蔡老师您好！

1.问：最近拜读了您在2020年创作的一本科普读物《氮的奇幻之旅》，我和我们家10岁的小朋友是一起读完的，很感谢您，让小朋友充满兴趣地了解了这其中的科学奥秘，这是一本带有插画的科普读物，通俗易懂，把复杂的科学问题通过这种图文讲故事的方式鲜活地展现，非常生动。这本书的创作灵感是否来自您所从事的土壤碳、氮循环与全球变化关系的研究？对于科技工作者而言，您认为，科普工作是否与科研同等重要呢？

蔡祖聪：谢谢您和您的孩子有耐心读完《氮的奇幻之旅》。土壤是人类不可或缺的自然资源，但是，现代科技和城市化疏远了我们与土壤的距离。可以说我的创作灵感来自我们对土壤氮的研究，我的创作初衷是为了孩子们认识土壤进而热爱土壤。很久以前就有编写一些土壤科普读物的想法，也曾申请过出版计划。另外还有一点为学科的私心。“兴趣是学习的动力之源”，一个学科的长久发展需要有一批对此学科感兴趣的年轻人投身其间。培养孩童对土壤的兴趣，他们长大后就会有更多的可能投身土壤学科。

也是机缘巧合，同事的小孩耳闻目睹，对土壤有关问题的理解很快，又能用画的形式表达出来，因此就萌生了以绘本形式科普土壤知识的念头，先出版了《神奇的土壤》，出版后反响不错，还被译成了法文，在法国出版发行，然后就又有了《氮的奇幻之旅》。

我认为，土壤学科的科普工作非常重要。土壤是多功能的，生产粮食只是土壤众多功能中的其中之一而已。人类对土壤功能的认识程度与人类社会的发展阶段紧密相连，是一个逐渐积累和加深的过程。例如，由于全球气候问题的出现，人类才开始认识到土壤在全球变化中的作用和它的重要性。人类的每一个发展阶段都会面临不同的土壤问题，因而土壤学的研究是永无止境的。协调土壤资源的利用和保护需要全人类的共同参与，只有将土壤学家们对土壤的研究成果转化为被普通大众接受的知识，人类才有可能保持对土壤资源利用及保护的协调。

所以，科学普及与科学研究、科技创新同等重要。

2.问：您刚才提到土壤在全球变化中有其重要性。如何理解“农业领域的全球变化研究”？它的研究重点在哪里？

蔡祖聪：农业涉及全球变化领域体现在三个方面：一是，农业也是温室气体的主要排放源，农业排放的温室气体占全球人为排放量的10-20%（CO₂排放当量），因各国农业在国民生产总值中的比重不同而异；二是，农业同时具有温室气体汇的作用，特别是在碳的固定方面；三是，农业是受全球变化影响最直接的门类。在现阶段，这三个方面的研究应该各有侧重。

在农业温室气体排放方面，经过30余年的努力，全球，特别是我们国家已经积累了大量农业点位温室气体排放量的测定数据，对温室气体产生过程和影响因素也有了很深的认识。当然，对于这些方面的认识还有深入的空间，然而，我们更需要加强对农业温室气体排放量估算方法的研究，以减少估算结果的不确定性。获得可信赖和可检验的排放量数据既是科学研究的基础，也是制订和采取政策措施的基础。

由于农业的特殊性，一切减排增汇措施均应以不减产、不降低农产品品质为前提，所以，我建议有关减排增汇的学术论文，都能给出采取的措施对产量和品质影响的研究数据。

IPCC的报告认为，农业减排增汇的重点在提高土壤有机质含量，这是农业和气候变化双赢的措施。农田土壤有机碳含量不可能无限制增加，在有机碳输入量稳定时都会有一个平衡含量，这是估算农业土壤固碳潜力的基础，但是，据我所知，在世界范围内，这类数据还非常缺乏。所以，我们需要加强对农业温室气体排放量估算方法的具体研究，得到精准有效的研究数据。

3.问：您讲到，农业对气候变化的响应存在正负两个方面？如何理解？

蔡祖聪：是的，气候变化对农业生产的负面效应主要表现在降水时空变化、温度升高及极端气候事件危害农业生产；正面效果表现在大气CO₂浓度升高，增加作物光合作用的原料，提高光合速率，增加光合产物积累和产量；我国北方温度升高延长了作物生长期，极大地减轻了冻害。受主流观点的影响，过去的研究更多地侧重于关注负面效应。这是未雨绸缪，唤醒人类的警惕性，缓解气候变化的需要，非常必要。但在气候变化已经发生的情况下，充分认识产生正面效应的机制和影响因素，强化气候变化的正面效应为人类服务，同样不可或缺。

4.问：资料显示，我们国家是在20 世纪 80 年代末期，开创了农业领域温室气体排放研究的先河。您是在1992年回国之后，改变自己的研究方向，开始这项对您来说是全新的，在当时来讲并不是热门的研究工作，这项研究对当时而言，意味着什么？

蔡祖聪：首先需要说明，我并不是农业领域温室气体排放研究的开创者，中科院大气物理研究所的王明星老师及其带领的团队才是真正的开创者。我大概可以算作我国最早开始农业温室气体排放的土壤科学工作者。

