中國農(nóng)田土壤固碳潛力(史學(xué)正-南土所)講解

史學(xué)正

中國科學(xué)院南京土壤研究所土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

中國農(nóng)田土壤固碳潛力課題研究計(jì)劃框架中國土壤學(xué)會土壤遙感·土壤信息·土壤地理會議報(bào)告提綱全球氣候變暖問題的背景對我國農(nóng)田土壤固碳潛力的基本認(rèn)識中國科學(xué)院碳收支專項(xiàng)A的 農(nóng)田土壤固碳潛力研究課題中國農(nóng)田土壤固碳潛力課題的研究計(jì)劃框架結(jié)語

全球氣候變暖問題的背景

目前國際上流行的全球氣候變暖理論 三個(gè)環(huán)節(jié)組成大氣CO2當(dāng)量濃度從280ppmv上升一倍后目前大氣CO2當(dāng)量濃度約為380ppmv全球氣溫將上升2－3℃（目前全球平均氣溫為15℃）若全球平均氣溫上升2℃，將給人類帶來災(zāi)難性后果表現(xiàn)為海面上升、物種滅絕、極端氣候增加、熱帶傳染病北上、糧食短缺、地區(qū)沖突增加等世界各主要國家必須減排

2050年將大氣CO2濃度控制在500ppmv的目標(biāo)

全球氣候變暖問題的背景這個(gè)理論的核心基礎(chǔ)是氣溫對CO2濃度的高度敏感性最終目的是控制人為排放CO2減少化石能源（煤、石油和天然氣）的使用量目前這個(gè)理論已經(jīng)走出學(xué)術(shù)界被大眾傳媒和社會公眾廣泛傳布更成為一部分政治家在國際政治、外交博弈中使用的工具

全球氣候變暖問題的背景2010年的中國基礎(chǔ)數(shù)據(jù)煤炭產(chǎn)量：33億噸鋼產(chǎn)量：6.08億噸，占全球產(chǎn)量的近一半汽車產(chǎn)量：1800多萬輛，連續(xù)第二年世界第一中國CO2排放總量已是全球第一人均排放量已達(dá)國際平均值從我國現(xiàn)實(shí)發(fā)展階段、能源結(jié)構(gòu)、城市化水平等方面看到本世紀(jì)中葉前我們基本不具備總量上“減排”的能力只具備增長速率上“放慢”的能力我國面臨嚴(yán)峻的形勢

2005年初《京都議定書》生效，旨在減少溫室氣體排放,而發(fā)展中國家2012年前暫不承擔(dān)減排義務(wù)2009年12月在哥本哈根召開了“聯(lián)合國氣候變化大會”，會上我國承諾“到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放比2005年下降40～45%”要完成任務(wù)面臨困難國內(nèi)態(tài)勢：人口持續(xù)增加和經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，能源消耗迅速增加，由此引發(fā)的溫室氣體排放還將持續(xù)升高面臨國際壓力：溫室氣體減排發(fā)達(dá)國家矛頭指向發(fā)展中國家，要求中印等國在下一階段承擔(dān)減排義務(wù)，中國將成為焦點(diǎn)溫室氣體減排-我國將面臨巨大的壓力！農(nóng)田土壤固碳與減排，以抵消化石燃料燃燒排放的溫室氣體在《京都議定書》規(guī)定可以通過增加生態(tài)系統(tǒng)碳庫來抵消化石燃料（煤等）燃燒向大氣排放的碳（CO2）IPCC認(rèn)為土壤固碳是目前經(jīng)濟(jì)可行且環(huán)境友好的減緩大氣CO2濃度升高的重要方法土壤有機(jī)碳庫庫容巨大（約15000億噸），農(nóng)田土壤碳庫可以通過合適的固碳技術(shù)措施，在5～10年內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速增加當(dāng)前中國農(nóng)業(yè)生態(tài)固碳減排方面迫切需要解決二個(gè)問題：

一是農(nóng)田土壤碳庫重建（固碳）

一是農(nóng)田土壤溫室氣體減排實(shí)現(xiàn)雙贏：減緩氣候變化和提高農(nóng)田土壤生產(chǎn)力

從中國農(nóng)田實(shí)際出發(fā)，如何應(yīng)對氣候變化？

中國農(nóng)田土壤固碳潛力巨大長期定位試驗(yàn)

華北平原農(nóng)田土壤（潮土）的長期定位試驗(yàn)結(jié)果表明秸稈不還田，只施用NPK肥料17年后土壤有機(jī)C增加了21%施用有機(jī)肥則提高了93%河南封丘長期定位試驗(yàn)19892006中國農(nóng)田土壤固碳有可能嗎？傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變 最近幾年少免耕和機(jī)械化秸稈還田面積迅速增加正在進(jìn)行農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整 傳統(tǒng)旱作地轉(zhuǎn)變?yōu)槭卟说兀ㄕ既珖r(nóng)田總面積的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

