大气治理

发掘土壤碳库 助力实现碳中和!

2021-04-16 09:06:32 i自然全媒体 作者:侯华丽 谭文兵 周璞 柳晓娟 张惠

土壤是人类赖以生存的重要自然资源,是联接大气圈、水圈、岩石圈和生物圈的枢纽,是陆地生态系统的核心。地球有四个大碳库:大气碳库、海洋碳库、岩石圈碳库、陆地生态系统碳库(包括植被碳库和土壤碳库)。土壤碳库在陆地生态系统碳库中占比达到90%以上,约为植被碳库的3~4倍、大气碳库的2~3倍。最近十几年来,陆地生态系统已成为科学界研究碳循环的主要热点,但由于土壤生态系统的复杂性,目前对于土壤碳汇方面的研究相对薄弱。国际经验表明,土壤碳汇是削减碳排放、缓解全球气候变化的重要路径。在全球碳市场逐渐完善以及我国提出2060年实现碳中和愿景的大背景下,针对我国土壤碳汇相关研究及技术支撑面临一些障碍因素的约束下,笔者认为,聚焦土地可持续利用和管理、利用市场手段发掘土壤碳库巨大的减排增汇效益,对完善国内碳市场、实现国家碳中和目标具有重要意义。

深化土壤固碳机理研究与技术攻关

开展不同条件下的土壤碳汇机制研究和监测、评估等技术攻关,不仅是土壤碳增汇的重要理论基础,也是国家制定土壤固碳调控方案的重要科学依据。

一方面,应加强土壤碳汇机制研究。进一步研究不同生态系统、不同土地利用方式的土壤碳汇源转化的影响因素、作用机理、过程机制及固碳效应,重点加强土地利用生命周期过程的土壤碳排放和碳汇核算及其效率变化的机制研究,探讨土地利用覆盖变化与生态系统碳循环过程的定量关系。与此同时,优化土壤固碳潜力测算方法。加强可靠的土壤调查数据源建设,提高潜力估算结果的精确度和可信度。重点加强对国家和区域等大尺度的地区土壤碳汇潜力测算方法与实践研究,查清全国土壤碳库储量、分布特征、影响因素、演化趋势等,服务制定国家应对气候变化战略等重大需求。同时基于地块等小尺度,深化自然碳通量与社会经济碳排放的耦合集成研究,开展精确的碳收支核算和空间匹配研究,更好地指导区域土地利用空间布局低碳优化。

另一方面,提升土壤碳通量监测技术水平。选取土壤碳源区、碳汇区及平衡区等典型地区建立监测土壤碳呼吸试验点,制定和完善监测评估指标体系和模型,根据不同气候带、地理景观区、生态系统和土壤类型等特点,提出建立土壤二氧化碳释放通量监测网络的技术方案。

此外,加强土壤碳收支的综合调控和应用研究。进一步加强自然、社会和技术等多学科交叉研究,综合考虑资源开发模式、产业结构、生态过程等方面,构建区域生态系统或土壤碳收支的调控体系。重点开展面向2060年碳中和目标的全国碳收支调控研究,提出基于碳排放约束的土壤碳汇应对方案。

优化土地利用规模结构与空间布局

土地利用合理使得土壤碳库成为巨大的汇,不合理则成为重要的源。以低碳发展为目标导向,以国土空间规划和用途管制为手段,进行土地利用结构、规模和布局优化,能够全面降低碳排放强度、提高碳汇水平和固碳效率。

从增加碳汇的角度,一是实施生态保护,统筹划定永久基本农田和生态保护红线并强化控制线作用,严格控制建设用地占用和不合理的农地内部转化。加快建立以国家公园为主体的自然保护地体系,统筹森林、草原、湿地监督管理,降低人类活动对表层土壤的干扰。二是实施生态修复,减少水土流失、土地退化面积,推行退耕还林、还草、还湖等,增加林地和草地、适当调整耕地比例,综合提升植被和土壤碳汇功能。三是完善城市绿地系统,针对目前城镇发展存在的景观连续性差、空间分布不均等问题,应着力构建绿色生态廊道、丰富城市绿地系统、加强植物配置规划等,增强其碳汇功能。

