抓鐵有痕：土壤碳中和之腐植酸低碳肥料

曾憲成 李 雙

中國腐植酸工業(yè)協(xié)會 北京 100120

地球碳循環(huán)，腐植酸算一環(huán)。生物圈碳庫，土壤碳庫最大。土壤碳庫，腐植酸最大[1]。解決土壤儲碳控碳問題，離不開腐植酸。穩(wěn)定土壤碳庫，肥料投放影響最大。穩(wěn)定和補充土壤碳庫，腐植酸低碳肥料優(yōu)勢明顯。20 多年來，我們持續(xù)開展“維土革命”[2]、“凈土潔食工程”[3]、“培育土壤肥力產(chǎn)業(yè)”[4]，倡導“兩機互補”[5]、“黑白交慧”[5]、“兩個最大”[5]、“三化效應”[6]、“土肥和諧”[6]等理論，提出“土壤氣候變化”[6]問題，直至推進“雙碳”目標實現(xiàn)，一直走在“讓腐植酸從土壤中來到土壤中去”的反哺路線上，初心始終不改。嚴格來講，穩(wěn)定土壤碳庫必須穩(wěn)定土壤腐植酸，否則土壤碳平衡無從談起。

1 何謂抓鐵有痕？

實現(xiàn)碳達峰、碳中和是一場硬仗。2021 年3月15 日，習近平總書記主持中央財經(jīng)委第九次會議時強調(diào)，“實現(xiàn)碳達峰、碳中和是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會系統(tǒng)性變革，要把碳達峰、碳中和納入生態(tài)文明建設整體布局，拿出抓鐵有痕的勁頭，如期實現(xiàn)2030 年前碳達峰、2060 年前碳中和的目標?！睘槿袠I(yè)開展肥料碳達峰、土壤碳中和提出了要求、指明了方向。

面對肥料碳達峰、土壤碳中和這項重大工程，腐植酸行業(yè)要做到抓鐵有痕，必須始終堅持“讓腐植酸從土壤中來到土壤中去”的反哺路線不動搖，通過大量反哺腐植酸低碳肥料，持續(xù)努力，持續(xù)加勁，把增強土壤儲碳控碳能力的“施工圖”變?yōu)橥寥捞贾泻偷摹皩嵕皥D”。唯有如此，鐵和痕就“咬合”上了。

2 何謂土壤碳中和？

土壤碳中和是指在規(guī)定時期內(nèi)，由土壤直接或間接產(chǎn)生的CO2排放總量與土壤直接或間接固定的CO2總量相抵消。實現(xiàn)土壤碳中和必須立足于平衡土壤碳庫，土壤腐植酸碳是土壤穩(wěn)碳固碳的基石[1]。

工業(yè)革命前，土壤中每年積累的腐植酸類物質(zhì)碳（占土壤有機碳80%）≈分解的腐植酸類物質(zhì)碳，保持著土壤碳庫儲與放之間關系的穩(wěn)定，生物圈的碳儲量基本不變，大氣中CO2濃度沒有太大波動，不存在土壤氣候變化問題[6]。工業(yè)革命之后，人類向土壤大量投放，打破了土壤碳庫儲與放之間的平衡關系。進而觀察，影響土壤碳庫變化的主因在于農(nóng)業(yè)投放，化肥是重點。近40 年來，化肥向土壤投放占居第一位，導致土壤儲碳控碳能力大幅下降，土壤碳庫嚴重失衡，土壤富碳機能大大降低。

近7 年來，國家持續(xù)開展“化肥零增長”（2015年）——“化肥負增長”（2019 年）——“化肥減量化”（2020 年）行動，充分說明了國家轉(zhuǎn)變化肥投放政策的連續(xù)性不可逆。

3 何謂腐植酸低碳肥料？

腐植酸是土壤的核心物質(zhì)[7]，還是土壤的“儲碳器”[8]。工業(yè)化利用腐植酸主要從風化煤、褐煤、泥炭中活化、提取和分離，還可以通過其他工藝手段從潔凈的生物質(zhì)資源中轉(zhuǎn)化而來[9]。研究表明，煤炭腐植酸與土壤腐植酸的物理特性、化學組成、分子結(jié)構(gòu)及分子量范圍，具有一致的應用特性[2，3，10]，是補充土壤碳庫最大的綠色動力資源庫。

