世界城市建設環境下的耕地土壤低碳化管理對策分析

趙永志，1958年生，北京市土肥工作站站長、推廣研究員、農業部耕地質量建設與管理專家指導組成員，主要從事土壤肥料資源管理及高效利用研究

1 首都建設世界城市的提出

1.1 中國城市化快速發展為世界城市建設提供了環境條件

聯合國發布的《世界城市化展望(2009年修正版)》報告稱：“中國的城市化水平從1980年的19%躍升至2010年的47%，預計至2025年將達到59%。”目前中國有特大城市近50座，大都市、都市圈、城市群大規模快速形成，這為世界城市的產生提供了良好的區域背景。特別是金融危機以來中國政府更加注重經濟發展方式轉變與經濟結構調整，積極穩妥地推進城鎮化，提升城鎮化質量，有效啟動內需，進一步增強經濟增長的活力和動力，這為中國的世界城市建設提供了良好的政策支撐背景。

1.2 世界城市的特征與本質

國務院參事、亞洲低碳經濟促進會會長牛文元分析歷史進程和當前世界形勢指出：“世界城市”是指具有特定的人口數量、空間規模、經濟強度、社會成熟度、人居適宜度、環境緩沖能力、生態自凈能力和文明推進能力的城市，少了哪一條都不能成為“世界城市”。同時，“世界城市”還要具有國際優勢、制度優勢、社會優勢、生態優勢、文化優勢的領袖氣質。因此世界城市從本質上講是國際政治的影響中心、戰略資源的價格形成中心、產業發展的國際引領中心、國際文化的傳播中心、時尚潮流的國際領導中心[1]。

1.3 北京建設世界城市正當其時

中國經濟增速長期以來保持全球領先，當前中國經濟總量位居世界第二，經濟影響力已經遍及全球。作為全球最大的發展中國家的首都，北京是全球最大和人口最多的發展中國家首都，其正處于快速城市化、現代化、國際化的進程當中，并處于城鄉一體化和城市區域一體化快速發展的關鍵階段。在此背景下，北京市在《北京城市總體規劃(2004～2020)》中明確提出，要“以建設世界城市為努力目標，不斷提高北京在世界城市體系中的地位和作用，進一步發展首都經濟，不斷增強城市的綜合輻射帶動能力”。2010年1月25日，在北京市十三屆人大第三次會議上，建設世界城市被寫入了市政府工作報告，北京正式拉開了建設世界城市的序幕。

2 低碳城市和低碳文明是北京建設世界城市的良好模式和必然選擇

資源與能源、生態環境、城鄉發展和全球氣候變化等問題是對新時期北京建設世界城市的嚴峻挑戰，也是當前發展中國家在快速城市化、工業化和現代化進程中的共同挑戰，而這些問題最終都直接或間接地歸結為能耗與排放問題。發展中國家一方面需要較大容量的溫室氣體排放，以促進生產發展和生活水平提高；另一方面若不采取積極有效措施控制和減少排放，則會逐步陷入對“高投入、高排放、低效率”經濟增長方式的過度依賴，屆時再進行產業結構調整和經濟方式轉變則會困難重重，成本代價更加高昂。作為最大的發展中國家首都，北京如果能積極應對挑戰，平衡好經濟增長與生態環境、發展與排放的關系，形成一套成熟的低排放高增長的發展模式，不僅對中國本身具有積極的示范意義，而且對于廣大發展中國家來講也是一個值得廣泛借鑒的先進模式，這本身就會奠定北京世界城市的世界號召力地位。因此，積極推動北京城市低碳減排和高效快速發展，塑造城市低碳發展文明，是北京世界城市地位奠定的良好途徑，也是建設世界城市進程中應對挑戰的必然戰略選擇。

3 低碳型都市農業是低碳城市的有機組成部分

農業是溫室氣體的第二大重要來源[2]，如何減少農業溫室氣體排放量并探尋減排方法已經成為當務之急。從應對氣候變化來看，農業是一、二、三產業中唯一能夠通過管理措施的改進，由“碳源”轉變為“碳匯”，從而為減緩氣候變暖作出積極貢獻的產業。

