温室效应是现代的难题，数千年不良的农牧业经营方式，特别是现代工业化农业，已经导致全球土壤中高达80%的碳流失——即使奇迹出现，我们立刻停止使用化石燃料，这层二氧化碳仍然会笼罩在我们头上。这称为遗留量，虽然终究会消散，不过得花上千万年，来不及扭转地球迅速暖化的趋势。
美国记者、畅销书作家克莉斯汀·奥尔森（Kristin Ohlson）在《拯救土壤》一书中，提出了一个充满激情的论点——拯救土壤，从而拯救地球，拯救我们的家园。
她介绍了有远见的科学家、农民、牧场主和园林师们创造性的工作。从北美、非洲到澳大利亚，有众人追随的农牧先驱，有不收受企业赞助的土壤科学家，也有土地管理者和环保人士少见的携手合作。
他们雄辩地主张，我们可以治愈土地，可以将大气中的碳转化为有益的土壤碳，并有可能扭转全球变暖的趋势。
01土壤微生物的世界：光与暗的结合
人类并不是第一个造成气候变迁的物种。最早的“污染者”是蓝细菌（蓝绿色的水生光合细菌，后来演化成植物），大约在29亿年前它们开始改变我们大气中的气体平衡。我们的星球当时差不多16亿岁，还很年幼。
蓝细菌通过光合作用，夺走水分子中的氢，释放氧气，在数千年间把地球的氧气含量占比从2%提升到今日的21%。
16亿年前，植物起源于海洋。一个藻类生物吞噬了一个蓝细菌，获取了蓝细菌以阳光产生能源的能力。这些光合藻类利用的主要色素是绿色的叶绿素。由于绿色叶绿素会吸收阳光里高能的蓝色和红色波段，因此植物的叶子变成了地球上最早的太阳能板。
充足的太阳能使植物成为第一批非常成功的多细胞生物（一开始很可能是简单的藻类用保护性的丝状体包住一串细胞，从而形成了多细胞生物），最后得以累积生物量，演化成郁金香、马铃薯和高大的红木。
不过，因为植物会渗漏，它们还独立维持了另一个世界, 也就是我们脚下的世界，我们竟然不曾留意的那个黑暗王国。下面的这个世界可能占了我们全球物种种类的95%，这是土壤微生物的世界。
从你的花园或都市的公园、公路旁杂草丛生的土地上挖起一茶匙的健康土壤，眼前就会有大约10亿到70亿个生物，数量取决于土壤的健康状况。科学家推测，一茶匙土壤可能含有高达75000种细菌、25000种真菌、1000种原生动物，还有100种叫作线虫的细小蠕虫。
植物世界和这个地下国度的关系，始于海浪把植物冲上岸，而植物努力在新天地活下去。这时，太阳、风和雨已经替土壤准备好了三种基本“建材”，体积由小到大依序是黏土、粉砂和砂。它们都是从地球的岩石表面剥落的细小颗粒。
蓝细菌很早就在陆地落脚了，除此之外，还有另一种新演化出的生物：真菌。这种生命形态既不是植物也不是动物，却兼具二者的特征。这些生物一直在分解岩石，以得到矿物质，同时，也已经发展出让养分在彼此之间循环的互利关系，而真菌（这时主要是腐生真菌，也就是以死亡生物为食的真菌）让这些新的生命形态不会被自己的有机废弃物闷死。
掠食者也出现了，在这些生物中加入另一重养分循环。当有根的陆生植物在淡水池塘中演化出来时，微生物学家伊莱恩·英厄姆（Elaine Ingham）博士称为“土壤食物网”的系统就已经在运作了。
英厄姆在2011年至2013年担任宾州罗岱尔研究所的科学主任，她说：“在植物往下生根，把自己固定在一个地方之前, 这种养分循环已经持续了数百万年，已经有现成的系统，所以植物不需要演化出从岩石得到养分的方法。植物只需要端出合适的糕点，也就是风味正投其所好的根部分泌物，微生物就会生长并制造酶，从砂、粉砂和黏土中把植物需要的养分溶解出来。”
生命历史上最伟大的生物合作就这样开始了，这是互利共生和共同演化的奇迹。这样的合作关系提供给植物足够的养分，让植物能在没有水体保护的艰苦环境中生存，产生更复杂的生物量，让绿意在陆地蔓延。而微生物从植物那里得到宝贵的碳基糖、蛋白质和碳水化合物，为终将演化出来的动物铺路。
