炭素農業

家畜は、他のすべての動物と同様に、炭素の正味生産者です。牛や羊などの反芻動物は、消化器系に生息する微生物によって、CO ₂だけでなくメタンも生成します。少量の炭素は、根からの分泌物や糞尿によって草地の土壌に固定される可能性があります。群れを複数の放牧地で定期的にローテーションさせることで（毎日でも）、放牧期間の間に放牧地を休ませたり回復させたりすることができます。このパターンにより、十分な飼料のある安定した草地が作られます。^{[ 26 ]}一年生草は根が浅く、放牧されると枯れてしまいます。ローテーション放牧は、一年生草を根が深い多年生草に置き換え、放牧後に回復できるようにします。対照的に、動物を広い範囲で長期間放牧させると、草地が破壊される可能性があります。^{[ 27 ]}

森林放牧とは、樹木の下で家畜を放牧するもので、草に十分な日光が当たるように樹木は十分に間隔を空けて配置されます。^{[ 26 ]}例えば、メキシコのある農場では、22ヘクタール（54エーカー）の牧草地に在来種の樹木を植えました。これが有機酪農場として成功しました。この農場は自給自足型の農場となり、作物の生産ではなく、他者へのコンサルティングやトレーニングから収入を得ています。^{[ 28 ]}

しかし、多くの研究者は、このアプローチでは主張されているようなメリットは得られないと主張している。^{[ 29 ] [ 30 ]}さらに、いくつかの査読済みの研究では、半乾燥草原から家畜を完全に排除すると、植生と土壌炭素隔離の大幅な回復につながることがわかっている。^{[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]}

炭素農業は、植え付け/栽培/収穫のサイクル全体を通して土壌への撹乱を最小限に抑えます。種まき機や同様の技術を使用して耕起を避けます。 ^{[ 36 ]}家畜は収穫後の畑の残骸を踏みつけたり食べたりすることができます。^{[ 26 ]}耕起の減少または完全な停止により、表土の土壌炭素濃度が増加し、土壌の再生が可能になります。^{[ 12 ]}耕起は土壌団粒を破壊し、微生物が有機化合物を消費できるようにします。微生物活動の増加により栄養素が放出され、最初は収量が増加します。その後、構造の喪失により土壌の保水能力と侵食抵抗力が低下し、収量が減少します。^{[ 5 ]}

マルチングとは、植物の周りの土壌を木片や藁などのマルチで覆うことです。あるいは、作物の残渣をそのままにして、分解されて土壌に吸収されるようにすることもできます。^{[ 26 ]}

堆肥は炭素を安定した（容易には利用できない）形で隔離します。炭素農家は耕さずに土壌表面に堆肥を散布します。^{[ 26 ]} 2013年の研究では、堆肥を1回施用するだけで、草地の炭素貯蔵量が25～70%も有意かつ持続的に増加することが分かりました。この継続的な隔離は、保水力の向上と堆肥分解による「施肥」効果によるものと考えられます。これらの要因はいずれも生産性の向上を支えています。試験した2つの地点では、草地の生産性が大幅に向上しました。乾燥した谷の地点では飼料が78%増加し、湿潤な沿岸の地点では平均42%増加しました。₄とN₂ O排出量は有意に増加しなかった。メタンフラックスはごくわずかであった。土壌N_{化学肥料や堆肥を施した温帯草原からの2} O排出量は桁違いに高かった。 ^{[ 37 ]}別の研究では、0.5 インチの市販堆肥で処理した草原が、年間約 1.5 トン/エーカーの割合で炭素を吸収し始め、その後も吸収し続けたことがわかった。2018 年現在、この研究は再現されていない。 ^{[ 27 ]}

嫌気的に燃焼させたバイオ炭を土壌に混ぜると、バイオマス中の炭素の約50%が土壌に固定されます。焼畑農業を焼畑炭化農業に置き換えると、土地利用の変化による人為的な炭素排出量の最大12%（0.21ギガトン）が毎年土壌で相殺される可能性があります。農業および林業廃棄物は、年間約0.16ギガトンを追加する可能性があります。現代のバイオマスを使用したバイオ燃料生産では、熱分解によってバイオ炭副産物が生成され、 1ギガジュールのエネルギー生産につき30.6kgの炭素が固定されます。土壌に固定された炭素は、容易に検証可能な方法で測定できます。^{[ 38 ]}

