1、LOW CARBON WORLD 2022/11土壤碳汇的相关概念辨析与定位黎明，孔凡婕，许策，张成鹏（自然资源部国土整治中心；自然资源部土地工程技术创新中心，北京 100035）【摘要】为厘清土壤碳汇的相关概念，梳理了碳源、碳汇、碳库等基本概念，并从学术界和国际履约的角度对比分析了土壤碳汇的定义，学术界、国际组织及行政管理部门在对土壤碳汇的限定对象方面存在差异，目前已达成的共识是土壤碳汇指土壤从大气中吸收并储存CO2的过程。中国为应对气候变化已出台多项政策，发挥土壤固碳作用已成为实现“双碳”目标的重要举措之一。【关键词】碳库；碳汇；碳源；土壤碳汇；碳储量【中图分类号】X24【文献标识码】A【
2、文章编号】2095-2066（2022）11-0004-030引言土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳贮存库，其动态变化对大气中 CO2浓度和全球气候变化均具有重要影响1。联合国气候变化框架公约（UNFCCC，以下简称 公约）及学术界提出了与土壤碳汇相关的诸多定义，如碳源、碳汇、土壤碳库、土壤碳储量以及土壤碳固存等。本研究分析了土壤碳汇的相关概念与定位，并梳理了中国在国际履约中涉及提升土壤固碳能力的相关要求，以期为实现“双碳”目标提供参考。1碳源、碳汇的定义公约 联合国气候变化框架公约的京都议定书（以下简称 京都议定书）及学术界对“碳汇”定义的差异主要在于对象限定的不同。1992 年通过的 公约
3、第一章第 8 条中定义，“汇”指从大气中清除温室气体、气溶胶或温室气体前体的过程、活动或机制。由于温室气体通常用 CO2当量来衡量，因此“汇”也称为“碳汇”。相反，向大气中释放 CO2的过程、活动或机制就是“碳源”。这一定义被学术界、联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）等国际组织广泛采用。在履约谈判和 2006 年 IPCC 国家温室气体清单指南 中，碳汇的核算范围严格限定于由人类活动直接或间接导致的从大气中移除的温室气体量。“碳汇”与“碳移除”的意思基本相同。京都议定书 中对于“碳汇”的认定，特指在 1990 年后直接由人类活动引起的土地利用变化和林业活动导致生态系统固碳量增加，需要提
4、交可核查的报告并经专家评审。2土壤碳库相关概念“碳库”指碳的储存库。地球有大气、海洋、岩石圈、陆地生态系统四大碳库，各类碳库之间的碳交换过程构成了地球系统的碳循环。其中，陆地生态系统碳库按照存储介质可分为植被碳库和土壤碳库，也可按生态系统类型划分为森林、草地、湿地、农田等生态系统碳库。“碳固存（持）”又名“碳封存”或“固碳”，指的是增加除大气之外的碳库碳含量的措施，包括物理固碳和生物固碳。“土壤碳库”是指土壤中碳的储存库，土壤碳储量是描述碳库大小的术语。土壤碳库包括土壤中的有机碳和无机碳，但不包括土壤中的生物量（根、块根等）以及土壤动物。（1）土壤有机碳来源于土壤中有机物质的分解转化，土壤团聚
5、体作为矿物质、有机质、微生物相互作用形成的基本颗粒，是土壤有机碳储存的重要场所。全球1 m 土层深度的有机碳库为 1.2 万亿1.6 万亿 t 碳，约为陆地植被碳库的 23 倍，大气碳库的 2 倍以上2。土壤有机碳库根据稳定性（在当前条件下抵抗干扰和恢复原有水平的能力）可分为不稳定有机碳库和稳定性有机碳库。土壤中的不稳定有机碳可在一定时间内发生固化或转化，并为植物和微生物所用，对碳平衡有重要影响，也被称为活性有机碳或有效碳。而稳定性有机碳只影响土壤物理特性3。（2）土壤的物理性状、土壤生物以及人为因素可以影响土壤有机碳的稳定性。土壤无机碳库包含土壤中固、液、气三相的各类无机碳，通常指碳酸盐等固