植物和土壤微生物在一千年中发展出复杂的交易网络，植物把多达40%的碳基糖导向根部，微生物则像披萨外送员一样把各种矿物质送到门口。植物需要这些矿物质来建构生物量，制造生理活动所需的酶，吃植物的生物则需要这些矿物质来构造健康的身体。澳大利亚生态学家克里斯汀·琼斯（Christine Jones）称这种共生为“最早的碳交易方案”。
之后演化出的菌根使得合作关系变得更复杂、更互惠。在那时，最复杂的植物是多产的草本植物，不过这些草本植物的能量资源不足以让自己继续向前迈进。菌根的真菌一开始可能寄生在根部，用细小如线的菌丝穿透植物的根，吸出细胞质。这些真菌“发现”与其害寄主植物死亡或虚弱，不如把养分储存在根的内部，再取得碳渗出物作为报酬。
由于菌根菌的菌丝分布得又远又广，可以用养分连结整个植物群落，因此植物被刺穿之后不但活了下来，而且长得更茂盛了。植物有了这种真菌根系，就能把更多能量用在生殖方面，并朝阳光伸展，于是出现了灌木和乔木。
02复杂的土壤食物网：碳被锁在土壤中
17世纪的安东尼•范•列文虎克(Antonie van Leeuwenhoek) 是最早看到并描述细菌的人之一。但直到20世纪80年代，我们才开始了解微生物的地下世界。
那时生物学家戴夫•科尔曼（Dave Coleman）大力推动他在科罗拉多州立大学的自然资源生态实验室（NREL）开展研究。他聘请了微生物学家伊莱恩•英厄姆做博士后研究，英厄姆和实验室的其他成员逐渐了解到土壤生物——不只是细菌和真菌，还包括在我们脚下忙碌工作的所有生物，并为此兴奋不已。
英厄姆说：“从来没人问这些生物为什么会一起出现在那里。”她谈论土壤生物时，有着无尽的热情。她问道：“为什么土里有原生动物? 它们有什么用？我们知道原生动物会吃细菌，但吃细菌有什么了不起的用处？对植物有哪方面的帮助，形态上还是形状上？”
实验室最后发现，需要一个村落才能养好一株植物。从百子莲到杜鹃花，秋海棠到醉鱼草，老鹳草到波斯菊，整个植物王国之中，只要盯着一株健康的植物，你看到的就是地面下有座村庄正在根的周围勤奋地生产，确保植物得到所需的一切。
英厄姆将土壤微型生物分成五大类：真菌、细菌、单细胞原生动物、细小的线虫，以及微型节肢动物（甲壳纲及昆虫的亲戚）。这些微型生物和肉眼可见的土壤居民（蚯蚓、甲虫、田 鼠之类的动物）组成了英厄姆口中的土壤食物网。土壤食物网比食物链更复杂，但没那么脆弱。这些地下世界的居民就像我们地上世界的居民一样，以无数的方式互相联结、彼此依赖。
真菌和细菌离植物根部最近，就像猪排排站在食槽前面, 等着得到自己的碳基糖。它们在根附近聚集得十分紧密，几乎形成了一道无法穿透的屏障，阻挡埋伏在附近、试图攻击根部的土壤病原体。植物可是真菌和细菌的衣食父母，保护好植物对它们大有好处。
同样，由于真菌和细菌带给植物的营养是植物无法用其他方式得到的，因此把真菌和细菌留在附近，喂饱它们，让它们繁殖增多，对植物也大有好处。真菌把矿物质储存在植物根部的细胞壁之内，矿物质被细菌吞食，细菌进而被植物根部附近的原生动物、线虫或微型节肢动物吞食，之后这些较大的猎食者在植物的根部附近排泄，这时矿物质才会变成植物可以利用的化学形态。到那时候，植物才能靠着简单的扩散作用吸收养分。
土壤微型生物提供食物给植物，也保护植物不受掠食者攻击。土壤微型生物的一个关键作用是在土壤中形成一种叫土壤团聚体的细小的结构，控制地下的水和空气流动。细菌抓住一小块黏土、粉砂或砂，用富含碳的黏胶（原料是植物的糖类）把自己黏上去，形成极小的团粒状的土壤团聚体。
接着真菌上场，收集一些细菌团粒，制造出自己的扭曲团粒，将繁殖部位藏进去，以免被微型节肢动物吃掉。健康的土壤里有数十亿这样的团粒，它们堆积在一起，各自产生空间，让空气和水缓缓通过。团块形成的空间容纳水分，土壤中所有的生物都能取用。脚踩泥土的时候，别觉得自己是站在坚硬无生命的物质上，想象一下你是站在活生生的珊瑚礁那样多孔、充满生机的东西上。
