腐植酸与气候智慧型农业

曾宪成 李 双

中国腐植酸工业协会 北京 100120

腐植酸是气候的，是碳循环的重要一环，“牵一发而动全身”。腐植酸是农业的，联土、联肥、联生态，“净土洁食”尽相酬。腐植酸是智慧的，功能团多样，分子量小至几百，大至上百万，恰是无穷大，又见无穷小，极具理想的开发空间。让黑色腐植酸从土壤中来到土壤中去，是开创气候智慧型农业的关键一环。

1 腐植酸是土壤气候变化的压舱石

近年来，厄尔尼诺、拉尼娜、冰川消亡、海平面上涨、物种灭绝……等极端气象频发，让人们深刻认识到碳减排的重要性和紧迫性。2017年，全球大气二氧化碳浓度平均值为404.99±0.1 ppm[1]，该值比工业革命前增加了45%。如今，工业和城市碳减排已为大家熟知，而农业排放中土壤气候变化带来的变化确鲜为人知。

1.1 地球碳循环中生物圈最敏感

碳循环，是指碳元素在自然界的循环状态。地球上最大的碳库是岩石圈，主要以碳酸盐的形式存在，含碳量约占地球上碳总量的99.9%。岩石圈碳活动缓慢，活动周期约几百万年，可被视作相对静止。地球上另外三大碳库，即大气圈库、水圈库和生物圈库。这三个库中的碳，通过生物和无机环境之间迅速交换，主要以二氧化碳和一氧化碳的形式存在，容量小而活跃，实际上起着交换库的作用。其中，生物圈碳循环，是认识大气圈和生物圈相互作用的关键，也是地球水循环、养分循环和生物多样性变化的基础，对自然和人为的干扰直接且敏感，直接影响自然碳交换通量。

1.2 生物圈中土壤碳库最大

土壤碳库是地球表层系统中最大、最具有活动性的生态系统碳库之一[2，3]，约占生物圈总碳的85%，是陆地植被碳的2～4.5倍，大气CO2的2～3倍[4，5]，其变化和行为对陆地生态系统碳循环变化具有重要影响，与大气碳库联系非常紧密。全球每年因土壤有机碳分解向大气排放500～750亿吨CO2-C，维持着地球系统的碳循环[6]。当前，30%人为源总温室气体排放来自土地利用的土壤温室气体排放[7]。研究表明，土壤每增加1 Pg碳贮量，将能够相应地降低大气CO2浓度 0.47×10-6，反之亦然[8]。

1.3 土壤碳库中腐植酸最大

土壤碳截获过程的实质就是有机碳、无机碳与土壤颗粒团聚的过程，形成更加复杂多样的土壤团聚体，意味着更多的碳截获，反之，则意味着土壤碳的释放[9]。腐植酸本身是一种亲水有机胶体，在土壤形成过程中，可以和矿物质以不同形式和紧密程度，通过各种力的作用相互结合，形成各种类型的有机无机复合体，这种复合体是形成土壤团聚体、提升土壤肥力以及促进土壤形成过程的物质迁移和积累的核心及关键因子[10，11]。

腐植酸类物质碳约2.4万亿吨，占土壤有机碳的80%（3万亿吨）。世界工业革命以前，每年积累的腐植酸类物质碳≈分解的腐植酸类物质碳，保持着土壤碳库储与放之间关系的稳定，生物圈的碳储量基本不变，大气中CO2浓度没有太大波动。研究表明，假如土壤腐植酸类物质多分解10%，相当于大气中的CO2浓度就会增加20%。可见，一旦在地球生物圈中约占1%（临界值）的腐植酸类物质被破坏，造成的后果将是灾难性的[12]。显而易见，腐植酸是土壤气候变化的压舱石。

2 开创气候智慧型农业新局面

据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第4次评估报告（2007年）显示，农业是温室气体的第二大重要来源，其中粮食系统全球温室气体排放占全球总排放量的19%～29%。

2.1 气候智慧型农业概念

2010年10月28日，联合国粮农组织首次提出了气候智慧型农业（climate-smart agriculture）的概念。气候智慧型农业就是能够可持续地提高农业生产力、增强适应性、减少温室气体排放，并可以更高目标地实现国家粮食生产和安全的农业生产和发展模式。

