腐植酸低碳肥料与土壤碳中和

曾宪成 李 双

中国腐植酸工业协会 北京 100120

关注全球气候变化，碳中和赢得了世人的目光。腐植酸是土生土长的气候因子，推进“土壤碳中和”行动，腐植酸人负有重要的历史责任。通过“大量反哺腐植酸低碳肥料——稳定土壤气候变化——提高土壤储碳控碳能力”的科学机制，让“黑色腐植酸、腐植酸肥料从土壤中来到土壤中去”，实现“土壤碳中和”，腐植酸低碳肥料行业责无旁贷。

1 腐植酸与土壤碳库

土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库[1]。腐植酸“储碳器”[2]是维护土壤碳库平衡、稳定土壤气候变化的核心力。

1.1 腐植酸是什么

腐植酸是地球碳循环的重要一环，是土壤的构造者。腐植酸由动植物残体，主要是植物残体，经过微生物分解和合成，以及地球物理、化学的一系列相互作用过程形成的一类富含羧基、酚羟基、醌基、羰基、甲氧基等多种活性官能团的非均一脂肪-芳香族无定形有机弱酸混合物[3]。腐植酸主要从风化煤、褐煤、泥炭中活化、提取和分离，还可从洁净的生物质资源中转化而来。腐植酸根据分子量大小可分为黑腐酸、棕腐酸和黄腐酸[3]。毫不夸张地说，人类赖以生存的土壤、水体、空气、动植物、有益微生物等环境因子，不可回避地都要牵涉到腐植酸类物质。正如1979年加拿大知名土壤化学家斯尼茨尔（Schnitzer M.）教授指出，“腐植酸类物质广泛分布于地球表面，直接或间接地控制着许多反应，影响着这个星球上人类的生存，并继续地向许多久经考验的科学家的好奇心和智慧发起挑战”[3]。

1.2 土壤碳库是什么

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[4，5]，约占生物圈总碳的85%，是陆地植被碳的2～4.5倍，大气CO2-C的2～3倍[3，6]，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。土壤碳库中腐植酸碳最大，约占土壤有机碳的80%（2.4/3，万亿吨）[7]。研究发现，假如稳定土壤碳库重要组成部分的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[8]。显而易见，腐植酸是土壤气候变化的压舱石。

1.3 腐植酸团粒与土壤碳库

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]。研究表明，土壤每增加1Pg碳贮量，将能够相应地降低大气CO2浓度0.47×10-6，反之亦然[10]。腐植酸碳对保持和稳定生物圈碳库平衡发挥重要作用，其淋失是土壤碳损失的重要途径，因此它对于研究碳素循环及其环境问题具有重要意义[1]。腐植酸本身是一种亲水有机胶体，在土壤形成过程中，一方面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的核心及关键因子[11，12]；另一方面腐植酸自身含有大量营养元素，它的添加刺激了土壤微生物繁殖，同时大量的微生物菌丝可以通过缠绕作用直接形成大团聚体[13]，与土壤的微生物量碳高度相关[14]。由此可见，腐植酸团聚体对增加土壤有机碳含量、提高土壤总碳库的稳定、促进土壤结构的形成十分重要。

2 腐植酸低碳肥料与土壤碳中和

腐植酸与土壤碳库如前所述。碳中和是指在规定时期内，CO2的人为移除与人为排放相抵消。“土壤碳中和”是指在规定时期内，由土壤直接或间接产生的CO2排放总量与土壤直接或间接固定的CO2总量相抵消。实现“土壤碳中和”必须立足于土壤碳库。开展这项工作需要深入了解土壤气候变化，通过反哺腐植酸低碳肥料，发挥其减排、稳碳、固碳的作用，是实现“土壤碳中和”目标的着力处。

