《碳汇形成分类与计算评估方法学概论》连载之十六

编者按  为给全国煦丰碳中和组织各级工委，国内985、211、双一流等高校，全球碳排放权、碳汇交易机构提供全球范围内的碳汇形成分类和碳汇计算评估方法学专业理论知识和具体实践办法，全国煦丰碳中和知识产权组织和《碳同化碳中和组合物光合溶剂、其制备方法及其应用》发明专利发明团队编著了中共中央国务院新质生产力杰出代表/煦丰碳中和技术培训系列教材之九《碳汇形成分类与计算评估方法学概论总目录》。本教材总目录共分37章172节570分节。今天发布的是：

《碳汇形成分类与计算评估方法学概论》连载之十六

第16章

作物碳汇分类及

计算评估方法学

作物碳汇是农业碳汇的重要组成部分，核心是指农作物通过光合作用吸收大气中的二氧化碳，并将其固定在植株生物体（如根、茎、叶、果实）和土壤中的过程、活动或机制。这种固碳能力使农业生态系统具备“碳银行”的功能。

下面帮助你快速了解作物碳汇的主要种类及其核心机制。

第01节  碳汇种类/核心机制

一、农田土壤碳汇

土壤有机质通过保护性耕作、秸秆还田、增施有机肥等措施，将碳以有机质的形式稳定储存在土壤中。

二、作物生物量碳汇

植株本身（地上与地下部分）作物通过光合作用将二氧化碳转化为自身的有机物，形成临时或长期的碳储存。作物碳汇按照其收获的生物量特点可分为：

（一）粮食作物碳汇：包括谷类、豆类、薯类等三大类。

（二）蔬菜作物碳汇：包括叶菜、根菜、茎菜、果菜、花菜等六大类。

（三）经济作物碳汇：包括田瓜、油料、糖料、纤维、饮食等七大类。

（四）林果作物碳汇：包括浆果、核果、仁果、柑橘、热果等五大类。

（五）药材作物碳汇：包括菌藻、花蕊、叶片、全草、果实等八大类。

三循环利用碳汇

农业废弃物（如秸秆）将秸秆等废弃物资源化利用（如还田、生产生物质能），避免焚烧排放，并将碳返还土壤。

第02节  如何增强作物碳汇能力

增强作物碳汇能力的关键在于改进农业管理实践，核心目标是增加碳输入、减少碳输出。以下是一些有效的技术路径：

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一、保护性耕作

减少或免去翻耕，保留作物残茬覆盖地表，可以保护土壤结构，降低土壤有机质的分解速度，从而减少碳排放并促进碳储存。

二、科学的作物管理

实施合理的作物轮作、间作套种，以及在农闲期种植覆盖作物，可以持续向土壤输入有机物质，提高土地利用率，增加系统的整体碳吸收量。

三、有机物料还田

将作物秸秆等农业废弃物粉碎后直接归还土壤，是增加土壤有机碳最直接有效的方式之一，避免了焚烧带来的污染和碳排放。

四、精准施肥

精准施用煦丰光合液，在保障作物生长的同时，有助于持续提升土壤有机质含量。

第03节  作物碳汇计量与价值实现

准确计量和实现其价值是推动作物碳汇发展的关键。

一、计量挑战与技术创新

准确量化农业碳汇面临动态复杂性、成本与标准等挑战。目前正发展更经济可靠的监测方法，如利用卫星遥感、物联网传感器等技术进行动态监测。

二、生态与经济效益

增强作物碳汇能力能提升土壤肥力、保水能力和生物多样性，直接减少大气温室气体浓度。经核证的碳汇量可转化为碳信用在市场上交易，为农民带来额外经济收益，形成“绿变钱、钱促绿”的良性循环。

第0节  展望：绿变钱/钱促绿

作物碳汇将农业生产从传统的“碳源”角色，转变为应对气候变化的积极力量。随着中国“双碳”目标的推进，农业碳汇正逐步被纳入碳交易市场。这意味着，通过科学管理产生的、经核证的碳汇量可以转化为碳信用进行交易，为农民带来额外经济收益，形成“绿变钱、钱促绿”的良性循环。

第05节  作物碳汇计算评估方法学

作物碳汇是农业碳汇中最活跃、最复杂也最需要厘清的部分，因为它的核心矛盾在于：作物既是碳汇（吸收CO₂），又是碳源（农产品被消耗后快速释放），同时还需要区分短期碳汇和气候效益。

下面我为您系统梳理作物碳汇的计算评估方法学，包括其特殊定义、核心框架、具体方法以及关键争议点。

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一、特殊定义：区分“固碳”与“储存”

