“土壤固碳潛力表征方法與主要農(nóng)耕區(qū)碳匯潛力研究”項(xiàng)目隸屬?lài)?guó)土資源專(zhuān)項(xiàng)“我國(guó)地質(zhì)碳匯潛力研究”，由中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所劉應(yīng)漢教授級(jí)高工主持完成，項(xiàng)目編號(hào)1212010060205。該項(xiàng)目以我國(guó)已完成的160余萬(wàn)平方千米多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查和土壤第二次普查有關(guān)碳數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)比研究國(guó)內(nèi)外固碳潛力概念與表征方法，深入分析了我國(guó)土壤碳庫(kù)空間的分布格局，從現(xiàn)代碳循環(huán)的理論和碳元素地球化學(xué)背景角度，構(gòu)建了主要農(nóng)耕區(qū)碳匯潛力的估算模型，估算了主要農(nóng)耕區(qū)土壤的碳匯潛力，探索了我國(guó)土壤固碳的途徑，為國(guó)家應(yīng)對(duì)全球氣候變化戰(zhàn)略的制訂提供依據(jù)。

1．土壤固碳潛力概念的厘定與表征方法研究

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外土壤固碳潛力概念的總結(jié)，將土壤固碳潛力的概念歸納為兩種，即未來(lái)最大固碳量和未來(lái)最大固碳量與當(dāng)前碳量差值。前者“潛力”包含了當(dāng)前的碳量，后者則不包括當(dāng)前碳量。研究認(rèn)為潛力是指潛在的能力，即未表現(xiàn)出來(lái)的能力，它不應(yīng)該包含當(dāng)前的碳量，土壤固碳潛力是指土壤未來(lái)最大固碳量與當(dāng)前碳量差值。鑒于國(guó)內(nèi)外研究者目的不同，對(duì)潛力的出發(fā)點(diǎn)條件也不相同，將土壤固碳潛力定義為：在一定條件下，土壤將來(lái)可能達(dá)到的碳飽和水平或土壤可能容納的最大碳量與當(dāng)前土壤碳量之差。針對(duì)我國(guó)上世紀(jì)70年代末開(kāi)始的第二次土壤普查和本世紀(jì)初開(kāi)始的多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查兩次區(qū)域性海量土壤碳數(shù)據(jù)，研究提出了土壤未來(lái)可能達(dá)到的固碳潛力和理論固碳潛力（最大固碳潛力及管理可達(dá)到潛力）兩種可對(duì)比的土壤固碳潛力表征方法。

2．農(nóng)耕區(qū)土壤碳匯潛力的估算方法

針對(duì)我國(guó)多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查獲得的海量土壤碳數(shù)據(jù)，研究了典型的碳平衡法估算未來(lái)可能達(dá)到的潛力；從碳元素地球化學(xué)背景出發(fā)，提出按照土類(lèi)分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的地球化學(xué)背景上限法估算土壤最大固碳潛力和管理可達(dá)到潛力。

碳平衡法：首先根據(jù)一定區(qū)域（各省多目標(biāo)區(qū)）從第二次土壤普查到多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查土壤有機(jī)碳含量變化趨勢(shì)，按照土類(lèi)分別統(tǒng)計(jì)模擬各種土壤有機(jī)碳碳變化量和初始含量（二普）之間的擬合關(guān)系曲線(xiàn)，獲得土壤有機(jī)碳量變化量為0 時(shí)對(duì)應(yīng)的土壤有機(jī)碳量即為調(diào)查區(qū)該類(lèi)土壤有機(jī)碳飽和值；再利用獲得的碳飽和含量減去當(dāng)前含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算農(nóng)耕區(qū)未來(lái)可能達(dá)到的碳匯潛力。

