抓铁有痕：土壤碳中和之腐植酸低碳肥料

曾宪成 李 双

中国腐植酸工业协会 北京 100120

地球碳循环，腐植酸算一环。生物圈碳库，土壤碳库最大。土壤碳库，腐植酸最大[1]。解决土壤储碳控碳问题，离不开腐植酸。稳定土壤碳库，肥料投放影响最大。稳定和补充土壤碳库，腐植酸低碳肥料优势明显。20 多年来，我们持续开展“维土革命”[2]、“净土洁食工程”[3]、“培育土壤肥力产业”[4]，倡导“两机互补”[5]、“黑白交慧”[5]、“两个最大”[5]、“三化效应”[6]、“土肥和谐”[6]等理论，提出“土壤气候变化”[6]问题，直至推进“双碳”目标实现，一直走在“让腐植酸从土壤中来到土壤中去”的反哺路线上，初心始终不改。严格来讲，稳定土壤碳库必须稳定土壤腐植酸，否则土壤碳平衡无从谈起。

1 何谓抓铁有痕？

实现碳达峰、碳中和是一场硬仗。2021 年3月15 日，习近平总书记主持中央财经委第九次会议时强调，“实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局，拿出抓铁有痕的劲头，如期实现2030 年前碳达峰、2060 年前碳中和的目标。”为全行业开展肥料碳达峰、土壤碳中和提出了要求、指明了方向。

面对肥料碳达峰、土壤碳中和这项重大工程，腐植酸行业要做到抓铁有痕，必须始终坚持“让腐植酸从土壤中来到土壤中去”的反哺路线不动摇，通过大量反哺腐植酸低碳肥料，持续努力，持续加劲，把增强土壤储碳控碳能力的“施工图”变为土壤碳中和的“实景图”。唯有如此，铁和痕就“咬合”上了。

2 何谓土壤碳中和？

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平衡土壤碳库，土壤腐植酸碳是土壤稳碳固碳的基石[1]。

工业革命前，土壤中每年积累的腐植酸类物质碳（占土壤有机碳80%）≈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[6]。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，化肥是重点。近40 年来，化肥向土壤投放占居第一位，导致土壤储碳控碳能力大幅下降，土壤碳库严重失衡，土壤富碳机能大大降低。

近7 年来，国家持续开展“化肥零增长”（2015年）——“化肥负增长”（2019 年）——“化肥减量化”（2020 年）行动，充分说明了国家转变化肥投放政策的连续性不可逆。

3 何谓腐植酸低碳肥料？

腐植酸是土壤的核心物质[7]，还是土壤的“储碳器”[8]。工业化利用腐植酸主要从风化煤、褐煤、泥炭中活化、提取和分离，还可以通过其他工艺手段从洁净的生物质资源中转化而来[9]。研究表明，煤炭腐植酸与土壤腐植酸的物理特性、化学组成、分子结构及分子量范围，具有一致的应用特性[2，3，10]，是补充土壤碳库最大的绿色动力资源库。

腐植酸低碳肥料，系指通过工业活化提取的腐植酸营养效素，在“两机互补”理论的指导下，按照“土壤—肥料—作物—环境”全产业链低碳化要求，集成大量、中量、微量以及有益元素，生产符合养分最大化、产出高效化、土壤生态化的低碳肥料，以达到稳定土壤碳库直至实现土壤碳中和的目的。

腐植酸低碳肥料直接作用于土壤有机质提升、养分高效利用、作物品质提高；其生态性在于调节土壤系统、生物系统和环境系统之间的物质循环、能量转换和信息传递，以维护土壤健康为目的；其显著特点在于生产和使用过程中节能减排、提质增效、稳碳固碳、调节土壤碳库。

