，在机会成本较高的地区，预期共同效益较高。此外，减缓气候变化潜力最大的 CF 措施也意味着农业系统的系统性变化最大。这对实施构成了强大的经济障碍。研究认为，需要为ES付费来激励 CF 的采用，并利用其对气候和生态系统的有利影响。研究结果为 CF 措施的效果提供了一个全面的视角，可为有效的欧洲气候变化减缓政策提供支持。
为了实现《巴黎协定》的目标并实现气候中立性，必须大幅减少全球排放，并抵消剩余的温室气体（GHG）排放。减排和排放抵消对于实现2050年欧洲气候中性的目标是必不可少的。基于自然的二氧化碳去除（CDR）措施利用植物从空气中捕获二氧化碳并将其转化为有机化合物，这些化合物可以在植物生物量和土壤中结合不同的时间。CDR措施可用于抵消难以避免的剩余排放，例如与作物施肥有关的农业中的一氧化二氮排放。与技术CDR措施相比，基于自然的解决方案具有非常高的技术准备性的优势。它们包括林业措施，如造林和被称为碳农业（有时也称为“再生农业”）的土壤碳固存农业措施。在土地利用、土地利用变化和林业（LULUCF）部门，欧盟的目标是到2030年净去除310吨二氧化碳，CF有助于实现所需的42吨二氧化碳。CF措施的目的是增加景观中的碳储量，要么是相对于引入该措施之前的情况，要么是相对于维持现状的情况。有效的CF措施包括：
植树造林和重新造林：在最近未被森林砍伐的土地上植树，或重新造林，重点是恢复生态过程。
农林复合经营：有意将树木或其他木本多年生植物纳入农业作物和牲畜系统，即在同一块土地上种植树木和作物（可耕地）或牧场（可耕地），以利用各成分之间的经济或生态相互作用。
使用捕获作物/覆盖作物：种植于地面覆盖的作物，以防止土壤免受侵蚀，并防止淋滤和径流造成的养分损失。
保护性耕作：通过减少耕作活动，无土壤倒置，并在田间留下大量残留物，从而减少土壤干扰，以减少土壤侵蚀。
增加景观特征：引入额外的景观元素，如树木或树篱。这些要素还支持提供生态系统服务和生物多样性。
目标土地转换：例如将耕地转换为休耕或分割为永久草地。
作物选择：可将豆科作物和多年生作物等作物引入可耕地作物轮作，以增加土壤碳储量。
泥炭地和湿地的恢复：人工排水的有机土壤是欧洲农业部门每公顷最大的温室气体排放国，而有机土壤上的农田每公顷的排放量最高。再润湿可以（部分）恢复自然缺氧条件，减少碳损失，因此主要目的是保护现有的土壤有机碳储量和减少排放。
土壤有机碳（SOC）储量是一种动态平衡的一部分，其特征是通过植物残留物、根系分泌物和可能的有机施肥进行输入，并主要以微生物呼吸的形式进行输出。增加SOC库存的措施通过增加投入或减少产出来改变这种平衡。例如，覆盖作物或多年生作物（包括灌木和乔木）通过更永久的土壤覆盖，从而延长光合活动的时间。豆科作物增加了投入，特别是在产量较低的地下土壤中。此外，许多措施可以通过限制土壤侵蚀来减少碳排放，否则会增加曝气和呼吸性碳损失。再润湿有机土壤通过创造厌氧条件来减少产量，从而减少土壤呼吸，从而减少排放。虽然这也增加了甲烷的排放，但总体的气候影响是非常积极的。
有人指出，如果以正确的方式和正确的地点实施，就会给自然和社会带来一些共同利益，特别是通过促进生态系统服务（ES）的供应。例子包括对提供栖息地、水循环调节（包括减轻洪水和干旱影响）、土壤侵蚀调节和维持土壤肥力的积极影响。然而，CDR的潜力和共同利益受到多种站点特异性因素的影响。关于ES，在某一地点和某一时间点对特定ES的需求至关重要。.例如，虽然覆盖作物可以减少侵蚀风险高的地点的土壤侵蚀，但在侵蚀自然较低的地点（即对ES的需求较低），侵蚀保护的附加值也将较低。同样，增加ES的供应尤其是在需要的地方，例如农村景观中的生物多样性、城市环境中的水质。
碳农业措施的实施通常与农民的直接成本和机会成本有关。然而，也可能有其他的权衡，如植树造林或重新湿润农业场地，减少粮食生产。为了补偿农民的成本，在欧洲共同农业政策（CAP）的第二个支柱下，一些碳农业措施可以在欧洲获得资金。然而，农业环境气候措施的资金来源会有所不同，因为资金的实施情况由每个欧盟（EU）成员国决定，比如德国，甚至在联邦州一级也是如此。在欧盟，CF的采用率仍然很低。
为了就碳农业措施的实施作出明智的决策，需要考虑到它们的缓解潜力、共同效益和权衡以及影响它们的当地因素。虽然已有多项研究调查了CF实施的具体方面，但仍缺乏提供全面概述的研究。为了缩小这一知识差距，本文的目标是：