生態農業、循環農業和低碳農業是當前世界各國發展現代農業所關注的熱點模式，三者均以可持續發展為目標，但在內涵上還存在明顯的差異。張秀明等通過對比分析認為，循環農業為生態農業的高級階段，包含生態農業所表述的內容[3]。而低碳農業，是從應對全球氣候變化角度而提出的一種低能耗、低溫室氣體排放和高固碳型農業，是生產功能與生態功能、生活功能和氣候環境調節功能互相協調和互相促進的綜合型農業模式。因此，低碳農業是一種比生態農業、循環農業概念更廣泛的概念[4]，由于其進一步關注農業對環境的影響而使其涉及的對象范圍更加全面系統，更具有長遠的可持續發展理念內涵。隨著全球城市化進程的快速發展，都市區成為人類生產、生活、區域或全球生態、氣候環境矛盾最為集中體現的區域，化解矛盾的良策只能是也必須是考慮包括環境在內的、更加長遠的可持續發展模式，因此對現代大都市可持續發展貢獻較大的都市型現代農業而言，低碳農業是較為科學的良好發展模式。

4 耕地土壤低碳化管理是發展低碳農業的核心

趙其國等總結認為耕地釋放出大量的溫室氣體，主要包括以下幾個方面：農業和畜牧業導致的森林減少；水稻土壤長時間淹水形成厭氧條件，產生并排放CH4；過量施用氮肥造成農田土壤N2O的排放；家畜糞肥處理過程引起CH4和N20的排放以及生物質燃燒等[2]。全球農田土壤面積達133800萬hm2，土壤碳儲量達140Pg～170Pg，占到全球陸地碳貯量的10%，是一個潛在的巨大碳庫[5]。全球人類活動每年向大氣中釋放3.3 Pg C[6]，農業土壤對大氣溫室氣體的累積貢獻巨大，積累量占人類活動釋放到大氣中CO2的1/4[7]。Bruce等認為同期美國和加拿大僅農業土壤固碳就可達到60Tg C/a，相當于兩國在京都協議上承諾每年減少CO2排放總量的15%[8]，因此針對農業土壤推行低碳化管理是發展低碳農業一個重要方面。

5 都市區耕地土壤低碳化管理的路徑分析

5.1 耕地低碳化管理的技術路徑

5.1.1 增施有機物料 促進土壤結構固碳

據研究，作物秸稈還田（4500kg#8226;hm-2）1年后，土壤有機碳增加0.3 g#8226;kg-1（相對增加量為18%），連續還田10年，比對照增加1.2g#8226;kg-1（相對增加量為19%）[9]。石灰土壤上16年的試驗表明，長期施用有機肥可顯著提高土壤及復合體有機碳含量，并有更多碳進入水穩性復合體，施有機肥促使水散性組復合體減少，而水穩性復合體增加，因此這對形成穩定良好的土壤結構是有重要意義的。另一方面，土壤團聚體結構對土壤中有機碳具有保護作用[10]，是土壤碳存儲的基本機制和重要條件。目前北京市耕地土壤有機質平均為15.16g#8226;kg-1，與全國25.1 g#8226;kg-1（2009年國家肥力監測點數據）相比，北京耕地土壤的儲碳固碳潛力巨大。所有增加向土壤的碳輸入、促進土壤碳固定和減少土壤存儲碳分解的技術措施均有利于耕地土壤碳匯功能的實現。另據調查，2008年北京市有機廢棄物總量達2543萬噸，其中，人糞尿和畜禽糞便量占有機廢棄物總量的80%，達到2046萬噸；生活垃圾其次，為326萬噸，占總量的12.8%；第三位秸稈產生量為150萬噸。據估計，農作物秸稈只有30%得到了再利用[11]，家畜糞尿平均回田率僅為43.6%。因此北京市有機物料的資源量巨大，可以采用直接還田、翻埋還田或堆漚腐解還田等多種方式增加回田率，這對促進耕地土壤固碳具有十分重要的意義。