傳統(tǒng)旱作物地轉(zhuǎn)變?yōu)楣麍@農(nóng)業(yè)水利設(shè)施改善，農(nóng)田投入增加 農(nóng)田灌溉面積擴(kuò)大，化肥用量進(jìn)一步增加中國農(nóng)田土壤固碳潛力巨大區(qū)域尺度

中國農(nóng)田管理處在變革期正趕上一個(gè)非常重要的土壤固碳時(shí)期

中國科學(xué)院碳收支專項(xiàng)A簡介

中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng) 院碳收支專項(xiàng)A專項(xiàng)名稱 應(yīng)對氣候變化的碳收支認(rèn)證及相關(guān)問題院碳收支專項(xiàng)領(lǐng)導(dǎo)小組 組長：丁仲禮副院長；馮仁國局長、莊緒亮處長等專項(xiàng)首席科學(xué)家 呂達(dá)仁院士（中國科學(xué)院大氣物理所）專項(xiàng)、項(xiàng)目、課題和子課題四級進(jìn)行管理實(shí)施時(shí)間：2011年1月–2015年12月

課題概況院碳收支專項(xiàng)A簡介

項(xiàng)目編號項(xiàng)目名稱XDA0501能源消費(fèi)與水泥生產(chǎn)的排放XDA0502土地利用與畜牧業(yè)的甲烷和氧化亞氮排放XDA0503自然過程碳排放XDA0504衛(wèi)星反演的“凈排放”XDA0505生態(tài)系統(tǒng)固碳現(xiàn)狀、速率、機(jī)制和潛力XDA0506重大生態(tài)工程固碳量評價(jià)XDA0507典型區(qū)域固碳增匯技術(shù)體系及示范XDA0508過去2000年氣候變化記錄、幅度、速率、周期、突變、原因XDA0509過去百年氣候增暖及成因XDA0510我國氣溶膠歷史變化及氣候效應(yīng)XDA0511氣候模式模擬和預(yù)估中的不確定性問題XDA0512大暖期中國環(huán)境格局XDA0513氣候變化背景下人類適應(yīng)方式XDA0514區(qū)域碳排放與產(chǎn)品碳足跡XDA0515應(yīng)對氣候變化的碳收支相關(guān)政策研究分為15個(gè)項(xiàng)目，我們課題歸屬第5項(xiàng)目

課題概況生態(tài)系統(tǒng)固碳項(xiàng)目簡介

課題名稱負(fù)責(zé)人課題依托單位固碳參量遙感監(jiān)測技術(shù)吳炳方中科院遙感應(yīng)用所我國草地固碳潛力與速率白永飛中科院植物所我國灌叢固碳潛力與速率謝宗強(qiáng)中科院植物所中國森林固碳潛力與速率研究周國逸中科院華南植物園中國農(nóng)田固碳潛力與速率研究史學(xué)正中科院南京土壤研究所我國陸地生態(tài)系統(tǒng)固碳潛力與速率的綜合模擬與集成分析何洪林中科院地理科學(xué)與資源研究所項(xiàng)目名稱：生態(tài)系統(tǒng)固碳現(xiàn)狀、速率、機(jī)制和潛力項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：方精云、于貴瑞依托單位：中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所項(xiàng)目組成：6個(gè)課題

課題基本概況

課題名稱：

中國農(nóng)田土壤固碳潛力與速率研究依托單位：中國科學(xué)院南京土壤研究所主要承擔(dān)單位沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所 東北地理研究所地理科學(xué)與資源研究所 遺傳發(fā)育所農(nóng)業(yè)資源研究中心西北水土保持研究所 新疆地理研究所亞熱帶農(nóng)業(yè)研究所 成都山地災(zāi)害研究所大氣物理所南京農(nóng)業(yè)大學(xué)西南大學(xué) 共計(jì)12個(gè)單位課題任務(wù)

中國農(nóng)田土壤碳相關(guān)的四個(gè)關(guān)鍵詞：現(xiàn)狀、速率、潛力和機(jī)制要回答下面4個(gè)問題中國農(nóng)田土壤碳庫量現(xiàn)狀如何？中國農(nóng)田土壤固碳速率是多少？中國農(nóng)田土壤固碳潛力有多大？影響中國農(nóng)田土壤固碳潛力和速率的主控因素？