1.概述温带气候区CF措施缓解气候变化的潜力：(1) 覆盖种植、(2) 豆科和半多年生作物、(3) 短轮作灌木林、(4) 农林复合经营、(5) 造林和(6) 再湿润有机土壤。
2.推导影响上述电位的特定地点和测量特定因素。
3.确定CF措施与生态系统服务和经济绩效的潜在共同效益和权衡。
4.演示如何使用关于共同利益和权衡的信息来确定合适的实施领域。本文以德国作为一个测试案例，代表了温带地区的一个国家，其特点是高度专业的农业部门和低产量差距。
1. 缓解气候变化的潜力
平均气候变化缓解潜力是积极的调查措施，从0.3到3.88MgCO2e/（ha·yr）CDR措施和总计减排潜力25.5MgCO2e/（ha·yr）再润湿有机土壤(6)（表4）。而对于覆盖种植(1)和农林复合经营(4)，报告的值相对一致，但在其他四个措施中有一个很大的范围。对于豆科和半多年生作物(2)和短轮作灌木林(3)，在某些情况下SOC下降（SOC负变化）。而在豆科作物和半多年生作物(2)中，这与谷物豆科植物的使用有关，但无法确定短轮作灌木林的原因(3)。
1.1.影响气候变化减缓潜力的特定地点因素
本文的审查确定了以下影响CF措施缓解气候变化潜力的特定地点因素。
碳储量：碳储量不能无限期地提高，但最终会达到一个地点和土地使用的特定饱和点。土壤当前碳储量与其饱和点之间的差异越大，碳储量增加得越快。
粘土含量：饱和点随着场地粘土含量的增加而增加，作为有机物，可以与矿物颗粒表面结合（矿物相关有机碳；MAOC）比颗粒有机碳（POC）更耐微生物分解。
产量：SOC库存的增加是基于更高的碳投入或更低的碳损失。投入主要取决于现场种植的生物量和外部有机投入量。
有机输入的碳噪比：输入物质更耐分解的微生物呼吸速率较低（例如，高碳噪比，如木质素）。
气候：在高纬度或海拔地区。
涝渍作用：在厌氧条件下的潮湿场所，分解速度减慢。
酸度：高酸性区域的土壤分解速度减缓，而高土壤pH与SOC更多的积极变化有关。
侵蚀：由于表土中有机碳含量最高，且随着剖面深度迅速下降，碳储量和碳储量变化的潜力受到侵蚀的强烈影响。这反过来又受到农业管理的影响。例如，永久的土壤覆盖、减少耕作或免耕可以减少表土中的碳损失。
请注意，上述因素并不是相互独立的，而是反馈是存在的。例如：潮湿的条件将减少微生物的呼吸（损失），但也会影响可以在一个地点生长的生物量（输入）。
1.2.影响气候变化减缓潜力的具体衡量因素
尽管对情景协调做出了假设，但仍然有实现每个CF措施的可能性范围。这导致了许多影响CF措施本身所导致的气候变化缓解潜力的因素。通过文献分析，可以得出以下因素：
(1) 覆盖种植：研究发现，覆盖作物的长期种植窗口受益，特别是如果覆盖作物在秋季种植。然而，这个时间窗不太可能每年都可用。覆盖种植与减少耕作相结合似乎对土壤碳储量有积极影响，而种或种混合物没有显著影响。更亮的冠层颜色也会增加反照率，从而进一步增加缓解气候变化的效果。
(2)豆科和半多年生作物：由于较高的土壤覆盖效应和较长的栽培时间，半多年生作物（包括饲料豆科植物）可能比谷物豆科植物更容易增加SOC；后者甚至可以降低SOC。半多年生草类植物，如羊茅或苜蓿，在这个CF测量簇中具有最高的CDR效应。
(3)短轮作灌木林：在植被阶段，适当的供水和温和到温暖的温度会增加生物量产量，从而增加CDR潜力。其潜力随着轮作长度（种植时间）的增加而增加，而随着收获频率的增加而减少，并进一步依赖于农业管理。树木的种类只起了很小的作用，因为使用了具有相似特征的物种。
(4)农林复合经营：CDR潜力随着树木密度的增加而增加。树种对潜力的影响；阔叶树种的SOC增长率高于针叶树，高物种多样性具有积极影响。随着农林复合林龄的增加，碳储量增加，直到达到新的稳定状态/平衡；碳储量增长率随着林龄的增加而降低。一旦建立，由于从农田清除树木和砧木的成本高，农林复合的可能性相对较大，这意味着高度的持久性。
(5)造林：碳隔离的数量取决于树类型（例如，针叶树积累更多的C比落叶阔叶树，而阔叶树积累有更高的影响）和树木物种、物种多样性、种植密度、林龄/考虑时间，和林业管理。使用地下生物量比例较高的深生根树，增加了边际农田造林产生的SOC隔离。与农林复合经营类似，植树造林所产生的碳储量增长率会随着时间的推移而放缓，并且可以假定其具有高度的持久性。
(6)再润湿有机土壤：排放的减少主要取决于地下水位的变化：升高幅度越高，气候效益通常越高。因此，最潜在的气候效益在于完全重新湿润深层排水的土壤。高营养状况的土壤比营养不良的土壤具有更高的减排潜力。影响气候效益的进一步因素是植被组成、自土地利用变化以来的时间和土地利用历史。
