我国耕地系统固碳减排潜力巨大 有望实现每亩增汇1吨碳

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日期:2021-11-09 13:47:43    来源:《中国科学报》    

农田生态系统既可能是碳“源”也可能是碳“汇”。一方面,全球农业排放的二氧化碳占人为温室气体排放总量21%~25%,是温室气体重要排放源之一。另一方面,耕地也是巨大的碳库,主要包括土壤有机碳库和农作物生物碳库等。其中,耕地土壤有机碳库是陆地生态系统中最为活跃的碳库。研究表明,2010年全球耕地有机碳储量相对于1901年增加了125%,但仍远未达到饱和状态。

我国农业温室气体排放量约占全国排放总量17%,是我国温室气体排放的重要组成部分。提升耕地系统碳汇能力,是实现我国碳中和目标的必要手段,也对维护耕地生态健康具有重要意义。

首先,我国耕地系统固碳减排潜力巨大,有望实现每亩增汇1吨碳。

研究表明,在未来50~100年内,全世界耕地可固碳200亿~300亿吨,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为欧美同期均值的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20亿~25亿吨。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%,推广保护性耕作技术的固碳空间巨大。

其次,提升耕地系统固碳减排能力需考虑区域性差异。

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。

再次,推动交叉科技创新,发展耕地固碳减排技术体系。

提升耕地固碳减排能力急需推动多学科交叉的科技创新,包括加强区域性碳—水—粮食—能源耦合关联与协同优化机制的认知,分区域、分类型解析农田管理技术的固碳减排过程与效应,探索气候变化情景下区域可持续的耕地固碳减排路径,为耕地碳汇研究提供理论引导;构建耕地碳汇与碳排放天—空—地—网一体化调查监测网络,加强与国际标准协调衔接,研发制定统一的固碳减排核算方法与标准体系与装备,为耕地碳汇研究与碳交易实施提供科学数据与计算方法支撑;推广耕地固碳减排工程实践,以提升耕地固碳能力为目标完善高标准农田建设标准与保护性耕作技术标准,形成高效的耕地固碳技术推广应用方案。

最后,加强耕地固碳减排制度创新与法制保障。

碳税、补贴机制被学界广泛视为有效固碳减排调控措施。有研究得出,政府对间接测量的碳排放或者对产品以及投入因素课税有助于耕地碳减排;针对每吨农业碳排放收取14美元的费用,可使美国2010年农业碳排放量较1990年减少7%,且对农产品供给与价格的影响程度均低于1%。日本、韩国和欧盟等国家和地区都实行了减排补贴政策,以减少农业碳排放。

然而,不同于许多欧美国家的规模化农业,我国农业呈现较为明显的小农经济特征,农业资金长期缺乏,农户作为耕地利用的主体仅部分融入不完善的市场,并且农户利益追求的短期性与耕地碳排放的长期性存在矛盾,这些特征导致农业科技推广困难,也加大了耕地固碳减排政策实施所面临的挑战。

笔者认为,提升耕地固碳减排能力应立足我国国情加强制度创新和法制保障,在《耕地保护法》的起草制定过程中重视耕地固碳优先地位,在顾及农户意愿的基础上制定切实可行的碳汇定价和交易机制,明确主体责任,对固碳增汇效果建立相应的目标考核制度与激励约束机制,并引导农户积极选择固碳减排策略。

过去四十年,我国自然资源部门逐步构建起数量—质量—生态三位一体的耕地资源评价与保护体系,取得了值得骄傲的成绩。未来四十年,是我国大力发展生态系统固碳增汇的重要时期,也是我国生态文明建设的关键时期。耕地种植业减排和土壤固碳增汇是一个重要方面,具有不可忽视的支撑作用,相关部门急需抓紧联合部署、稳步推进,在顾及耕地区域性差异的基础上,推动耕地固碳减排科技创新,加强耕地固碳减排的制度创新与法制保障,为实现“碳中和”目标而努力。(宋长青 叶思菁)

(作者单位:北京师范大学)

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