被覆作物は、休耕期に土壌を風雨による浸食から守るために植えられる、生育の早い植物です。被覆作物を土壌に混ぜ込むことで、土壌有機物を増やすことができます。マメ科の被覆作物は、少量の窒素も生成します。健全な土壌生態系を維持するためには、土壌中の炭素含有量を増やすだけでなく、窒素の相対量も同時に増やす必要があります。

多年生作物は、多層システムで栽培すると炭素を隔離する可能性を秘めている。あるシステムでは、トウモロコシや豆類に類似した樹木に生える多年生主食作物、またはつる植物、ヤシ、多年生草本植物を使用する。^{[ 39 ]}

林業と農業はどちらも土地を基盤とする人間の活動であり、これらを合わせると世界の温室効果ガス排出量の約3分の1を占める。^{[ 40 ]}再植林への関心は高いが、炭素農業に関しては、再植林の機会のほとんどは小規模な区画に限られ、個々の土地所有者が炭素農業プログラムから提供される利益と引き換えに木を植えることになる。^{[ 41 ]}炭素農業における林業は、森林伐採された地域に森林を回復させる再植林と、歴史的に森林ではなかった地域に森林を植える植林の両方を含む。 ^{[ 4 ]}すべての森林が同じ量の炭素を隔離するわけではない。炭素隔離は、森林の年齢、森林の種類、生物多様性の量、森林が経験する管理方法、気候など、いくつかの要因に依存する。^{[ 42 ] [ 43 ]}生物多様性は炭素農業の副次的効果と考えられがちですが、森林生態系では生物多様性の増加は炭素隔離の速度を速め、炭素農業のツールとなり、単なる副次的効果にとどまりません。^{[ 43 ]}

竹林は、ほとんどの種類の成熟した森林よりも総炭素貯蔵量が少ない。しかし、ゴム農園や果樹園と同程度の総炭素を貯蔵することができ、アグロフォレスト、パーム油農園、草原、低木地の総炭素貯蔵量を超えることができる。^{[ 44 ]}竹林は、成熟した森林や植林地よりも速い速度で炭素を隔離する。^{[ 45 ]}しかし、新しい植林地または積極的な管理が行われている植林地のみが、成熟した森林よりも速い速度で炭素を隔離することがわかっている。^{[ 46 ]}他の急速に成長する樹種と比較すると、竹は選択的に収穫した場合にのみ炭素隔離能力が優れている。^{[ 47 ]}竹林は、栽培された植物材料が、植物材料に長期間炭素を保持する耐久性のある製品に加工される場合、特に炭素隔離の可能性が高くなる。これは、竹が急速に成長し、毎年収穫した後も強く再生するためである。^{[ 44 ] [ 48 ]}

竹は栽培された材料にバイオマスとして炭素を貯蔵する能力がある一方で、竹による炭素隔離の半分以上は土壌中の炭素として貯蔵されます。^{[ 48 ]}竹によって土壌に固定される炭素は、地下茎と根によって貯蔵されます。これは、土壌上の植物材料が収穫され、長期保存された後も土壌中に残るバイオマスです。^{[ 45 ]}竹は、他の作物の栽培に適さない最適ではない土地に植えることができ、その利点には、炭素隔離だけでなく、将来の作物のための土地の質の向上や森林破壊の対象となる土地の量の減少が含まれます。^{[ 45 ]}竹を使用する農家は、炭素排出権取引を利用して、本来耕作されていない土地で炭素クレジットを獲得することもできます。 ^{[ 45 ]}したがって、竹材の栽培は、大きな炭素隔離の可能性を秘めている可能性があります。^{[ 49 ] [ 50 ] [ 51 ]}