腐植酸低碳肥料，系指通過工業(yè)活化提取的腐植酸營養(yǎng)效素，在“兩機互補”理論的指導下，按照“土壤—肥料—作物—環(huán)境”全產(chǎn)業(yè)鏈低碳化要求，集成大量、中量、微量以及有益元素，生產(chǎn)符合養(yǎng)分最大化、產(chǎn)出高效化、土壤生態(tài)化的低碳肥料，以達到穩(wěn)定土壤碳庫直至實現(xiàn)土壤碳中和的目的。

腐植酸低碳肥料直接作用于土壤有機質(zhì)提升、養(yǎng)分高效利用、作物品質(zhì)提高；其生態(tài)性在于調(diào)節(jié)土壤系統(tǒng)、生物系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)之間的物質(zhì)循環(huán)、能量轉(zhuǎn)換和信息傳遞，以維護土壤健康為目的；其顯著特點在于生產(chǎn)和使用過程中節(jié)能減排、提質(zhì)增效、穩(wěn)碳固碳、調(diào)節(jié)土壤碳庫。

4 反哺腐植酸低碳肥料有著充分的理論依據(jù)

20 多年來，全行業(yè)通過大量反哺腐植酸低碳肥料，擴蓄增容土壤碳庫，積極探索肥料碳達峰、土壤碳中和，取得了豐碩的實踐經(jīng)驗和扎實的理論成果。

（1）“兩機互補”理論。腐植酸肥料產(chǎn)業(yè)基于“土壤腐殖質(zhì)營養(yǎng)理論”（泰伊爾）[11]和“植物礦質(zhì)營養(yǎng)理論”（李比希）[12]二者的結(jié)合，形成了“腐植酸有機-無機營養(yǎng)供給理論”[13]，既滿足了腐植酸肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段的需要，又適應了化肥工業(yè)轉(zhuǎn)型、促進肥料行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的需要，簡稱“兩機互補”理論。即，以有補無，以無補有，有無互補。

（2）“兩個最大”理論?；凇皟蓚€最大”公約數(shù)，即對土壤碳庫和肥力而言，腐植酸是土壤中最大的“儲碳庫”和衡量土壤肥力的“金標準”[14]；對作物養(yǎng)分外供而言，化肥是植物養(yǎng)分外供最大的“給養(yǎng)庫”[15]。“腐植酸+化肥”是構(gòu)筑“土肥和諧”的基石，也是打造“肥料工業(yè)4.0”時代的基石，抓住兩者就等于抓住了肥料高質(zhì)量發(fā)展。

（3）“黑白交慧”理論?！昂凇保ǜ菜幔┦菢?gòu)建“土肥和諧”的功能因子，“白”（化肥）是構(gòu)筑“土肥和諧”的養(yǎng)分材料[16]。通過“黑白交慧”，讓黑色腐植酸將白色化肥轉(zhuǎn)化成為黑色肥料還土壤本色[17]。

（4）“腐植酸肥料三大創(chuàng)新”理論。腐植酸肥料的“三大創(chuàng)新理論”是指“植株葉面環(huán)境控制理論”“作物根際環(huán)境調(diào)控理論”“土壤生態(tài)環(huán)境控制理論”，即腐植酸是懂得植株肢體語言的肥料、腐植酸是作物通根活絡的肥料、腐植酸是締造土壤房子的肥料[18]。

（5）“土肥和諧”理論?！巴练屎椭C”即土離不開肥，肥離不開土，土肥一家親[6]。與此同時，通過開展“土壤碳中和”行動，將進一步建立和完善其理論體系。

5 反哺腐植酸低碳肥料抓鐵有痕亟待五輪驅(qū)動

反哺腐植酸低碳肥料，推動肥料碳達峰、土壤碳中和，是當前全行業(yè)義不容辭的光榮使命。做好這項工作，需要五輪驅(qū)動、協(xié)同發(fā)力，才能達到舉一反三、抓鐵有痕的效果。

