腐植酸低碳肥料與土壤碳中和

曾憲成 李 雙

中國腐植酸工業(yè)協(xié)會 北京 100120

關(guān)注全球氣候變化，碳中和贏得了世人的目光。腐植酸是土生土長的氣候因子，推進“土壤碳中和”行動，腐植酸人負有重要的歷史責任。通過“大量反哺腐植酸低碳肥料——穩(wěn)定土壤氣候變化——提高土壤儲碳控碳能力”的科學機制，讓“黑色腐植酸、腐植酸肥料從土壤中來到土壤中去”，實現(xiàn)“土壤碳中和”，腐植酸低碳肥料行業(yè)責無旁貸。

1 腐植酸與土壤碳庫

土壤碳庫是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫[1]。腐植酸“儲碳器”[2]是維護土壤碳庫平衡、穩(wěn)定土壤氣候變化的核心力。

1.1 腐植酸是什么

腐植酸是地球碳循環(huán)的重要一環(huán)，是土壤的構(gòu)造者。腐植酸由動植物殘體，主要是植物殘體，經(jīng)過微生物分解和合成，以及地球物理、化學的一系列相互作用過程形成的一類富含羧基、酚羥基、醌基、羰基、甲氧基等多種活性官能團的非均一脂肪-芳香族無定形有機弱酸混合物[3]。腐植酸主要從風化煤、褐煤、泥炭中活化、提取和分離，還可從潔凈的生物質(zhì)資源中轉(zhuǎn)化而來。腐植酸根據(jù)分子量大小可分為黑腐酸、棕腐酸和黃腐酸[3]。毫不夸張地說，人類賴以生存的土壤、水體、空氣、動植物、有益微生物等環(huán)境因子，不可回避地都要牽涉到腐植酸類物質(zhì)。正如1979年加拿大知名土壤化學家斯尼茨爾（Schnitzer M.）教授指出，“腐植酸類物質(zhì)廣泛分布于地球表面，直接或間接地控制著許多反應(yīng)，影響著這個星球上人類的生存，并繼續(xù)地向許多久經(jīng)考驗的科學家的好奇心和智慧發(fā)起挑戰(zhàn)”[3]。

1.2 土壤碳庫是什么

土壤碳庫是地球表層系統(tǒng)中最大、最具有活動性的生態(tài)系統(tǒng)碳庫之一[4，5]，約占生物圈總碳的85%，是陸地植被碳的2～4.5倍，大氣CO2-C的2～3倍[3，6]，其變化和行為對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)變化具有重要影響，與大氣碳庫聯(lián)系非常緊密。土壤碳庫中腐植酸碳最大，約占土壤有機碳的80%（2.4/3，萬億噸）[7]。研究發(fā)現(xiàn)，假如穩(wěn)定土壤碳庫重要組成部分的土壤腐植酸類物質(zhì)多分解10%，相當于大氣中的CO2濃度就會增加20%?？梢?，一旦在地球生物圈中約占1%（臨界值）的腐植酸類物質(zhì)被破壞，造成的后果將是災(zāi)難性的[8]。顯而易見，腐植酸是土壤氣候變化的壓艙石。

1.3 腐植酸團粒與土壤碳庫

土壤碳截獲過程的實質(zhì)就是有機碳、無機碳與土壤顆粒團聚的過程，形成更加復(fù)雜多樣的土壤團聚體，意味著更多的碳截獲，反之則意味著土壤碳的釋放[9]。研究表明，土壤每增加1Pg碳貯量，將能夠相應(yīng)地降低大氣CO2濃度0.47×10-6，反之亦然[10]。腐植酸碳對保持和穩(wěn)定生物圈碳庫平衡發(fā)揮重要作用，其淋失是土壤碳損失的重要途徑，因此它對于研究碳素循環(huán)及其環(huán)境問題具有重要意義[1]。腐植酸本身是一種親水有機膠體，在土壤形成過程中，一方面可以和礦物質(zhì)以不同形式和緊密程度，通過各種力的作用相互結(jié)合，形成各種類型的有機無機復(fù)合體，這種復(fù)合體是形成土壤團聚體的核心及關(guān)鍵因子[11，12]；另一方面腐植酸自身含有大量營養(yǎng)元素，它的添加刺激了土壤微生物繁殖，同時大量的微生物菌絲可以通過纏繞作用直接形成大團聚體[13]，與土壤的微生物量碳高度相關(guān)[14]。由此可見，腐植酸團聚體對增加土壤有機碳含量、提高土壤總碳庫的穩(wěn)定、促進土壤結(jié)構(gòu)的形成十分重要。

