“土壤固碳潜力表征方法与主要农耕区碳汇潜力研究”项目隶属国土资源专项“我国地质碳汇潜力研究”，由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所刘应汉教授级高工主持完成，项目编号1212010060205。该项目以我国已完成的160余万平方千米多目标区域地球化学调查和土壤第二次普查有关碳数据为基础，对比研究国内外固碳潜力概念与表征方法，深入分析了我国土壤碳库空间的分布格局，从现代碳循环的理论和碳元素地球化学背景角度，构建了主要农耕区碳汇潜力的估算模型，估算了主要农耕区土壤的碳汇潜力，探索了我国土壤固碳的途径，为国家应对全球气候变化战略的制订提供依据。
1．土壤固碳潜力概念的厘定与表征方法研究
通过对国内外土壤固碳潜力概念的总结，将土壤固碳潜力的概念归纳为两种，即未来最大固碳量和未来最大固碳量与当前碳量差值。前者“潜力”包含了当前的碳量，后者则不包括当前碳量。研究认为潜力是指潜在的能力，即未表现出来的能力，它不应该包含当前的碳量，土壤固碳潜力是指土壤未来最大固碳量与当前碳量差值。鉴于国内外研究者目的不同，对潜力的出发点条件也不相同，将土壤固碳潜力定义为：在一定条件下，土壤将来可能达到的碳饱和水平或土壤可能容纳的最大碳量与当前土壤碳量之差。针对我国上世纪70年代末开始的第二次土壤普查和本世纪初开始的多目标地球化学调查两次区域性海量土壤碳数据，研究提出了土壤未来可能达到的固碳潜力和理论固碳潜力（最大固碳潜力及管理可达到潜力）两种可对比的土壤固碳潜力表征方法。
2．农耕区土壤碳汇潜力的估算方法
针对我国多目标地球化学调查获得的海量土壤碳数据，研究了典型的碳平衡法估算未来可能达到的潜力；从碳元素地球化学背景出发，提出按照土类分别进行统计的地球化学背景上限法估算土壤最大固碳潜力和管理可达到潜力。
碳平衡法：首先根据一定区域（各省多目标区）从第二次土壤普查到多目标地球化学调查土壤有机碳含量变化趋势，按照土类分别统计模拟各种土壤有机碳碳变化量和初始含量（二普）之间的拟合关系曲线，获得土壤有机碳量变化量为0 时对应的土壤有机碳量即为调查区该类土壤有机碳饱和值；再利用获得的碳饱和含量减去当前含量进行统计计算农耕区未来可能达到的碳汇潜力。
地球化学背景上限法：在多目标调查区按土壤种类分别进行土壤有机碳含量地球化学统计，首先以土壤有机碳含量累积频率的97.5%作为有机碳饱和含量计算农耕区最大固碳潜力；其次以迭代剔除均值±2倍标准差获得同种土壤有机碳含量均值加2倍标准差作为该类土壤碳饱和值，计算管理可达固碳潜力。
3．通过对典型土壤固碳潜力研究，获得了9种典型土壤碳量分布特征
对黑龙江黑土、沼泽土，吉林暗棕壤，山东棕壤，河北褐土，安徽水稻土，江西、湖南红壤，海南砖红壤，青海栗钙土等9省9种典型土壤30个试验区耕地、休耕地和荒地等土地利用方式进行三年的研究显示，河北褐土，山东棕壤，湖南、江西红壤，青海栗钙土，安徽水稻土等土壤碳量呈增加趋势，其中河北、山东增加明显；黑龙江黑土、沼泽土，吉林暗棕壤土壤碳量则呈下降趋势。9种典型土壤以沼泽土、暗棕壤、黑土碳量相对较高，棕壤、褐土相对最低。同种土壤，耕地、休耕地和荒地三种不同土地利用方式，沼泽土和湖南红壤休耕地潜力最大，棕壤、褐土、江西红壤耕地潜力最大，暗棕壤、水稻土、砖红壤和栗钙土荒地潜力最大。9种典型土壤198条土壤统计显示从表层到深层，有机碳量呈指数递减分布，但0～0.2m、0～0.3m深有机碳平均储量分别是0～1m深碳储量的39.0%和51.3%，略低于国内外研究的41%和54%。
4．土壤固碳潜力影响因素及团聚体与有机碳作用机制研究取得了新的认识与发现