5.1 腐植酸低碳肥料是發(fā)展氣候智慧型農(nóng)業(yè)的客觀要求

根據(jù)跨政府組織（IPCC）統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，農(nóng)業(yè)所產(chǎn)生的碳排放量僅次于化石燃料，是全球溫室氣體第二大來源[19]。我國作為全球最大的溫室氣體排放國，工業(yè)碳排放一直被政府節(jié)能減排工作所關注，但占全國總量17%的農(nóng)業(yè)碳排放不容忽視[20]。農(nóng)業(yè)碳排放主要是指農(nóng)業(yè)（種植業(yè)）生產(chǎn)過程中由于化肥、農(nóng)藥、能源消費，以及土地翻耕過程中所直接或間接導致的溫室氣體的排放。研究表明，由于全球范圍內(nèi)長期和大面積墾殖，不僅使土壤碳庫和大氣碳庫之間的碳循環(huán)平衡遭到破壞，而且造成大量土壤有機碳被氧化并以CO2等形式釋放到大氣中去，增加了溫室氣體排放。增加農(nóng)田土壤固碳潛力已作為評價土壤肥力、緩解CO2釋放的重要手段之一[21，22]。

土壤有機碳的演變是一個長期而復雜的過程，這一過程受很多因素的影響，施用有機肥是調(diào)控土壤有機碳的重要措施之一[23]。研究發(fā)現(xiàn)，化肥使用是造成旱作農(nóng)田生產(chǎn)碳排放的關鍵因素之一，降低化肥使用對旱作農(nóng)田生產(chǎn)低碳化有重要意義[24]。其中，施用有機肥或有機無機肥配施是提高土壤有機碳含量、培育土壤肥力的有效措施[23，25]。施入有機肥不僅可以提高土壤團聚化作用、改善土壤理化性質(zhì)及養(yǎng)分狀況[26]，還可以顯著提高作物產(chǎn)量和土壤有機碳含量，而且土壤有機碳的截獲速率與有機物料的施入數(shù)量和質(zhì)量密切相關[27]。

綜合考慮影響農(nóng)田土壤固碳能力和碳匯水平的因素，以肥料管理最為關鍵，減排效果也最明顯[24，28，29]。據(jù)統(tǒng)計，我國農(nóng)業(yè)碳排放總量從2000年的6565.37 萬噸增長到2018 年的9081.90 萬噸，增加2516.53 萬噸，年均增長率1.84%。其中，化肥占農(nóng)業(yè)碳排放總量的56.61%[19]，說明通過控制化肥使用量對遏制我國農(nóng)業(yè)碳排放具有巨大意義。通過腐植酸低碳肥料反哺，于土壤固碳最直接、最智慧、最安全。我們必須強調(diào)，是有機質(zhì)不一定是腐植酸，是腐植酸一定是最好的有機質(zhì)。

5.2 腐植酸低碳肥料是土壤碳中和的有生力量

過去40 多年，種植業(yè)生產(chǎn)大規(guī)模攫取，土壤自然碳儲存能力嚴重下降。目前，以土壤腐殖質(zhì)豐厚、碳儲量巨大的東北黑土地為例，東北黑土層已由開墾初期的80 ～100 cm 下降到20 ～30 cm，并以每年剝蝕0.3 ～1.0 cm 的速度流失，有機質(zhì)以平均每年0.1%的速度下降[30]。相比黑土層的高速剝蝕，黑土的形成過程相當漫長，每形成1 cm 黑土層大約需要300 ～500 年時間。若不加以控制，3 ～4 萬年自然條件下形成的黑土地，其生命力最多維持100 年?？梢?，加大黑土地土壤有機質(zhì)補償，是解決歷史遺留“債務”的必然要求。2015—2021年，中央一號文件連續(xù)7 年，一再強調(diào)要保護東北黑土地。

土壤有機質(zhì)下降會造成土壤中的碳釋放到大氣，導致大氣中CO2含量增加，影響氣候變化，使土壤從“碳匯”轉(zhuǎn)為“碳源”[31～35]。相對于其他土壤類型，東北黑土區(qū)更容易受到擾動，其微小變化都對氣候變化產(chǎn)生重要影響[36～38]。對此，從黑土地儲碳的現(xiàn)實需求出發(fā)，快速補充和提升黑土地有機質(zhì)既緊迫又重要。