2.对生态系统服务供应的影响
3.经济上的权衡
(1) 覆盖种植：除了种子的直接成本和额外的工作步骤外，如果需要改变既定的作物轮作，覆盖种植可能会产生额外的成本，或者如果它导致时间管理冲突。作物产量可能由于水分竞争、覆盖作物残留物释放化感物质（促进杂草抑制但也可能阻碍作物生长），而且覆盖作物的施肥效应的时间可能不匹配作物需求，因为这取决于微生物分解，随环境条件（如温度、湿度）。这种不确定性也会增加农民的经济风险。
(2) 豆科和半多年生作物：欧洲农业食品部门创造了一种锁定局面，有利于谷物和非豆类油料作物而不是豆科植物的销售成本很高。因此，种植中的豆科植物可能会降低农场的毛利率。由于豆科植物产量的年际变化（产量不稳定），农民的经济风险增加。
(3) 短轮作灌木林：在低生产力土壤上，SRC在经济上优于耕地作物，而在高产土壤上的机会成本很高。SRC的经济可行性取决于生物质量（从而旨在提高生产力的管理，例如灌溉）、木屑价格、SRC站点的大小、旋转周期的持续时间、木屑干燥技术和使用的能源，以及所需的机械是否可用或外部服务提供商是否必须支付。长期投资意味着农民将面临经济风险。
(4)农林复合经营：经济权衡来自于可能的产量下降、劳动力增加和工作复杂性增加，包括机械化的困难；管理成本增加、市场机会不足和现金流减少和行政负担增加。虽然农场规模上的环境效益可能是可以识别的，但这些并不一定会增加农场的盈利能力，而且经济和环境效益都可能有相当大的延迟；因此，农林复合经营系统可能只是在生产力较低的地区是一个经济上可行的选择。
(5)造林：不将场地用于农业活动（耕地生产、放牧）的机会成本是最重要的成本因素；进一步的成本适用于树木材料（初始种植、重新种植)和森林管理。另一方面，由于维护成本低，造林在经济上也比耕地生产更可行，例如在高度碎片化的地点或陡峭的山坡上。
(6)再润湿有机土壤：再润湿排水有机土壤导致农民高收入损失和土地价值极度降低。此外，再润湿活动可能代价昂贵，需要仔细规划，考虑到特定地点的条件、物业情况和监管框架。而在较小的排水系统中，只要关闭沟渠中的堰就足够了，但在需要拆除排水管、填满沟渠或建造（多个）水坝时，还需要更多的努力和投资。
4.概念证明：绘制德国造林农林复合经营选定的共同利益和权衡图
本文旨在概述 CF 措施的气候变化减缓潜力和 ES 供应，以及造成空间异质性的影响因素。研究发现，所调查的CF措施在减缓气候变化方面的潜力总体上是积极的，但因具体地点和具体措施而异。除气候变化减缓效应外，碳封存措施还有可能通过加强多种ES的供应提供许多额外的益处。审查发现，生态平衡措施对调节服务有许多非常积极的影响。这种潜力可以转化为有益效应，满足各自对ES的需求。研究证明，根据 ES 需求绘制 ES 预期效果图有助于确定合适的实施地点。
然而，潜在的ES目前还没有反映在经济回报中。此外，CF 措施意味着农业系统的变革；所需的系统变革程度随 CF 措施的气候变化减缓潜力而增加。这使得 CF 措施在经济上往往对农民没有吸引力，这反映在采用率较低上，最终阻碍了 CF 效益的发挥。从长远来看，采用 CF 可能是一项很有前景的投资，可以提高农业系统抵御气候影响的能力，从而确保生产和农民收入。然而，在短期内，所需投资、机会成本、实施与潜在经济回报之间的时间差以及对结果的普遍不确定性都是实施 CF 的障碍。
虽然现有的报酬计划可以补偿农民因 CF 而产生的气候变化减缓效应，但仅靠这些计划通常无法激励农民广泛采用 CF。因此，本文认为需要对多种ES进行额外补偿。研究结果表明，对 CF 措施提供的ES进行经济补偿可提高采用率，从而促进ES的供应和气候变化减缓效应。这将包括适应气候变化，并有助于确保长期的农业生产。此外，农民的角色也可能从单纯的粮食生产者转变为多种ES的提供者，这也会改善社会对农业的态度。
这些研究结果可能有助于传播 CF 对ES有益影响的知识，以及确定实施具体 CF 措施的有利地点，还可进一步支持设计认证计划，利用 CF 提供的气候变化减缓和 ES 供应的协同作用，以及在欧洲层面采取有效的气候变化减缓政策的行动。
初审：严 露
审核：徐彩瑶
排版编辑：许文静
文献推荐人：许文静
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