5.1.2 實施氮磷減量與限量控制技術 逐步減少化肥依賴

逯非等[12]在綜合考慮氮肥使用的固碳和排放效果后認為，氮肥可以增加作物產量，并能通過增加土壤碳輸入達到固碳的效果。過量的氮肥并不能固持更多的有機碳，只會增加土壤N2O的排放和氮肥生產溫室氣體的排放；同時綜合其他多項研究認為，提高氮肥效率，在保證產量的前提下適當減少氮肥的生產量和施用量，采用有機肥替代部分氮肥，都對減緩全球變暖有益。磷素肥料不同于氮素肥料揮發損失，其進入土壤會被固定，即使按作物需要合理推薦施肥，長期施用也會產生富集問題，最終導致營養失衡，影響作物穩產增產，并造成面源污染等環境風險。因此京郊農業應大力做好測土配方科學施肥技術的普及工作，推行化肥減量、有機無機科學配比、CO2氣體肥等新型低碳綠色肥料施用等技術，努力提高肥料的利用效率，特別是隨著經濟效益好的設施農業生產中，由于化學肥料的相對低成本，使得化肥投入更加傾向于高水平，而忽視利用率問題，最終會不利于土壤凈減排的實現。

5.1.3 推行節水與水肥一體化技術 實現資源節約與增效減排

現代農業抽水灌溉是促進作物增產的重要措施，因作物增產而增加了土壤有機質輸入而利于土壤固碳，特別是北方干旱半干旱地區。但是由于抽水灌溉消耗能源所引起的溫室氣體排放可抵消土壤固碳效益的56.7%～66.0%，另外，由于灌溉使土壤濕度加大，這也為反硝化過程排放更多溫室氣體N2O創造了條件，從而使得該措施在減少大氣溫室效應方面前景有限，還有其他一些造成排放的因素存在[12]。另一方面，大都市區水資源非常匱乏，推行包括工程節水和農藝節水在內的全方位農業節水技術，提高農田水資源利用效率，既可以節約水資源，又可以節省化石燃料消耗，特別是推行水肥一體化技術，可以顯著提高水肥的作物利用效率，達到節水、節肥、保產或增產的目的。從某種程度上講，都市區推行全方位的低碳節水技術，遠比南水北調等大工程遠距離輸水更有意義。近年來北京市已經探索了不少良好的低碳節水模式，如采用抗旱品種、等雨播種等技術，實現玉米免灌或少灌；在設施蔬菜地推廣滴灌施肥、隨機灌溉，提高滴灌使用率；利用溫室大棚膜面、園區屋頂路面等良好的集雨條件，修建集雨窖、配置提水泵等，補充灌溉用水，減少地下水開采等。

5.1.4 推行保護性耕作技術 實現最佳儲碳固碳功能

頻繁的傳統耕作往往破壞土壤的團聚體結構，使土壤有機質暴露出來，解除了原有土壤團聚體對有機碳的保護[13]。而美國CTIC定義的保護性耕作由于至少保持了30%的土壤表面有機殘體覆蓋，減少引起水土流失的任何耕作和栽培系統，避免由于水土流失引起土壤有機碳的減少，促進了土壤團聚體的增加而增加碳的存儲。另外，少、免耕等保護性耕作由于減少了耕作中農業機械操作的次數而節約了化石燃料的消耗，實現CO2減排。但是從長期來看，免耕也許并不利于有機殘體進入土壤更深層次，實現更多的碳儲藏，適度的土壤耕作使得土壤與有機殘體混合而促進土壤團聚體的形成，從而對新加入有機碳進行保護，因此在有機肥或有機殘體覆蓋情況下少耕或者隔幾年深松是實現碳固定的更好方式。

5.1.5 發展綠肥種植技術 實現農田覆蓋治裸與固碳增匯

我國農業生產曾長期保持綠肥種植的習慣，當前我們需要重新認識恢復和發展綠肥種植的重要意義。綠肥是清潔的有機肥源，不存在像化肥和畜禽糞便中重金屬等殘留物問題，可以活化和富集深層土壤養分到表層，提高肥料利用率，減少化肥用量，實現節能減排；另外，綠肥種植和還田還可以改善土壤結構，大幅增加土壤有機質含量；同時恢復和發展多種方式綠肥種植可以治理都市周邊裸露農田，有效阻止因風蝕與水蝕導致的土壤質量退化與土壤有機碳損失。北京都市區應重點在沙源區、春玉米種植的季節性裸露農田、京西北部等山區裸露耕地、果園開展綠肥種植，積極推廣春玉米—二月蘭景觀冬綠肥種植、果園—生草—養殖等生態低碳種養模式，加快促進都市區農業逐步形成生物高效固碳、翻壓還田增碳、減少侵蝕保碳、減少化肥施用排碳的生態環保型綠肥種植農業輪作模式。