土壤理化性质、气温、降水、土地利用方式和施肥管理等土壤固碳潜力影响因素间既相互关联、又存在拮抗作用。土壤有机碳含量一般与N、P正相关，与PH负相关，但吉林暗棕壤与PH不相关；9省典型土壤有机碳与总碳呈线性关系说明有机质的增加直接影响土壤碳储量；有机碳与SiO2在吉林暗棕壤呈显著负相关，而青海栗钙土则显著正相关。不同种类土壤，其粒度组成与碳量密切相关：粟钙土、水稻土、褐土、黑土和沼泽土有机碳最高值出现在细大团聚体颗粒A2（2-0.25 mm）中， 红壤、砖红壤和棕壤有机碳最高值出现在粉黏微团聚体M2（< 0.053 mm）中，而暗棕壤的最大值出现在粗大团聚体A1（>2mm）颗粒组中。
5．查明了我国东部主要农耕区土壤碳量分布特征及二十余年来的增减变化
总体上，我国农耕区北方有机碳平均含量高于南方。其中0.2m深表土有机碳平均含量由大到小依次为黑龙江三江平原2.66%>青海2.04%>黑龙江松嫩平原1.66%>湖南1.59%>江西1.38%>吉林1.24%>安徽1.16%>海南1.05%>河北0.832%>山东0.829%；1m深土壤有机碳含量则为青海1.35%>黑龙江1.14% >湖南1.02%>江西0.87%>吉林0.83%>安徽0.73%>海南 0.67%>河北0.61%>山东0.57%。九省69.4万km2的农耕区，从1979年土壤第二次普查到2003年开始的多目标地球化学调查，二十余年来，表层土壤有机碳增加了79.3Tg，增加最大的地区为黑龙江三江平原，增加了182Pg，其次为河北、山东，分别增加了118Tg和51Tg，表土有机碳减少的地区为吉林省（269Tg）、黑龙江松嫩平原（30.3Tg）、海南（11.5Tg）和青海（9.2Tg）。
6．圈定了主要农耕区土壤碳汇源区
根据第二次土壤普查和多目标区域地球化学调查资料，完成了黑龙江松嫩平原、三江平原、吉林、河北、安徽、江西、湖南和青海等省多目标调查区及山东和海南省共69.4万平方千米多目标调查区土壤碳汇源区的圈定。9省研究结果显示，黑龙江三江平原、安徽、湖南、江西、河北、山东等省农耕区总体为碳汇区，其中三江平原、河北、山东碳量增加明显；黑龙江松嫩平原、吉林、青海、海南等省农耕区为碳源区，黑龙江松嫩平原、吉林农耕区碳量减少相对明显。
7．系统精确估算了我国东部主要农耕区碳汇潜力
根据土壤第二次普查和多目标地球化学调查两次区域性有关碳的资料，利用碳平衡方法按照土壤分类，对9省多目标区表土统计计算了在近二十余年来有机碳发展态势下，未来可能达到的固碳潜力有540Tg，并估算了可能达到的时限。其中山东省碳汇潜力最大为2.5亿吨，时间52年，其次为黑龙江三江平原的2亿吨和湖南的1.5亿吨，时间分别为35年和145年。吉林、海南和青海总体为碳源区，吉林表土有机碳量未来可能减少1.2亿吨。利用地球化学背景上限法按照土类系统估算了9省农耕区土壤最大固碳潜力和管理可达潜力。9省主要农耕区土壤0～0.2m、0～1m、0～1.8m深最大固碳潜力分别为2.45Pg、7.24Pg和11.55Pg；而管理可达固碳潜力则为0.77Pg、1.89Pg和3.03Pg。
本项研究在厘定土壤固碳潜力概念的基础上，不仅精确计算了黑龙江、吉林、山东、河北、安徽、江西、湖南、海南、青海等9省农耕区表土碳量，而且系统地估算了未来可能达到的碳汇潜力，表土、1m、1.8m深土壤最大碳汇潜力和管理可达到的潜力，获得区域性系统成果，为迅速获得我国农耕区国家尺度的碳汇潜力系统成果提供了方法，为增汇行动提供了数据支撑。调查研究成果不仅可作为政府部门决策的依据，同时还将增加我国环境外交谈判筹码，最大限度地增加我国土壤的固碳潜力。
