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提高土壤碳庫儲量和減少農田溫室氣體(tǐ)排放(fàng)，是世界各國确保糧食安全和應對全球氣候變化的重要戰略。

文/顔曉元（作者系中(zhōng)國科學院南(nán)京土壤研究所研究員(yuán)）

來源：2023年1月25日出版的《環球》雜(zá)志(zhì) 第2期

近年來，全球氣候變化不僅給人類社會生(shēng)活帶來深刻影響，也導緻了全球大(dà)面積土壤發生(shēng)退化。土壤退化不僅會造成土壤養分(fēn)流失，還會導緻作物(wù)品質和産量下(xià)降，嚴重威脅糧食安全。

但是，合理的土壤保護不僅有助于實現碳中(zhōng)和、積極應對氣候變化，還能夠保障糧食安全，達到固碳減排與農業發展相協調的雙赢目标。

土壤碳庫的重要作用

全球2米深土壤儲存的有機碳達到24000億噸，土壤碳庫的微小(xiǎo)變化都可能對大(dà)氣二氧化碳濃度産生(shēng)強烈影響。換句話(huà)說，土壤碳庫的微小(xiǎo)增加都會産生(shēng)巨大(dà)的碳彙效應。以“千分(fēn)之四計劃：服務于糧食安全和氣候的土壤”爲主題的國際倡議，早在2015年召開(kāi)的第21屆聯合國氣候變化大(dà)會中(zhōng)就被發起，這也彰顯了提升土壤碳庫儲量在應對氣候變化中(zhōng)的重要地位。

農業是重要的碳排放(fàng)行業，農田土壤的固碳增彙潛力也是巨大(dà)的。據報道，在最理想的情況下(xià)，全球農田土壤每年可實現33億～68億噸的固碳潛力。考慮到當前我(wǒ)國農田土壤碳含量偏低，土壤碳庫儲量的提升潛力是相當可觀的。例如，過去(qù)30年我(wǒ)國農田土壤碳庫儲量總體(tǐ)呈現明顯增加趨勢，這主要得益于化學氮肥的大(dà)量施用與作物(wù)育種技術的成熟提升了農作物(wù)産量，進而促進了根系分(fēn)泌物(wù)以及作物(wù)稭稈還田過程中(zhōng)碳輸入量增加。不過，上述土壤碳庫儲量的增加大(dà)多依賴于氮肥的施用，未來通過農業管理措施的合理優化，我(wǒ)國農田土壤的固碳潛力有望得到進一(yī)步提升。

土壤固碳也就是增加土壤有機碳含量，這其實與土壤培肥目标是一(yī)緻的。農田土壤固碳可以通過諸多措施來實現，比如保護性耕作、構建農林複合系統、優化間套種和輪作、加大(dà)有機物(wù)料還田的比例等。以水稻生(shēng)産爲例，中(zhōng)國是水稻總産量最高的國家，占全球總産量的31%。稻田是中(zhōng)國典型的農田生(shēng)态系統，同時也具有較大(dà)的固碳潛力。目前，我(wǒ)國稻田土壤有機碳平均含量約爲20克/千克，而其平均潛在碳儲存能力約爲32克/千克，現階段隻有不到10%的土壤達到了該值。這主要是由于傳統土壤培肥措施的固碳效率不太高，加上有機物(wù)料腐殖化系數相對較低，大(dà)部分(fēn)的有機物(wù)料碳在短時間内還是分(fēn)解成二氧化碳回到了大(dà)氣中(zhōng)。

從農田土壤固碳角度而言，我(wǒ)們需要開(kāi)發效率更高的突破性技術。目前可以從以下(xià)角度考慮，一(yī)是從種質資(zī)源的挖掘出發，選育豐産低碳品種，并集成配套栽培技術；另一(yī)方面，開(kāi)發低成本的稭稈鈍化技術，穩定并延長有機碳在土壤中(zhōng)的周轉時間，将植物(wù)光合産物(wù)碳更長時間地封存于土壤。此外(wài)，對于稻田生(shēng)态系統來說是可以通過強化土壤中(zhōng)以及植株體(tǐ)内的甲烷氧化來減少其排放(fàng)。

固碳減排與農業發展可雙赢

農田土壤碳庫與土壤肥力緊密關聯，富含有機碳的肥沃農田土壤能更好地支持作物(wù)的穩産和高産，也是保障糧食安全和農業發展的基礎。

過去(qù)的諸多研究發現，土壤固碳效果與溫室氣體(tǐ)減排之間可能存在着“此消彼長”的關系。例如，稻田的稭稈還田促進了土壤有機碳積累的同時，也大(dà)幅增加了甲烷排放(fàng)。這種“此消彼長”的關系主要是由于農田土壤碳庫儲量的變化與農業管理措施是息息相關的，而農業措施對土壤溫室氣體(tǐ)排放(fàng)的影響也是巨大(dà)的。

因此，需要集合多種固碳減排措施進行綜合減排，而不是采用單一(yī)的固碳或減排措施。基于在太湖地區的實驗研究，與傳統農業管理措施相比較，通過集成三種固碳減排措施——氮肥合理減量、稭稈好氧發酵後還田以及輪作制度優化，能夠将該地區水稻·小(xiǎo)麥輪作系統周年碳足迹顯著減少26%，活性氮足迹減少29%，溫室氣體(tǐ)和活性氮排放(fàng)所造成的總環境損失降低42%，農民淨經濟收益提高23%，而且這些集合措施并不會影響水稻産量。由此可見，農田土壤固碳減排與作物(wù)穩産豐産是可以實現雙赢的。

