什么是耕地碳汇

“十四五”时期，我国生态文明建设进入了以降碳为重点战略方向、推动减污降碳协同增效、促进经济社会发展全面绿色转型、实现生态环境质量改善由量变到质变的关键时期。如期实现碳达峰、碳中和目标，一个重要方面在于提升生态系统碳汇能力，有效发挥森林、草原、湿地、海洋、土壤的固碳作用，提升碳汇增量。能够起到碳汇的不只是森林、海洋、湿地和草地，土壤也能碳汇！

土壤如何碳汇呢？土壤里存储的碳最初都来源于大气。植物先通过光合作用将CO2转化为有机物质，然后有机质里的碳通过根系分泌物、死根系或者残枝落叶的形式进入土壤，并在土壤中微生物的作用下，转变为土壤有机质存储在土壤中，形成土壤碳汇。简单来说就是土壤可以通过植物从大气中吸收、转化、存储二氧化碳。

需要注意的是，土壤碳库和碳汇不是一个概念：土壤碳库是土壤中碳的存储量，土壤碳汇相当于碳存储的一个过程。土壤碳库通常包括地上生物量、地下生物量、枯落物和土壤有机质碳库，其单位为质量单位。土壤有机碳库是指全球土壤中有机碳的总量。

其实土壤既可能是碳汇，也可能是碳源。

什么是耕地碳汇

农田生态系统是巨大的碳库，是陆地碳循环的重要组成部分。农田生态系统碳汇主要由农田植被碳汇（作物碳汇）和农田土壤碳汇组成，其中，农田植被碳汇由于作物收获期较短，作物生物量碳汇效果不明显，故常被认为是零。部分学者也验证了这一观点，如赵宁等通过统计分析，发现我国农田植被碳汇的平均值约为OPg C/a，同时，农田土壤碳汇平均值为(0.017±0.005)Pg C/a，远大于植被碳汇。因此，农田生态系统碳汇主要来源于该系统的土壤碳积累，即农田土壤碳汇。农田土壤碳汇尚无统一定义，参考韩松等对土壤碳汇的定义，认为农田土壤碳汇是指作物在生长过程中通过光合作用吸收大气中的二氧化碳并将其以有机质的形式存储在土壤碳库中，从而降低大气中二氧化碳等温室气体的浓度。同时，碳汇能够增加土壤的有机质含量和提升土壤肥力。与自然土壤相比，农田土壤在全球碳库中更为活跃。姜勇等研究发现，在我国1×l08hm2耕地土壤的生物碳截获量相当于2×l08hm2的自然植被土壤生物碳截获量。据估计，在未来的50～100年中，全球农业土壤固碳量可能达到40～80Pg C。但农田土壤碳汇容易受到多种因素影响，在自然因素和耕作、施肥等农田管理措施的作用下，农田土壤碳库处于不断变化中。

农田土壤主要通过适当的农田管理措施来实现碳汇。根据联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)估算，合理的农业管理措施能使全球土壤碳库提高0.4～0.9Pg C/a，如果这种管理持续50年，则全球土壤碳库累计增加24～43Pg C。常用的增加农田土壤碳汇的农田管理措施包括施有机肥、秸秆还田、免耕、休耕等。其中，免耕能够增加农田土壤不稳定碳的输入，并降低因土壤侵蚀带来的有机碳流失；施有机肥、秸秆还田能够将有机质加入土壤来增加土壤碳储量。在实施长期相关管理措施（>10年）后，可以检测到免耕和覆盖作物等活动能够促进土壤有机碳增加。

根据《第三次全国国土调查主要数据公报》，我国耕地面积为191792.79万亩（约合12786.19万hm2），约占国土总面积的13.32%。有研究表明，我国土壤有机碳含量自1980年起连续增加，说明我国农田有巨大的固碳潜力。另外，我国碳排放权交易市场已有长足发展，但目前尚未涉足农业碳汇交易特别是农田土壤碳汇交易。在国际上，当前主要是美国、澳大利亚等国开展农田土壤碳汇交易实践，通过保护性耕种等农田管理措施产生经认证的减排碳信用额，并利用碳抵消机制参与碳市场交易。