的确，那时农业领域内气候变化尚未成为研究热点。但当时充满着稻田是气候变化主要原凶之一的舆论氛围。我国是水稻生产大国，播种面积占世界第二，产量占世界第一。这种氛围对水稻生产很不利，也不利于我国开展环境外交。这也是促使我当时选择这项研究的主要原因。最终科学证明，并被世界接受，最初对我国和全球稻田甲烷排放量作出了过高的估计。

早期对稻田甲烷排放量作出过高估算的原因在于早期选择测定的稻田都是排放量高的类型和欧洲国家科学工作者不熟悉水稻生产过程。个体之间存在很大差异的情形下，选择有利于证明自己设想（假设）的单个客体作为研究对象，获得数据后将其扩展至整体，导致对某一现象重要性的过高或过低评估，这是认识的发展过程，今后还会再发生。

开创农业领域温室气体排放的研究，对于全面认识温室气体的源和汇，气候变化对农业生产的影响，农业生产适应气候变化等都具有重要的意义。这项研究的意义还在于拓展了相关学科的研究领域，对传统问题赋予了新的涵义。例如，虽然土壤科学工作很早就发现，淹水的稻田排放CH₄，施入到农田的氮肥其中一部分转化为N₂O排放，但产生CH₄的过程对水稻产量的影响和在土壤有机碳循环中的重要性很有限，N₂O排放损失的氮量更是可以忽略不计，因此，这些现象并未引起土壤工作者的重视。因为有机物质整体，而不只是有机物质中的碳对土壤肥力起作用，所以，传统土壤学以土壤有机质表达这类物质，全球变化领域关注有机物质中的碳，而不是有机物质整体，所以现在更多地以土壤有机碳表达。由此可见全球变化研究对土壤学影响之一斑。

5.问：过去 30 多年，我们国家在农业全球变化领域进行了大量的研究，积累了世界上最为丰富的田间原位测定数据，这些研究领域涵盖了哪些方面？取得了哪些研究成果？

蔡祖聪：我国农业与全球变化的研究从中科院大气物理所王明星老师带领的研究团队通过国际合作，测定稻田甲烷排放开始，扩展到农田甲烷和氧化亚氮排放，农田土壤碳储量，反刍动物甲烷排放，畜禽排泄物贮存和处理过程温室气体排放，农田生态系统对大气CO₂浓度升高的响应，农业生产对气候变化的响应等各个方面。

《农业环境科学学报》2020年第4 期出版了农业与全球变化领域的专刊，综述了我国在农业与全球变化领域各方面取得的研究成果，有兴趣的读者可以查阅该期专刊。在此，我想强调学术成果以外的二个成果，一、我国形成了一支在国际上占有重要地位的农业与全球变化领域研究队伍。二、极大地促进了仪器设备的研发和应用。当前用于农业与全球变化领域研究的仪器设备，与30年前相比有了天翻地覆的变化。

6.问：2020年9月，中国政府在第七十五届联合国大会上提出了碳达峰、碳中和的目标。在这个目标下，当前农业领域的全球变化研究是否会有新的要求？新的方向？

蔡祖聪：自从习总书记向国际社会宣布我国的碳达峰和碳中和目标之后，我国各级政府和各部门都在积极制订实现这一目标的路径、方案和具体措施。很难预测在这一目标下农业领域的全球变化研究是否会出现新的研究方向，但可以预料，实现这一目标对农业领域的全球变化研究提出了更高的要求，至少会体现在以下三个方面：一、研发的减排固碳措施不仅要求在技术层面上可行，还要求在经济和生产层面上可行；二、对研究工作要求有更高的系统性和综合性。碳中和本身就包含着减排和固碳二个方面，农业又是一个具有温室气体源和汇双重功能的门类，所以，生命周期的温室气体排放和固定评估以及长期监测会更受到重视；三、大幅度降低减排固碳定量的不确定性。前面已经提到，要做到这一点，有必要在估算方法学上多下功夫。

特别想指出的是，通过社会层面的努力，农业可以为碳达峰、碳中和做出很大的贡献。例如，有机肥替代化肥，减少化肥施用量，可以减少生产化肥的碳排放；减少食物浪费，在保障粮食安全的前提下降低单位面积的产量目标，不仅可以减少农业生产过程的温室气体排放，而且可以减少对生态环境其它方面的负面影响；加强农畜业生产的计划性，避免出现某一农产品品种局部过量生产，导致浪费和由此产生的非必要温室气体排放等。

7.问：您在文章中指出，除了土壤 CH₄ 和 N₂O 减排以外，提高农田土壤有机碳库储量(土壤肥力的基础)同样对于确保粮食产量和温室气体减排至关重要。您刚才也讲到了，增加农田土壤有机碳含量，提高土壤肥力水平，这是遏制全球变化措施中极少可以实现双赢的措施？

