土壤碳库及其变动是影响大气二氧化碳浓度的关键生态过程,因此,土壤碳库的精确估算是研究全球变化、土壤碳循环的重要基础,也是人们采取措施保护现有并增加土壤碳储存量,减少二氧化碳排放遏制全球气候变暖的重要基础。我国在土地碳汇领域潜力如何,下一步又将如何发展?带着这些问题,记者走访了中国国土资源部《中国土壤碳汇潜力研究》项目中的主力科学家、中国地质大学(北京)地球科学与资源学院地球化学教研室主任、博士生导师杨忠芳教授, 研究土壤碳汇机制有什么用? 碳是自然界少数几个可以以固相、液相、气相三种方式存在的元素之一,如同森林等生态系统的碳存储一样,土壤碳库也趋于一种动态平衡的过程当中。 但是,这个动态平衡过程会受到许多因素干扰,比如温度、湿度、土地利用方式(植被类型)等,都会控制碳输入和输出的量,进而控制碳源和碳汇的大小和方式。 杨忠芳教授举了个简单的例子:在相同植被条件下,土壤温度越低固碳就越多。也这就好比夏天在冰箱中可以延长保存食物的时间,其原理就是低温微生物活动性降低。低温环境下的土壤也是一样,微生物分解有机碳的能力要比在同等植被条件下高温地区的土壤中大大降低。但在相同温度条件下,植被越丰茂,通过植物凋落,输入土壤的有机碳就越多,其碳汇能力也越大。 那么,中国的土壤固碳潜力如何? 研究表明,土壤对碳的固持不是无限度增加的,而是存在一个最大的保持容量,即饱和水平。初始有机碳含量愈远离饱和水平,碳的累积速率则愈快,随着有机碳含量增长,土壤对碳的保持将变得愈加困难。当有机碳含量逼近或到达饱和水平时,增加外源碳的投入将不再增加土壤有机碳库。据报道,目前中国保护性耕作面积仅占全国耕地面积的0.1%,美国、加拿大、英国、德国、法国、澳大利亚和日本等发达国家20世纪60年代就基本实现了农业机械化,保护性耕作和机械化的免耕覆盖模式已然兴起。这些国家通过40多年实施这些耕作措施,农田土壤已固定相当多的碳,继续固碳可能性要比40年前小得多。而中国除东北地区外,耕地土壤的有机碳含量本身都较低,要比欧美国家大约低30%,而且中国大范围的农业机械化才起步,保护性耕作和机械化的免耕覆盖模式在局部地区实施才几年。可以肯定地说,中国农田生态系统的固碳潜力要比发达国家大得多。 “研究不同条件下的土壤碳汇机制、分辨土壤碳汇区,不但是土壤碳增汇的重要理论基础,也是国家制定土壤固碳路线图的重要基础科学依据。”杨忠芳说。 中国土壤碳汇研究将如何行动? 对于中国土壤碳汇研究的现状,杨忠芳总结为:刚刚起步,之前的相关研究大都局限于对典型区或单独生态系统如稻田区、农田、湿地等,对整体、大面积的综合研究明显不足,且误差大,未能形成区域或国家尺度的系统研究成果,离为国家制订应对气候变化战略的重大需求还存在巨大的差距。 杨忠芳告诉记者,为了尽可能弥补土壤碳汇研究中的一系列缺憾,国土资源部在《我国地质碳汇潜力研究》项目中专门安排了《中国土壤碳汇潜力研究》子项目。 当然,科学家们首先要做的就是力争改变我国土壤碳库估算混乱的状态。 之前,我国土壤碳库估算的结果之所以差异较大,一个重要的原因是缺乏可靠的数据源。而目前恰有一个转机:中国地调局从1999年至今完成了160万平方公里的多目标区域地球化学调查,这为准确计算土壤碳库、开展土壤碳汇机制、土壤固碳潜力评价、科学筛选土壤碳源汇变化的监测网络点奠定了全球独一无二的数据基础。 其次,要着重研究影响土壤碳汇源转化的因素,通过30年来我国土地利用状态变化,研究微生物活动性、团聚体、温度、湿度、土地利用方式等因素对固碳的影响,并建立全国土壤碳源碳汇研究地球化学数据库。 最后,以提出增加土壤碳汇建议为主要目标,对不同典型区域尤其是主要农耕区土壤固碳潜力以及不同耕作措施下农田土壤固碳效应进行研究和评估。 此外,对我国的典型碳呼吸敏感区进行监测也是十分必要的。杨忠芳解释说,土壤的呼吸就是土壤有机质发生分解,土壤释放二氧化碳和甲烷的过程。研究表明,不恰当的农业管理措施和土地利用方式极易引起土壤由汇到源的转变,且土壤碳的丢失将远比累积更加迅速,据监测,我国北方黑土地区最近几十年的碳流失就非常明显。为此,科学家将选择典型地区,在土壤碳源区、碳汇区及平衡区建立监测土壤碳呼吸试验点,并根据监测数据构建土壤碳源碳汇转化模型,同时,选择不同气候带、地理景观区、生态系统和土壤类型等,建立土壤二氧化碳释放通量监测站,预测典型地区未来土壤碳库变化趋势,为建立全国土壤释放呼吸二氧化碳监测网络提供示范。 据粗略统计,《中国土壤碳汇潜力研究》项目中的子课题超过30个,而承担各个课题的单位多达20多个,可以说是集合了国内与土壤碳汇研究相关领域内的重要科研力量,仅此一点,其对全国尺度的综合研究成果就令人期待。   

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