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陈能场 | 土壤固碳致双赢:土壤健康+缓解气候变化

2022-9-20 17:18

来自: 原创
导 语

今年以来,全球多地出现的高温热浪对农业生产造成了严重威胁。欧盟旱情观测站图显示,由于极度高温和大面积干旱,欧盟的47%的土地处于红色预警状态。而我国西北、西南、华北及华南都发生了大范围持续性高温干旱天气,8月21日水利部发布的数据显示,四川、重庆、湖北、湖南、安徽、江西等9个省(市)耕地受旱面积已经达到3299万亩,246万人、35万头大牲畜因旱供水受到影响。面对这样的极端气候,我国的农业生产模式是否急需做出调整呢?带着这样的关切,人民食物主权网络和心•田计划于2022年9月2日联合主办了《全球气候变化与农业应变之道》的专题研讨会。

前两天,本号推送了来自中国农业大学农学院王小芬老师在研讨会上的分享——《王小芬 | 如何利用废物调控农田健康,实现有机、保产又保碳》。今天我们推送的是中国土壤学会科普工作委员会的陈能场老师的分享内容。

陈能场老师首先介绍了温室效应、土壤碳库、土壤健康等基本概念,以及气候变化对土壤健康的负面影响。在此背景下,陈能场老师指出:土壤固碳是双赢技术,可以保持土壤健康并缓解气候变化。

日本鹿儿岛大学农学博士,中国科协环境生态领域首席科学传播专家,中国土壤学会科普工作委员会主任。
主要研究方向包括:土壤重金属污染控制与修复,土壤污染-粮食安全-人体关系链条解析。


作者 | 陈能场
文字整理&编辑 | 惊雷
排版 | 侯米


大家好,我今天分享的主题是《土壤健康有助于应对气候变化》。我将从以下五个方面进行介绍:

温室效应、气候变化及其影响;
土壤碳库与土壤健康;
气候变化对土壤健康的影响;
土壤固碳是双赢技术:土壤健康+缓解气候变化;
土壤固碳潜力和固碳方法。

1、温室效应、气候变化及其影响

首先,我来介绍下背景。温室效应这个概念大家应该都比较熟悉。打个比方,以前我们的地球像盖着一条薄毛毯,现在因为温室气体则像是盖上了一条厚棉被。温室气体(二氧化碳,甲烷,一氧化二氮)有三分之二来自化石燃料的燃烧,大致有四分之一是由土地变化造成的。

气候变化是指温度和天气模式的长期变化。这些变化可能由自然原因造成,如太阳周期的变化。但我想强调的是,自19世纪以来,人类活动一直是气候变化的主要原因,特别是煤炭、石油和天然气等化石燃料的燃烧。

大家都知道,气候变化将带来严重后果。联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)发布的《气候变化2022》报告指出:“气候变化正改变着地球,未来几十年,世界将不可避免地遭遇灾难性影响。”科学界认为,全球气温相比于工业化前上升1.5度以上,我们的自然系统就达到了一个临界点,气候变化的最坏影响开始出现——严重的干旱、海平面上升、更频繁和更严重的风暴等。在2015年签订的《巴黎气候协定》中,各国同意将全球气温的平均上升幅度限制在与工业化前温度相比2摄氏度以内,并尽量将平均增幅保持在1.5度以下。

2、土壤碳库与土壤健康

接下来,我简单介绍土壤碳库和土壤健康的基本概念。

土壤碳库是地球上仅次于海洋的第二大碳库。如果以土壤2米深计算,全球土壤碳库含碳量是2.5万亿吨左右,这个量相当于全球植被含碳量的4倍和大气含碳量的3倍。当空气中二氧化碳浓度升高,大家可能认为植物会吸收更多的碳。但事实上,当二氧化碳浓度升高,土壤碳储存最终会减少,这是一个得不偿失的过程。

