眾所周知，農業是溫室氣體排放大戶之一。造成這種現象的原因，大部分是由于化肥的過度使用。在全球變暖問題愈加凸顯的當下，這一問題是否可以解決?在國際原子能機構的努力推廣之下，核技術不僅提高了農業產量，而且順利解決了化肥濫用問題。
1、農業溫室氣體排放
研究人員表示，已確定在不同氣候條件下減少農業溫室氣體排放的方法(圖源：M.Zaman，IAEA)
作物種植、牲畜飼養和其他形式的土地利用，造成了23%的人為溫室氣體排放。因此，農業生產作為溫室氣體排大戶的地位，僅次于能源生產。
而在核技術的幫助下，科學家們可以通過測量土地化肥的使用量，分析數據，計算出最佳化肥使用量。據說，這項技術的實施，可以減少50%以上的排放。
由于涉及許多微生物過程，農業產生的溫室氣體排放多種多樣。核技術可以確定溫室氣體排放的來源和過程。
“這就是為什么一個國家必須進行精確測量(化肥用量)，以便能夠分析出溫室氣體排放量，然后采取實際行動降低排放量。”Mohammad Zaman說，他是FAO(糧農組織)/ IAEA(原子能機構)糧食和農業核技術聯合中心的土壤科學家和植物營養學家。
2、利用智能農業應對氣候變化
土壤是最大的碳源，儲存了世界碳儲量的45%(圖片：IAEA)
植物通過光合作用從大氣中捕獲二氧化碳(CO2)，并將其轉化為一種碳，最終在植物分解后儲存在土壤中。
Zaman說，更高的碳含量，可以提高土壤抵御氣候變化的負面影響，提高土壤肥力，最終有助于提高作物產量和農民收入。
“如果我們能夠利用碳固存，這將是一個雙贏的局面，可以同時改善土壤肥力、保護環境和維護糧食安全。”
這種所謂的碳封存氣候智能農業實踐，正在阿根廷、巴西、印度、印度尼西亞、肯尼亞、烏拉圭，以及布隆迪、中非、老撾和哥斯達黎加等國獲得推廣。
3、同位素技術的推廣
在奧地利的IAEA植物育種實驗室中的香蕉植物(圖源：IAEA)
為了大規模推廣該技術，IAEA和FAO正在為從事溫室氣體測量工作的技術人員設計標準操作程序，同時以多種語言出版農民氣候智能農業實踐手冊。
該技術不僅可以提高作物產量、節省化肥費用，提高農民收入。“對于農民和環境都非常有益” Zaman說。
目前，阿根廷、巴西、印度、印度尼西亞、肯尼亞和烏拉圭的農民都在努力學習該技術，以環境友好，經濟高效的方式提高作物產量、土壤肥力和土壤質量——這都得益于IAEA最近與FAO合作完成的一個協調研究項目的成果。
印度尼西亞國家核能機構(BATAN)的科學家塞蒂約·哈迪·瓦盧約(Setiyo Hadi Waluyo)說：“我們正在充分利用我們的資源，以應對糧食短缺和氣候變化帶來的挑戰。”
核技術提供的數據可以提高土壤肥力和作物產量，同時將環境影響降至最低(圖源：IAEA)
這項工作基于一個簡單的概念：作物產量可以通過牲畜養殖在內的綜合生產系統實現最大化，該系統可以回收動物糞便和作物殘留物中的養分，這樣就可以減少對合成肥料的需求。合成肥料會釋放大量溫室氣體，從而導致氣候變化。
同位素技術可以用于測量土壤中的肥料量，從而驗證概念的有效性。
商業性農業經營通常基于單一種植的做法，即年復一年在同一塊地上種植相同的作物。 隨著時間的推移，單一種植導致土壤肥力降低，因此需要過量的合成肥料來補充作物吸收和使用的養分。 在過去五年中，越來越多使用綜合種養殖系統，牲畜可以直接放牧在田間，作物也可以在收獲后喂飼作物。同時，農民從牲畜身上收集糞便，并將其用作肥料，許多養分重新返回到了土壤中。 Zaman說：“這一過程可以補充土壤豐富的碳和其他必要植物養分，大大減少了對合成肥料的需求，還改善了土壤結構，提高土壤吸收水分和保存養分的能力，從而提高作物產量，同時減少溫室氣體排放。”