農(nóng)田土壤固碳潛力構(gòu)成

農(nóng)田土壤研究思路＝參照當(dāng)前最佳農(nóng)田管理方式通過農(nóng)田基本建設(shè)等措施實(shí)施后的現(xiàn)實(shí)固碳潛力通過固碳措施實(shí)施，改進(jìn)當(dāng)前最佳管理措施后的固碳增量潛力

再提高農(nóng)田土壤固碳潛力實(shí)施農(nóng)田基本建設(shè)施加固碳措施

典型區(qū)“面對面”+全國”模型模擬”

課題設(shè)計(jì)思路典型區(qū)

“面對面”全國農(nóng)田分區(qū)選擇60個(gè)典型縣1980-2010年農(nóng)田土壤碳演變速率中國農(nóng)田基本建設(shè)等措施實(shí)施后的現(xiàn)實(shí)固碳潛力1中國實(shí)施農(nóng)田土壤固碳措施的固碳增量潛力2

省為單位，沿公路農(nóng)田有機(jī)物質(zhì)投入調(diào)查考察考察點(diǎn)約1.4萬個(gè)，路線長14萬公里根據(jù)考察結(jié)果設(shè)計(jì)土壤固碳措施情景土壤性質(zhì)-環(huán)境關(guān)系模型：固碳潛力與影響因子定量關(guān)系模型模擬：DNDC和CENTURY模型模擬未來的土壤固碳潛力與速率

著重強(qiáng)調(diào)：獲取第一手?jǐn)?shù)據(jù)，野外考察·采樣

·分析

A東北濕潤地區(qū) B黃淮海平原和膠東丘陵區(qū)C長江中下游平原和亞熱帶丘陵區(qū)D熱帶地區(qū) E黃土區(qū)F西南地區(qū) G內(nèi)蒙牧區(qū)H西北地區(qū) V青藏高原

21個(gè)農(nóng)田類型區(qū)

60個(gè)典型縣每縣70個(gè)樣點(diǎn)

全國共4200個(gè)土壤采樣點(diǎn)10000多個(gè)土樣

以縣域?yàn)榛境叨葐卧?/p>

調(diào)査任務(wù)中國農(nóng)田典型縣及采樣點(diǎn)

遙感數(shù)據(jù)野外沿線考察農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

調(diào)査任務(wù)農(nóng)田有機(jī)物質(zhì)輸入量野外調(diào)查

設(shè)計(jì)沿公路考察路線布置調(diào)查點(diǎn)分省考察每個(gè)省沿線調(diào)查考察調(diào)査點(diǎn)間距約10公里調(diào)查數(shù)根據(jù)農(nóng)田多少確定

13240調(diào)查點(diǎn)次

60個(gè)典型縣所有土壤采樣點(diǎn)約7000調(diào)查點(diǎn)次總路程約14萬公里約20000調(diào)查點(diǎn)次

潛力估算農(nóng)田現(xiàn)實(shí)固碳潛力估算典型縣土壤采樣＋耕作管理措施調(diào)查現(xiàn)實(shí)SOC含量最高值1980年代全國土壤普查數(shù)據(jù)典型縣30年來土壤碳變化量及影響因子不同因子引起碳變化的修正系數(shù)

×－＝典型縣農(nóng)田土壤現(xiàn)實(shí)固碳潛力其它SOC含量級別及分布典型縣農(nóng)田類型區(qū)從典型縣拓展到農(nóng)田類型區(qū)中國農(nóng)田土壤現(xiàn)實(shí)固碳潛力典型縣有機(jī)碳變化的主要影響因子

典型縣-農(nóng)田類型區(qū)固碳潛力尺度拓展農(nóng)田固碳潛力估算碳變化量與影響因子的定量關(guān)系有機(jī)碳變化的主要影響因子區(qū)域野外路線調(diào)查土壤類型和種植模式組合的相似性環(huán)境關(guān)系模型拓展法課題土壤采樣分析SOC含量典型縣→農(nóng)田類型區(qū)SOC動(dòng)態(tài)模擬(模型：水田DNDC；旱地CENTURY)等1980年代土壤普查SOC含量長期定位試驗(yàn)SOC含量各省沿公路實(shí)地考察和我國農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢分析等數(shù)據(jù)作為農(nóng)業(yè)類型區(qū)模型模擬基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，設(shè)定土壤固碳措施可實(shí)施情景(不同固碳措施、強(qiáng)度及組合，如秸稈還田、少免耕、施肥等)典型縣→農(nóng)田類型區(qū)不同固碳措施及強(qiáng)度實(shí)施條件下中國農(nóng)田土壤固碳潛力增量點(diǎn)尺度驗(yàn)證典型縣域尺度驗(yàn)證

不同固碳措施的固碳增量潛力估算

結(jié)語

研究土壤科學(xué)發(fā)展的軌跡表明 社會