4 反哺腐植酸低碳肥料有着充分的理论依据

20 多年来，全行业通过大量反哺腐植酸低碳肥料，扩蓄增容土壤碳库，积极探索肥料碳达峰、土壤碳中和，取得了丰硕的实践经验和扎实的理论成果。

（1）“两机互补”理论。腐植酸肥料产业基于“土壤腐殖质营养理论”（泰伊尔）[11]和“植物矿质营养理论”（李比希）[12]二者的结合，形成了“腐植酸有机-无机营养供给理论”[13]，既满足了腐植酸肥料产业发展阶段的需要，又适应了化肥工业转型、促进肥料行业高质量发展的需要，简称“两机互补”理论。即，以有补无，以无补有，有无互补。

（2）“两个最大”理论。基于“两个最大”公约数，即对土壤碳库和肥力而言，腐植酸是土壤中最大的“储碳库”和衡量土壤肥力的“金标准”[14]；对作物养分外供而言，化肥是植物养分外供最大的“给养库”[15]。“腐植酸+化肥”是构筑“土肥和谐”的基石，也是打造“肥料工业4.0”时代的基石，抓住两者就等于抓住了肥料高质量发展。

（3）“黑白交慧”理论。“黑”（腐植酸）是构建“土肥和谐”的功能因子，“白”（化肥）是构筑“土肥和谐”的养分材料[16]。通过“黑白交慧”，让黑色腐植酸将白色化肥转化成为黑色肥料还土壤本色[17]。

（4）“腐植酸肥料三大创新”理论。腐植酸肥料的“三大创新理论”是指“植株叶面环境控制理论”“作物根际环境调控理论”“土壤生态环境控制理论”，即腐植酸是懂得植株肢体语言的肥料、腐植酸是作物通根活络的肥料、腐植酸是缔造土壤房子的肥料[18]。

（5）“土肥和谐”理论。“土肥和谐”即土离不开肥，肥离不开土，土肥一家亲[6]。与此同时，通过开展“土壤碳中和”行动，将进一步建立和完善其理论体系。

5 反哺腐植酸低碳肥料抓铁有痕亟待五轮驱动

反哺腐植酸低碳肥料，推动肥料碳达峰、土壤碳中和，是当前全行业义不容辞的光荣使命。做好这项工作，需要五轮驱动、协同发力，才能达到举一反三、抓铁有痕的效果。

5.1 腐植酸低碳肥料是发展气候智慧型农业的客观要求

根据跨政府组织（IPCC）统计数据显示，农业所产生的碳排放量仅次于化石燃料，是全球温室气体第二大来源[19]。我国作为全球最大的温室气体排放国，工业碳排放一直被政府节能减排工作所关注，但占全国总量17%的农业碳排放不容忽视[20]。农业碳排放主要是指农业（种植业）生产过程中由于化肥、农药、能源消费，以及土地翻耕过程中所直接或间接导致的温室气体的排放。研究表明，由于全球范围内长期和大面积垦殖，不仅使土壤碳库和大气碳库之间的碳循环平衡遭到破坏，而且造成大量土壤有机碳被氧化并以CO2等形式释放到大气中去，增加了温室气体排放。增加农田土壤固碳潜力已作为评价土壤肥力、缓解CO2释放的重要手段之一[21，22]。

土壤有机碳的演变是一个长期而复杂的过程，这一过程受很多因素的影响，施用有机肥是调控土壤有机碳的重要措施之一[23]。研究发现，化肥使用是造成旱作农田生产碳排放的关键因素之一，降低化肥使用对旱作农田生产低碳化有重要意义[24]。其中，施用有机肥或有机无机肥配施是提高土壤有机碳含量、培育土壤肥力的有效措施[23，25]。施入有机肥不仅可以提高土壤团聚化作用、改善土壤理化性质及养分状况[26]，还可以显著提高作物产量和土壤有机碳含量，而且土壤有机碳的截获速率与有机物料的施入数量和质量密切相关[27]。

综合考虑影响农田土壤固碳能力和碳汇水平的因素，以肥料管理最为关键，减排效果也最明显[24，28，29]。据统计，我国农业碳排放总量从2000年的6565.37 万吨增长到2018 年的9081.90 万吨，增加2516.53 万吨，年均增长率1.84%。其中，化肥占农业碳排放总量的56.61%[19]，说明通过控制化肥使用量对遏制我国农业碳排放具有巨大意义。通过腐植酸低碳肥料反哺，于土壤固碳最直接、最智慧、最安全。我们必须强调，是有机质不一定是腐植酸，是腐植酸一定是最好的有机质。