土壤學家認為，土壤有機物通過自然礦化/腐殖化作用形成腐殖質(zhì)——腐植酸，少則兩三年，多則一百年。大量科學研究和反復田間實踐結(jié)果證明，工業(yè)開發(fā)利用腐植酸可以縮短有機質(zhì)的腐熟化時間，使之當年受益甚至當季當期受益。對此，通過與土壤同根同源的腐植酸低碳肥料反哺，快速提高土壤有機質(zhì)含量，進而提高土壤固碳效率，讓“腐植酸從土壤中來到土壤中去”的反哺作用更加有力，將成為“土壤碳中和”行動的有生力量。

5.3 腐植酸低碳肥料結(jié)合形式多樣化

“腐植酸+大中微量營養(yǎng)元素及有益元素”的普適性已成公論。（1）腐植酸+大量營養(yǎng)元素。腐植酸與氮肥結(jié)合，可以減少氮素損失，提高氮肥利用率；腐植酸與磷肥結(jié)合，可以活化磷，提高磷肥當季利用率；腐植酸與鉀肥結(jié)合，可以活化鉀，促進作物對鉀的吸收[39]。產(chǎn)品結(jié)合形式：腐植酸+氮=腐植酸氮肥，還有腐植酸尿素、腐植酸銨；腐植酸+磷＝腐植酸磷肥；腐植酸+鉀＝腐植酸鉀肥；腐植酸+……[4]。（2）腐植酸+中量營養(yǎng)元素。腐植酸通過吸附、螯合、絡合、離子交換等作用，對中量元素起到儲存、保護和增效作用，減少土壤中量營養(yǎng)元素固定，提高養(yǎng)分利用率，促進作物吸收[39]。產(chǎn)品結(jié)合形式：腐植酸+鈣＝腐植酸鈣肥；腐植酸+鎂＝腐植酸鎂肥；腐植酸+硫＝腐植酸硫肥；腐植酸+……[4]。（3）腐植酸+微量營養(yǎng)元素。腐植酸作為螯合劑和表面活性劑，可以提高微量元素的肥效，促進作物對微量元素的吸收利用。同時，腐植酸、黃腐酸作為螯合劑，其性價比優(yōu)于其他類型產(chǎn)品[39]。產(chǎn)品結(jié)合形式：腐植酸+鐵＝腐植酸鐵肥；腐植酸+錳＝腐植酸錳肥；腐植酸+鋅＝腐植酸鋅肥；腐植酸+……[4]。（4）腐植酸+有益元素。腐植酸通過吸附、絡（螯）合、氧化還原等作用，可以活化、增效有益元素利用，提高有益元素的肥效，促進作物對有益元素的吸收[39]。產(chǎn)品結(jié)合形式：腐植酸+硅＝腐植酸硅肥；腐植酸+硒＝腐植酸硒肥；腐植酸+鈉＝腐植酸鈉肥；腐植酸+……[4]。（5）腐植酸+有益微生物。腐植酸與有益微生物復配，一方面腐植酸可以促進微生物的生長繁殖，增強有益微生物活性；反之促進腐植酸進一步分解和合成，以利于植物吸收和生長。兩者結(jié)合，優(yōu)勢互補[40]。產(chǎn)品結(jié)合形式：腐植酸＋固氮菌=腐植酸固氮菌肥；腐植酸＋溶磷菌=腐植酸溶磷菌肥；腐植酸＋解鉀菌=腐植酸解鉀菌肥；腐植酸＋……[4]。以上5項“腐植酸+”法，可通過二元、多元、復合、摻混、有機/無機……多面（項）融合，以實現(xiàn)養(yǎng)分最大化為目的。

