2020年9月，中国政府在第七十五届联合国大会上提出“碳达峰”、“碳中和”目标。越来越多的人开始关注这个领域，越来越多的专家梳理碳中和的意义和其存在的发展机遇。“碳中和”已不仅仅是一个概念，它更是一种行动。在当前绿色转型时期，为了我们的绿色生态环境，它需要大家共同的努力！而这个过程，会让我们有更多的科学探索和发现。

“生态环境探索”微平台，推出“碳中和目标下的绿色行动”专题，我们会陆续推出与之相关的科研动态及专家观点。

曹凑贵：华中农业大学教授，国家教学名师，“万人计划”领军人才。

专家观点：

全球变暖是当前及未来人类社会面临的主要环境挑战。如何协调作物高产、高效与环境保护的关系正是我们所面临的难点，而建立一套高产、高效、绿色低碳与环境保护等多目标并重的生产体系是解决这一问题的关键。为实现绿色低碳生产，不仅要生产、经营观念和理念的转变；更依赖于作物品种、土壤培肥、作物栽培、农机农艺等科技创新。——曹凑贵

访谈

1.问：曹老师您好！近30多年来，全球气候变化和农业科技进步对我国耕作制度影响越来越明显。我国农作物生产的主要矛盾正在由粗放发展的数量增长型向绿色发展的质量效益型转变。面对这样的转变，我们如何协调作物高产与环境保护？

曹凑贵：近30年来，随着农业科技的发展与应用,我国农作物单产持续增加，粮食等主要农产品实现了由长期短缺向总量平衡、丰年有余的历史性跨越，但农药、化肥的施用量大幅度增加，导致土壤破坏、营养失衡，农药、化肥的残留量在环境中不断上升，不仅影响农产品的数量与质量，也造成环境污染。因此，在提高作物产量和经济效益的同时，最大限度地降低资源消耗及环境污染成为我国农业可持续发展的必然要求。

如何协调作物高产、高效与环境保护的关系正是我们所面临的难点，而建立一套高产、高效、绿色低碳与环境保护等多目标并重的生产体系是解决这一问题的关键。为此，我们要摒弃“高投入、高产出、高污染、低效益”的超高产作物生产模式，转变生产方式，发展生态农业、绿色农业、循环农业、低碳农业，向周年要产量、向系统要产量。

转变作物生产方式，应该从作物生产系统的可持续性上寻找突破口，考虑农田植物-动物-微生物等相互关系及整体性，注重气候-土壤-作物的相互影响及协同性，一方面保持作物系统良好的生物多样性，避免作物生产远离自然生产过程、过度依赖无机能源的投入；另一方面保证养分资源的高效利用，避免面源污染。为实现绿色低碳生产，不仅要生产、经营观念和理念的转变；更依赖于作物品种、土壤培肥、作物栽培、农机农艺等科技创新。

2.问：在当前的“碳中和”目标下，如何构建一种既能保持农业发展和生产能力，又能实现固碳减排和缓解气候变化的绿色发展新模式是我们现在非常迫切的一项艰巨任务？从科研角度出发，我们的研究会随之有哪些调整？研究重点会在哪里？

曹凑贵：农业活动排放了46%的CH₄、73%的N₂O，主要来源于水稻、牲畜生产和施肥。我国水稻种植面积大，稻田CH₄排放量6.15Tg，占全国的17.9%、占农业的35.8%，占世界稻田的37.6%。研究表明，随着水稻生产的发展，稻田土壤有机质下降、水稻生产投入增加、稻田温室气体排放上升，因此，水稻绿色低碳发展，关系到我国“双碳”战略目标。

为了既保持水稻生产能力，又实现水稻生产固碳减排，我们需要明确稻作系统增加土壤碳汇、减少碳排放、降低生产消耗、循环利用生物质的固碳减排潜力及机制，明晰不同农艺措施对稻田碳排放、碳固定、碳效率和碳库特性的影响规律，革新传统稻作技术，构建低碳稻作新模式，推动水稻走绿色低碳发展之路。

3.问：农业的固碳减排是国家实现碳中和目标的重要环节。水稻种植作为农业温室气体排放的重要来源，同时也是温室气体吸收的重要渠道。您指出，通过农艺措施实现水稻增汇减源是低碳稻作的发展方向？

曹凑贵：是的。水稻生产具有“碳汇”、“碳源”双重功能。碳汇表现为水稻光合作用将大气CO₂和水合成碳水化合物储存在植株体，并以根茬、秸秆及凋落物形式通过碳转移至土壤中；碳源表现为直接碳排放和间接碳排放，直接碳排放是指水稻、土壤及微生物等因呼吸作用产生CO₂、CH₄及N₂O等温室气体，约占水稻生产碳排放总量的60%；间接碳排放是种子、化肥、农药、农膜、机械燃油生产及运输等环节产生CO₂，约占碳排放总量的40%。

无论是碳汇、还是碳源，农田碳循环转化过程都受到水稻种植农艺措施直接和间接影响，为了强化碳的生物小循环，控制碳的地球化学循环，实现稻田固碳减排，其控制途径主要有4个方面；一是增加农田生态系统的碳汇；二是减少农田生态系统的碳排放；三是控制碳的生产性输入及消耗；四是提高农田生态系统的碳利用效率。因此，我们提出“增汇、减排、降耗、循环”的低碳稻作策略。