巴西農民正在使用豆科有機耕作技術，以降低成本，幫助應對氣候變化(圖源：巴西農業研究公司)
在巴西，科學家們正在研究最大限度提高土地利用效率的方法，對綜合種養殖系統有效性的研究已經帶來了積極的結果。大約5%的農場使用這種方法，共有1060萬公頃的農場在耕種。
“我們正朝著實施保護性農業的方向發展，我們已經看到整合綜合種養殖系統的可行性。”來自巴西帕拉那聯邦大學的土壤科學家Jeferson Dieckow說。
通過實施該種技術，尿液和糞便的溫室氣體排放量減少了89%。 同樣，阿根廷科學家發現，綜合種養殖系統能夠提高種植作物抵御氣候變化的能力。
阿根廷國家農業技術研究所的科學家胡安·克魯茲·科拉佐(Juan Cruz Colazo)說：“我們通過輪作來改善農業土壤，從這個項目中受益匪淺。我們觀察到，土壤中的有機碳含量增加了50%，這增強了作物系統對氣候變化的適應能力，否則可能會阻礙作物產量。”
在印度尼西亞，人口正在迅速增長，政府正努力確保充足的糧食供應。同時，印尼致力于到2030年將溫室氣體排放量減少30-40%。
哈迪·瓦盧約說：“保護性農業通過減少耕作和使用作物殘留物作為覆蓋物來提高作物產量，從而顯著改善土壤質量。我們計劃到2019年在1000個農場推廣這些生產方式。”
綜合種養殖系統的研究，通過協調研究項目不斷深化，可能遠遠超出參與該項目的國家。
“綜合種養殖系統實踐尤其令人鼓舞的是，并不局限于某些地理區域或氣候。如果土地適合種植作物，那么它就適合綜合種養殖系統。” Zaman說。
4、氮-15和碳-13技術
一位研究人員在水稻上進行試驗，使用穩定的氮-15來監測植物對氮的吸收(圖源：CARDI)
為了評估綜合種養殖系統的影響，科學家們在小塊農田上使用較為穩定的同位素，這些同位素不會發出輻射，如氮-15和碳-13。
通過這種方式，他們能夠跟蹤和分析作物消耗氮的效率以及碳在土壤中的積累或儲存情況。
這種氮-15技術，簡而言之，就是在小塊農田的作物周圍施用少量氮-15標記的肥料。
氮在植物生長和光合作用中起著重要作用，植物通過光合作用將陽光中的能量轉化為化學能。氮通常以肥料的形式添加到土壤中。
使用標有氮-15穩定同位素的肥料——與“正常”氮相比，這是一個中子多的原子——科學家可以追蹤路徑并確定作物吸收肥料的效率。這項技術有助于確定最佳肥料用量。
科學家們在幾個月的時間里觀察植物到底吸收了多少這種同位素。通過分析，他們能夠就不同種植方式下需要施用多少動物糞便和/或氮肥，向農民提供建議。
碳-13技術用于評估土壤質量。由于土壤是通過施用動物糞便和作物殘留物來施肥的，土壤中的有機碳含量會不斷增加，這也是碳-13技術應用的基礎。
通過追蹤碳-13同位素，科學家能夠確定土壤中碳的來源，從而確定土壤的肥力狀況，這對于確保綜合種養殖系統的最佳應用同樣至關重要。
柬埔寨，金邊——柬埔寨農業研究人員發現，那些買不起足夠肥料的貧困農民，可以通過使用更多的糞肥和堆肥，在水稻生長季節之間種植替代作物來獲得高產。
他們的建議來自IAEA和FAO支持的研究結果，利用與核有關的技術測量水稻和其他作物的肥料和水分吸收。
柬埔寨經常使用此類技術提高作物產量、優化肥料使用和評估水稻、谷物和蔬菜品種在最佳利用肥料方面的效率的國家之一。
目前，來自60多個國家農民正受益于這一領域的研究。
“同位素技術可以發揮重要作用，特別是對于在貧瘠土壤上工作的農民，” FAO/IAEA聯合分部土壤和水管理及作物營養科科長Lee Kheng Heng說，“我們柬埔寨同事的工作證明了一點，核科學可以有力促進農業的發展。”
