腐植酸與氣候智慧型農業

曾憲成 李 雙

中國腐植酸工業協會 北京 100120

腐植酸是氣候的，是碳循環的重要一環，“牽一發而動全身”。腐植酸是農業的，聯土、聯肥、聯生態，“凈土潔食”盡相酬。腐植酸是智慧的，功能團多樣，分子量小至幾百，大至上百萬，恰是無窮大，又見無窮小，極具理想的開發空間。讓黑色腐植酸從土壤中來到土壤中去，是開創氣候智慧型農業的關鍵一環。

1 腐植酸是土壤氣候變化的壓艙石

近年來，厄爾尼諾、拉尼娜、冰川消亡、海平面上漲、物種滅絕……等極端氣象頻發，讓人們深刻認識到碳減排的重要性和緊迫性。2017年，全球大氣二氧化碳濃度平均值為404.99±0.1 ppm[1]，該值比工業革命前增加了45%。如今，工業和城市碳減排已為大家熟知，而農業排放中土壤氣候變化帶來的變化確鮮為人知。

1.1 地球碳循環中生物圈最敏感

碳循環，是指碳元素在自然界的循環狀態。地球上最大的碳庫是巖石圈，主要以碳酸鹽的形式存在，含碳量約占地球上碳總量的99.9%。巖石圈碳活動緩慢，活動周期約幾百萬年，可被視作相對靜止。地球上另外三大碳庫，即大氣圈庫、水圈庫和生物圈庫。這三個庫中的碳，通過生物和無機環境之間迅速交換，主要以二氧化碳和一氧化碳的形式存在，容量小而活躍，實際上起著交換庫的作用。其中，生物圈碳循環，是認識大氣圈和生物圈相互作用的關鍵，也是地球水循環、養分循環和生物多樣性變化的基礎，對自然和人為的干擾直接且敏感，直接影響自然碳交換通量。

1.2 生物圈中土壤碳庫最大

土壤碳庫是地球表層系統中最大、最具有活動性的生態系統碳庫之一[2，3]，約占生物圈總碳的85%，是陸地植被碳的2～4.5倍，大氣CO2的2～3倍[4，5]，其變化和行為對陸地生態系統碳循環變化具有重要影響，與大氣碳庫聯系非常緊密。全球每年因土壤有機碳分解向大氣排放500～750億噸CO2-C，維持著地球系統的碳循環[6]。當前，30%人為源總溫室氣體排放來自土地利用的土壤溫室氣體排放[7]。研究表明，土壤每增加1 Pg碳貯量，將能夠相應地降低大氣CO2濃度 0.47×10-6，反之亦然[8]。

1.3 土壤碳庫中腐植酸最大

土壤碳截獲過程的實質就是有機碳、無機碳與土壤顆粒團聚的過程，形成更加復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]。腐植酸本身是一種親水有機膠體，在土壤形成過程中，可以和礦物質以不同形式和緊密程度，通過各種力的作用相互結合，形成各種類型的有機無機復合體，這種復合體是形成土壤團聚體、提升土壤肥力以及促進土壤形成過程的物質遷移和積累的核心及關鍵因子[10，11]。

腐植酸類物質碳約2.4萬億噸，占土壤有機碳的80%（3萬億噸）。世界工業革命以前，每年積累的腐植酸類物質碳≈分解的腐植酸類物質碳，保持著土壤碳庫儲與放之間關系的穩定，生物圈的碳儲量基本不變，大氣中CO2濃度沒有太大波動。研究表明，假如土壤腐植酸類物質多分解10%，相當于大氣中的CO2濃度就會增加20%。可見，一旦在地球生物圈中約占1%（臨界值）的腐植酸類物質被破壞，造成的后果將是災難性的[12]。顯而易見，腐植酸是土壤氣候變化的壓艙石。

2 開創氣候智慧型農業新局面

據聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第4次評估報告（2007年）顯示，農業是溫室氣體的第二大重要來源，其中糧食系統全球溫室氣體排放占全球總排放量的19%～29%。

2.1 氣候智慧型農業概念

2010年10月28日，聯合國糧農組織首次提出了氣候智慧型農業（climate-smart agriculture）的概念。氣候智慧型農業就是能夠可持續地提高農業生產力、增強適應性、減少溫室氣體排放，并可以更高目標地實現國家糧食生產和安全的農業生產和發展模式。

