腐植酸低碳肥料與碳達峰

曾憲成 李 雙

中國腐植酸工業協會 北京 100120

2021年10月24日，中共中央國務院印發《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰、碳中和工作的意見》，26日國務院發布《2030年前碳達峰行動方案》（以下簡稱《方案》）。《方案》特別指出“推進農業農村減排固碳”，對腐植酸低碳肥料行業既是機遇、也是挑戰。通過“大量反哺腐植酸低碳肥料——提高肥料利用率減少碳排放——減少化肥施用量減少碳排放——提高農作物增產固碳、增加土壤有機質儲碳控碳能力”的科學機制，讓“黑色腐植酸、腐植酸本色肥料從土壤中來到土壤中去”的土壤固碳增碳和低碳化路徑尤為重要。

1 何謂腐植酸低碳肥料

認識腐植酸來自土壤（揭示自然），工業化利用腐植酸來自煤炭（利用自然）。通過反哺腐植酸低碳肥料，構筑“土肥和諧”新關系，對協調“土壤—肥料—作物”之間的養分平衡供給及減少農業二氧化碳（CO2）等溫室氣體排放具有十分重要意義。

1.1 腐植酸基本概念

腐植酸由動植物殘體，主要是植物殘體，經過微生物分解和合成，以及地球物理、化學的一系列相互作用過程形成的一類富含羧基、酚羥基、醌基、羰基、甲氧基等多種活性官能團的非均一脂肪-芳香族無定形有機弱酸混合物[1]。腐植酸主要從風化煤、褐煤、泥炭中活化、提取和分離，還可從潔凈的生物質資源中轉化而來[2]。腐植酸根據分子量大小可分為黑腐酸、棕腐酸和黃腐酸[1]。

1.2 腐植酸低碳肥料基本概念

所謂低碳肥料，是指肥料生產過程低能耗且通過施用該肥料能提高化學肥料利用效率、減少化學肥料施用量，從而有效減少CO2等溫室氣體排放的肥料。腐植酸是地球碳循環的重要一環，是土肥和諧的構造者，是經過長期實踐證明的低碳肥料。腐植酸低碳肥料系指通過工業活化提取的腐植酸營養效素，在“兩機互補”理論的指導下，按照“土壤—肥料—作物—環境”全產業鏈低碳化要求，集成大量、中量、微量以及有益元素，生產符合養分最大化、產出高效化、土壤生態化的低碳肥料，以達到減少肥料碳排放直至實現肥料碳中和的目的[3]。

1.3 腐植酸低碳肥料顯著特點

腐植酸低碳肥料的作用特點：（1）直接作用于土壤有機質提升、養分高效利用、作物品質提高；（2）其生態性在于調節土壤系統、生物系統和環境系統之間的物質循環、能量轉換和信息傳遞，以維護土壤健康為目的；（3）顯著特點在于生產和使用過程中節能減排、提高肥料利用率、穩碳固碳、調節土壤碳庫[3]。

2 腐植酸低碳肥料與碳達峰

關注碳達峰碳中和，必須關注農業，農業碳排放占三分之一且還在繼續。關注農業必須關注土壤和肥料，因為土壤有機碳庫是大氣碳庫的2倍多，而肥料占種植業碳排放總量60%以上[4]。據此，實現碳達峰碳中和目標，開創農業固碳和低碳行動刻不容緩，反哺腐植酸低碳肥料是當務之急。

2.1 我國農業碳排放特征

根據跨政府組織（IPCC）統計數據顯示，農業所產生的碳排放量僅次于化石燃料，是全球溫室氣體的第二大來源，約占碳排放總量的1/3[5]。聯合國環境規劃署的調查報告顯示，2019年全球碳排放總量達到了591億噸CO2[6]，較2018年增加了38億噸增幅高達6.87%。2021年11月4日，聯合國環境規劃署發布的《2021年適應差距報告》指出，更新版國家氣候承諾加之其他氣候變化減緩措施，會導致世界步入“本世紀末全球升溫2.7 ℃”的軌道，這遠高于《巴黎協定》設定的溫控目標，并將引發災難性的氣候變化。我國作為全球最大的溫室氣體排放國，工業碳排放一直被政府節能減排工作所關注，占全國總量17%的農業碳排放不容忽視[7]。根據1997—2018年我國31個省區農業碳排放的時空演變特征分析，（1）我國農業碳排放量總體呈現波動上升趨勢，稻田為第一碳源；（2）我國農業碳排放的區域差距較大，碳排放較低的省區呈擴大趨勢，碳排放較高的省區有所收縮；（3）我國農業碳排放量總體上表現出東中部高、西部低的空間分布格局，而碳排放強度的空間布局則相反；（4）我國大部分省區的農業碳排放呈現增長態勢，地區差距有所擴大，但“兩極分化”現象逐漸消失；農業碳排放分布狀態穩定性高，內部流動性低；（5）我國農業碳排放與農業經濟發展之間多處于弱脫鉤和強脫鉤狀態，強脫鉤狀態的省區在空間格局上逐漸替代弱脫鉤狀態占據絕對主導地位。雖然大量已有的研究結果表明，我國碳排放增速已明顯放緩，但我國農業仍然處于高消耗、高排放的發展階段[8]。

