中国农田土壤固碳潜力(史学正-南土所)讲解

史学正

中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室

中国农田土壤固碳潜力课题研究计划框架中国土壤学会土壤遥感·土壤信息·土壤地理会议报告提纲全球气候变暖问题的背景对我国农田土壤固碳潜力的基本认识中国科学院碳收支专项A的 农田土壤固碳潜力研究课题中国农田土壤固碳潜力课题的研究计划框架结语

全球气候变暖问题的背景

目前国际上流行的全球气候变暖理论 三个环节组成大气CO2当量浓度从280ppmv上升一倍后目前大气CO2当量浓度约为380ppmv全球气温将上升2－3℃（目前全球平均气温为15℃）若全球平均气温上升2℃，将给人类带来灾难性后果表现为海面上升、物种灭绝、极端气候增加、热带传染病北上、粮食短缺、地区冲突增加等世界各主要国家必须减排

2050年将大气CO2浓度控制在500ppmv的目标

全球气候变暖问题的背景这个理论的核心基础是气温对CO2浓度的高度敏感性最终目的是控制人为排放CO2减少化石能源（煤、石油和天然气）的使用量目前这个理论已经走出学术界被大众传媒和社会公众广泛传布更成为一部分政治家在国际政治、外交博弈中使用的工具

全球气候变暖问题的背景2010年的中国基础数据煤炭产量：33亿吨钢产量：6.08亿吨，占全球产量的近一半汽车产量：1800多万辆，连续第二年世界第一中国CO2排放总量已是全球第一人均排放量已达国际平均值从我国现实发展阶段、能源结构、城市化水平等方面看到本世纪中叶前我们基本不具备总量上“减排”的能力只具备增长速率上“放慢”的能力我国面临严峻的形势

2005年初《京都议定书》生效，旨在减少温室气体排放,而发展中国家2012年前暂不承担减排义务2009年12月在哥本哈根召开了“联合国气候变化大会”，会上我国承诺“到2020年单位国内生产总值CO2排放比2005年下降40～45%”要完成任务面临困难国内态势：人口持续增加和经济高速发展，能源消耗迅速增加，由此引发的温室气体排放还将持续升高面临国际压力：温室气体减排发达国家矛头指向发展中国家，要求中印等国在下一阶段承担减排义务，中国将成为焦点温室气体减排-我国将面临巨大的压力！农田土壤固碳与减排，以抵消化石燃料燃烧排放的温室气体在《京都议定书》规定可以通过增加生态系统碳库来抵消化石燃料（煤等）燃烧向大气排放的碳（CO2）IPCC认为土壤固碳是目前经济可行且环境友好的减缓大气CO2浓度升高的重要方法土壤有机碳库库容巨大（约15000亿吨），农田土壤碳库可以通过合适的固碳技术措施，在5～10年内实现快速增加当前中国农业生态固碳减排方面迫切需要解决二个问题：

一是农田土壤碳库重建（固碳）

一是农田土壤温室气体减排实现双赢：减缓气候变化和提高农田土壤生产力

从中国农田实际出发，如何应对气候变化？

中国农田土壤固碳潜力巨大长期定位试验

华北平原农田土壤（潮土）的长期定位试验结果表明秸秆不还田，只施用NPK肥料17年后土壤有机C增加了21%施用有机肥则提高了93%河南封丘长期定位试验19892006中国农田土壤固碳有可能吗？传统农业向现代农业的转变 最近几年少免耕和机械化秸秆还田面积迅速增加正在进行农业产业结构调整 传统旱作地转变为蔬菜地（占全国农田总面积的17%）初步研究表明蔬菜地土壤固碳速率要比旱作物地高得多

传统旱作物地转变为果园农业水利设施改善，农田投入增加 农田灌溉面积扩大，化肥用量进一步增加中国农田土壤固碳潜力巨大区域尺度

中国农田管理处在变革期正赶上一个非常重要的土壤固碳时期

中国科学院碳收支专项A简介

中国科学院战略性先导科技专项 院碳收支专项A专项名称 应对气候变化的碳收支认证及相关问题院碳收支专项领导小组 组长：丁仲礼副院长；冯仁国局长、庄绪亮处长等专项首席科学家 吕达仁院士（中国科学院大气物理所）专项、项目、课题和子课题四级进行管理实施时间：2011年1月–2015年12月

课题概况院碳收支专项A简介

项目编号项目名称XDA0501能源消费与水泥生产的排放XDA0502土地利用与畜牧业的甲烷和氧化亚氮排放XDA0503自然过程碳排放XDA0504卫星反演的“净排放”XDA0505生态系统固碳现状、速率、机制和潜力XDA0506重大生态工程固碳量评价XDA0507典型区域固碳增汇技术体系及示范XDA0508过去2000年气候变化记录、幅度、速率、周期、突变、原因XDA0509过去百年气候增暖及成因XDA0510我国气溶胶历史变化及气候效应XDA0511气候模式模拟和预估中的不确定性问题XDA0512大暖期中国环境格局XDA0513气候变化背景下人类适应方式XDA0514区域碳排放与产品碳足迹XDA0515应对气候变化的碳收支相关政策研究分为15个项目，我们课题归属第5项目