蔡祖聪：国际上将生产化肥和农药的碳排放归入工业门类，将农业机械排放的碳归入能源门类，所以，农业门类排放的温室气体主要是CH₄和N₂O，CO₂的排放很少，几乎可以忽略不计。IPCC第4次评估报告预测，提高土壤有机碳储量是农业门类固碳最主要的途径（占固碳潜力的90%），而且这是一项可以实现双赢的措施。

农田土壤有机碳含量是土壤肥力最主要的指标，一般情况下，随着土壤有机碳含量的增加，土壤肥力提升。传统上，提高土壤肥力最主要的措施就是提高土壤有机碳含量。土壤有机碳的来源是植物光合作用固定的大气CO₂，提高土壤有机碳含量也就意味着土壤固定的大气CO₂增加。所以，这是一项提高土壤肥力和固碳双赢的措施。

基于土壤的固碳作用，在联合国气候变化公约第22次缔约国大会上，法国提出了“千分之四全球土壤增碳计划”，即全球土壤每年增加有机碳千分之四，基本上可以固定全部人为排放的CO₂。这一计划得到了《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)的认可，并正式启动。这一计划很美好，但实现的难度很大。这是因为农田土壤有机碳排放速率也随着有机碳含量的提高而增加，增加单位土壤有机碳需要投入的有机碳也随之增加，这就导致即使在大量有机碳投入下，农田土壤有机碳含量也不可能无限制增加。

8.问：所以您提出，未来的农业领域全球变化研究需要更加全面合理地评价各种减排措施对于土壤 CH₄、N₂O、有机碳变化以及粮食安全和生态环境的综合效应？

蔡祖聪：是的，前面我所谈到的，也是在表述这一观点。我可以再举两个具体的例子，说明评估综合效应的必要性。CH₄和N₂O都是农业生产过程排放的温室气体，但是，CH₄排放量大的稻田，N₂O排放量往往较小，它们存在互为消长的关系。这主要不是因为它们相互之间有直接的相互作用，主要是因为它们生成需要的条件恰好相反。稻田中CH₄的生成需要持续稳定的淹水条件，而淹水和排水落干交替则有利于生成N₂O。二种稻田水分管理模式不可能在同一田块同时存在，所以，CH₄和N₂O排放就有互为消长的关系。再则，秸秆还田提高土壤有机碳，但秸秆还田有可能极大地促进稻田CH₄排放，而单位质量的CH₄的增温潜势是单位质量CO₂的25倍。所以，当我们采取某一减排固碳措施时，必须综合地评估其对增温潜势、产量、品质和生态环境的影响。

9.问：目前，您和您团队的科研动态可否给我们介绍下？

蔡祖聪：我们团队的研究领域仍然集中在土壤氮循环和作物连作障碍防控二方面。前几年我们发现了强还原土壤消除连作障碍的作用，现在仍然继续这一领域的研究。

通过这几年的努力，已经证明，在应用的技术层面上，强还原土壤处理可以消除绝大部分作物的连作障碍。三七是我们遇到的少数几种强还原土壤处理不能完全消除连作障碍的植物。可喜的是，以强还原土壤处理为基础，配合其它措施，在消除三七连作障碍方面也取得了不少进展，但是否已具备了应用价值还要看今年开始的中试结果。

在基础研究方面，我们主攻的是连作障碍产生的土壤微生物学机理。我们努力的目标不是采用强还原土壤处理消除连作障碍，而是采取有效措施避免发生连作障碍。是否能实现这个目标？何时能实现？现在还很难预期。我们一直在努力。

近几年我们团队在土壤氮转化方面的研究也有些进展，其中最有意义的进展是我们发现，土壤无机氮主导形态与作物喜好吸收的氮形态相契合是提高作物产量和氮利用率，减少氮损失的基础。这一成果很有应用价值。我们知道作物对氮形态的喜好与其起源土壤的无机氮主导形态有关。起源于硝态氮为主土壤的作物喜好吸收硝态氮，起源于铵态氮为主土壤的作物喜好吸收铵态氮。所以，我们的这一发现可以理解为，作物生长的土壤环境与其起源土壤环境相似，作物高产，氮利用率高，损失少；反之，作物生长的土壤环境与其起源土壤环境相差甚远，则难以高产，氮的利用率难以提高。这种现象或许也存在于作物的其他营养生理活动。我们计划在这条路上试着走一走。

10.问：我们很期待您的研究团队能获得进一步的科研成果。同时也很期待看到您新的科普著作，对于科普创作，您有何建议或者有何方法经验的分享？

蔡祖聪：人人都知道土壤，但真正了解土壤的很少，即使是接受了良好教育的知识分子，真正了解土壤的也不是很多。只有当人类共同认识到土壤、土壤的多功能性和功能利用的相互排斥性，才有可能避免片面地利用土壤的某一功能，而忽略保护土壤的其他功能，实现土壤资源利用和保护的协调。

科普是让人们认识土壤的重要途径。但要让读者对熟视无睹的土壤感兴趣，引起他们的阅读兴趣并非易事。通俗易懂，故事性强是对科普读物的基本要求，也是热爱科普的工作者必须掌握的最基本的写作技能。针对不同年龄段的读者，选择合适的题材和表现形式也很重要。

我很愿意继续花时间编写关于土壤的科普读物。