2011年、オーストラリアは排出量取引制度を開始しました。炭素を隔離する農家は、炭素オフセットを必要とする企業に炭素クレジットを販売できます。^{[ 26 ]}オーストラリアの直接行動計画では、「 CO2削減のための最大の機会は、_{オーストラリアにおける排出}量削減は、一般的にはバイオ隔離、特に土壌炭素の補充によって実現されています。20年以上にわたる試験区画の研究では、農家が有機物を投入したり耕起を減らしたりすると、微生物の活動が増加することが示されました。1990年から2006年にかけて、連続栽培下では土壌炭素レベルが平均30%減少しました。有機物を投入するだけでは土壌炭素を増やすには不十分でした。そのためには、窒素、リン、硫黄^{も添加する必要がありました。 [ 51 ]}

2014年までに、カナダ大平原の農地の75%以上が「保全耕起」を採用し、50%以上が不耕起を採用した。^{[ 64 ]} 2015年12月のパリ気候変動会議では、25か国がこの慣行を採用することを誓約した。^{[ 26 ]}カナダ政府は、20億カナダドルの自然気候ソリューション基金の一部として、2021年から2031年の間に農業における気候変動対策の採用に8億8500万カナダドルを支出することを決定した。^{[ 65 ]}

炭素農業を推進する最大の国際的な取り組みは、フランスが主導する「1,000 ％あたり 4 つ」です。その目標は、農業と林業の変化を通じて土壌炭素を年間 0.4％増加させることです。^{[ 27 ]} 2016 年、フランスは食料作物の生産との競合を制限するために、バイオ燃料の生産に使用できるエネルギー作物の量に上限を設けました。被覆作物は、被覆作物の導入に対する経済的インセンティブを生み出すために、この上限から除外されています。^{[ 66 ]}

スイスのフランス語圏で、官民連携プロジェクト「アグロインパクト」が開始された。このプロジェクトは、農家に対し炭素隔離の方法について助言を行い、その結果として削減された二酸化炭素排出量に基づいて補償を行う。

資金は、農産食品セクターの利害関係者によって提供され、農家にプレミアムを支払うことで、農家が自身のカーボンフットプリントを改善できるようにしています。各プレミアムは特定の量の低炭素製品に対応しており、農家は同じ供給業者（例えば、パン用小麦の生産者に支払われるプレミアムの場合は同じ製粉所）から購入することを約束しなければなりません。^{[ 67 ]}

カリフォルニア州では、複数の資源保全地区(RCD) が、炭素農業の開発と実施のための地域パートナーシップを支援しています。 ^{[ 2 ]} 2015 年、カリフォルニア州の炭素クレジット交換を管理する機関は、放牧地を堆肥化する農家にクレジットを付与し始めました。^{[ 26 ]} 2016 年、シボレーは米国農務省(USDA)と提携し、11,000 エーカーの不耕起農地の牧場主から 40,000 炭素クレジットを購入しました。この取引は、道路から 5,000 台の車を取り除くことに相当し、米国でこれまでで最大規模でした。^{[ 26 ]} 2017 年、米国の複数の州が炭素農業と土壌の健康を支援する法案を可決しました。^{[ 68 ]}

• カリフォルニア州は、健全な土壌プログラムの一環として750万ドルを拠出した。その目的は、「特定の管理方法が炭素を隔離し、土壌の健康を改善し、大気中の温室効果ガスを削減する」ことを実証することである。このプログラムには、マルチング、被覆作物、堆肥化、生垣、緩衝帯が含まれる。^{[ 68 ]}カリフォルニア州の郡のほぼ半数で、炭素農業に取り組む農家がいる。^{[ 27 ]}
• メリーランド州の健全な土壌プログラムは、研究、教育、技術支援を支援しています。^{[ 68 ]}
• マサチューセッツ州は、土壌の健康を再生する農業を支援するための教育と訓練に資金を提供している。^{[ 68 ]}
• ハワイは、土壌の炭素含有量を増やすためのインセンティブを開発するために、炭素農業タスクフォースを設立しました。^{[ 68 ]} 250エーカーの実証プロジェクトでは、ポンガミアの木からバイオ燃料を生産しようと試みました。ポンガミアは土壌に窒素を供給します。同様に、ある牧場では、4,000エーカーで2,000頭の牛を飼育し、輪作放牧を使用して土壌を改良し、炭素を貯蔵し、水循環機能を回復し、流出を減らしています。^{[ 69 ]}

他の州も同様のプログラムを検討している。^{[ 68 ]}