理想的土壤,包括空气、水、土壤固态部分、有机质等成分。研究表明,如果希望不限制作物产量,土壤有机质比例需要高于3.4%。


可以说,有机质是土壤健康的核心。有机质有四大组成部分,包括腐殖质、活性有机物质、新鲜的有机质、活体生物。有机质对土壤的结构、养分和储水、保肥能力、生理活性物质都起到了重要作用。


首先,碳在土壤结构中起到重要作用。土壤有机质是土壤结构的最关键的组成部分,帮助土壤形成结构,使得生命可以在土壤中存活。

其次,碳对土壤养分和储水也十分重要。举个例子,如果土壤成分中有1%是有机质,土壤的储水可以达到37.8立方,如果提高到3%,可以达到212-318立方,相差5.6-8.4倍。

再次,碳对保肥能力也是不可或缺的。土壤中的阳离子交换量的50%-100%来自于土壤有机质,而这里的阳离子交换量就代表着土壤的保肥能力。

最后,土壤有机质属于生理活性物质,能够在不同浓度下加速吸水并增进种子发芽,刺激根和芽的生长。

总得来说,有机质是连接土壤无机和生物的“桥梁”,有机质是健康土壤最重要的指标。

3、气候变化对土壤健康的影响

气候变化代表着温度提高,以及暴雨的强度和雨量分布的变化。这些因素最终会促进土壤有机质分解,或者造成土壤的水蚀、风蚀,所以气候变化会对土壤带来很不利的影响,造成有机质的损流失、土壤退化、温室气体排放增多。


气候变化对土壤的影响也跟气温有关。在年平均气温为5°C的地区,每升高1°C最终可能导致土壤有机碳损失10%以上。在年平均气温为30°C的地区,每升高1°C最终可能导致土壤有机碳损失3%。如果地球增温,北极、南极的冻土释放的碳更多,危险性更大。

4、土壤固碳是双赢技术: 土壤健康+缓解气候变化

在2015年巴黎气候变化大会上,法国政府提出了“千分之四”计划。每年全球化石燃料排放的二氧化碳的大概是89亿吨,我们土壤的含碳总量是2.4万亿吨(以2米深的土壤计算),两者相除就相当于千分之四。

也就是说,如果地球上的土壤每年能够增加千分之四的碳,就能够平衡化石燃料燃烧排放的碳。这一提议得到了科学家很好的反馈,因为它可以同时解决三个问题:

一是通过土壤肥力、防治土壤退化来应对粮食安全问题,
二是让农业适应气候变化,
三是缓解气候变化。

5、土壤固碳潜力和固碳方法

在理想情况下,全球农田可以为“千分之四”目标贡献26-53%减碳量。然而,理想很丰满,现实很骨感。世界上耕作的土壤已经损失了50%-70%的原始碳储量,其中大部分在暴露于空气时被氧化成二氧化碳。在实践中,还需要考察各参与国的固碳目标怎样设定、如何评估参与国的实施情况。

尽管如此,有哪些土壤固碳方法呢?第一,生长过程中,植物将光合作用约25%-70%的产物从根系分泌到土壤中。第二,植物凋落物、残渣等在土壤腐烂成为稳定的土壤有机质。第三,施用有机肥,增加土壤有机碳。

为了增加土壤碳储量,在种植时,也可以采取以下策略。

第一,尽量减少土壤裸露并减少耕作,如采取免耕方法。
第二,更多的套种、行间间种,种植更多的草条。
第三,增加田间树篱,发展农林复合系统。
第四,优化牧场管理,例如让放牧期更长一些。
第五,恢复土壤状况不佳的土地,如世界干旱和半干旱地区。

这里,我想特别强调的是,多样化种植是一个天然固碳的方法。单一种植时腐殖质形成率只有5%-10%,而多样化种植可使腐殖质形成率达到40-70%。


最后,我想再次呼吁:将碳放入土壤中——一个正确的选择!将碳存在土壤的银行里是保持土壤健康、缓解气候变化的双赢答案。
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