與傳統農業相比，氣候智慧型農業極力調整和增強氣候變化的抵御力，減少溫室氣體排放，謀求持續提高農業生產力和增加農民收入[13]，運用創新的理念與技術對農業系統進行優化改造，以此來應對源自糧食產量、氣候變化、溫室氣體排放的三重挑戰，并實現作物產量更高、氣候變化抵御能力更強、農業領域碳排放量更低的三方共贏。正因為農業對于應對氣候變化問題上的特殊地位，被超過90%國家作為應對氣候變化的一個重點工作領域，并囊括于應對氣候變化的國家自主貢獻（INDCs）目標中。聯合國糧農組織指出，“農業（包括林業和漁業）特別易受氣候變化的影響，而且也是氣候變化的重要促進因素。如不把農業溫室氣體排放量的增長計入，則《巴黎協定》的目標將無法達成。”如今，氣候智慧型農業已經耳熟能詳。

2.2 氣候智慧型農業經驗分享

自氣候智慧型農業提出以來，國內外圍繞農業固碳減排、應對氣候變化影響和可持續地提高農業生產效率開展了一系列技術研究、項目示范推廣和應對措施，并取得了初步成效。

2.2.1 國外氣候智慧型農業經驗

近年來，氣候智慧型農業在聯合國糧農組織、世界銀行、各國政府、非政府組織以及私人公司資金的支持下，得到了快速的發展。各國圍繞自身的農業生產特點與抗逆減排需求，開展了大量的科學研究與實際應用。由于各國的經濟社會發展水平不同，其側重的領域也因此存在很大差異（表1）。

表1 國外農業固碳減排措施Tab.1 Foreign agricultural carbon sequestration measures

根據各國開展氣候智慧型農業的成果，主要 經驗有4項[15]：（1）制定了詳細的發展目標與實施計劃。無論發達國家和地區如美國、歐盟，還是發展中國家如巴西、埃塞俄比亞等國，均提出了符合國家發展水平的實際目標，并且發布了詳細的重點領域支持指南，為實現向氣候智慧型農業轉型提供幫助。（2）注重農業實踐的創新成果。整合與應用農業固碳減排新材料（如硝化抑制劑、減排飼料添加劑）、新技術（如耕作技術、農業模型、遙感技術）與新方法（如生命周期分析方法、信息管理系統），為實施氣候智慧型農業提供了必要的支撐。（3）長期穩定的項目資金投入。目前多數國家都啟動了一批項目，提供了穩定的資金，用于長期支持氣候智慧型農業的研究與應用。（4）全球化的合作方式。聯合國糧農組織、世界銀行及美國、歐盟等發達國家和地區與組織具有技術和資金方面的優勢，近年來通過各種形式的國際合作，為發展中國家氣候智慧型農業研究提供了有力的支持與幫助。

2.2.2 中國氣候智慧型農業成果

研究表明，我國人類源溫室氣體減排的20%可以通過土壤固碳來實現[31]。十年來，我國開展了一系列農業技術研究與推廣措施。（1）2008年4月，中國向全國環境基金（GEF）申請的“適應氣候變化和農業發展”項目獲批，項目總投資為5550萬美元，項目建設期為2008—2012年[32]。（2）2012年10月，世界銀行對上述項目進行了竣工檢查。通過實地考察、座談和研討，世界銀行檢查團認為，該項目將適應氣候變化理念轉化為實際行動，在農業綜合開發適應氣候變化方面樹立了典范，為項目區農民帶來了實惠，很好地實現了項目預期目標。（3）2013年2月，氣候智慧型主要糧食作物生產項目獲得批準，中國兩個產糧大縣河南省葉縣和安徽省懷遠縣成為了該項目在中國的兩個示范區。（4）2013年12月4日，農業部、全球環境基金（GEF）和世界銀行在北京舉辦“氣候智慧型農業項目研討會”。中國政府與GEF在未來五年共同出資3010萬美元，在糧食主產區開展氣候智慧型農業項目的試驗與示范。（5）2014年9月19日，由農業部、世界銀行合作開發執行的全球環境基金“氣候智慧型主要糧食作物生產項目”啟動與研討會在北京召開，標志著該項目正式啟動。項目實施期為5年（2015年1月至2019年12月）。（6）2015年3月，中國農業大學人文與發展學院對于氣候智慧農業在葉縣和懷遠縣兩地的開展狀況進行調研，發布了氣候智慧型農業中國道路項目的《社會影響評估報告》。（7）2016年，哈爾濱市推廣氣候智慧型農業生產項目，重點開展減排固碳的關鍵技術集成與示范，提高化肥、農藥、灌溉水等投入要素的利用效率，增加農田土壤碳儲量，減少作物系統碳排放。（8）2017年8月，大自然保護協會（TNC）與內蒙古巴林左旗人民政府就共同探索氣候智慧型農業項目簽署合作協議，在和林格爾地區進行了氣候智慧型農業的實踐。