从减少碳源的角度,一是提高建设用地节约集约利用水平。严控新增建设用地,探索设置碳门槛来限制高碳土地利用类型供应,重点加强城镇低效用地和闲置土地盘活利用,及时推进建设用地复垦。二是优化建设用地内部结构。工矿、交通用地在各类建设用地类型中碳排放总量和强度位于前列,同时也是目前我国新增建设用地供应中的主要类型。应合理规划产业结构、规模和布局,促进各类工矿产业、交通用地集约化发展,避免重复低效建设、资源和产品大量远距离运输造成的土地浪费和碳排放。三是调整优化城镇发展空间布局。发展紧凑型城市,倡导“分布式集中”城镇空间布局模式,合理组织城市功能区布局,加强土地复合利用,促进职住空间平衡,减少城镇内部交通出行产生的碳排放。

引导耕地保护与经营管理方式转变

提升耕地土壤碳库容量和效率,与耕地数量、质量、生态“三位一体”保护息息相关。

首先,严守耕地保护红线。既要通过严格控制建设用地占用来减少碳源增加,也要审慎推进耕地后备资源开发,降低对林地、荒草地、滩涂等重要碳汇区的破坏。其次,加强耕地质量和生态建设。一是要严格执行耕地占补平衡政策,落实耕地质量平衡,尽量减少对水田的占用,并在水土平衡的前提下,适度扩大水田种植面积,增加耕地土壤碳汇。二是要有对农业污染、水资源匮乏、水土流失严重等问题的地区,开展实施生态退耕、土壤修复、治理面源污染、减少地下水开采等综合治理,提升耕地质量和土壤固碳功能。三是实行藏粮于地、用养结合,借鉴典型国家地区的休耕时空配置经验,综合考虑水土匹配度、污染状况和生态脆弱性等,合理确定我国休耕轮作时空配置方案。最后,处理好耕地集约化经营与增加土壤碳汇之间的关系。我国当前保护性耕作面积比重和农业机械化水平较低,应对发展多功能生态农业给予更多关注,优化其灌溉方式、耕作方式、施肥方案等经营管理措施。落实藏粮于技,通过科技创新推动现代化绿色化农业发展,提高农业机械化水平以及农地整治、高标准农田建设、耕地地力监测等领域科技水平,促进耕地土壤减排增汇的同时有力支撑乡村振兴发展。

改善林草、湿地等重要生态用地管理

人类活动引起土地利用/土地覆被变化是影响土壤碳排放最主要的驱动力之一。根据相关研究,部分土地利用变化使土壤碳储量呈下降趋势:草地转为人工林土壤碳储量下降10%,天然林转为人工林土壤碳储量下降13%,天然林转为耕地土壤碳储量下降42%,草地转为耕地土壤碳储量下降59%。而合理、可持续的土地利用和管理措施具有良好的土壤碳汇效应。一方面,从低土壤碳密度的地类转化为高碳密度的森林、草地或湿地生态系统,是土壤有机碳的累积过程,包含退耕还林、退耕还草、退耕还湿、荒漠化逆转等形式都增加土壤有机碳。相关研究表明农田变为次生林后0厘米~100厘米土壤碳储量可以增加约50%,变为草地后增加约20%。另一方面,合理的土地管理措施可以通过增加土壤碳吸收(如对人工林施肥增加森林土壤碳吸收等)和减少土壤碳损失(如免耕、合理间作等减少农田土壤碳损失等)两种途径来固定更多的土壤碳。如耕地管理方面,通过采用保护性耕作、扩大水田种植面积、增加秸秆还田、增加有机肥施用和轮作等措施,使土壤理化特性、作物根系生长以及残茬数量和质量、土壤微生物数量和活性发生变化,提高农田土壤碳汇水平。有研究指出,如果采用最佳的管理措施,仅全球农田土壤固碳量每年就能增加0.4~0.8Pg,相当于全球“碳失汇”的20%左右。