4.问：那我们可以总结一下，您讲到少（免）耕、秸秆还田、氮肥减施、间歇灌溉及稻田种养等农艺措施均可实现碳盈余。是否表明通过合理农艺措施、优化布局稻作模式，就能够提高水稻生产的碳中和水平？

曹凑贵：耕作、施肥、灌溉等农艺措施对土壤碳循环的影响都具有双面性，一方面有利于碳固定、另一方面促进碳排放，碳固大于碳排放即为碳盈余，盈余越多，碳中和水平也越高。我国南方水稻主产区碳中和状态为-1.52～1.75 Mt，可能是碳源，也可能是碳汇，关键取决于农艺措施调控的综合效应。

常规农艺措施固碳减排潜力未挖掘，碳中和水平低，其主要原因是，水多，水气不协调导致甲烷排放高；肥多，碳氮不协调导致土壤有机质下降、碳汇减少；水肥不协调导致水稻减产，固碳减少。通过田间工程的物理作用、物料配比的化学调节和活性菌的生物调控，调节土壤水分、通透性、C/N、生物多样性和土壤结构，对常规技术进行改造创新，能显著提升固碳减排效果。

为此，我们研发了低碳稻作的“4R”(Restock，Reduce emissions，Reduce consume，Recycle)技术及模式。增汇(Restock)，如秸秆还田；减排(Reduce emissions)，如节水灌溉；降耗(Reduce consume)，如减肥减药；循环(Recycle)，如稻田种养。合理的农艺措施往往具有增汇、减排、降耗、循环的多种效果。

5.问：如何在更大程度上发挥水稻生产碳汇功能？这应该是推进水稻绿色低碳高质量发展的重要内容。这里的科学关键点在哪里？

曹凑贵：全球土壤有机碳储量15000亿吨，是大气碳库的2倍，植物碳库的3倍，土壤每年CO₂排放量是化石燃料燃烧释放量的10倍。土壤储存着十分丰富的碳，林地、草地、湿地、耕地都具有很强的碳汇功能，我国农田土壤有机质增加1个百分点可增碳汇18亿吨。

研究表明，我国东北及长江流域耕地有机碳含量相比20世纪70年代现明显下降，东北区耕地有机碳含量下降了21.9%；近30年来，我国大部分地区农田耕层土壤有机质含量上升，其主要原因是秸秆还田增加了有机养分的投入量，同时，也与少（免）耕及堆肥和绿肥的施用有关。农事影响土壤固碳，其潜力占农业总减排潜力的89%（如土地利用方式、种植制度、秸秆还田、保护性耕作、水肥管理等），合理的农业措施可增加农业土壤固碳，很大程度上决定着农田碳中和水平。

大量使用化肥和焚烧秸秆是土壤有机质丧失的重要原因，其他影响土壤动物和微生物多样性的因素，也造成有机质下降。为了增加土壤碳汇，我们在低碳稻理论的基础上，形成了“气候-土壤-作物三协同体系”，该体系的核心是建立强大的土壤碳库。增加土壤碳汇的主要措施是增加作物生物量和减少有机质消耗，作物生物量、秸秆、根茬、有机肥施土壤有机质重要来源；减施化肥可减少有机质消耗，有机物和无机肥料配合，少耕、免耕、覆盖等措施均可不断增加土壤碳库。

6.问：全球变暖是当前及未来人类社会面临的主要环境挑战，绿色可持续发展已成为我们的信念，同时对于我们的生态环境保护也提出了更高的要求。您和团队接下来的科研动态可否给我们介绍一下？

曹凑贵：全球变暖是当今最重要的环境问题之一，农业与全球变暖互为影响，在实现“双碳”目标中的地位和重要性举足轻重。农业的绿色低碳发展成为共识，在“双碳”目标下，农业必减排，贡献碳达峰，服务碳中和。

有研究表明，全球粮食系统（全产业链）温室气体排放18 Gt CO₂e yr⁻¹，占温室气体排放34%，发展中国家粮食系统的温室气体排放主要来自土地利用变化，其贡献占73%。可见，区域土地利用方式及生产技术对全球温室气体排放具有重要影响。因此，研究区域尺度下不同土地利用及农艺的固碳减排效应及技术政策调控，才能更好的助力“双碳”目标的实现。这就需要，一方面，进一步明确不同土地利用方式及种植模式下，土壤碳循环转化过程及机理，完善低碳稻作体系；另一方面，研究区域尺度下土地利用及种植模式的固碳减排空间格局及宏观调控模型，整体把握提升固碳减排效果。这也是我们团队正在进行的研究内容。

团队介绍

团队名称：华中农业大学农业生态研究室，湖北省自然基金创新群体。

团队负责人：曹凑贵教授，国家教学名师，“万人计划”领军人才。

团队主要研究：稻田碳氮生态过程的基础理论、稻田固碳减排及水稻清洁生产技术、绿色稻作制度等，在保护性耕作、稻田种养、低碳稻作制度等方面形成了自己的特色和优势。

图书推荐

《低碳稻作理论与实践》结合生产实际和学科热点，阐明了稻田碳、氮动态特性及碳排放规律；介绍了不同农艺措施对稻田碳、氮生态过程的影响；重点论述了免耕、施肥、秸秆还田、节水灌溉、稻田养鸭及品种等稻作技术的碳排放、碳固定、炭库特性和碳效率；提出了增汇、减排、降耗、循环的低碳稻作体系。