课题概况生态系统固碳项目简介

课题名称负责人课题依托单位固碳参量遥感监测技术吴炳方中科院遥感应用所我国草地固碳潜力与速率白永飞中科院植物所我国灌丛固碳潜力与速率谢宗强中科院植物所中国森林固碳潜力与速率研究周国逸中科院华南植物园中国农田固碳潜力与速率研究史学正中科院南京土壤研究所我国陆地生态系统固碳潜力与速率的综合模拟与集成分析何洪林中科院地理科学与资源研究所项目名称：生态系统固碳现状、速率、机制和潜力项目负责人：方精云、于贵瑞依托单位：中国科学院地理科学与资源研究所项目组成：6个课题

课题基本概况

课题名称：

中国农田土壤固碳潜力与速率研究依托单位：中国科学院南京土壤研究所主要承担单位沈阳应用生态研究所 东北地理研究所地理科学与资源研究所 遗传发育所农业资源研究中心西北水土保持研究所 新疆地理研究所亚热带农业研究所 成都山地灾害研究所大气物理所南京农业大学西南大学 共计12个单位课题任务

中国农田土壤碳相关的四个关键词：现状、速率、潜力和机制要回答下面4个问题中国农田土壤碳库量现状如何？中国农田土壤固碳速率是多少？中国农田土壤固碳潜力有多大？影响中国农田土壤固碳潜力和速率的主控因素？

农田土壤固碳潜力构成

农田土壤研究思路＝参照当前最佳农田管理方式通过农田基本建设等措施实施后的现实固碳潜力通过固碳措施实施，改进当前最佳管理措施后的固碳增量潜力

再提高农田土壤固碳潜力实施农田基本建设施加固碳措施

典型区“面对面”+全国”模型模拟”

课题设计思路典型区

“面对面”全国农田分区选择60个典型县1980-2010年农田土壤碳演变速率中国农田基本建设等措施实施后的现实固碳潜力1中国实施农田土壤固碳措施的固碳增量潜力2

省为单位，沿公路农田有机物质投入调查考察考察点约1.4万个，路线长14万公里根据考察结果设计土壤固碳措施情景土壤性质-环境关系模型：固碳潜力与影响因子定量关系模型模拟：DNDC和CENTURY模型模拟未来的土壤固碳潜力与速率

着重强调：获取第一手数据，野外考察·采样

·分析

A东北湿润地区 B黄淮海平原和胶东丘陵区C长江中下游平原和亚热带丘陵区D热带地区 E黄土区F西南地区 G内蒙牧区H西北地区 V青藏高原

21个农田类型区

60个典型县每县70个样点

全国共4200个土壤采样点10000多个土样

以县域为基本尺度单元

调査任务中国农田典型县及采样点

遥感数据野外沿线考察农业统计数据

调査任务农田有机物质输入量野外调查

设计沿公路考察路线布置调查点分省考察每个省沿线调查考察调査点间距约10公里调查数根据农田多少确定

13240调查点次

60个典型县所有土壤采样点约7000调查点次总路程约14万公里约20000调查点次

潜力估算农田现实固碳潜力估算典型县土壤采样＋耕作管理措施调查现实SOC含量最高值1980年代全国土壤普查数据典型县30年来土壤碳变化量及影响因子不同因子引起碳变化的修正系数

×－＝典型县农田土壤现实固碳潜力其它SOC含量级别及分布典型县农田类型区从典型县拓展到农田类型区中国农田土壤现实固碳潜力典型县有机碳变化的主要影响因子

典型县-农田类型区固碳潜力尺度拓展农田固碳潜力估算碳变化量与影响因子的定量关系有机碳变化的主要影响因子区域野外路线调查土壤类型和种植模式组合的相似性环境关系模型拓展法课题土壤采样分析SOC含量典型县→农田类型区SOC动态模拟(模型：水田DNDC；旱地CENTURY)等1980年代土壤普查SOC含量长期定位试验SOC含量各省沿公路实地考察和我国农业发展趋势分析等数据作为农业类型区模型模拟基础数据，设定土壤固碳措施可实施情景(不同固碳措施、强度及组合，如秸秆还田、少免耕、施肥等)典型县→农田类型区不同固碳措施及强度实施条件下中国农田土壤固碳潜力增量点尺度验证典型县域尺度验证

不同固碳措施的固碳增量潜力估算

结语

研究土壤科学发展的轨迹表明 社会