2 腐植酸低碳肥料與土壤碳中和

腐植酸與土壤碳庫如前所述。碳中和是指在規(guī)定時期內(nèi)，CO2的人為移除與人為排放相抵消?！巴寥捞贾泻汀笔侵冈谝?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”必須立足于土壤碳庫。開展這項工作需要深入了解土壤氣候變化，通過反哺腐植酸低碳肥料，發(fā)揮其減排、穩(wěn)碳、固碳的作用，是實現(xiàn)“土壤碳中和”目標的著力處。

2.1 盤點土壤氣候變化

（1）土壤碳庫易受人為干擾。土壤是地球上最大的碳庫，其碳排放對地球碳循環(huán)有著重要影響。1750—2011年，土地利用變化排放CO2為1800±800億噸，約占全部人為源碳排放量（5450±850億噸）的30%[15，16]。隨著土地利用率、農(nóng)業(yè)復(fù)種指數(shù)的提高，土壤碳排放量越來越大；化肥減量化更是任重道遠。

（2）腐植酸平衡土壤碳庫。土壤有機碳約為3萬億噸，腐植酸類物質(zhì)碳約為2.4萬億噸，占土壤有機碳80%，是土壤穩(wěn)碳固碳的基石[3]。工業(yè)革命之前，每年積累的腐植酸類物質(zhì)碳≈分解的腐植酸類物質(zhì)碳，保持著土壤碳庫儲與放之間關(guān)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[2]。

（3）化肥推助土壤氣候變化。土壤氣候變化是指土壤碳庫儲與放之間的關(guān)系。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(guān)系。進而觀察，影響土壤碳庫變化的主因在于農(nóng)業(yè)投放，環(huán)境學家稱之為對土壤的攻擊。近40年來，化肥向土壤投放占居第一位，直接影響著土壤有機碳庫的變化，進而導(dǎo)致土壤氣候變化[2]。

2.2 腐植酸低碳肥料生產(chǎn)

（1）腐植酸促進化肥低碳化。40多年來，化肥行業(yè)在高歌猛進過程中，“高能耗、高排放、高污染”的粗放式排放成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中一個重要碳排放源[17，18]。面對我國農(nóng)業(yè)綠色化發(fā)展的要求，化肥必須低碳化。2015年工業(yè)和信息化部原〔2015〕251號文件提出“推進化肥行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的指導(dǎo)意見，將腐植酸肥料納入化肥轉(zhuǎn)型重點”；2018年工業(yè)和信息化部將腐植酸尿素正式納入產(chǎn)業(yè)運行報告。腐植酸低碳肥料成為化肥提質(zhì)增效的標桿性產(chǎn)品，是肥料行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的“風向標”。

（2）腐植酸低碳肥料生產(chǎn)科學有據(jù)。從化肥生產(chǎn)源頭控制排放來說，每生產(chǎn)1 kg腐植酸，可節(jié)能約62500 kJ，折合2 kg標煤，相應(yīng)少排5.6 kg CO2、0.09 kg SO2和0.7 kg NO2[19]。按照2019年，化肥施用量為5403.59萬噸（實物量），如果全部使用腐植酸肥料（腐植酸含量按5%計算），可節(jié)能約1.69×1014kJ，折合540.36萬噸標煤，相應(yīng)減少CO2排放1513.01萬噸、SO2排放24.32萬噸和NO2排放189.13萬噸。