因此,减少生态用地占用和退化是减少土壤碳汇流失的关键,应加大生态系统保护和修复力度,通过防治水土流失、强化生态保育和恢复等,增强生态系统和土壤的固碳容量和效率。

针对森林生态系统固碳,优化树种选择、轮伐期选择、施肥方案等森林经营管理措施,是提高森林生态系统的植被和土壤固碳量的有效途径。阔叶林的土壤有机碳储量明显高于针叶林,应按树种的耐阴程度、演替次序等属性进行混合配置造林;适当延长轮伐期,根据各地树种确定合理的轮伐期和轮伐量,以充分利用森林的固碳潜力;适量施肥以提高林木生长量,但施用量不应超过林木的吸收能力。森林管理方面,人工造林和再造林促进森林再生已成为一种人为控制下的土壤碳增汇途径,通过采取施肥、灌溉、森林疏伐、森林杂草管理、控制性火烧等管理措施强化林业管理,改变造林面积、树种轮伐期、年均生长量等决定因素,提升区域造林增汇水平。

针对草地生态系统固碳,限制草地过度放牧、实行草场改良对保持和增加陆地生态系统碳蓄积具有重要影响。推行划区轮牧,实施禁牧和季节性休牧,实现退牧还草、草畜平衡。通过适度施肥、灌溉或改善品种等,实施草地改良,加强人工草地建设,提高草原综合植被盖度,增加土壤有机质含量。

针对湿地生态系统固碳,严格控制滩涂等自然湿地开发占用,加强重要湿地名录管理,积极开展天然湿地恢复和人工湿地建设。加强若尔盖高原、云贵高原、长江中下游平原和大小兴安岭、长白山等重点地区泥炭资源采掘和恢复管理,确需开发的应严格进行生态环境影响评价,对泥炭开采废弃地通过改善水文条件、增加地表覆被物等开展生态治理恢复以减轻碳排放。

加强经济激励等政策配套措施

尽管我国土壤固碳潜力巨大,但潜力挖掘需要强大的技术和资金支持,有赖于健全配套制度体系、创新政策协同机制来推动实现。

在健全配套制度体系方面,一方面,构建科学有效的土壤碳汇效果评估与补偿标准,完善农业、林业和草原等领域土壤碳汇效果的评估体系,建立不同地区、不同用途差异化的土壤碳汇补贴标准。积极培育一批国内土壤碳汇第三方评估与认证机构,承担未来土壤减排增汇交易项目的认证工作。另一方面,加强土壤碳汇监测能力建设,在现有自然资源调查监测系统的基础上,逐步建立土壤碳库信息监测网络。此外,建立碳汇交易产品认证制度,给予实施土壤减排增汇或参与土壤碳交易的企业适当政策支撑,引导企业积极主动参与土壤碳汇交易。

在创新政策协同机制方面,研究建立土壤碳汇市场交易、碳税征收与生态补偿等协同推进土壤固碳的新机制。一方面,在完善碳汇效果评估和补贴标准制定等工作的基础上使土壤碳汇获得国际认可的碳信用资格,借鉴美国等国家的农业土壤碳交易市场建设经验,逐步将土壤碳汇列入我国碳排放权交易的基本框架,并加强与森林碳汇等其他市场的协同。同时,在土壤碳汇市场化交易机制下由政府对土壤碳汇贡献者给予一定比例的补贴,并在时机成熟的时候开征碳排放税,尝试将由于土地利用方式不当等原因引起的土壤碳排放纳入碳税征收范围,所得税收用于补偿土壤碳汇生产者。在此基础上,结合当前我国推进的生态保护补偿机制建设,积极考虑碳减排补偿需求,探索将土壤碳汇纳入到生态补偿制度范畴,对由于转变农地利用及管理方式带来的成本和损失逐步实行补偿。另一方面,完善中国绿色碳基金,探索建立以碳排放税和碳排放限额为基础,政府、企业和个人协同融资的碳基金制度。此外,推动出台土壤碳汇相关法规或规范性文件,推进土壤碳交易走向制度化和法制化轨道。

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