5.2 腐植酸低碳肥料是土壤碳中和的有生力量

过去40 多年，种植业生产大规模攫取，土壤自然碳储存能力严重下降。目前，以土壤腐殖质丰厚、碳储量巨大的东北黑土地为例，东北黑土层已由开垦初期的80 ～100 cm 下降到20 ～30 cm，并以每年剥蚀0.3 ～1.0 cm 的速度流失，有机质以平均每年0.1%的速度下降[30]。相比黑土层的高速剥蚀，黑土的形成过程相当漫长，每形成1 cm 黑土层大约需要300 ～500 年时间。若不加以控制，3 ～4 万年自然条件下形成的黑土地，其生命力最多维持100 年。可见，加大黑土地土壤有机质补偿，是解决历史遗留“债务”的必然要求。2015—2021年，中央一号文件连续7 年，一再强调要保护东北黑土地。

土壤有机质下降会造成土壤中的碳释放到大气，导致大气中CO2含量增加，影响气候变化，使土壤从“碳汇”转为“碳源”[31～35]。相对于其他土壤类型，东北黑土区更容易受到扰动，其微小变化都对气候变化产生重要影响[36～38]。对此，从黑土地储碳的现实需求出发，快速补充和提升黑土地有机质既紧迫又重要。

土壤学家认为，土壤有机物通过自然矿化/腐殖化作用形成腐殖质——腐植酸，少则两三年，多则一百年。大量科学研究和反复田间实践结果证明，工业开发利用腐植酸可以缩短有机质的腐熟化时间，使之当年受益甚至当季当期受益。对此，通过与土壤同根同源的腐植酸低碳肥料反哺，快速提高土壤有机质含量，进而提高土壤固碳效率，让“腐植酸从土壤中来到土壤中去”的反哺作用更加有力，将成为“土壤碳中和”行动的有生力量。

5.3 腐植酸低碳肥料结合形式多样化

“腐植酸+大中微量营养元素及有益元素”的普适性已成公论。（1）腐植酸+大量营养元素。腐植酸与氮肥结合，可以减少氮素损失，提高氮肥利用率；腐植酸与磷肥结合，可以活化磷，提高磷肥当季利用率；腐植酸与钾肥结合，可以活化钾，促进作物对钾的吸收[39]。产品结合形式：腐植酸+氮=腐植酸氮肥，还有腐植酸尿素、腐植酸铵；腐植酸+磷＝腐植酸磷肥；腐植酸+钾＝腐植酸钾肥；腐植酸+……[4]。（2）腐植酸+中量营养元素。腐植酸通过吸附、螯合、络合、离子交换等作用，对中量元素起到储存、保护和增效作用，减少土壤中量营养元素固定，提高养分利用率，促进作物吸收[39]。产品结合形式：腐植酸+钙＝腐植酸钙肥；腐植酸+镁＝腐植酸镁肥；腐植酸+硫＝腐植酸硫肥；腐植酸+……[4]。（3）腐植酸+微量营养元素。腐植酸作为螯合剂和表面活性剂，可以提高微量元素的肥效，促进作物对微量元素的吸收利用。同时，腐植酸、黄腐酸作为螯合剂，其性价比优于其他类型产品[39]。产品结合形式：腐植酸+铁＝腐植酸铁肥；腐植酸+锰＝腐植酸锰肥；腐植酸+锌＝腐植酸锌肥；腐植酸+……[4]。（4）腐植酸+有益元素。腐植酸通过吸附、络（螯）合、氧化还原等作用，可以活化、增效有益元素利用，提高有益元素的肥效，促进作物对有益元素的吸收[39]。产品结合形式：腐植酸+硅＝腐植酸硅肥；腐植酸+硒＝腐植酸硒肥；腐植酸+钠＝腐植酸钠肥；腐植酸+……[4]。（5）腐植酸+有益微生物。腐植酸与有益微生物复配，一方面腐植酸可以促进微生物的生长繁殖，增强有益微生物活性；反之促进腐植酸进一步分解和合成，以利于植物吸收和生长。两者结合，优势互补[40]。产品结合形式：腐植酸＋固氮菌=腐植酸固氮菌肥；腐植酸＋溶磷菌=腐植酸溶磷菌肥；腐植酸＋解钾菌=腐植酸解钾菌肥；腐植酸＋……[4]。以上5项“腐植酸+”法，可通过二元、多元、复合、掺混、有机/无机……多面（项）融合，以实现养分最大化为目的。