与传统农业相比，气候智慧型农业极力调整和增强气候变化的抵御力，减少温室气体排放，谋求持续提高农业生产力和增加农民收入[13]，运用创新的理念与技术对农业系统进行优化改造，以此来应对源自粮食产量、气候变化、温室气体排放的三重挑战，并实现作物产量更高、气候变化抵御能力更强、农业领域碳排放量更低的三方共赢。正因为农业对于应对气候变化问题上的特殊地位，被超过90%国家作为应对气候变化的一个重点工作领域，并囊括于应对气候变化的国家自主贡献（INDCs）目标中。联合国粮农组织指出，“农业（包括林业和渔业）特别易受气候变化的影响，而且也是气候变化的重要促进因素。如不把农业温室气体排放量的增长计入，则《巴黎协定》的目标将无法达成。”如今，气候智慧型农业已经耳熟能详。

2.2 气候智慧型农业经验分享

自气候智慧型农业提出以来，国内外围绕农业固碳减排、应对气候变化影响和可持续地提高农业生产效率开展了一系列技术研究、项目示范推广和应对措施，并取得了初步成效。

2.2.1 国外气候智慧型农业经验

近年来，气候智慧型农业在联合国粮农组织、世界银行、各国政府、非政府组织以及私人公司资金的支持下，得到了快速的发展。各国围绕自身的农业生产特点与抗逆减排需求，开展了大量的科学研究与实际应用。由于各国的经济社会发展水平不同，其侧重的领域也因此存在很大差异（表1）。

表1 国外农业固碳减排措施Tab.1 Foreign agricultural carbon sequestration measures

根据各国开展气候智慧型农业的成果，主要 经验有4项[15]：（1）制定了详细的发展目标与实施计划。无论发达国家和地区如美国、欧盟，还是发展中国家如巴西、埃塞俄比亚等国，均提出了符合国家发展水平的实际目标，并且发布了详细的重点领域支持指南，为实现向气候智慧型农业转型提供帮助。（2）注重农业实践的创新成果。整合与应用农业固碳减排新材料（如硝化抑制剂、减排饲料添加剂）、新技术（如耕作技术、农业模型、遥感技术）与新方法（如生命周期分析方法、信息管理系统），为实施气候智慧型农业提供了必要的支撑。（3）长期稳定的项目资金投入。目前多数国家都启动了一批项目，提供了稳定的资金，用于长期支持气候智慧型农业的研究与应用。（4）全球化的合作方式。联合国粮农组织、世界银行及美国、欧盟等发达国家和地区与组织具有技术和资金方面的优势，近年来通过各种形式的国际合作，为发展中国家气候智慧型农业研究提供了有力的支持与帮助。

2.2.2 中国气候智慧型农业成果

研究表明，我国人类源温室气体减排的20%可以通过土壤固碳来实现[31]。十年来，我国开展了一系列农业技术研究与推广措施。（1）2008年4月，中国向全国环境基金（GEF）申请的“适应气候变化和农业发展”项目获批，项目总投资为5550万美元，项目建设期为2008—2012年[32]。（2）2012年10月，世界银行对上述项目进行了竣工检查。通过实地考察、座谈和研讨，世界银行检查团认为，该项目将适应气候变化理念转化为实际行动，在农业综合开发适应气候变化方面树立了典范，为项目区农民带来了实惠，很好地实现了项目预期目标。（3）2013年2月，气候智慧型主要粮食作物生产项目获得批准，中国两个产粮大县河南省叶县和安徽省怀远县成为了该项目在中国的两个示范区。（4）2013年12月4日，农业部、全球环境基金（GEF）和世界银行在北京举办“气候智慧型农业项目研讨会”。中国政府与GEF在未来五年共同出资3010万美元，在粮食主产区开展气候智慧型农业项目的试验与示范。（5）2014年9月19日，由农业部、世界银行合作开发执行的全球环境基金“气候智慧型主要粮食作物生产项目”启动与研讨会在北京召开，标志着该项目正式启动。项目实施期为5年（2015年1月至2019年12月）。（6）2015年3月，中国农业大学人文与发展学院对于气候智慧农业在叶县和怀远县两地的开展状况进行调研，发布了气候智慧型农业中国道路项目的《社会影响评估报告》。（7）2016年，哈尔滨市推广气候智慧型农业生产项目，重点开展减排固碳的关键技术集成与示范，提高化肥、农药、灌溉水等投入要素的利用效率，增加农田土壤碳储量，减少作物系统碳排放。（8）2017年8月，大自然保护协会（TNC）与内蒙古巴林左旗人民政府就共同探索气候智慧型农业项目签署合作协议，在和林格尔地区进行了气候智慧型农业的实践。