2.2 我國肥料碳排放長期居高

近年來，伴隨著我國農業生產規模化與集約化程度的不斷提升，能源需求量持續增加，其所導致的碳排放量也居高不下。雖然2015年以來國家出臺一系列減肥增效政策使得我國農業碳排放總量由2016年的8.85億噸降至2018年的8.7億噸[9]，降幅為1.69%，但肥料碳排放占比仍是大頭。2018年，我國種植業碳排放總量為7850.39萬噸，其中排放量前三位的化肥、農膜、農藥引致的種植業碳排放量依次為5246.48、1308.58、815.46萬噸，分別占種植業碳排放總量的66.83%、16.68%、10.38%，三者碳排放占種植業總碳排放量的94%，而施用化肥導致的碳排放量更高達總碳排放量的2/3[10]。現列舉我國6個代表性農業大省和設施園藝農業-肥料碳排放情況，見表1。

表1 我國7個代表性農業-肥料碳排放案例Tab.1 Seven representative cases of agriculture and fertilizer carbon emissions in China

基于農業-肥料碳排放的研究結果來看，雖然不同省份碳排放總量區域差異明顯，但通過控制化肥使用量是遏制我國農業碳排放的重要措施。顯然，“低碳”已經成為化肥行業不可回避的必答題。

2.3 腐植酸低碳肥料“加減法”

直面化肥，得兩頭算。既要減少肥料碳排放，又要增加土壤碳固定，利用腐植酸加減化肥，即提質增效化肥，又減量化肥投放，還穩定土壤碳庫，腐植酸低碳肥料最具說服力。

2.3.1 腐植酸低碳肥料“減法”

以尿素為例：生產端，每生產1噸尿素約需1.4噸原煤；消費端，投向土壤，作物利用率約為40%，絕大部分溫室氣體排向大氣。這是氮（N）的賬，還有磷（P）、鉀（K）的賬緊跟其后。腐植酸系土壤生命之所在。腐植酸與化肥構效，提氮，解磷，促鉀。讓腐植酸與化肥“聯姻”，利用“兩機互補”，集結“兩個最大”，智造腐植酸低碳肥料，一來化肥氮利用率可高達70%，二來減少常規化肥施用量可達30%以上，以此倒逼化肥生產端減少煤炭一次性消耗，同時重構“土肥和諧”新關系，為碳達峰、碳中和之低碳肥料首選。

（1）生產端減排。從化肥生產源頭控制排放來說，每生產1 kg腐植酸，可節能約62500 kJ，折合2 kg標煤，相應少排5.6 kg CO2、0.09 kg SO2和0.7 kg NO2[18]。按照2019年，化肥施用量為5403.59萬噸（實物量），如果全部使用腐植酸肥料（腐植酸含量按5%計算），可節能約1.69×1014kJ，折合540.36萬噸標煤，相應減少CO2排放1513.01萬噸、SO2排放24.32萬噸和NO2排放189.13萬噸[19]。

（2）消費端減排。腐植酸可平均提高肥料利用率10個百分點以上，相當于當今肥料利用率凈增30%～40%，同時可以抑制土壤硝化率60%，減少33.5%～65.0%氨損失。以2019年我國氮肥施用量1930.21萬噸（折純量），加入腐植酸后按利用率提高30%計算，則可減少氮肥施用量279.06萬噸（折純量）[19]；在農業生產過程中，按照所施氮肥0.5%是以NxO形式損失[20]，那么腐植酸氮肥則減少NxO 9.65萬噸。依據IPCC《氣候變化2014：影響、適應和脆弱性》N2O的增溫潛勢為CO2的265倍[21]，相當于減少2557.25萬噸CO2排放。

（3）應用端效果。根據影響農田生態系統中碳匯及碳源的因子分析，糧食作物的產量與碳吸收具有明顯的正相關關系，但蔬菜水果的產量與碳吸收呈現負相關[22]。以甜玉米種植碳排放分析為例。顏曉軍等[23]通過對華南酸性紅壤區春播和秋播甜玉米種植過程中的碳排放構成因素分析，甜玉米有機替代單位產量碳排放量為0.36～0.41 kg/kg，相比于農戶常規施肥處理下降9.6%～15.0%，說明通過肥料減排切實有效。如果應用腐植酸低碳肥料，減排成效會越來越大。腐植酸、腐植酸肥料產品可提氮解磷促鉀，于小麥、玉米、水稻三大糧食作物對癥下藥，可達到事半功倍的效果，見表2。

