“土壤固碳潛力表征方法與主要農耕區(qū)碳匯潛力研究”項目隸屬國土資源專項“我國地質碳匯潛力研究”，由中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所劉應漢教授級高工主持完成，項目編號1212010060205。該項目以我國已完成的160余萬平方千米多目標區(qū)域地球化學調查和土壤第二次普查有關碳數(shù)據為基礎，對比研究國內外固碳潛力概念與表征方法，深入分析了我國土壤碳庫空間的分布格局，從現(xiàn)代碳循環(huán)的理論和碳元素地球化學背景角度，構建了主要農耕區(qū)碳匯潛力的估算模型，估算了主要農耕區(qū)土壤的碳匯潛力，探索了我國土壤固碳的途徑，為國家應對全球氣候變化戰(zhàn)略的制訂提供依據。

1．土壤固碳潛力概念的厘定與表征方法研究

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

2．農耕區(qū)土壤碳匯潛力的估算方法

針對我國多目標地球化學調查獲得的海量土壤碳數(shù)據，研究了典型的碳平衡法估算未來可能達到的潛力；從碳元素地球化學背景出發(fā)，提出按照土類分別進行統(tǒng)計的地球化學背景上限法估算土壤最大固碳潛力和管理可達到潛力。

碳平衡法：首先根據一定區(qū)域（各省多目標區(qū)）從第二次土壤普查到多目標地球化學調查土壤有機碳含量變化趨勢，按照土類分別統(tǒng)計模擬各種土壤有機碳碳變化量和初始含量（二普）之間的擬合關系曲線，獲得土壤有機碳量變化量為0 時對應的土壤有機碳量即為調查區(qū)該類土壤有機碳飽和值；再利用獲得的碳飽和含量減去當前含量進行統(tǒng)計計算農耕區(qū)未來可能達到的碳匯潛力。

地球化學背景上限法：在多目標調查區(qū)按土壤種類分別進行土壤有機碳含量地球化學統(tǒng)計，首先以土壤有機碳含量累積頻率的97.5%作為有機碳飽和含量計算農耕區(qū)最大固碳潛力；其次以迭代剔除均值±2倍標準差獲得同種土壤有機碳含量均值加2倍標準差作為該類土壤碳飽和值，計算管理可達固碳潛力。

3．通過對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個試驗區(qū)耕地、休耕地和荒地等土地利用方式進行三年的研究顯示，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，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。9種典型土壤以沼澤土、暗棕壤、黑土碳量相對較高，棕壤、褐土相對最低。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)計顯示從表層到深層，有機碳量呈指數(shù)遞減分布，但0～0.2m、0～0.3m深有機碳平均儲量分別是0～1m深碳儲量的39.0%和51.3%，略低于國內外研究的41%和54%。

4．土壤固碳潛力影響因素及團聚體與有機碳作用機制研究取得了新的認識與發(fā)現(xiàn)

土壤理化性質、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聯(lián)、又存在拮抗作用。土壤有機碳含量一般與N、P正相關，與PH負相關，但吉林暗棕壤與PH不相關；9省典型土壤有機碳與總碳呈線性關系說明有機質的增加直接影響土壤碳儲量；有機碳與SiO₂在吉林暗棕壤呈顯著負相關，而青海栗鈣土則顯著正相關。不同種類土壤，其粒度組成與碳量密切相關：粟鈣土、水稻土、褐土、黑土和沼澤土有機碳最高值出現(xiàn)在細大團聚體顆粒A2（2-0.25 mm）中， 紅壤、磚紅壤和棕壤有機碳最高值出現(xiàn)在粉黏微團聚體M2（< 0.053 mm）中，而暗棕壤的最大值出現(xiàn)在粗大團聚體A1（>2mm）顆粒組中。

5．查明了我國東部主要農耕區(qū)土壤碳量分布特征及二十余年來的增減變化

　　總體上，我國農耕區(qū)北方有機碳平均含量高于南方。其中0.2m深表土有機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km²的農耕區(qū)，從1979年土壤第二次普查到2003年開始的多目標地球化學調查，二十余年來，表層土壤有機碳增加了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．圈定了主要農耕區(qū)土壤碳匯源區(qū)

根據第二次土壤普查和多目標區(qū)域地球化學調查資料，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調查區(qū)及山東和海南省共69.4萬平方千米多目標調查區(qū)土壤碳匯源區(qū)的圈定。9省研究結果顯示，黑龍江三江平原、安徽、湖南、江西、河北、山東等省農耕區(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、海南等省農耕區(qū)為碳源區(qū)，黑龍江松嫩平原、吉林農耕區(qū)碳量減少相對明顯。

7．系統(tǒng)精確估算了我國東部主要農耕區(qū)碳匯潛力

根據土壤第二次普查和多目標地球化學調查兩次區(qū)域性有關碳的資料，利用碳平衡方法按照土壤分類，對9省多目標區(qū)表土統(tǒng)計計算了在近二十余年來有機碳發(fā)展態(tài)勢下，未來可能達到的固碳潛力有540Tg，并估算了可能達到的時限。其中山東省碳匯潛力最大為2.5億噸，時間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)，吉林表土有機碳量未來可能減少1.2億噸。利用地球化學背景上限法按照土類系統(tǒng)估算了9省農耕區(qū)土壤最大固碳潛力和管理可達潛力。9省主要農耕區(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；而管理可達固碳潛力則為0.77Pg、1.89Pg和3.03Pg。

本項研究在厘定土壤固碳潛力概念的基礎上，不僅精確計算了黑龍江、吉林、山東、河北、安徽、江西、湖南、海南、青海等9省農耕區(qū)表土碳量，而且系統(tǒng)地估算了未來可能達到的碳匯潛力，表土、1m、1.8m深土壤最大碳匯潛力和管理可達到的潛力，獲得區(qū)域性系統(tǒng)成果，為迅速獲得我國農耕區(qū)國家尺度的碳匯潛力系統(tǒng)成果提供了方法，為增匯行動提供了數(shù)據支撐。調查研究成果不僅可作為政府部門決策的依據，同時還將增加我國環(huán)境外交談判籌碼，最大限度地增加我國土壤的固碳潛力。