5.1.6應用草炭型栽培基質替代技術 就地利用廢物資源和保護穩定碳庫資源

都市區是園藝市場發達地區，按照北京現有人口數量、每三口之家年消費3盆花卉估算，則年花卉需求量達到200萬盆，采用無土基質栽培，則年基質需求量為30萬m3，這還不包括育苗、溫室栽培過程中以及其他各種園藝種植對基質的需求量，目前不少經濟作物也逐步轉向基質栽培，基質需求量逐年增加。由于目前基質配方多為草炭型，隨著市場基質的大量需求，已使許多草炭產區開采過度，甚至濫挖亂采，對其他區域生態環境破壞嚴重，使原本穩定固存的土壤碳大量分解損失；另一方面，都市區農業有機廢棄物資源利用率卻僅有30%～50%，大量資源閑置得不到利用，產生無效的溫室排放。因此，應積極利用農業有機廢棄物開發草炭替代型基質配方和規模生產加工工藝的研究與技術推廣，具有保護草炭資源固碳功能，提高農業廢氣物資源循環利用率的巨大潛力。

5.2 耕地低碳化管理的實施路徑

5.2.1 積極引導 理念先行

意識觀念的更新與發展是低碳型都市農業、低碳城市乃至世界城市發展目標落到實處的先導和前提，必須先行開展。就農業耕地而言，推行耕地資源的低碳化管理與利用首要的就是觀念的破舊立新。首先，各級領導部門和領導應站在建設世界城市的高度來重新認識包括耕地管理在內的都市農業生產、生態、生活和環境功能的意義與價值，重視發動媒體、科研、技術推廣等部門宣傳培養社會各層面的低碳化發展理念；促進科研機構和技術推廣部門跳出僅將農業或耕地作為生產功能的單一研究思路和技術服務思路；推動社會公眾進一步加深農業或耕地對于城市美好生活、城鄉協調發展和生態環境保護意義的認識，更加關注其發展狀況；引導一線農業生產者逐步體會到農業生產中重視耕地低碳化管理與利用，發揮農業生態、生活和環境友好功能所帶來的發展機會與益處，促使其主動采用生態安全、循環低碳和環境友好型新技術或替代技術。

5.2.2 因地制宜 科學規劃

推動都市區耕地低碳化管理應從世界城市建設的長遠目標出發，但這是一項復雜的系統工程，會受到不同區域資源特征、生態環境條件、經濟發展水平、城鄉發展矛盾等諸多因素的制約；正因為如此，更不能貿然推行某項或某些技術措施或政策，應按照系統工程設計的要求，組織相關部門或單位廣泛深入調研區域特征，科學規劃不同區域耕地低碳化管理分階段目標、實施策略、步驟、進度與效果管理，只有這樣才能確保耕地低碳化管理的有效推進。北京都市區可以從都市型現代農業三大圈層功能區域角度來確定推行目標的設定、技術組合選擇、政策制定與實施。另外，低碳化管理規劃中需特別注意區域優勢作物、設施種植中受效益驅使而盲目高水肥、低利用方式的高耗能碳排放問題的應對。