地球化學(xué)背景上限法：在多目標(biāo)調(diào)查區(qū)按土壤種類(lèi)分別進(jìn)行土壤有機(jī)碳含量地球化學(xué)統(tǒng)計(jì)，首先以土壤有機(jī)碳含量累積頻率的97.5%作為有機(jī)碳飽和含量計(jì)算農(nóng)耕區(qū)最大固碳潛力；其次以迭代剔除均值±2倍標(biāo)準(zhǔn)差獲得同種土壤有機(jī)碳含量均值加2倍標(biāo)準(zhǔn)差作為該類(lèi)土壤碳飽和值，計(jì)算管理可達(dá)固碳潛力。

3．通過(guò)對(duì)典型土壤固碳潛力研究，獲得了9種典型土壤碳量分布特征

對(duì)黑龍江黑土、沼澤土，吉林暗棕壤，山東棕壤，河北褐土，安徽水稻土，江西、湖南紅壤，海南磚紅壤，青海栗鈣土等9省9種典型土壤30個(gè)試驗(yàn)區(qū)耕地、休耕地和荒地等土地利用方式進(jìn)行三年的研究顯示，河北褐土，山東棕壤，湖南、江西紅壤，青海栗鈣土，安徽水稻土等土壤碳量呈增加趨勢(shì)，其中河北、山東增加明顯；黑龍江黑土、沼澤土，吉林暗棕壤土壤碳量則呈下降趨勢(shì)。9種典型土壤以沼澤土、暗棕壤、黑土碳量相對(duì)較高，棕壤、褐土相對(duì)最低。同種土壤，耕地、休耕地和荒地三種不同土地利用方式，沼澤土和湖南紅壤休耕地潛力最大，棕壤、褐土、江西紅壤耕地潛力最大，暗棕壤、水稻土、磚紅壤和栗鈣土荒地潛力最大。9種典型土壤198條土壤統(tǒng)計(jì)顯示從表層到深層，有機(jī)碳量呈指數(shù)遞減分布，但0～0.2m、0～0.3m深有機(jī)碳平均儲(chǔ)量分別是0～1m深碳儲(chǔ)量的39.0%和51.3%，略低于國(guó)內(nèi)外研究的41%和54%。

4．土壤固碳潛力影響因素及團(tuán)聚體與有機(jī)碳作用機(jī)制研究取得了新的認(rèn)識(shí)與發(fā)現(xiàn)

土壤理化性質(zhì)、氣溫、降水、土地利用方式和施肥管理等土壤固碳潛力影響因素間既相互關(guān)聯(lián)、又存在拮抗作用。土壤有機(jī)碳含量一般與N、P正相關(guān)，與PH負(fù)相關(guān)，但吉林暗棕壤與PH不相關(guān)；9省典型土壤有機(jī)碳與總碳呈線(xiàn)性關(guān)系說(shuō)明有機(jī)質(zhì)的增加直接影響土壤碳儲(chǔ)量；有機(jī)碳與SiO₂在吉林暗棕壤呈顯著負(fù)相關(guān)，而青海栗鈣土則顯著正相關(guān)。不同種類(lèi)土壤，其粒度組成與碳量密切相關(guān)：粟鈣土、水稻土、褐土、黑土和沼澤土有機(jī)碳最高值出現(xiàn)在細(xì)大團(tuán)聚體顆粒A2（2-0.25 mm）中， 紅壤、磚紅壤和棕壤有機(jī)碳最高值出現(xiàn)在粉黏微團(tuán)聚體M2（< 0.053 mm）中，而暗棕壤的最大值出現(xiàn)在粗大團(tuán)聚體A1（>2mm）顆粒組中。

