农田土壤固碳潜力的计算方法

孙宏达 刘思雯 郭妍彤 梁爽

摘 要：本文指出了农田土壤固碳潜力对现代农业活动发展的重要意义，比较计算方法的准确性和可行性，分析了在考虑精确性、操作简易程度和可实现性等情况下，如何选择最佳的农田土壤固碳潜力计算方法，以期为土壤固碳潜力评估提供科学依据，为农业土壤改良和粮食增产提供借鉴，对改进区域农田管理制度、推动农业减排有重要价值。

关键词：农田；固碳潜力；计算方法

土壤碳库是全球碳循环的重要组成部分之一，其变化可直接影响全球碳平衡。全球土地所含有机碳的总量相当于大气和植物中含碳总量的2.5倍左右，所以即使其变化幅度再小也会影响到全球碳平衡的状态。相较于自然生态系统，农田生态系统具有极大的缓解能力和可持续发展潜力，农田中土壤贮存的碳含量约占土壤碳贮量的十分之一。因受人类活动的作用，农田生态系统中碳循环周转较快，在全球碳平衡的维持作用中有着举足轻重的地位。根据《京都议定书》的规定，化石燃料（煤）燃烧所排放的废碳可由增添生态系统碳库来抵消，IPCC认为土壤固碳是在经济允许的条件下对环境较为友好的降低大气二氧化碳浓度升高率的重要方法。目前中国农业在生态固碳减排方面亟待解决的重要问题中，较为重要的一点就是农田土壤固碳。探究区域内土壤固碳状态以及速率也是推动农业减排和土壤改良的重要需求，而探索农田土壤固碳现状及速率的前提条件为怎样准确地计算农田土壤的固碳潜力。

一、农田土壤固碳潜力的概述

农田土壤含碳总量与土地被利用的情况或农艺管理的相关措施等有不可分割的联系，适当提高管理措施或者更好地利用土地可以有效降低土壤CO2净排放水平，稳定提升土壤的有机碳含量水平。大地中含有的有机质（作物残茬）之间的输入与降解平衡对控制土壤有机碳含量及其动态有着至关重要的作用。

很少一部分的农田含有机碳的量与有机质输入呈直接相关关系。长期耕种农田的有机碳动态几乎决定于耕作、灌溉等人类行为。土壤固碳潜力表征土壤最高固碳量与有机碳储量现状的差值，分为理想固碳潜力和现实固碳潜力。前者是指将当前所有区域有机碳水平均提升至最高水平，土壤中还能容纳的碳量；后者则指将土壤内所含有机碳提高至环境条件允许的最高水平时，土壤中所能容纳的含碳量。

二、农田土壤固碳潜力计算方法

1.最大值法计算土壤的理想固碳潜力

理想固碳潜力是指将所有区域有机碳的水平升高至当前含量的最高水平，该土地中还能容纳的碳。由于区域情况和环境条件的差异，不可能完全实现，因此把这种潜力称作为理想固碳潜力。最大值法是指使每个样点达到现有样点有机碳含量的最高水平，将每个样点所代表的区域进行累加，求得固碳潜力。因此，最大值法能方便、快捷、粗略的估算土壤固碳潜力。但是由于形成每种土壤的自然条件、环境因素和耕作管理方式等方面均不一样，要实现所有土壤都能达到该土类有机碳含量的最高水平是不现实的，所以该法求得的潜力是一种理论值，虽然不尽精确但仍具有参考价值。

2.分类定级法、饱和值法和加权法计算土壤的现实固碳潜力

现实固碳潜力是指当土壤中有机碳的含量达到周围环境情况下所能够接受的饱和水平时，土壤中还能容纳的碳的含量。现实固碳潜力是指通过改变人为的管理措施等手段从而实现的潜力，是基于目标值理论的潜力计算方法。

分类定级法是在最大值法的基础上，将土壤有机碳含量分为多个层次水平（最高、较高、中、较低、最低），分别计算实现到不同水平，农田土壤有机碳含量能提升的空间，从而求得不同层次水平的固碳潜力。相比于最大值法，此法的最大值是同一级别水平的代表而非某样点的具体数值，更具有统计学意义和代表性。

通过探究目前环境条件下土壤有机碳的最高水平，来计算固碳潜力的方法为饱和值法，此理论的难点在于如何确定饱和水平，以及当前环境条件下土壤有机碳含量的最高水平，这些成为该法能否计算准确的决定因素。通过分析我们知道有机碳变化量为零时，根据其含量水平确定饱和值是较准确可行的办法，但这一方法需要满足以下两个条件。一是满足拥有一定数量的样本点数目，因为样点数量是获取饱和水平高低的决定因素；二是保证外源有机质投入量的充足，根据相关研究所作的土壤有机碳动态变化可知，土壤有机碳含量的真实饱和水平是指如果投入外源有机碳，就会形成有机碳的稳定期，但是土壤中有机碳的含量不与外源有机碳的投入有关系。

加权法是以土壤有机碳变化的影响因子贡献系数为基础，通过排除自然因子的影响效果，来求出土壤潜力增量的计算方法。此方法是假定有机碳的變化主要由上述因素引起，由于自然影响因子如土壤属性、海拔、天气、坡向等不可改变，而人为的影响因子如秸秆还田、有机肥施用量、耕作灌溉等可受控制，排除自然影响因子的影响后所得的有机碳增量，即为实际有机碳的增量空间。此方法是以有机碳变化影响因素为基础，其影响因素及权重对潜力计算的影响较大。同时，影响因素的分级对计算结果亦有影响。由于分类定级法计算的现实固碳潜力与加权法、饱和值法结果较为接近，尽管结果不及上述两法准确，但由于简单且易于操作，在粗略计算方面应用较为广泛。

三、结论与展望

计算农田表层土壤现实固碳潜力时，如果数据结果要求精确的话，优先选择加权法。如果在条件不充足并要求操作的简易程度低的情况下，优先选择分类定级法。结合实际条件选择合适方法计算出土壤的固碳潜力可探索农田土壤固碳现状及速率，能够为土壤固碳潜力评估提供依据，为农业土壤改良和粮食增产提供科学依据，对改进区域农田管理制度、推动农业减排有重要价值，在区域农业低碳发展方面有着广阔的应用前景。有利于增加农业总产值和农民收入、发展高碳汇的绿色农业、改善生态环境、实现经济和环境共同发展，也有利于进行传统农业技术的传承与发扬，为解决新时期的主要矛盾贡献力量，更好的土地基础也为我国积攒了更好的后备资源和力量，在不破害环境的前提下，更好更快实现土地的资源化，向着“绿水青山就是金山银山”的资源与环境的完美统一的愿景而努力奋斗。

参考文献：

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[3]刘云慧.县域土壤有机质动态变化及其影响因素分析[J].植物营养与肥料学报，2005（3）：294-301.

本论文是在吉林省大学生创新创业训练计划“吉林省农田土壤固碳潜力及应对气候变化的措施”（2017S11067）的资助下完成的。