事实上，富含微型生物、团粒密布的健康土壤就像海绵一样留住水分，缓慢地释出水分给植物，也释出水分给河流和小溪。健康的土壤在干旱时最能保护作物，也是各地抵御洪水的最佳武器。土壤也是地球最早的净水系统——微生物会攻击并 清除水中的污染物，最后让纯净的水流进溪流或地下蓄水层。
人们赞扬健康土壤的价值，将这些益处（干旱时的保护、防止洪水、净化水质）视为生态系统的功能，讲得好像种植健康的食物这件事还不够重要！近年来，随着人们对全球变暖的恐惧加深，他们又加上了另一个生态系统功能：碳隔离。
温室效应是现代的难题。不过，我们就活在庞大的生物机器里，而这机器就可以处理二氧化碳的遗留量。没有这个机器，构成这个世界的一切都不会存在。我们数千年来在不经意间阻碍了这个机器的运作，不过在我们眼耳所不能及的地方，这机器一直在运转，移走空气中的二氧化碳，将其转化为珍贵的资源，而且这机器做这些事还完全免费。
真菌和细菌吃掉植物根部内或附近的碳基糖之后，碳不会就这么消失。被吃下的碳成为真菌和细菌身体的一部分。真菌菌丝带着这些碳钻过土壤，仿御菌丝是铁路轨道。真菌死亡时，广布的碳网络留在土壤里，让其他生物啃食。其他微型生物吃下真菌和细菌时，也把碳纳入自己体内。真菌和细菌也分泌碳基糖排泄物，因此就连消化作用也会让储存的碳散布到土壤中，直到它被更小的生物吃掉。
碳不断在土壤食物网中循环，每次被吃掉、被排泄，富集程度就更高。通过分解的过程，土壤生物不断制造出更长、更复杂的碳链。
就这样，植物用阳光制造出简单的“糖浆”，其中的碳基糖最后被纳入或许有另外10000个碳原子的长链，碳原子又和氢、氧及其他养分连接。碳链愈变愈长，土壤的颜色也因为这些碳而愈变愈深。
随着土壤生物吃进碳基糖然后将其排出，碳链也变得愈来愈强，也就是愈来愈难进一步分解。这个过程最后产生了所谓的腐殖酸，成分只有碳、氢和一点氧，能吃的东西几乎丝毫不剩了，因而这些碳可以被锁在土壤中好几百年。
03地下的英雄：土壤真的能拯救我们
我们能和自然合作（以及自然界里所谓的低科技，只不过复杂与精巧的程度还是超过所有的人类产物），把人类造成大气超载的二氧化碳拉出来，在土里善加利用吗？我们能及时逆转全球变暖，让我们的孩子有美好的地球吗？
有太多聪明的人在为此努力，克莉斯汀·奥尔森很乐观。新墨西哥州立大学永续农业研究中心对新墨西哥桑迪亚国家实验室所做的介绍，或许是目前为止在这主题中最令人兴奋的科学知识。
研究始于该大学的分子生物学家强森为美国农业部进行一场实验，希望能用牛群粪肥制造低盐堆肥（牛粪显然含有盐分）。强森夫妇最后确实研发出低盐堆肥，不过其实不确定为什么盐分会较低。
强森研究的假设是，他们用一种特别的“免搅拌法”制造堆肥（制造堆肥时若温度过高，大多会搅拌，以免变成无氧状态），这么一来，真菌群落就能不受干扰、生长旺盛，但同时堆肥又有足够的氧气给益菌生长。他认为真菌可能吸收盐分，保护了植物。
强森接着在一间温室用辣椒测试了低盐堆肥和其他八种堆肥的表现。他注意到辣椒加了堆肥之后，生长力加倍。他的工作这时开始变得有趣了。
当他分析是哪些因素影响了这些温室植物时，发现一般认为植物生长必需的养分都不是最重要的因素，特别是氮、磷、钾，也就是传统合成肥料的主要成分，这些养分自然存在于所有堆肥之中。即使土壤有机质，即土壤中岩石以外的成分，从笨重的植物与动物组织到高度浓缩的腐殖酸，也不是主要因素。
强森的堆肥里没有其他堆肥中的优势细菌群落，只有平衡的健康真菌与细菌群落，而辣椒之所以能长得那么好，就是因为平衡。由于一般的土壤试验只检视土壤的化学性质，而不检视生物层面，因此不会发现这一点。