在上述项目实施过程中，获得种植业减排的有效措施如下：（1）化肥减量方面，氮肥运筹优化技术、种植制度优化技术、缓控释新型肥料技术、土壤改良技术等措施在粮食主产区成效显著；（2）农药减量、精准施药方面，缓释型农药等非化学防治或低污染化学防治手段已取代化学农药成为研究和开发的新方向；（3）灌溉方式改善方面，如交替灌溉、间歇灌溉、晒田、即时灌溉等措施已开展应用；（4）耕地固碳方面，部分地区对秸秆还田、保护性耕作（轮作休耕）、有机肥（腐植酸肥料）增施和土壤肥力提升等技术进行了示范和应用。

2.3 腐植酸开创气候智慧型农业新局面

根据《中国应对气候变化的政策与行动2017年度报告》，2016年我国农业气象灾害频发、重发，全国农作物受灾2622.07万公顷，比2015年增加445.09万公顷。气候变化还直接影响着作物的品质、种植区域、成熟机制以及病虫害爆发。腐植酸是土生土长的气候因子，是开创气候智慧型农业的重要一环。

2.3.1 腐植酸提高气候农业生产力

在农业生产中，腐植酸、腐植酸肥料是重要的生产力（表2），“五大作用”[33]、“两高三少”[33]、“三剂化”[34]等田间应用成果显著，通过优化土壤生态，可以有效提高种植业应对气候变化的能力。

表2 腐植酸、腐植酸肥料在提高农业生产力中的作用Tab.2 The role of humic acid and humic acid fertilizer in improving agricultural productivity

2.3.2 腐植酸增强气候农业适应性

今年夏天，我国多地大部分地区处于高温高湿状态，气候变化异端，农业灾情多发。实践证明，腐植酸、腐植酸肥料、腐植酸杀菌剂类产品在增强作物抗旱、抗干热、抗低温、抗涝等抗逆能力方面效果显著（表3）。

表3 腐植酸、腐植酸肥料增强作物抗逆效果Tab.3 Effects of humic acid and humic acid fertilizer on enhancing crop resistance

2.3.3 腐植酸减缓农业气候变化

腐植酸、腐植酸肥料减少碳排放，减少氮肥氨排放和水稻种植一氧化二氮排放。

（1）腐植酸肥料减少碳排放。腐植酸可以促进土壤团聚体的形成，增加土壤有机碳含量1.6%～10.5%。每生产1 kg腐植酸，可节能约62500 kJ，折合2 kg标煤，相应少排放 5.6 kg CO2、0.09 kg SO2和0.7 kg NO2。腐植酸可提高化肥利用率30%以上，如果按照化肥平均利用率35%计算，即实际利用率35%×130%=45.5%，化肥利用率几近达到一半。每施用1 kg腐植酸，可增加植物吸收CO2量240 kg，占总CO2减排量的98%[39]。

（2）腐植酸肥料减少氨排放。氮肥引起的温室气体排放占农田碳足迹的60%～90%，导致全国农田氮肥温室气体排放高达181 Mt CO2-e（平均2 t CO2-e·hm-2），巨大的氮肥施用引起的氮素活化及其对全球环境的负面影响已经成为中国农业的诟病[55]。几十年来的试验研究表明，腐植酸氮肥利用率比普通尿素提高十个百分点以上，可以抑制土壤硝化率60%，减少33.5%～65%氨损失。

（3）腐植酸减少水稻一氧化二氮排放。2018年9月10日，美国《国家科学院学报》刊载的一项研究显示，美国、中国、印度在内的多数水稻生产国都没有将与水稻种植有关的一氧化二氮排放计入向联合国提交的国家温室气体排放清单中。如把一氧化二氮排放考虑在内，水稻种植对全球变暖的影响可能比此前估计水平高出近一倍。该研究指出，如果使用浅灌而非间歇性淹水，灌溉式水稻种植对全球气候变化的影响有望降低六成；如果将浅灌与氮和有机质管理精心结合起来，甚至可使某些农场的温室气体净排放降低九成。研究表明，农业生产过程中所施氮肥的0.5%是以一氧化二氮的形式损失。利用腐植酸硅肥可以减少一氧化二氮排放。

3 腐植酸，开创气候智慧型农业的责任担当

腐植酸就是“储碳器”。早在1979年，加拿大知名土壤化学家Schnitzer指出：“土壤腐殖质碳是大气CO2的主要来源之一，并作为环境和大气CO2浓度变化极敏感的碳聚集体”[56]。腐植酸与土肥融合，生产动能所产生的空间最大。