在上述項目實施過程中，獲得種植業減排的有效措施如下：（1）化肥減量方面，氮肥運籌優化技術、種植制度優化技術、緩控釋新型肥料技術、土壤改良技術等措施在糧食主產區成效顯著；（2）農藥減量、精準施藥方面，緩釋型農藥等非化學防治或低污染化學防治手段已取代化學農藥成為研究和開發的新方向；（3）灌溉方式改善方面，如交替灌溉、間歇灌溉、曬田、即時灌溉等措施已開展應用；（4）耕地固碳方面，部分地區對秸稈還田、保護性耕作（輪作休耕）、有機肥（腐植酸肥料）增施和土壤肥力提升等技術進行了示范和應用。

2.3 腐植酸開創氣候智慧型農業新局面

根據《中國應對氣候變化的政策與行動2017年度報告》，2016年我國農業氣象災害頻發、重發，全國農作物受災2622.07萬公頃，比2015年增加445.09萬公頃。氣候變化還直接影響著作物的品質、種植區域、成熟機制以及病蟲害爆發。腐植酸是土生土長的氣候因子，是開創氣候智慧型農業的重要一環。

2.3.1 腐植酸提高氣候農業生產力

在農業生產中，腐植酸、腐植酸肥料是重要的生產力（表2），“五大作用”[33]、“兩高三少”[33]、“三劑化”[34]等田間應用成果顯著，通過優化土壤生態，可以有效提高種植業應對氣候變化的能力。

表2 腐植酸、腐植酸肥料在提高農業生產力中的作用Tab.2 The role of humic acid and humic acid fertilizer in improving agricultural productivity

2.3.2 腐植酸增強氣候農業適應性

今年夏天，我國多地大部分地區處于高溫高濕狀態，氣候變化異端，農業災情多發。實踐證明，腐植酸、腐植酸肥料、腐植酸殺菌劑類產品在增強作物抗旱、抗干熱、抗低溫、抗澇等抗逆能力方面效果顯著（表3）。

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

2.3.3 腐植酸減緩農業氣候變化

腐植酸、腐植酸肥料減少碳排放，減少氮肥氨排放和水稻種植一氧化二氮排放。

（1）腐植酸肥料減少碳排放。腐植酸可以促進土壤團聚體的形成，增加土壤有機碳含量1.6%～10.5%。每生產1 kg腐植酸，可節能約62500 kJ，折合2 kg標煤，相應少排放 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%計算，即實際利用率35%×130%=45.5%，化肥利用率幾近達到一半。每施用1 kg腐植酸，可增加植物吸收CO2量240 kg，占總CO2減排量的98%[39]。

（2）腐植酸肥料減少氨排放。氮肥引起的溫室氣體排放占農田碳足跡的60%～90%，導致全國農田氮肥溫室氣體排放高達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對全球環境的負面影響已經成為中國農業的詬病[55]。幾十年來的試驗研究表明，腐植酸氮肥利用率比普通尿素提高十個百分點以上，可以抑制土壤硝化率60%，減少33.5%～65%氨損失。

（3）腐植酸減少水稻一氧化二氮排放。2018年9月10日，美國《國家科學院學報》刊載的一項研究顯示，美國、中國、印度在內的多數水稻生產國都沒有將與水稻種植有關的一氧化二氮排放計入向聯合國提交的國家溫室氣體排放清單中。如把一氧化二氮排放考慮在內，水稻種植對全球變暖的影響可能比此前估計水平高出近一倍。該研究指出，如果使用淺灌而非間歇性淹水，灌溉式水稻種植對全球氣候變化的影響有望降低六成；如果將淺灌與氮和有機質管理精心結合起來，甚至可使某些農場的溫室氣體凈排放降低九成。研究表明，農業生產過程中所施氮肥的0.5%是以一氧化二氮的形式損失。利用腐植酸硅肥可以減少一氧化二氮排放。

3 腐植酸，開創氣候智慧型農業的責任擔當

腐植酸就是“儲碳器”。早在1979年，加拿大知名土壤化學家Schnitzer指出：“土壤腐殖質碳是大氣CO2的主要來源之一，并作為環境和大氣CO2濃度變化極敏感的碳聚集體”[56]。腐植酸與土肥融合，生產動能所產生的空間最大。