强森被激起好奇心，于是和新墨西哥州立大学的昆虫学家艾灵顿及工程师伊顿合作，把这个研究移到室外的试验地，在那里培养了土壤生物，这次是用覆盖作物。他们没整地就重新种植，把新作物种在上一季覆盖作物的残株之间。
两年之后, 土壤有机质跃升了67%, 土壤的保水力激增了30%以上，在这么干旱的气候中，这很了不起。最佳示范区产生的绿色物质, 是全球生产力最高的生态系统的四倍。
强森告诉我：“我们让大家看到，我们改善了土壤中真菌和细菌这些微生物的群落之后，就能更快种出更多、更好的作物, 加进土里的水更少，而碳积存是锦上添花。”
新墨西哥州立大学的研究显示，土壤真的能拯救我们，而且比任何人想象得更快。这些示范区因为植物和土壤生物的交互作用而变得非常肥沃，里头的植物从大气中吸收了碳之后，通常会把其中72%输送到土壤中。
更惊人的是，和土壤生物虚弱、受到摧残的土地比起来，这里固定在土壤中的碳多得多。研究者原先以为微生物一增加，就会有更多二氧化碳从土壤中散逸，结果微生物的呼吸率却下降了。这表示土壤的碳储藏是以非线性的方式加速。
强森解释这种现象时，建议把培养土壤碳所需的能量想象成让飞机离地的能量。起先需要投入大量的能量，才能让飞机升高。但飞机一旦升空，阻力就会降低，就一飞冲天。同样，土壤微生物的族群一旦建立起来，种植作物和培养土壤碳的效率都会提升。
说来奇怪，我们都被灌输一种观念：植物只会掠夺，取走土壤中的养分，让土壤变得更贫瘠。然而只要允许植物和土壤中的同伴合作，植物就是施予者。植物会用碳分泌物喂食细菌和真菌群落，使它们欣欣向荣，而细菌和真菌能从岩床、粉砂、黏土这些颗粒之中吸取矿物质养分，因为它们知道，它们会因为施予而受益。土壤的掠食生物吞食细菌和真菌之后，这些养分都会释放到植物附近。资源一定够，只要人类或其他力量不去扰乱这个系统。
强森和新墨西哥州立大学的研究者得到一个结论，那或许会让世界各地的气候激进分子感到难为情。
他们对桑迪亚提出了一份报告（报告所属的计划是要查出火星的好奇号探测车的碳测量装置是否可以在地球迅速准确地分析土壤碳），指出“以我们目前在这个系统中观察到的生物量产生速率，每公顷土地可以捕捉112吨的二氧化碳，因此只要不到11%的全球农地，就足以抵消人为二氧化碳排放。全球随时有这两倍面积的土地在休耕”。
这表示，全球农地（通常没在使用的土地）只要有11%把土壤微生物群落改善到强森和同事做到的程度，土壤中碳积存的量就会抵消我们目前排放的所有二氧化碳。
这样的主张令人难以置信。强森认为，在科学上目前还不确定从大气中移除二氧化碳是否就能扭转气候变化，我们从来没成功过。即使最理想的模式也可能出错。他说，虽然这么说，但不试试借着培养健康的土壤来达成，就太愚蠢了，因为这样也能改善植物的生产力, 减少我们消耗的水，减少正在耗竭的天然资源用量（例如石油和磷），降低农业对环境的冲击。
回头来看许多替工业化农业辩护的人提出的问题：我们该如何喂养90亿人？答案是：我们先喂养我们的微生物吧。
我们似乎有能力减少我们的二氧化碳遗留量。二氧化碳遗留量不只实际存在，也是心理负担。这是国家意志与优先级的问题。我们只能跟植物和土壤微生物合作，才能达成这一目标，而植物与土壤微生物早在文明的黎明时期就已经跳着奥妙的舞蹈。
我们不能一直当那个打断舞蹈的蠢蛋，不断把其中一个舞者撞开，还觉得我们能改善它们的舞步和舞姿。这样的笨拙令我们吃尽苦头。我们必须退后一步，注意这些舞者需要我们做些什么，然后满怀敬意地提供帮助。
拯救土壤
作者：[美]克莉斯汀·奥尔森（Kristin Ohlson）著 周沛郁 译
这些生动而富于启发性的的故事，会彻底改变我们对食物、植物以及我们与地球关系的思考方式。我们可以从中看出，即使面对棘手的全球性问题，人类其实也可以有所作为。