中国农田土壤固碳潜力与速率：挑战与建议
|
|
原标题：中国农田土壤固碳潜力与速率：认识、挑战与研究建议
中国网/中国发展门户网讯 土壤是陆地生态系统的核心，是人类赖以生存的重要自然资源。土壤有机碳（soil organic carbon，SOC）作为土壤肥力形成的基础，不但影响土壤质量和功能，而且在全球气候变化中扮演重要角色。SOC是土壤肥力的决定性因素，其含量高低、质量好坏直接影响土壤肥力属性，即土壤有效持水量、保肥能力、养分利用效率、土壤微生物数量和活性，进而显著影响作物产量。同时，作为土壤碳库的重要组成部分，SOC通过土壤微生物分解释放二氧化碳（CO2），而大气中的CO2则通过光合作用被固定到植物体，植物根系、凋落物及人为归还使得植物体中的部分碳再次归还到土壤中。因此，SOC具有一定的大气CO2浓度调节功能。地球上SOC储量巨大且较为活跃，因而其微小变化就可能对大气CO2浓度产生重大影响，进而影响全球气候变化。
我国人多地少，耕地土壤质量总体不高，随着工业化和城市化进程的高速发展，人地、人粮矛盾日益突出，土壤资源正同时面临着保障粮食安全、发挥生态系统服务功能和应对气候变化等多重挑战。而农田作为受人为管理措施影响最为强烈的土壤利用方式，其 SOC 库最为活跃。同时，农田 SOC 库也是唯一可在较短时间尺度上通过合理利用而进行适度调节的碳库。因此，准确把握农田 SOC 变化速率及固碳潜力对于实现我国土壤资源高效利用及农业可持续发展战略，意义十分重大。
我国农田土壤固碳潜力及速率的基本认识
国家尺度农田 SOC 变化速率估算主要采用 Meta 分析 、土壤调查数据差减和过程模型模拟 3 类方法。Meta分析采用已发表文献中的 SOC 数据，计算 SOC 变化速率；调查数据差减法通过两期土壤调查采样的 SOC 实测数据直接差减计算变化速率；过程模型模拟则采用 SOC周转机理模型，在气候、土壤、农业管理措施等因子驱动下，实现 SOC 变化速率估算。Meta 分析和两期调查数据差减，在 SOC 变化速率估算中没有整合 SOC 周转过程，主要用于估算“过去”的 SOC 变化速率，并不能获得 SOC 动态的逐年“演变”规律，也难以预测“未来”的固碳潜力。过程模型则整合了 SOC 周转的机理过程，广泛用于“未来”不同假定情景下的固碳潜力预估。此外，基于长期试验数据建立 SOC 速率与管理措施的统计模型或获取 SOC 饱和水平并外推至全国尺度也被用于估算农田土壤固碳潜力。
我国农田 SOC 变化速率及固碳潜力估算中所采用的方法、农田面积、土层深度、土壤及管理措施数据来源及分辨率等均存在一定差异。但总体来看，目前对我国农田土壤固碳潜力及速率的认识基本形成了以下 4 点共识。
近 30 年来中国农田表层 SOC 库总体增加，发挥了碳汇功能
早期基于特定年份农业管理措施数据及 DNDC 过程模型的估算认为，中国农田土壤丢碳，随着不同尺度 SOC 观测及农田管理措施数据收集的日趋完善，Meta 分析、两期调查数据差减及过程模型等方法估算的结果均证明（表 1），近 30 年来中国农田表层 SOC 库总体增加，发挥了碳汇功能。其中，农田 20 cm 深度的土壤年固碳量在 9.6—25.5 Tg 之间，30 cm 深度在 11—36.5 Tg 之间。单位耕地面积的固碳速率，20 cm 深度每年 74—184 kg C/ha，30 cm 深度则为每年 85—281 kg C/ha。