6、相，土壤无机碳比较稳定，全球的土壤无机碳周转一次需要约 85 000 年4，对于陆地表层的碳循环影节能环保4DOI:10.16844/10-1007/tk.2022.11.066LOW CARBON WORLD 2022/11响较小5。3土壤碳汇的概念土壤既可能成为碳汇，也可能成为碳源，这取决于土壤碳库的碳输入量和碳输出量的大小，碳输入量大于碳输出量即是碳汇，反之则是碳源。土壤有机碳的碳输入方式主要为植物光合作用吸收 CO2，其通过植物残体、根系和根系分泌物进入土壤；碳输出方式主要是微生物分解土壤中的有机碳，再以 CO2和 CH4等形式排放至大气6。在一个稳定的陆地生态系统中，生物地球化学循环
7、的碳收支能够基本维持在一个平衡的状态，因此其土壤碳库的容量也能够在一定的范围内保持稳定，这种平衡状态会随地形地貌、气候、光照和土壤类型等自然条件的变化而产生显著性差异。气候变化会影响生态系统结构、生产力和土壤碳的迁移与矿化过程，改变土壤的碳输入量和碳输出量，从而影响土壤的碳汇功能。人类干扰主要表现为土地资源利用的变化和生态系统管理措施，进而影响输入土壤的植物残体种类、枯落物碳的数量和质量、土壤有机碳分解速率以及土壤团聚体扰动程度等。由于影响土壤碳汇功能的因素繁多，土壤固碳过程变化复杂，且常呈现出显著的区域差异性，目前对于区域土壤的碳源、碳汇功能认识有待进一步研究7。学术界、IPCC 等国际组织
8、等多以土壤碳库的变化来评价土壤的碳源、碳汇功能。3.1学术研究角度学术界对土壤碳汇内涵的研究主要围绕土壤碳固存（持）展开，在土壤学、生态学和地质学等领域均有开展相关工作，但研究的侧重点存在一定差异。土壤学界的主要研究对象为土壤，因此土壤学对土壤碳固存（持）的研究多集中于碳在土壤中的演化过程。美国土壤学会认为土壤碳固存（持）是大气中的 CO2以稳定固体的形式被直接或间接储存到土壤中，且可直接转化为 CaCO3或 MgCO3等土壤无机物；或以间接形式通过植物光合作用被吸收并转化为植物生物量，然后被分解转化为土壤有机碳8。潘根兴等9认为土壤碳固存（持）是土壤以有机碳和无机碳的形式截获大气中成为土壤固
9、相碳组分的过程，是土壤对大气碳汇效应的总体表现。生态学界的研究对象主要为森林、草地、湿地、农田、荒漠、城镇等各类自然和人工生态系统，多从生态系统循环的角度研究碳循环，因此将生态系统分为不同类型进行土壤碳固存（持）的测算。由于土壤无机碳很少参与生态系统碳循环，与大气进行交换的主要是土壤有机碳，因此生态学派主要研究的是土壤有机碳固存（持）过程。其认为参与生态系统碳循环的碳主要可分为地上生物碳、地下生物碳和土壤有机碳10。地质学界对土壤碳固存（持）的研究则集中在土壤无机碳循环过程。干旱荒漠由于其有限的生产力和较低的土壤含水量以及特殊的土壤理化性质，使得土壤有机碳储量相对贫乏，而土壤无机碳储量比较丰富
10、。一般土壤无机碳循环作为一个无机过程，并不能形成真正的碳汇。只有当绿洲区和荒漠边缘区的土壤生物呼吸释放的部分 CO2溶于土壤溶液，在过量灌溉洗盐过程中，被淋洗进入地下水，并随着地下水运动水平输送而进入地下时，才能形成碳汇11。3.2国际履约角度从国际履约的角度来看，2006 年 IPCC 国家温室气体清单指南认为土壤碳库包含有机碳库和无机碳库，但其提供的方法仅用于测算土壤有机碳库量。土壤有机碳是指植物有机物质被破碎分解转化为土壤中的有机碳（直径小于 2 mm），计算缺省的土壤厚度为 0.3 m。土壤碳汇的量化是指土壤有机碳库的变化量，而且其中的土壤碳汇核算范围限定于由人类活动直接或间接导致的从
11、大气中移除的温室气体量。4土壤碳汇的界定与碳达峰碳中和总体部署综合学术观点、国际履约要求可以发现，“土壤碳固存（持）”或“土壤固碳”比“土壤碳汇”表述更为准确，从学术角度，认为“土壤碳汇”是土壤从大气中吸收并储存 CO2的过程、活动和机制，而从履约角度，需要加上由于人类活动直接或间接导致的限定语。从自然资源主管部门的行政管理角度，土壤碳汇的界定存在广义和狭义两种认知。广义的土壤碳汇涉及了农田、森林、草原、湿地、荒漠等陆域空间内全部土壤，而狭义的土壤碳汇则仅涉及农田以及植被稀少地区（荒漠）等地区的土壤。土壤碳汇相关定义的汇总如表 1 所示。节能环保5LOW CARBON WORLD 2022/1