2.1 盘点土壤气候变化

（1）土壤碳库易受人为干扰。土壤是地球上最大的碳库，其碳排放对地球碳循环有着重要影响。1750—2011年，土地利用变化排放CO2为1800±800亿吨，约占全部人为源碳排放量（5450±850亿吨）的30%[15，16]。随着土地利用率、农业复种指数的提高，土壤碳排放量越来越大；化肥减量化更是任重道远。

（2）腐植酸平衡土壤碳库。土壤有机碳约为3万亿吨，腐植酸类物质碳约为2.4万亿吨，占土壤有机碳80%，是土壤稳碳固碳的基石[3]。工业革命之前，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，不存在土壤气候变化问题[2]。

（3）化肥推助土壤气候变化。土壤气候变化是指土壤碳库储与放之间的关系。工业革命之后，人类向土壤大量投放，打破了土壤碳库储与放之间的平衡关系。进而观察，影响土壤碳库变化的主因在于农业投放，环境学家称之为对土壤的攻击。近40年来，化肥向土壤投放占居第一位，直接影响着土壤有机碳库的变化，进而导致土壤气候变化[2]。

2.2 腐植酸低碳肥料生产

（1）腐植酸促进化肥低碳化。40多年来，化肥行业在高歌猛进过程中，“高能耗、高排放、高污染”的粗放式排放成为农业生产过程中一个重要碳排放源[17，18]。面对我国农业绿色化发展的要求，化肥必须低碳化。2015年工业和信息化部原〔2015〕251号文件提出“推进化肥行业转型发展的指导意见，将腐植酸肥料纳入化肥转型重点”；2018年工业和信息化部将腐植酸尿素正式纳入产业运行报告。腐植酸低碳肥料成为化肥提质增效的标杆性产品，是肥料行业高质量发展的“风向标”。

（2）腐植酸低碳肥料生产科学有据。从化肥生产源头控制排放来说，每生产1 kg腐植酸，可节能约62500 kJ，折合2 kg标煤，相应少排5.6 kg CO2、0.09 kg SO2和0.7 kg NO2[19]。按照2019年，化肥施用量为5403.59万吨（实物量），如果全部使用腐植酸肥料（腐植酸含量按5%计算），可节能约1.69×1014kJ，折合540.36万吨标煤，相应减少CO2排放1513.01万吨、SO2排放24.32万吨和NO2排放189.13万吨。

（3）投资腐植酸低碳肥料兴旺发达。“化肥零增长——化肥负增长——化肥减量化”一路变化的实质就是低碳化，市场投资者看中的也是低碳化。2015年国家开展化肥零增长行动，全国有86家氮肥企业退市，腐植酸肥料企业顺势增长，尤其是腐植酸水溶肥企业“井喷式”增长。2021年1月25日，山东省化工专项行动办公室发布公示，截至2020年年底，山东省9家企业合计退出合成氨产能103万吨；到2022年，合成氨产能控制在650万吨左右，尿素产能控制在800万吨。面向“十四五”化肥减量化、肥料低碳化、净土洁食、碳达峰和碳中和行动，市场将会催生腐植酸低碳肥料生产投资热，这是可以预见到的发展趋势。

2.3 腐植酸低碳肥料应用

（1）腐植酸低碳肥料蓄碳。通过反哺腐植酸低碳肥料，逐步建立起富含腐植酸的土壤团粒结构，增加土壤有机碳的含量，增强土壤碳汇能力，实现“碳截留”。大量田间应用研究表明，腐植酸低碳肥料与传统化肥相比，可促进不同类型土壤中团聚体、特别是水稳性团聚体的形成[20～29]，大大增强土壤团聚体的稳定性，0.01～0.05 mm粒级微团聚体百分含量可提高35.10%[26]，土壤水稳性团聚体百分含量可提高6.30%～10.14%，土壤总有机碳积累量可增加31.00%～120.00%[20]。