3.1 继承前人经典成果，集聚当今实践成果

1974年国务院发布国发〔1974〕110号文件→1979年国务院发布国发〔1979〕200号文件，成就了腐植酸农业应用的现在。相隔40多年，2015年3月农业部印发《到2020年化肥使用量零增长行动方案》《到2020年农药使用量零增长行动方案》→2015年7月工业和信息化部印发《化肥行业转型发展指导意见》→2017年2月农业部印发《开展果菜茶有机肥替代化肥行动方案》《有机肥替代》，腐植酸肥料在农业实践应用中，获得了一系列创新成果。2017年7月21日，中国气候变化事务特别代表解振华出席“纪念中国腐植酸环境友好产业发展60年暨中国腐植酸工业协会成立30周年庆典”时指出，“腐植酸行业办好了，对提升18亿亩耕地质量和稳定土壤碳库，都是莫大的实事和好事”[57]。今年，中宣部拍摄的公益科教片《认识腐植酸——让腐植酸从土壤中来到土壤中去》，将让更多的人民充分认识腐植酸。未来，腐植酸在低碳肥料、低碳农业、碳汇农业中，发展空间和潜力巨大。

3.2 培养具有责任担当的专业化产业队伍

20年前，腐植酸企业只有几十家，至2017年6月已达7208家企业[源自《中国腐植酸企业大全》（第三版）]。其中，腐植酸基础产品794家，占企业总数的11%；腐植酸肥料企业3466家，占企业总数的48%[58]。2018年12月1日，中腐协召开了“第三届全国土肥和谐大会”，国家化肥质量监督检验中心（北京）常务副主任汪洪在《腐植酸水溶肥产业绿色发展成果显著》报告中指出，2018年含腐植酸水溶肥料登记产品数量呈现“井喷式”增长趋势，腐植酸肥料产业的队伍越来越强大。

3.3 完善腐植酸绿色农资技术（产品）供给体系

目前，经过全行业的共同努力，依据腐植酸产业开发的“九项”工作原则[59]，构建的“腐植酸绿色农资技术（产品）供给体系”已日臻完备。腐植酸绿色基础产品、腐植酸绿色肥料技术（产品）体系、腐植酸土壤环境治理技术（产品）体系、腐植酸绿色农药技术（产品）体系等，展现出了腐植酸绿色农资强大的生命力[60]。

3.4 建立腐植酸绿色农资技术（产品）标准化体系

标准化工作是产业化的“指南针”。“让我们共同给地球大家园安装一个标准环”，是腐植酸标准化工作的神圣使命。如今，腐植酸凭借丰富的资源优势、实用的研究（专利）成果、较好的产业定位，在优化传统生产资料结构、保障食品生产源头安全和修复农业生态环境等方面建立了一套标准化体系，为腐植酸开展田间深情对话、构筑土肥和谐、建设美丽乡村提供了有力支撑[59]。

3.5 大力推进腐植酸“净土洁食”工程化建设

我国土壤资源丰富，类型多样。根据1992年《中国土壤分类系统》分类，土壤划分为12个土纲、28个亚纲、61个土类、233个亚类。此外，南北差异、梯度差异、平原与山地差异、水地和旱地差异、耕作方式差异等，对土壤环境治理与修复产品提出了更高的要求。

腐植酸是土壤，是最大的土壤。自2012年以来，协会连续7年聚焦土壤问题，并探寻腐植酸在育化土壤、修复土壤等方面的先进技术，旨在为促进土壤可持续利用提供更为优质的农资产品。目前，已经形成了比较完备的腐植酸食品源头安全生产技术（产品）体系[33，61]，为深入贯彻落实中共中央、国务院《关于全面加强生态环境保护 坚决打好污染防治攻坚战的意见》，“扎实推进净土保卫战”提供了腐植酸环境友好技术和产品。对此，全行业将结合我国土壤特点，选择全国有代表性的区域，充分发挥腐植酸的结构功能特点，因地制宜开发环境特色产品，开发专一化、差异化、多元化的土壤环境修复产品，积极开展腐植酸“净土洁食”工程试点，为生态环境、田园健康、土肥和谐作出新的更大的贡献。

4 结语

当前，人类最大的话题，莫过于气候变化。气候变化的主因在于碳紊乱，碳紊乱的主因是工业碳排放。现在看来，农业排放占三分之一还在继续。农业气候灾害此起彼伏，开创气候智慧型农业刻不容缓。因之，构筑气候智慧型农业，腐植酸一刻不能少。让黑色腐植酸、黑色腐植酸肥料改变一下中国，也改变一下世界，乃大道至简。

（本文系2018年12月1日曾宪成名誉会长在“第三届全国土肥和谐大会”上的主题报告。）