在碳汇评估中，作物碳汇不能简单地等同于“作物光合作用吸收的CO₂”。必须明确两个概念：

（一）净初级生产力（NPP）：作物通过光合作用吸收的碳总量（这是毛碳汇）。

（二）净生物群系生产力（NBP）或净生态系统碳平衡（NECB）：才是真正的净碳汇。它等于NPP减去作物收获移出量、凋落物分解、土壤呼吸、管理排放。

（三）关键判断标准：

1.如果作物被收获作为食物/饲料：其体内的碳在短期内（<1年）会被人类或动物呼吸排出，不构成稳定的碳汇。这部分碳可称为“碳流通”而非“碳存储”。

2.如果作物残茬（秸秆、根系）被保留在土壤中并转化为稳定的土壤有机碳（SOC）：这才是真正具有气候意义的碳汇。

3.结论：作物碳汇的核心不在于“长出了多少庄稼”，而在于“有多少碳从作物转移到了土壤并长期稳定下来”。

二、作物碳汇的计算框架：基于碳收支平衡

作物碳汇的评估基于以下碳收支方程：

\[\text{作物净生态系统碳汇}=\text{NPP}-R_h-H- L-E_m\]。其中：

（一）NPP（净初级生产力）：作物整个生育期通过光合作用固定的总碳。

（二）R_h（异养呼吸）：土壤微生物分解有机质释放的CO₂。

（三）H（收获移出）：籽粒、秸秆（若被移除田外）中的碳。

（四）L（淋溶与侵蚀损失）：以溶解有机碳或颗粒形式流失的碳。

（五）E_m（甲烷排放）：水稻田产生的甲烷（强温室气体，需折算为CO₂当量）。

（六）计入国家/项目碳汇清单：\(\text{ΔSOC}\)（土壤有机碳的长期净增加），加上当年的生物量。

三、计算评估的具体方法学

作物碳汇的评估方法按尺度可分为样地实测法、通量观测法、过程模型模拟法和生命周期评估法（LCA）。在碳交易项目（如中国CCER农业碳汇）中，最常用的是土壤碳储量变化法（直接增汇）和排放抵消法（替代减排）。

（一）直接方法：土壤有机碳（SOC）储量变化法

这是唯一被国际碳市场（如VCS、GS、CCER）广泛认可的核算方法。

1.核心逻辑：直接测量土壤中碳含量在管理措施（如免耕、秸秆还田、有机肥施用）实施前后的变化。

2.计算公式：\[\text{SOC}_{\text{annual}}=\frac{\text{SOC}_{t2}-\text{SOC}_{t1}}{t2-t1}\times\text{BD}\times\text{Depth}\times\text{Area}\]

（1）SOC_t：时间点的土壤有机碳含量（g C/kg 土壤）。

（2）BD：土壤容重（g/cm³）。

（3）Depth：规定深度（通常0-30 cm，农业项目0-30或0-50 cm）。

（4）校正：需考虑土壤质量变化，不能简单用浓度差异代替储量差异。

3.优点：直接测量，可信度高。

4.难点：

（1）检测信号弱：耕作层SOC的年变化率通常仅为0.1-0.5 t C/ha/yr，远低于自然噪声（空间变异），需要长期定点监测（>5-10年）和高密度采样。

（2）时间滞后：管理措施（如免耕）的增碳效果可能需要3-5年才出现统计显著性。

（二）间接方法：碳足迹/生命周期评估（LCA）法

这种方法将作物碳汇放在整个农业系统中计算碳净通量。

1.公式：

\[\text{净碳汇}_{农业系统}=\text{（残体还田长期固碳量）}-\text{（化肥、农机、灌溉耗能碳排放）-\text{（N₂O/CH₄排放）}\]

2.应用：核算“种了多少碳、排放了多少温室气体”的净效果。

（三）模型模拟法

1.代表模型：

（1）Century/DayCent（最常用，模拟土壤碳氮动态）

（2）DNDC（脱硝-分解模型，专门刻画碳氮循环）

（3）RothC（土壤碳周转模型，简单易用）

2.原理：输入气候、土壤、管理数据（耕作、施肥、灌溉、秸秆还田量），模型模拟SOC的长期变化。

3.优点：无需长期实测，可预测不同情境下的碳汇潜力，是碳汇项目设计的重要工具。

4.局限：模型参数多，依赖本地化率定，运行结果的不确定性需要通过实测数据验证。

（四）通量观测法

1.涡度相关法（Eddy Covariance）：安装通量塔直接持续测量田块的净生态系统碳交换量NEE。

2.处理方式：NEE本身是全部碳通量的净结果（包括光合和呼吸）。为单独提取“作物碳汇”，需扣除土壤呼吸、其他管理排放。

3.作用：作为模型和反演算法的验证数据，但不直接用于交易核算（太昂贵、维护难）。

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四、实操建议：针对不同类型作物/项目的核算方法

（一）旱作大田（玉米、小麦、大豆）：土壤碳储量变化法+秸秆还田系数法核心是还田秸秆转化为稳定SOC的比例（年转化率≈5-15%），需当地参数校正。

（二）水稻田：土壤碳储量法+甲烷排放核算同步核算CH₄排放（用IPCC系数或模型）。CH₄排放可能抵消SOC增汇效应。

（三）多年生牧草/绿肥：涡度相关法/NPP-根冠比-周转模型。植物根系是长期碳输入的主要来源，需重点核算地下碳输入量及稳定化系数。

（四）碳交易项目（如CCER）：土壤有机碳储量变化法（必选）。必须遵照《碳汇造林项目方法学》/《农业碳汇方法学》，由政府或行业协会制定统一核算准则。需第三方核查。