（2）腐植酸低碳肥料减耗。研究表明，腐植酸可平均提高肥料利用率10个百分点以上，相当于肥料利用率净增30%～40%[14]，同时可以抑制土壤硝化率60%，减少33.5%～65.0%氨损失[2]。以2019年我国氮肥施用量1930.21万吨（折纯量），加入腐植酸后按利用率提高30%计算，则可减少氮肥施用量279.06万吨（折纯量）；在农业生产过程中，按照所施氮肥0.5%是以NxO形式损失[30]，那么腐植酸氮肥则减少NxO 9.65万吨。

（3）腐植酸低碳肥料吸碳。地球上所有植物吸收了人类排放大约30%的碳[30]。通过腐植酸协调土壤微生物的生命活动，使其与植物光合作用相配合，增强植物固碳能力，将空气中的CO2牢牢封存在土壤之中，减少碳排放[10]。研究表明，每施用1 kg腐植酸，植物吸收CO2量增加240 kg。如果2019年全部施用腐植酸肥料（化肥5403.59万吨，实物量），腐植酸含量按5%计算，则植物吸收CO2量增加6.48亿吨，约占2019年全球碳排放量330亿吨的2%。

可见，反哺腐植酸低碳肥料，实现“土壤——肥料——作物”产业种植链的低碳化，是十分高效的绿色化模式。将全球农田转变为一个巨大的碳汇封存池，如果反哺腐植酸低碳肥料能够一以贯之，“土壤碳中和”的目标就会早日实现。

3 腐植酸肥料行业碳足迹扫描

腐植酸是地球上最敏感的碳聚集体，与土壤气候变化息息相关。22年来，在践行绿色低碳化行动中，腐植酸肥料行业一直走在前沿，收获成果可圈可点[2，31～37]。

（1）2000年，协会确立了“高扬绿色，关注民生”的行业宗旨；（2）2001年，确立“腐植酸是关怀人类的新产业”发展的新方向；（3）2002年，号令全行业“让腐植酸全面融入到‘绿色环保肥料’的创制之中”；（4）2003年，号令全行业“让腐植酸在环境与生存的协调发展中发挥作用”；（5）2004年，号令全行业“为人民生产安全食品”，发布《共同心愿》倡议书；（6）2005年，大力推进“让腐植酸低碳肥料成为绿色GDP核算体系的重要一环”；（7）2006年，“让腐植酸在绿色GDP中大放光彩”成为全行业工作的着力点；（8）2007年，“让腐植酸产业发展模式九字诀”成为行业行动指南；（9）2008年，“让腐植酸走上‘绿色化学’产业之路”越走越宽广；（10）2009年，全力推介“低碳经济融合众长的交易平台（模型）”；（11）2010年，发布《中国腐植酸绿色低碳宣言》和“腐植酸融合众长的低碳交易模型”；（12）2011年，发布“腐植酸绿色低碳产业十大思想体系”，召开“2011腐植酸绿色低碳产业思想体系建设高峰论坛”；（13）2012年，发布“腐植酸净土洁食工程”、佛山《倡议书》；（14）2013年，发布“腐植酸土壤储碳固碳工程”《泰安宣言》；（15）2014年，发布“腐植酸肥料低碳化工程”《北京宣言》；（16）2015年，发布“腐植酸肥料‘两高三少’试验成果”《大兴腐植酸肥料的历史使命倡议书》；（17）2016年，发布“腐植酸低碳农业工程示范”《一克土宣言》《土肥和谐北京宣言》；（18）2017年，提出“土壤气候变化”概念；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”；（19）2018年，号令全行业开展腐植酸气候智慧型农业；（20）2019年，提出“为开展气候农业碳中和，主动做好腐植酸低碳肥料试验示范”；（21）2020年，中国农业科学院赵秉强研究员证明了腐植酸肥料就是绿色低碳肥料；（22）2021年，确立“抢占腐植酸低碳肥料制高点”为协会10大专项工作。