優化稭稈還田方式是農田沃土增碳的關鍵措施，也是減少溫室氣體(tǐ)排放(fàng)的重要策略。對于稻田來說，一(yī)方面可以通過稭稈炭化、稭稈快腐等處理方式，降低稭稈碳向甲烷的轉化，促進其向土壤碳的轉化；另一(yī)方面，針對性地集成節水和覆膜等好氧栽培技術、壟廂栽培技術等，結合氮肥合理運籌，在保障水稻産量的前提下(xià)使得有機物(wù)料在非淹水狀态下(xià)分(fēn)解；此外(wài)，選育出适于我(wǒ)國水稻主産區的豐産低碳品種并研發配套栽培技術，進一(yī)步推動稻田固碳、減排和豐産的協調生(shēng)産。對于旱地農田來說，采用稭稈還田（或者生(shēng)物(wù)炭還田）結合氮肥優化管理措施能較大(dà)程度地增加土壤碳庫儲量并減少溫室氣體(tǐ)排放(fàng)。

此外(wài)，采取合理的氮肥管理措施來提高氮肥的利用率不僅是保障糧食安全的基石，還是緩解氧化亞氮高排放(fàng)的重要途徑。通過施用高效氮肥協調作物(wù)生(shēng)長氮素需求與土壤氮素供應的關系，結合氮肥施用的“4R技術”（合理的施肥量、正确的施肥時期、合适的氮肥類型以及恰當的施肥位置），可以顯著提高氮肥利用效率和作物(wù)産量，同時減少土壤氧化亞氮排放(fàng)。

總體(tǐ)來講，優化農田水、碳、氮的管理，對于推動農業綠色可持續發展、保障我(wǒ)國糧食安全以及應對氣候變化都具有重要意義。

應對氣候變化，中(zhōng)國在行動

農田土壤的增彙減排對緩解全球氣候變化具有重要意義。尤其是2030年前中(zhōng)國實現碳達峰後，化石能耗逐步減少，農田碳排放(fàng)所占的比重将随之增大(dà)，其固碳減排的緊迫性和重要性将日益突出。

中(zhōng)國農田土壤由于長期耕作，碳損失較爲嚴重，當前土壤碳儲量水平低于全球平均水平，比歐美發達國家和地區低至少1/3。正如前文提到的近30年來中(zhōng)國農田土壤碳庫整體(tǐ)上呈現增加趨勢，據報道中(zhōng)國農田土壤還可以再吸收73億～108億噸二氧化碳，固碳潛力是非常可觀的。

近年來中(zhōng)國農業農村(cūn)部開(kāi)展了一(yī)系列的高标準農田建設規劃，在鞏固和提高糧食生(shēng)産能力、保障國家糧食安全的同時，積極适應未來氣候變化，促進農業的可持續發展。此外(wài)，中(zhōng)低産田的改造工(gōng)程也在“十四五”期間大(dà)規模推進。

特别需要強調的是，黑土地作爲中(zhōng)國耕地中(zhōng)的“大(dà)熊貓”，也是有機碳最爲豐富的農田土壤之一(yī)。但由于以往的不合理利用，其表土以及有機碳大(dà)量丢失的問題十分(fēn)嚴重。2020年農業農村(cūn)部、财政部共同啓動實施《東北(běi)黑土地保護性耕作行動計劃（2020-2025年）》，旨在加快東北(běi)黑土地的保護性耕作技術的推廣應用。同時，中(zhōng)國科學院積極開(kāi)展和實施“黑土地保護與利用科技創新工(gōng)程（黑土糧倉）”戰略性先導科技專項，努力阻控黑土地土壤退化，提升黑土地産能和質量，持續推動黑土地農業的可持續發展。建設高标準農田、改造中(zhōng)低産農田，充分(fēn)保護和利用黑土地，必然能顯著發揮農田土壤的固碳潛力，增加土壤碳庫儲量。

另一(yī)方面，在氣候變化愈演愈烈的當下(xià)，二氧化碳的持續升高對作物(wù)光合速率、生(shēng)長發育以及産量都有很大(dà)的影響，這也将會持續影響全球農作物(wù)的生(shēng)長與農業生(shēng)産。因此，不僅要加快推動土壤碳中(zhōng)和，還需要積極探索氣候變化下(xià)未來農業發展的新道路。

目前中(zhōng)國國内開(kāi)展了不少農業生(shēng)産響應未來氣候變化情景的模拟研究。大(dà)氣二氧化碳濃度升高，在提高農作物(wù)生(shēng)物(wù)量和産量的同時，也會對作物(wù)的營養品質産生(shēng)影響。對水稻來說，大(dà)氣二氧化碳濃度升高不僅會影響碳水化合物(wù)和礦質元素在植株體(tǐ)内的轉運，也會影響水稻根系的生(shēng)長和構型。

此外(wài)，中(zhōng)國農業科學院作物(wù)科學研究所作物(wù)耕作與生(shēng)态創新團隊和南(nán)京農業大(dà)學通過聯合攻關，發現大(dà)氣二氧化碳濃度升高對甲烷排放(fàng)的促進作用呈明顯下(xià)降趨勢，說明國際上遠遠高估了未來氣候背景下(xià)稻田甲烷的排放(fàng)量，這意味着農田土壤的固碳減排潛力在未來氣候變化下(xià)将會得到進一(yī)步增強。