5.4 腐植酸低碳肥料應用成果越來越豐富

40 多年前，腐植酸肥料在農(nóng)業(yè)上的“五大作用”（國發(fā)〔1979〕200 號），大家耳熟能詳。之后，“四劑功能”（抗旱劑、生長調(diào)節(jié)劑、農(nóng)藥緩釋增效劑和化學元素絡合劑）[41]、“三化效應”（低碳化、生態(tài)化、優(yōu)質(zhì)化）[42]、“兩高三少”（肥料利用率高、作物產(chǎn)量高、施肥用量少、施肥次數(shù)少、有害氣體排放少）[43]、“三劑化”（肥料增效劑、土壤調(diào)節(jié)劑、根際刺激生長劑）[43]等應用成果層出不窮。特別是2015 年國家開展“化肥零增長行動”以來，農(nóng)田一線呈現(xiàn)出來的應用成果豐富多彩。截至2020 年底，在151 種國內(nèi)科學期刊上，腐植酸肥料田間應用試驗成果發(fā)表了615 篇文獻，在增產(chǎn)增收、提質(zhì)增效、提高氮肥利用率、提高土壤肥力、改善土壤環(huán)境等方面獲得了38 項田間試驗成果，見表1。

可見，通過反哺腐植酸低碳肥料，增強土壤活力，提升土壤肥力，穩(wěn)定“腐植酸—土壤—碳庫”收支運轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)大氣碳平衡，為緩解溫室氣體排放等方面發(fā)揮了重要作用。

5.5 腐植酸低碳肥料減排效益十分顯著

實踐證明，從生產(chǎn)到使用過程，腐植酸低碳肥料致力于土壤穩(wěn)碳固碳、肥料節(jié)能減排、作物增綠儲碳，促進農(nóng)業(yè)低碳化發(fā)展。（1）從土壤穩(wěn)碳固碳作用來看：大量田間應用研究表明，腐植酸低碳肥料與傳統(tǒng)化肥相比，可促進不同類型土壤中團聚體、特別是水穩(wěn)性團聚體的形成，大大增強土壤團聚體的穩(wěn)定性，0.01 ～0.05 mm 粒級微團聚體百分含量可提高35.10%，土壤水穩(wěn)性團聚體百分含量可提高6.30%～10.14%，土壤總有機碳積累量可增加31.00%～120.00%[44]。（2）從節(jié)能減排效果來看：如果2019 年我國化肥施用量5403.59 萬噸（實物量，下同）全部為腐植酸肥料（腐植酸含量按5%計算），按照每生產(chǎn)1 kg 腐植酸可節(jié)能約62500 kJ（折合2 kg 標煤）、相應減少排放5.6 kg CO2、0.09 kg SO2和0.7 kg NO2[39]計算，則2019 年肥料生產(chǎn)可節(jié)能約1.69×1014kJ（折合540.36 萬噸標煤），相應減少CO2排放 1513.01 萬噸、SO2排放24.32 萬噸和NO2排放189.13 萬噸[44]；同時，抑制土壤硝化率60%，減少33.5%～65.0%氨損失[45]。如果按照2019 年我國氮肥施用量1930.21 萬噸（折純量）全部使用腐植酸氮肥，加入腐植酸后利用率提高30%計算，則2019 年可減少氮肥施用量279.06 萬噸（折純量），減少 NxO 損失9.65 萬噸[44]（按照所施氮肥0.5%是以NxO 形式損失[46]）。（3）從作物增綠儲碳效果來看：如果2019 年我國化肥全部施用腐植酸肥料，按照每施用1 kg 腐植酸植物吸收CO2量增加240 kg[47]計算，則還可以增加植物吸收CO2量6.48 億噸，約占2019 年全球碳排放量330 億噸的2%[44]。對此，在“土壤碳中和”行動中，充分發(fā)揮黑色腐植酸、腐植酸低碳肥料穩(wěn)碳固碳壓艙石的作用至關重要。

表1 38 項腐植酸肥料田間應用試驗成果統(tǒng)計表Tab.1 Statistical table of 38 humic acid fertilizer field application test results

6 結(jié)語

腐植酸是土生土長的氣候因子。關注氣候變化必須關注土壤氣候變化，關注土壤氣候變化必須關注土壤腐植酸碳庫變化，這是考量土壤氣候變化的立足點。以“碳減排”為杠桿，充分發(fā)揮腐植酸低碳肥料產(chǎn)業(yè)的內(nèi)生作用，推動肥料產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，促進農(nóng)業(yè)-肥料碳減排，讓肥事說出土壤氣候變化大事[48]，腐植酸低碳肥料行業(yè)底氣十足。開展肥料碳達峰、土壤碳中和行動，大量反哺腐植酸低碳肥料時不我待。