综上，践行碳中和理念，让腐植酸低碳肥料产业与国家节能减排、碳达峰和碳中和行动紧密联系在一起，充分发挥腐植酸低碳肥料的作用势在必行。

4 腐植酸低碳肥料行业责任担当

当前，全球关注碳峰值、碳中和，我国提出了自己的发展目标，为腐植酸低碳肥料行业开展“土壤碳中和”行动，提供了施展拳脚的用武之地。为早日实现我国碳达峰、碳中和目标，充分发挥黑色腐植酸、腐植酸低碳肥料在“土壤碳中和”中压舱石的作用，是腐植酸人应有的责任担当。

4.1 坚持正确理论指导，维护土壤气候变化

腐植酸是土生土长的气候因子。关注气候变化就必须关注土壤气候变化，关注土壤气候变化就必须关注土壤腐植酸碳库变化，这是考量土壤气候变化的立足点。创新腐植酸低碳肥料思想理论，坚持“黑白交慧”“两机互补”“两个最大”的指导原则，通过构筑“土肥和谐”新关系，增强土壤活力，提升土壤肥力，稳定土壤碳库，促进“土壤碳中和”，维护土壤可持续发展。

4.2 开展土壤本色革命，引领行业奋勇前进

当前，面对全球性土壤退化问题，开展土壤本色革命势在必行。60多年的实践证明，腐植酸是土壤的核心物质，腐植酸、腐植酸低碳肥料是构筑“土肥和谐”的法宝，也是解决众多土壤问题最直接有效的办法。对此，坚持“让腐植酸从土壤中来到土壤中去”的反哺路线，充分利用“腐植酸+化肥”“腐植酸+土壤”“腐植酸+生态”的汇聚工程，腐植酸功能因子大有作为。这是腐植酸人维护土壤健康、扎实推进净土保卫战、践行《土壤污染防治法》的核心力所在。

4.3 深入低碳肥料研究，厘清土肥共轭关系

腐植酸低碳肥料实实在在，要在全社会形成共识尚需时日。目前，形成腐植酸肥料低碳化的创新理论与思想，开展腐植酸低碳肥料基础研究与应用研究，培育腐植酸低碳肥料产业化发展任重道远。腐植酸低碳肥料与土壤是生命共同体，必须研究二者之间的共轭关系，包括分析土壤—大气碳循环机理、厘清腐植酸低碳肥料与土壤各类碳积累和分解之间的密切关系、探究土壤固碳及土壤质量提升的内在机制、建立腐植酸低碳肥料田间应用碳排放监测机制、确立腐植酸低碳肥料碳减排计算方法和碳交易模型等，以促进腐植酸低碳肥料与碳汇农业共生共荣。

4.4 创新产业发展模式，致力于土壤碳中和

实现“土壤碳中和”，大量反哺黑色腐植酸、腐植酸低碳肥料是不二选择。对走进新时代的腐植酸人而言，创立“腐植酸低碳肥料与土壤碳中和”产业模式是第一要务，包括腐植酸原料安全、绿色生产、标准先进、施用方便、计碳精准、评价有据、成果可考等各个环节必须低碳化，让整个产业链实现温室气体零排放，直至实现“土壤碳中和”。为此，尽快建立“腐植酸低碳肥料与土壤碳中和”的数学模型、技术路径、经济模型、产业配套政策、国际化合作等产业化发展（研究）体系，科学推进“土壤碳中和”行稳致远。

5 结语

当前，全球性蔓延的新冠肺炎疫情，给我们上了一堂构建人类命运共同体的大课。气候变化危机带来的危害远比新冠肺炎疫情更可怕，人类必须改变现有生产生活方式，加快推进全球碳中和目标早日实现。在“工业节能减排——工业碳达峰——工业碳中和——土壤碳中和——反哺腐植酸低碳肥料”的低碳行动中，让肥事说出农业土壤气候变化大事，腐植酸低碳肥料行业底气十足、大有作为。

（本文系学习2021年1月25日习近平主席在世界经济论坛“达沃斯议程”对话会上的特别致辞中关于“加强生态文明建设，确保实现2030年前二氧化碳排放达到峰值、2060年前实现碳中和的目标”重要思想的研究成果。）