表2 腐植酸肥料與三大糧食作物補氮、補磷、補鉀應用案例Tab.2 Application cases of humic acid fertilizer in three major grains to supplement nitrogen, phosphorus and potassium

2.3.2 腐植酸低碳肥料“加法”

腐植酸是土壤有機質的核心，土壤有機質下降會造成土壤中的碳以CO2的形式釋放到大氣，導致大氣中溫室氣體含量增加，影響氣候變化，使土壤從“碳匯”轉為“碳源”。全球2 m深土壤有機碳庫高達24000億噸，每年因土壤有機物質生物分解釋放到大氣的總碳量為680億噸，是化石燃料燃燒釋放到大氣中碳的11.3倍。據調查統計分析，美國陸地1 m深土壤有機碳約有740億噸，而我國只有美國的一半左右，土壤儲碳潛力巨大。通過與土壤同根同源的腐植酸低碳肥料反哺，快速提高土壤有機質含量，進而提高土壤固碳效率，將成為“土壤固碳”行動的有生力量。

（1）腐植酸低碳肥料蓄碳。2019年我國現有耕地耕層（20 cm）有機碳超過43億噸，如果按照每年4‰提升，則需要增加5.5億噸/年以上有機碳。通過反哺腐植酸低碳肥料，逐步建立起富含腐植酸的土壤團粒結構，增加土壤有機碳的含量，增強土壤碳匯能力，實現土壤“碳截留”。大量田間應用研究表明，腐植酸低碳肥料與傳統化肥相比，可促進不同類型土壤中團聚體、特別是水穩性團聚體的形成，大大增強土壤團聚體的穩定性，0.01～0.05 mm粒級微團聚體百分含量可提高35.10%，土壤水穩性團聚體百分含量可提高6.30%～10.14%，土壤總有機碳積累量可增加31.00%～120.00%[19]。

（2）腐植酸低碳肥料吸碳。地球上所有植物吸收了人類排放大約30%的碳。通過腐植酸協調土壤微生物的生命活動，使其與植物光合作用相配合，增強植物固碳能力，將空氣中的CO2牢牢封存在土壤之中，減少碳排放。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5403.59萬噸，實物量），腐植酸含量按5%計算，則植物吸收CO2量增加6.48億噸，約占2019年全球碳排放量330億噸的2%[19]。

（3）腐植酸土壤固碳抵消潛力巨大。根據聯合國糧農組織于2021年12月5日“世界土壤日”發布的全球土壤碳儲量圖，地表以下30 cm范圍內的土壤里含有約6800億噸碳。農田土壤是重要的“儲碳庫”，占土壤總碳儲量的8%～10%。基于我國當前農業管理模式，農田土壤有機碳庫的年增加量為2500多萬噸，相當于近1億噸CO2當量。據估算，到2030年全球農業技術減排潛力大約為每年55～60億噸CO2，其中大約89%可通過土壤固碳來實現[33]。據此，通過腐植酸低碳肥料土壤固碳+作物儲碳，可以抵消碳排放。

面對農業-肥料碳達峰碳中和行動，腐植酸低碳肥料首屈一指。我們需要加大與土壤同根同源的腐植酸低碳肥料反哺力度，深耕細作“土壤—肥料—作物”這塊大的“責任田”，為早日實現碳達峰碳中和目標貢獻力量。

3 腐植酸低碳肥料碳交易市場前景可期

在實現碳達峰和碳中和過程中，碳排放權交易（以下簡稱“碳交易”）是不可忽視的關鍵路徑。未來，腐植酸低碳肥料進入碳市場可期。

3.1 農業低碳化的重要性

聯合國糧農組織在《糧農組織的戰略工作：可持續糧食和農業》研究報告中指出：“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。”這反映出農業進入和參與到碳減排與碳交易的框架體系不可或缺。

據聯合國糧農組織統計，農業用地釋放的溫室氣體超過全球人為溫室氣體排放總量的30%，相當于每年產生150億噸CO2；農業生態系統可以抵消掉80%因農業導致的全球溫室氣體排放量。有關學者研究指出，目前中國按農作物面積計算，年凈吸收CO2約22.8億噸。實現碳中和，農業減排固碳既是重要手段，又大有潛力[34]。

2021年7月8日，《農民日報》第3版刊發了一篇《實現“雙碳”目標需將農業納入碳交易市場》文章，強調將農業納入碳交易市場是大勢所趨，需在思想認識、目標協同、方法開發、試點探索等方面下足功夫。文章建議：①提高全社會對農業碳減排、碳交易的思想認識；②協調“雙碳”目標、糧食安全目標和農民增收目標；③加強農業相關減排方法學的開發與應用；④有序推進農業納入全國碳市場。