（3）投資腐植酸低碳肥料興旺發(fā)達。“化肥零增長——化肥負增長——化肥減量化”一路變化的實質(zhì)就是低碳化，市場投資者看中的也是低碳化。2015年國家開展化肥零增長行動，全國有86家氮肥企業(yè)退市，腐植酸肥料企業(yè)順勢增長，尤其是腐植酸水溶肥企業(yè)“井噴式”增長。2021年1月25日，山東省化工專項行動辦公室發(fā)布公示，截至2020年年底，山東省9家企業(yè)合計退出合成氨產(chǎn)能103萬噸；到2022年，合成氨產(chǎn)能控制在650萬噸左右，尿素產(chǎn)能控制在800萬噸。面向“十四五”化肥減量化、肥料低碳化、凈土潔食、碳達峰和碳中和行動，市場將會催生腐植酸低碳肥料生產(chǎn)投資熱，這是可以預(yù)見到的發(fā)展趨勢。

2.3 腐植酸低碳肥料應(yīng)用

（1）腐植酸低碳肥料蓄碳。通過反哺腐植酸低碳肥料，逐步建立起富含腐植酸的土壤團粒結(jié)構(gòu)，增加土壤有機碳的含量，增強土壤碳匯能力，實現(xiàn)“碳截留”。大量田間應(yīng)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[20～29]，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%[26]，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%[20]。

（2）腐植酸低碳肥料減耗。研究表明，腐植酸可平均提高肥料利用率10個百分點以上，相當于肥料利用率凈增30%～40%[14]，同時可以抑制土壤硝化率60%，減少33.5%～65.0%氨損失[2]。以2019年我國氮肥施用量1930.21萬噸（折純量），加入腐植酸后按利用率提高30%計算，則可減少氮肥施用量279.06萬噸（折純量）；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，按照所施氮肥0.5%是以NxO形式損失[30]，那么腐植酸氮肥則減少NxO 9.65萬噸。

（3）腐植酸低碳肥料吸碳。地球上所有植物吸收了人類排放大約30%的碳[30]。通過腐植酸協(xié)調(diào)土壤微生物的生命活動，使其與植物光合作用相配合，增強植物固碳能力，將空氣中的CO2牢牢封存在土壤之中，減少碳排放[10]。研究表明，每施用1 kg腐植酸，植物吸收CO2量增加240 kg。如果2019年全部施用腐植酸肥料（化肥5403.59萬噸，實物量），腐植酸含量按5%計算，則植物吸收CO2量增加6.48億噸，約占2019年全球碳排放量330億噸的2%。

可見，反哺腐植酸低碳肥料，實現(xiàn)“土壤——肥料——作物”產(chǎn)業(yè)種植鏈的低碳化，是十分高效的綠色化模式。將全球農(nóng)田轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€巨大的碳匯封存池，如果反哺腐植酸低碳肥料能夠一以貫之，“土壤碳中和”的目標就會早日實現(xiàn)。

3 腐植酸肥料行業(yè)碳足跡掃描

腐植酸是地球上最敏感的碳聚集體，與土壤氣候變化息息相關(guān)。22年來，在踐行綠色低碳化行動中，腐植酸肥料行業(yè)一直走在前沿，收獲成果可圈可點[2，31～37]。

