耕地變「黑」可捕獲巨量溫室氣體 | 環境資訊中心
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耕地變「黑」可捕獲巨量溫室氣體

2009年03月04日
作者:蔣高明(中國科學院植物研究所首席研究員、中國生態學會副秘書長)

減少碳排放並不一定需要高投入、高技術。在中國農田中即可找到解決之道。

圖片:鴨稻互作;圖片來源:中外對話如何有效地減少以二氧化碳為主的溫室氣體排放是極為重要的任務,當前人們普通採用的碳減排措施,主要包括在技術上提高能源利用效率,減少碳「源」;人工造林增加生物碳「匯」;促進元素循環以「減匯增源」,並把大部分碳「埋葬」在地下。但前兩者需花費昂貴的代價,而後者,即在元素循環過程中增加土壤碳匯可能是個前景看好的出路。

地球上的碳以海洋中最多,達34.5萬億噸;陸地(植物、動物、濕地、土壤)次之,約24萬億噸,大氣最少約0.7萬億噸。在人類劇烈活動的陸地表面,土壤是地球重要的碳庫。全球土壤碳庫為1.4~2.2萬億噸,是大氣碳庫的2~3倍。理論上講,大氣中的碳可以全埋在土壤裏。但土壤碳庫的作用是雙重的,完全取決於人類的土地利用方式,如將高有機碳含量的森林與草原土壤開墾為農田,以及農田耕作中僅施加化肥忽視有機肥,都會將土壤碳庫由「匯」變成「源」。相反,如果農業措施得當,使土壤有機碳維持在較高的含量水準,則農業土壤可固定巨大的碳。目前人類挖出來的化石碳也是埋葬在地下的,只不過埋含更深而已。除生物措施外,解決碳的去向出路似應在地下,這個地下不是各種礦坑,而是地表土壤,包括成熟的森林、草原、沼澤、高寒草原,甚至農田土壤在內。

土壤碳庫主要儲存有機碳,它們來自動植物、微生物殘體、排泄物、分泌物等,上述成分分解後以土壤腐殖質形式存在,相對穩定。遺憾的是,世界上許多國家長期以來由於僅用地而不養地,土壤有機質下降嚴重。世界三大黑土區之一的中國黑土區,土壤退化使其固定的碳向環境淨釋放。中國黑土地總面積3523萬公頃,分佈在黑龍江、吉林、遼寧省和內蒙古自治區境內。黑土地解決了中國超過10%以上人口的吃飯問題,然而其代價也是沉重的。中國科學院和黑龍江省有關科研機構研究資料顯示,東北地區坡耕地黑土層厚度已從60~70年前的80~100釐米減少到現在的20~30釐米,土壤有機質含量由12%下降到1~2%,85%的黑土地處於養分虧缺狀態。黑龍江省黑土層流失厚度每年達到0.6~1釐米;吉林省30釐米以下薄層黑土面積已占黑土總面積的42%。

中國有18億畝農田,平均容重1.2噸/立方米,若將土壤有機質含量提高1%的話,從相當於土壤從空氣中淨吸收了306億噸CO2。即使我們利用30年的時間來完成這個增長過程,每年也約有10億噸的CO2被固定在土壤中。目前中國經濟活動排放的淨CO2約為70億噸,至2015年將超過100億噸。從上面的分析可以看出,每年依靠土壤捕獲碳的量是巨大的,技術上也容易操作。

中國農田土壤經過數千年的耕作,土壤有機碳嚴重偏低,與同類型土壤進行對比,中國耕地土壤有機碳含量尚不及歐洲土壤的一半,因此可提升的潛力很大。從目前中國耕地有機質含量來看,水田土壤大多在1~3%,而旱地土壤有機質含量小於1% 的就占 31.2%。儘管有人樂觀地估計,中國近20年來,中國53%~59%農田的土壤有機碳含量呈增長趨勢, 30~31%呈下降趨勢,10%基本持平,中國耕地有機碳貯量總體增加了3.11~4.01億噸,但我們依然認為中國土壤碳庫的潛力遠遠沒有發揮出來。農民大量焚燒秸稈,就將作物固定的碳當場還給了大氣。

增加耕地有機質可顯著固定大氣中的碳,那麼如何來實施呢?我們提出的思路是,在人類收穫糧食的同時,快速將秸稈收集、處理並儲藏起來,為食草動物儲備「糧食」;將動物糞便中的能量通過沼氣池,提取出來供應農戶需要,減少農戶與工業和城市爭奪化石能源;沼渣、沼液中作為優質肥料還田,替代全國至少一半的化肥以減少溫室氣體排放;逐步增加土壤有機質。

增加土壤有機碳含量,將耕地變「黑」,不僅可以固碳減排,還可改良土壤結構,增加土壤保水保肥能力,增強土壤抗蝕抗旱性能,提高作物產量,改善作物品質。大量試驗表明:每增加0.1個百分點的土壤有機質含量就可釋放600~800公斤/公頃的糧食生產潛力。因此,培育土壤碳庫是節約能源、減少污染、培肥土壤一舉多得的措施。

為了實現上述耕地固碳目標,我們建議:一要大力發展秸稈畜牧業、增加有機肥、開闢鄉村新能源、減少化肥使用並固碳;二要通過市場消費將農產品在價格上拉開,將中國耕地的5~10%培育成告別化肥、農藥、添加劑、除草劑的永久固碳型有機農業,在這類土地上生產安全放心的糧食、肉、蛋、奶和蔬菜,增加的價格靠城市市民的自覺消費,來為農民增收和土壤固碳「買單」;三是利用農業有機棄廢物還田,並輔以免耕等保護性耕作技術,減輕土壤有機質分解,促進土壤有機質增加;四是利用充分挖掘傳統農業文化,大力發展「稻鴨互作」、「稻魚互作」、「禽糧互作」型生態農業;五是在政策上鼓勵耕地固碳,全球碳貿易應當考慮農田固碳貢獻。