雖然目前我國開展的碳匯項目主要包括森林碳匯、草原碳匯、海洋碳匯等，涉及農業的碳匯項目較少。但是，農業進入碳市場，開創碳匯交易已經不是可有可無、或早或晚的事情，而是當務之急。一方面，通過開展農業碳交易，能夠充分發揮市場機制在資源配置中的作用，以農業低成本推動碳減排。另一方面，通過碳市場購買碳配額、碳匯是實現自身“凈零排放”的重要手段，有助于解決企業、自然人達成碳中和的“最后一公里”問題。

3.2 化肥碳達峰碳中和行動在即

在國家層面，自2011年10月國家發展改革委印發了《關于開展碳排放權交易試點工作的通知》后，①2012年6月13日，國家發展改革委印發了《溫室氣體自愿減排交易管理暫行辦法》，支持農林碳匯、畜牧業養殖和動物糞便管理等申請作為溫室氣體自愿減排項目，目前正在修訂中；②2019年，生態環境部在《關于政協十三屆全國委員會第二次會議第0660號（資源環境類047號）提案答復的函》中指出“鼓勵和支持農業溫室氣體減排交易”，并明確表示“研究推進將國家核證自愿減排量納入全國碳市場”的政策設想；③2021年3月，生態環境部和農業農村部聯合印發的《農業面源污染治理與監督指導實施方案》明確提出要探索開展“點源-面源”排污交易試點，這也從國家層面對于將農業減排納入排污權交易試點提供了政策依據。

在地方層面，各大碳交易試點省份相繼開展了農業碳交易實踐，鼓勵農村沼氣等項目通過抵消機制進入市場交易。例如，①在湖北省脫貧地區產生的碳減排量中，已有217萬噸進入碳交易市場，為地方發展帶來了5000多萬元的收益；②2021年6月25日，江蘇省南京市地方標準《生態系統生產總值（GEP）核算技術規范》正式實施。該標準是江蘇首個“GEP核算標準”，立足南京實際，選取生態物質產品、生態調節服務、人居文化等一級指標，以及農業產品、土壤保持、大氣維持與改善等18個二級指標，每項指標給出計算公式，通過統計數據、現場調查和當地文獻資料來獲取數據，完成核算。

成熟的碳市場充分反映了邊際減排成本和外部成本，能夠實現增強碳定價的科學性和有效性。國家和地方政策的出臺與實踐活動的推進，彰顯了各地積極開展農業碳交易的決心。目前，雖然農業尚未納入中國碳排放權交易體系，但農業減排項目可以參加溫室氣體自愿減排碳交易活動。相信在不久的將來，農業自愿減排碳交易市場將活躍起來。

3.3 腐植酸低碳肥料碳交易市場前景

“十三五”期間，我國開展了化肥零增長行動計劃，累計減少化肥施用量超過1200多萬噸。如果按照2015年的排放強度計算，僅化肥減量這一項帶來的減排量就超過4200萬噸CO2[34]。當前，我國增施腐植酸低碳肥料和減施化肥的潛力至少在20%以上，未來5～10年，腐植酸低碳肥料占農業使用的比例將提高至30%以上。可以預見，大力推廣和應用腐植酸低碳肥料，不僅有利于農業污染的持續減排，也必然會成為助力碳達峰目標實現的重要推動力。

自2013年開始，北京、上海、湖北、廣東、深圳、天津和重慶7個碳交易試點市場陸續開市。2021年7月16日，全國碳交易市場在上海正式啟動。根據上海環境能源交易所統計顯示，全國碳市場開盤價48.00元/噸，最高價52.80元/噸，最低價48.00元/噸；首日成交量410.40萬噸，成交額逾2.1億元，成交均價51.23元/噸。截至2021年12月22日，全國碳市場碳排放配額累計成交量1.4億噸，累計成交額58.02億元。可以預見，將腐植酸低碳肥料納入碳交易市場潛力巨大，影響深遠。

必須指出，目前，國家已備案的方法學清單中，與農業直接相關的方法學還很少。對此，建立腐植酸低碳肥料碳減排計算方法，構建腐植酸低碳肥料規范標準和方法學，為肥料進入碳交易市場做好基礎性工作迫在眉睫。

4 結語

當前，我國實現2030碳達峰、2060年碳中和目標壓力巨大，農業固碳減排潛力巨大。腐植酸低碳肥料從生產到使用過程，致力于土壤穩碳固碳、肥料節能減排、作物增綠儲碳，促進農業低碳化發展，是農業固碳減排的重要一環。面對全球碳市場利好，希望腐植酸低碳肥料行業抓住機遇，全面投身到“提升生態系統碳匯增量”與“實施化肥農藥減量替代計劃”之中，讓肥事說出氣候變化大事，充分展現腐植酸低碳肥料行業的責任擔當。