（1）2000年，協(xié)會確立了“高揚綠色，關(guān)注民生”的行業(yè)宗旨；（2）2001年，確立“腐植酸是關(guān)懷人類的新產(chǎn)業(yè)”發(fā)展的新方向；（3）2002年，號令全行業(yè)“讓腐植酸全面融入到‘綠色環(huán)保肥料’的創(chuàng)制之中”；（4）2003年，號令全行業(yè)“讓腐植酸在環(huán)境與生存的協(xié)調(diào)發(fā)展中發(fā)揮作用”；（5）2004年，號令全行業(yè)“為人民生產(chǎn)安全食品”，發(fā)布《共同心愿》倡議書；（6）2005年，大力推進“讓腐植酸低碳肥料成為綠色GDP核算體系的重要一環(huán)”；（7）2006年，“讓腐植酸在綠色GDP中大放光彩”成為全行業(yè)工作的著力點；（8）2007年，“讓腐植酸產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式九字訣”成為行業(yè)行動指南；（9）2008年，“讓腐植酸走上‘綠色化學’產(chǎn)業(yè)之路”越走越寬廣；（10）2009年，全力推介“低碳經(jīng)濟融合眾長的交易平臺（模型）”；（11）2010年，發(fā)布《中國腐植酸綠色低碳宣言》和“腐植酸融合眾長的低碳交易模型”；（12）2011年，發(fā)布“腐植酸綠色低碳產(chǎn)業(yè)十大思想體系”，召開“2011腐植酸綠色低碳產(chǎn)業(yè)思想體系建設(shè)高峰論壇”；（13）2012年，發(fā)布“腐植酸凈土潔食工程”、佛山《倡議書》；（14）2013年，發(fā)布“腐植酸土壤儲碳固碳工程”《泰安宣言》；（15）2014年，發(fā)布“腐植酸肥料低碳化工程”《北京宣言》；（16）2015年，發(fā)布“腐植酸肥料‘兩高三少’試驗成果”《大興腐植酸肥料的歷史使命倡議書》；（17）2016年，發(fā)布“腐植酸低碳農(nóng)業(yè)工程示范”《一克土宣言》《土肥和諧北京宣言》；（18）2017年，提出“土壤氣候變化”概念；中國氣候變化事務(wù)特別代表解振華出席“紀念中國腐植酸環(huán)境友好產(chǎn)業(yè)發(fā)展60年暨中國腐植酸工業(yè)協(xié)會成立30周年慶典”時指出，“腐植酸行業(yè)辦好了，對提升18億畝耕地質(zhì)量和穩(wěn)定土壤碳庫，都是莫大的實事和好事”；（19）2018年，號令全行業(yè)開展腐植酸氣候智慧型農(nóng)業(yè)；（20）2019年，提出“為開展氣候農(nóng)業(yè)碳中和，主動做好腐植酸低碳肥料試驗示范”；（21）2020年，中國農(nóng)業(yè)科學院趙秉強研究員證明了腐植酸肥料就是綠色低碳肥料；（22）2021年，確立“搶占腐植酸低碳肥料制高點”為協(xié)會10大專項工作。

綜上，踐行碳中和理念，讓腐植酸低碳肥料產(chǎn)業(yè)與國家節(jié)能減排、碳達峰和碳中和行動緊密聯(lián)系在一起，充分發(fā)揮腐植酸低碳肥料的作用勢在必行。

4 腐植酸低碳肥料行業(yè)責任擔當

當前，全球關(guān)注碳峰值、碳中和，我國提出了自己的發(fā)展目標，為腐植酸低碳肥料行業(yè)開展“土壤碳中和”行動，提供了施展拳腳的用武之地。為早日實現(xiàn)我國碳達峰、碳中和目標，充分發(fā)揮黑色腐植酸、腐植酸低碳肥料在“土壤碳中和”中壓艙石的作用，是腐植酸人應(yīng)有的責任擔當。

4.1 堅持正確理論指導(dǎo)，維護土壤氣候變化

腐植酸是土生土長的氣候因子。關(guān)注氣候變化就必須關(guān)注土壤氣候變化，關(guān)注土壤氣候變化就必須關(guān)注土壤腐植酸碳庫變化，這是考量土壤氣候變化的立足點。創(chuàng)新腐植酸低碳肥料思想理論，堅持“黑白交慧”“兩機互補”“兩個最大”的指導(dǎo)原則，通過構(gòu)筑“土肥和諧”新關(guān)系，增強土壤活力，提升土壤肥力，穩(wěn)定土壤碳庫，促進“土壤碳中和”，維護土壤可持續(xù)發(fā)展。