3.1 繼承前人經典成果，集聚當今實踐成果

1974年國務院發布國發〔1974〕110號文件→1979年國務院發布國發〔1979〕200號文件，成就了腐植酸農業應用的現在。相隔40多年，2015年3月農業部印發《到2020年化肥使用量零增長行動方案》《到2020年農藥使用量零增長行動方案》→2015年7月工業和信息化部印發《化肥行業轉型發展指導意見》→2017年2月農業部印發《開展果菜茶有機肥替代化肥行動方案》《有機肥替代》，腐植酸肥料在農業實踐應用中，獲得了一系列創新成果。2017年7月21日，中國氣候變化事務特別代表解振華出席“紀念中國腐植酸環境友好產業發展60年暨中國腐植酸工業協會成立30周年慶典”時指出，“腐植酸行業辦好了，對提升18億畝耕地質量和穩定土壤碳庫，都是莫大的實事和好事”[57]。今年，中宣部拍攝的公益科教片《認識腐植酸——讓腐植酸從土壤中來到土壤中去》，將讓更多的人民充分認識腐植酸。未來，腐植酸在低碳肥料、低碳農業、碳匯農業中，發展空間和潛力巨大。

3.2 培養具有責任擔當的專業化產業隊伍

20年前，腐植酸企業只有幾十家，至2017年6月已達7208家企業[源自《中國腐植酸企業大全》（第三版）]。其中，腐植酸基礎產品794家，占企業總數的11%；腐植酸肥料企業3466家，占企業總數的48%[58]。2018年12月1日，中腐協召開了“第三屆全國土肥和諧大會”，國家化肥質量監督檢驗中心（北京）常務副主任汪洪在《腐植酸水溶肥產業綠色發展成果顯著》報告中指出，2018年含腐植酸水溶肥料登記產品數量呈現“井噴式”增長趨勢，腐植酸肥料產業的隊伍越來越強大。

3.3 完善腐植酸綠色農資技術（產品）供給體系

目前，經過全行業的共同努力，依據腐植酸產業開發的“九項”工作原則[59]，構建的“腐植酸綠色農資技術（產品）供給體系”已日臻完備。腐植酸綠色基礎產品、腐植酸綠色肥料技術（產品）體系、腐植酸土壤環境治理技術（產品）體系、腐植酸綠色農藥技術（產品）體系等，展現出了腐植酸綠色農資強大的生命力[60]。

3.4 建立腐植酸綠色農資技術（產品）標準化體系

標準化工作是產業化的“指南針”。“讓我們共同給地球大家園安裝一個標準環”，是腐植酸標準化工作的神圣使命。如今，腐植酸憑借豐富的資源優勢、實用的研究（專利）成果、較好的產業定位，在優化傳統生產資料結構、保障食品生產源頭安全和修復農業生態環境等方面建立了一套標準化體系，為腐植酸開展田間深情對話、構筑土肥和諧、建設美麗鄉村提供了有力支撐[59]。

3.5 大力推進腐植酸“凈土潔食”工程化建設

我國土壤資源豐富，類型多樣。根據1992年《中國土壤分類系統》分類，土壤劃分為12個土綱、28個亞綱、61個土類、233個亞類。此外，南北差異、梯度差異、平原與山地差異、水地和旱地差異、耕作方式差異等，對土壤環境治理與修復產品提出了更高的要求。

腐植酸是土壤，是最大的土壤。自2012年以來，協會連續7年聚焦土壤問題，并探尋腐植酸在育化土壤、修復土壤等方面的先進技術，旨在為促進土壤可持續利用提供更為優質的農資產品。目前，已經形成了比較完備的腐植酸食品源頭安全生產技術（產品）體系[33，61]，為深入貫徹落實中共中央、國務院《關于全面加強生態環境保護 堅決打好污染防治攻堅戰的意見》，“扎實推進凈土保衛戰”提供了腐植酸環境友好技術和產品。對此，全行業將結合我國土壤特點，選擇全國有代表性的區域，充分發揮腐植酸的結構功能特點，因地制宜開發環境特色產品，開發專一化、差異化、多元化的土壤環境修復產品，積極開展腐植酸“凈土潔食”工程試點，為生態環境、田園健康、土肥和諧作出新的更大的貢獻。

4 結語

當前，人類最大的話題，莫過于氣候變化。氣候變化的主因在于碳紊亂，碳紊亂的主因是工業碳排放。現在看來，農業排放占三分之一還在繼續。農業氣候災害此起彼伏，開創氣候智慧型農業刻不容緩。因之，構筑氣候智慧型農業，腐植酸一刻不能少。讓黑色腐植酸、黑色腐植酸肥料改變一下中國，也改變一下世界，乃大道至簡。

（本文系2018年12月1日曾憲成名譽會長在“第三屆全國土肥和諧大會”上的主題報告。）