我国耕地系统固碳减排潜力巨大

研究表明，在未来50~100年内，全世界耕地可固碳200~300亿吨，而我国耕地固碳减排潜力尤为突出。根据史学正等人样本调查结果，在1980年-2011年，我国耕地表层土壤有机碳储量由28.56吨/公顷增加到32.90吨/公顷，平均每公顷耕地的年碳增汇量达140千克。然而，我国单位面积耕地表层土壤有机碳储量仅欧美同期均值的69.1%~76.9%，尚存较大的固碳空间。

化肥是我国农业碳排放的最大碳源，化肥生产使用引起的碳排放量占农业碳排放量年平均值的59.87%，每千克氮肥的生产运输约产生8.21千克二氧化碳。我国耕地占全球9%，但化肥消耗量约占全球35%，具有较大的减肥减排潜力。

而保护性耕作，包括少/免耕、永久覆盖、多样性复合种植系统和综合养分管理系统，是耕地碳增汇减排的主要路径。研究表明，通过大力推广保护性耕作措施，我国耕地土壤未来可增加有机碳20~25亿吨。然而截至2015年，我国采用保护性耕作技术的耕地尚不足耕地总面积的8%，通过推广保护性耕作技术的固碳空间可观。

提升耕地系统固碳减排能力需考虑区域差异

我国幅员辽阔，地形复杂，从南到北纵贯7个气候带，从东到西横跨4000米高差，气候条件、地形地貌、土壤性状等自然条件千差万别，相应的经济社会发展程度也不相同。多样化的气候类型与下垫面条件决定了我国耕地系统的固碳增汇特征在初始状态、饱和水平与提升路径等方面具有显著区域性差异。

不同地区的耕地土壤表层初始有机碳密度与变化特征存在差异，基本表现为东北、华南、西南高（每千克土壤含碳大于16克）而华北、西北较低（每千克土壤含碳小于8.5克），东北降低而其它地区升高的格局。气候、地形、土壤母质等因素变化导致不同地区耕地土壤碳密度饱和水平存在差异。

不同地区耕地适宜的增汇技术措施存在差异，例如，在辽宁、河南、湖南、山东省实施免耕秸秆还田，土壤表层年均固碳量分别为0.95、0.62、0.29、0.1吨每公顷，而相同策略在吉林省导致单位公顷每年0.04吨的碳排放。

此外，农业灌溉、农业能源利用（柴油、电能）、农业投入品生产使用（化肥、农药、地膜等）等农田管理策略调整也受到耕地微地形与耕作条件、耕地集约利用水平、农作物类型、农户知识与技能水平等因素的影响而表现出区域性差异。

因此，提升耕地系统固碳减排能力不能一刀切，需耦合自然因素与经济社会因素的综合作用，兼顾区域生态环境的核心挑战。

耕地固碳的方法

覆盖作物：

平均而言，覆盖种植的做法使每年每公顷土壤碳固存量增加0.1至1.0吨，这具体取决于土地的确切环境和管理。此外，它还带来了广泛的其他生态系统服务，是农场实施的低成本实践做法。

低/免耕法:

免耕和低耕对碳排放和封存的影响备受争议，然而，可以明确的是，这种方法每年每公顷确实增加了0.1吨的碳，并有利于土壤的生物多样性。

农林复合经营：

尽管实施成本相对较高，但由于树木带来的明显好处，将树木融入农田在商业和再生农场中越来越受欢迎。以农林间作为例，每年每公顷可将1-5吨碳封存到地下，还有30%的碳储存在树木本身。这些树木还为农场的微气候、土壤结构和土壤健康带来了显著的好处。

放牧管理：

现代农业将家畜和农作物分开，破坏了氮、磷等元素的自然循环。通过放牧管理计划使牲畜重返牧场是减少碳排放的一个重要工具。它还致力于改善动物健康和福利，提高草原生产力。管理放牧每年每公顷有可能隔离 3 至 10吨碳，并减少农场对大豆等进口饲料的依赖。

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