4.2 開展土壤本色革命，引領(lǐng)行業(yè)奮勇前進

當前，面對全球性土壤退化問題，開展土壤本色革命勢在必行。60多年的實踐證明，腐植酸是土壤的核心物質(zhì)，腐植酸、腐植酸低碳肥料是構(gòu)筑“土肥和諧”的法寶，也是解決眾多土壤問題最直接有效的辦法。對此，堅持“讓腐植酸從土壤中來到土壤中去”的反哺路線，充分利用“腐植酸+化肥”“腐植酸+土壤”“腐植酸+生態(tài)”的匯聚工程，腐植酸功能因子大有作為。這是腐植酸人維護土壤健康、扎實推進凈土保衛(wèi)戰(zhàn)、踐行《土壤污染防治法》的核心力所在。

4.3 深入低碳肥料研究，厘清土肥共軛關(guān)系

腐植酸低碳肥料實實在在，要在全社會形成共識尚需時日。目前，形成腐植酸肥料低碳化的創(chuàng)新理論與思想，開展腐植酸低碳肥料基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究，培育腐植酸低碳肥料產(chǎn)業(yè)化發(fā)展任重道遠。腐植酸低碳肥料與土壤是生命共同體，必須研究二者之間的共軛關(guān)系，包括分析土壤—大氣碳循環(huán)機理、厘清腐植酸低碳肥料與土壤各類碳積累和分解之間的密切關(guān)系、探究土壤固碳及土壤質(zhì)量提升的內(nèi)在機制、建立腐植酸低碳肥料田間應(yīng)用碳排放監(jiān)測機制、確立腐植酸低碳肥料碳減排計算方法和碳交易模型等，以促進腐植酸低碳肥料與碳匯農(nóng)業(yè)共生共榮。

4.4 創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，致力于土壤碳中和

實現(xiàn)“土壤碳中和”，大量反哺黑色腐植酸、腐植酸低碳肥料是不二選擇。對走進新時代的腐植酸人而言，創(chuàng)立“腐植酸低碳肥料與土壤碳中和”產(chǎn)業(yè)模式是第一要務(wù)，包括腐植酸原料安全、綠色生產(chǎn)、標準先進、施用方便、計碳精準、評價有據(jù)、成果可考等各個環(huán)節(jié)必須低碳化，讓整個產(chǎn)業(yè)鏈實現(xiàn)溫室氣體零排放，直至實現(xiàn)“土壤碳中和”。為此，盡快建立“腐植酸低碳肥料與土壤碳中和”的數(shù)學模型、技術(shù)路徑、經(jīng)濟模型、產(chǎn)業(yè)配套政策、國際化合作等產(chǎn)業(yè)化發(fā)展（研究）體系，科學推進“土壤碳中和”行穩(wěn)致遠。

5 結(jié)語

當前，全球性蔓延的新冠肺炎疫情，給我們上了一堂構(gòu)建人類命運共同體的大課。氣候變化危機帶來的危害遠比新冠肺炎疫情更可怕，人類必須改變現(xiàn)有生產(chǎn)生活方式，加快推進全球碳中和目標早日實現(xiàn)。在“工業(yè)節(jié)能減排——工業(yè)碳達峰——工業(yè)碳中和——土壤碳中和——反哺腐植酸低碳肥料”的低碳行動中，讓肥事說出農(nóng)業(yè)土壤氣候變化大事，腐植酸低碳肥料行業(yè)底氣十足、大有作為。

（本文系學習2021年1月25日習近平主席在世界經(jīng)濟論壇“達沃斯議程”對話會上的特別致辭中關(guān)于“加強生態(tài)文明建設(shè)，確保實現(xiàn)2030年前二氧化碳排放達到峰值、2060年前實現(xiàn)碳中和的目標”重要思想的研究成果。）