12、1来源定义美国土壤学会大气中的 CO2以稳定固体的形式被直接或间接储存到土壤中，CO2可直接转化为 CaCO3或 MgCO3等土壤无机物；或以间接形式通过植物光合作用被吸收并转化为植物生物量，然后被分解转化为土壤有机碳牛津大学 Cameron Hepburn 教授各种土地经营管理增加土壤有机碳含量的过程南京农业大学潘根兴教授土壤以有机碳和无机碳的形式截获大气中 CO2成为土壤固相碳组分的过程京都议定书在 1990 年之后直接由人类活动引起的土地利用变化和林业活动（限于第三条第 3 款中的造林、再造林和砍伐森林，以及第三条第 4 款选定的由人类引起的任何活动，如森林管理、植被重建、农田管理和放牧
13、地管理）导致生态系统固碳量增加，需要提交可核查的报告并经专家评审。表1土壤碳汇相关定义的汇总中国高度重视对气候变化问题，为减缓气候变化和履行 公约，制定了一系列应对气候变化的政策，对提升土壤碳汇能力提出了要求。2007 年发布的中国应对气候变化国家方案 提出了要增加农田土壤碳贮存；2014 年发布的国家应对气候变化规划（20142020 年）要求提升土壤有机碳储量，增加农业土壤碳汇；2021 年发布的中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见 2030 年前碳达峰行动方案提出了稳定现有森林、草原、湿地、海洋、土壤、冻土、岩溶等固碳作用，并在文件中明确了要开展耕地质
14、量提升行动，实施国家黑土地保护工程，提升土壤有机碳储量，中国应对气候变化的政策与行动 白皮书也强调了要有效发挥土壤的固碳作用。因此，当前土壤碳汇管理实践的重点是土壤有机碳汇，稳定土壤固碳作用是实现“双碳”目标的重要举措之一，提升农田土壤有机碳储量是主要方向。5结语中国积极参与应对气候变化全球治理，党的二十大报告中要求提升生态系统碳汇能力，土壤碳汇则是生态系统碳汇的重要组成，并具有较大的潜力，要积极挖掘土壤碳汇能力从而实现双碳目标。本文梳理了碳源、碳汇、碳库等基本概念，并从学术界和国际履约的角度对比分析了土壤碳汇的相关定义。学术界关注科学过程，国际履约要求的碳汇是由人类活动导致，行政管理部门则注
15、重业务管理的职责划分。从履约角度看，土壤有机碳汇是土壤碳汇的主要形式，因此是今后研究和管理工作的重点方向。参考文献1 李俊杰，朱立安.华南崩岗侵蚀区农业与水保措施土壤固碳效应与对策J.低碳世界，2021，11（11）：11-12.2 JOBBAGY E G,JACKSON R B.The vertical distribution ofsoil organic carbon and its relation to climate and vegetationJ.Ecological applications,2000,10(2):423-436.3 沈宏，曹志洪，胡正义.土壤活性有机碳的表征及
16、其生态效应J.生态学杂志，1999，18（3）：33-39.4 LAL R,KIMBLE J M,STEWART B A,et al.Global climatechange and pedogenic carbonateJ.Geoderma,1999,104(1):135-141.5 SCHLESINGER W H.Evidence from chronosequence studiesfor a low carbonstorage potential of soils J.Nature,1990(348):232-234.6 周飞飞.土壤碳汇：走在减排科学的前沿N.中国自然资源报，2010-04-21（6）.7 徐丽，于贵瑞，何念鹏.1980s2010s 中国陆地生态系统土壤碳储量的变化J.地理学报，2018，73（11）：2150-2167.8 周璞，侯华丽，张惠，等.碳中和背景下提升土壤碳汇能力的前景与实施建议J.环境保护，2021，49（16）：63-67.9 潘根兴，曹建华，周运超.土壤碳及其在地球表层系统碳循环中的意义J.第四纪研究，2000，20（4）：325-334.