5．查明了我國(guó)東部主要農(nóng)耕區(qū)土壤碳量分布特征及二十余年來(lái)的增減變化

　　總體上，我國(guó)農(nóng)耕區(qū)北方有機(jī)碳平均含量高于南方。其中0.2m深表土有機(jī)碳平均含量由大到小依次為黑龍江三江平原2.66%>青海2.04%>黑龍江松嫩平原1.66%>湖南1.59%>江西1.38%>吉林1.24%>安徽1.16%>海南1.05%>河北0.832%>山東0.829%；1m深土壤有機(jī)碳含量則為青海1.35%>黑龍江1.14% >湖南1.02%>江西0.87%>吉林0.83%>安徽0.73%>海南 0.67%>河北0.61%>山東0.57%。九省69.4萬(wàn)km²的農(nóng)耕區(qū)，從1979年土壤第二次普查到2003年開(kāi)始的多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查，二十余年來(lái)，表層土壤有機(jī)碳增加了79.3Tg，增加最大的地區(qū)為黑龍江三江平原，增加了182Pg，其次為河北、山東，分別增加了118Tg和51Tg，表土有機(jī)碳減少的地區(qū)為吉林省（269Tg）、黑龍江松嫩平原（30.3Tg）、海南（11.5Tg）和青海（9.2Tg）。

6．圈定了主要農(nóng)耕區(qū)土壤碳匯源區(qū)

根據(jù)第二次土壤普查和多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查資料，完成了黑龍江松嫩平原、三江平原、吉林、河北、安徽、江西、湖南和青海等省多目標(biāo)調(diào)查區(qū)及山東和海南省共69.4萬(wàn)平方千米多目標(biāo)調(diào)查區(qū)土壤碳匯源區(qū)的圈定。9省研究結(jié)果顯示，黑龍江三江平原、安徽、湖南、江西、河北、山東等省農(nóng)耕區(qū)總體為碳匯區(qū)，其中三江平原、河北、山東碳量增加明顯；黑龍江松嫩平原、吉林、青海、海南等省農(nóng)耕區(qū)為碳源區(qū)，黑龍江松嫩平原、吉林農(nóng)耕區(qū)碳量減少相對(duì)明顯。

7．系統(tǒng)精確估算了我國(guó)東部主要農(nóng)耕區(qū)碳匯潛力

根據(jù)土壤第二次普查和多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查兩次區(qū)域性有關(guān)碳的資料，利用碳平衡方法按照土壤分類(lèi)，對(duì)9省多目標(biāo)區(qū)表土統(tǒng)計(jì)計(jì)算了在近二十余年來(lái)有機(jī)碳發(fā)展態(tài)勢(shì)下，未來(lái)可能達(dá)到的固碳潛力有540Tg，并估算了可能達(dá)到的時(shí)限。其中山東省碳匯潛力最大為2.5億噸，時(shí)間52年，其次為黑龍江三江平原的2億噸和湖南的1.5億噸，時(shí)間分別為35年和145年。吉林、海南和青海總體為碳源區(qū)，吉林表土有機(jī)碳量未來(lái)可能減少1.2億噸。利用地球化學(xué)背景上限法按照土類(lèi)系統(tǒng)估算了9省農(nóng)耕區(qū)土壤最大固碳潛力和管理可達(dá)潛力。9省主要農(nóng)耕區(qū)土壤0～0.2m、0～1m、0～1.8m深最大固碳潛力分別為2.45Pg、7.24Pg和11.55Pg；而管理可達(dá)固碳潛力則為0.77Pg、1.89Pg和3.03Pg。

本項(xiàng)研究在厘定土壤固碳潛力概念的基礎(chǔ)上，不僅精確計(jì)算了黑龍江、吉林、山東、河北、安徽、江西、湖南、海南、青海等9省農(nóng)耕區(qū)表土碳量，而且系統(tǒng)地估算了未來(lái)可能達(dá)到的碳匯潛力，表土、1m、1.8m深土壤最大碳匯潛力和管理可達(dá)到的潛力，獲得區(qū)域性系統(tǒng)成果，為迅速獲得我國(guó)農(nóng)耕區(qū)國(guó)家尺度的碳匯潛力系統(tǒng)成果提供了方法，為增匯行動(dòng)提供了數(shù)據(jù)支撐。調(diào)查研究成果不僅可作為政府部門(mén)決策的依據(jù)，同時(shí)還將增加我國(guó)環(huán)境外交談判籌碼，最大限度地增加我國(guó)土壤的固碳潛力。