5.2.3 政策保障 機制創新

5.2.3.1 積極制定耕地低碳化管理科研資助政策

目前中國的氣候變化應對研究項目中農業科學和農業經濟學專題研究還嚴重滯后。而IFPRI、歐盟和澳大利亞的農業經濟課題組對此作了前瞻性研究，目前這些機構此類課題都獲得巨額資助。圍繞世界城市建設，推動都市區耕地管理的低碳化必須將科學研究作為第一要務，只有通過系統全面的科研工作來摸清耕地資源管理和利用背景，發現關鍵問題，才能夠抓住重點，實現技術研發創新或引進吸收。特別是耕地土壤固碳機制、管理過程的固碳減排方法、固碳與減排量的估算、不同區域耕地土壤固碳減排如何與城鄉發展相協調等問題，受認識與經費制約，在理論研究和技術成果應用等方面尚存在較大不足，這對耕地實施低碳化科學管理非常不利。因此，政府部門必須盡快研究制定這方面的科研資助規劃政策，對耕地低碳化管理所涉及的理論機制、技術研發、技術引進吸收、人才培養、國際交流合作等各方面提供必要的資金與政策支持，并通過組建專門的研究團隊、技術創新小組，為耕地低碳化管理技術提供必要的和可持續的智力支持。

5.2.3.2 建設耕地管理碳計量與監測體系

耕地低碳化管理要落到實處，必須建立可計量、可跟蹤、可評估的制度體系。應在研究基礎上構建耕地碳計量評價標準、估算方法模型，在全市主要農田區域設立長期定位監測點，培訓觀測技術人員，逐步完善構建監測計量管理體系，為各種低碳化管理技術開發完善、政策制定與實施提供基礎支持和評估評價。北京市可在當前耕地質量長期定位監測網絡（170個監測點）與管理體系上進行建設改造，通過擴充監測指標、完善監測設備、改進監測技術和配備耕地低碳管理專業監測人員，可以較快推動初步計量監測工作的開展。

5.2.3.3 探索實施耕地管理減排增匯補貼政策

耕地的生態、生活、環境屬性屬于公共物品屬性，因此耕地資源與多元功能的保護成本存在成本分擔和補償問題。應積極制定和構建耕地低碳化管理的生態環境補貼機制，配合分期規劃出臺補貼政策，引導各方面力量積極參與推行耕地低碳化管理。2009年北京市出臺了《關于促進生態涵養發展區協調發展的意見》，提出在嚴格控制全市排放總量的前提下，探索建立城區和山區之間關于排放控制指標的碳交易制度，即碳排放量高的城區在享受生態效益的同時，將拿出一部分經濟效益，對生態保護區即山區進行補償。這事實上是將生態環境作為資源探索實踐市場交易機制，為耕地碳減排增匯補貼政策提供了參考案例。

5.2.3.4 健全耕地資源保護與質量建設管理法律法規制度

耕地土壤是城鄉發展與宜居生活的基礎性資源，同時也是固碳減排、環境緩沖功能發揮的基本空間，沒有一定數量和質量耕地資源的嚴格保護與持續建設，就很難確保城鄉的協調可持續發展，當然也無法持續發展低碳農業，實現都市型現代農業應有的多元功能價值。因此，對于耕地資源十分有限的都市區而言，必須制定和執行更加嚴格的耕地管理法律法規制度，明確保護與建設的具體責任部門或單位，建立有效的激勵機制、獎罰機制，嚴禁非法占地、占優補劣等行為，依照“誰破壞誰受罰，誰保護誰收益”的原則落實法律法規制度，目前這方面尚存在責任不明，執行操作困難等問題，急需加強研究制定工作。

5.2.3.5 建立耕地低碳化管理的多方合作機制

耕地低碳化管理相當長時期內需要以政府為主導，組織引導產學研共同參與，加強技術成果轉化與應用推廣、農業產業結構調整與功能轉變、低碳綠色消費市場培育等各方面的工作。由于耕地本身涉及工農業、城鄉、人與自然等各個方面的關系，因此推行耕地低碳化管理必須要突破行政界限開展區域協調合作，打破國家界限開展國際交流與合作，打通行業間隔；促進人才、技術、資源的整合，積極構建包括政府部門、科研機構、教育機構、技術推廣部門、生產企業與農戶的多方合作機制，共同分享耕地低碳化管理利用的益處，共同分擔耕地低碳化管理的責任和義務，為低碳綠色科技創新機制、合作機制、成果轉化應用機制、人才培養機制、利益分配機制、成效評價考核機制和激勵機制的創新提供組織保障。

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