5.4 腐植酸低碳肥料应用成果越来越丰富

40 多年前，腐植酸肥料在农业上的“五大作用”（国发〔1979〕200 号），大家耳熟能详。之后，“四剂功能”（抗旱剂、生长调节剂、农药缓释增效剂和化学元素络合剂）[41]、“三化效应”（低碳化、生态化、优质化）[42]、“两高三少”（肥料利用率高、作物产量高、施肥用量少、施肥次数少、有害气体排放少）[43]、“三剂化”（肥料增效剂、土壤调节剂、根际刺激生长剂）[43]等应用成果层出不穷。特别是2015 年国家开展“化肥零增长行动”以来，农田一线呈现出来的应用成果丰富多彩。截至2020 年底，在151 种国内科学期刊上，腐植酸肥料田间应用试验成果发表了615 篇文献，在增产增收、提质增效、提高氮肥利用率、提高土壤肥力、改善土壤环境等方面获得了38 项田间试验成果，见表1。

可见，通过反哺腐植酸低碳肥料，增强土壤活力，提升土壤肥力，稳定“腐植酸—土壤—碳库”收支运转，调节大气碳平衡，为缓解温室气体排放等方面发挥了重要作用。

5.5 腐植酸低碳肥料减排效益十分显著

实践证明，从生产到使用过程，腐植酸低碳肥料致力于土壤稳碳固碳、肥料节能减排、作物增绿储碳，促进农业低碳化发展。（1）从土壤稳碳固碳作用来看：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，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%，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%[44]。（2）从节能减排效果来看：如果2019 年我国化肥施用量5403.59 万吨（实物量，下同）全部为腐植酸肥料（腐植酸含量按5%计算），按照每生产1 kg 腐植酸可节能约62500 kJ（折合2 kg 标煤）、相应减少排放5.6 kg CO2、0.09 kg SO2和0.7 kg NO2[39]计算，则2019 年肥料生产可节能约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[44]；同时，抑制土壤硝化率60%，减少33.5%～65.0%氨损失[45]。如果按照2019 年我国氮肥施用量1930.21 万吨（折纯量）全部使用腐植酸氮肥，加入腐植酸后利用率提高30%计算，则2019 年可减少氮肥施用量279.06 万吨（折纯量），减少 NxO 损失9.65 万吨[44]（按照所施氮肥0.5%是以NxO 形式损失[46]）。（3）从作物增绿储碳效果来看：如果2019 年我国化肥全部施用腐植酸肥料，按照每施用1 kg 腐植酸植物吸收CO2量增加240 kg[47]计算，则还可以增加植物吸收CO2量6.48 亿吨，约占2019 年全球碳排放量330 亿吨的2%[44]。对此，在“土壤碳中和”行动中，充分发挥黑色腐植酸、腐植酸低碳肥料稳碳固碳压舱石的作用至关重要。

表1 38 项腐植酸肥料田间应用试验成果统计表Tab.1 Statistical table of 38 humic acid fertilizer field application test results

6 结语

腐植酸是土生土长的气候因子。关注气候变化必须关注土壤气候变化，关注土壤气候变化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。以“碳减排”为杠杆，充分发挥腐植酸低碳肥料产业的内生作用，推动肥料产业高质量发展，促进农业-肥料碳减排，让肥事说出土壤气候变化大事[48]，腐植酸低碳肥料行业底气十足。开展肥料碳达峰、土壤碳中和行动，大量反哺腐植酸低碳肥料时不我待。