碳的循环是全球性的循环。也是温室效应导致的全球变暖后，世界各国普遍关注、研究的热点。从元素地球化学角度看，碳陆地表层普遍存在着CO₂—有机碳—三相不平衡系统，而从生态系统角度看，又存在着大气CO₂—植物光合作用固定碳—土壤有机碳的不平衡系统。正是这种永不平衡的碳的循环，才使动植物得以生存，同时也影响着全球气候条件的变化。

一、黑土有机碳库研究的意义

近近几十年的气温记录显示，全球气候开始变暖。大气CO₂浓度已比工业革命前增加了25%，即由280μmol·mol^-1上升到目前的355μmol·mol^-1，并继续以每年约0.5%的速度上升，预计21世纪末将达到650—700μmol·mol^-1。面对全球变暖的这一现实，1992年联合国在巴西里约热内卢通过了《气候变化框架公约》，旨在将大气中温室气体的浓度控制在对气候产生有害影响的水平以下。签订《气候变化框架公约》的缔约国于1997年在日本东京起草了限制温室气体（尤其CO₂）排放的《京都协议》。《京都协议》（第3.3条）仅把植树造林、退耕还林等为数不多的行为确定对符合“固碳”的概念（第3.4条）。《京都协议》没有认同土壤固碳。然而，土壤固碳作为一个可选择方案在第3.4条款被涉及，为以后写入协议留下余地。

全球土壤有机碳贮量约为1550Pg（1Pg=10⁹t），约为大气碳库（760Pg）的2倍，陆地生物质碳库（560Pg）的3倍，土壤贡献于大气的CO₂年通量是燃烧化石燃料贡献量的10倍。由于土壤有机碳贮量的巨大，其较小幅度的变化就可能影响到碳向大气的排放。因此，土壤碳库的稳定、增长或释放都与大气CO₂浓度变化密切相关。

碳汇理念让许多国家参与履行《京都协议》，他们利用林地和地面上其它植被从预期的全世界碳信誉交换方案中获益，并可以以此碳在有效累积期内抵偿CO₂应减少释放的份额。北美科学家正努力使土壤固碳作为大气CO₂“汇”的功能得到认同。据美国环保局报道，1999年全美CO₂释放量为5558Tg C（1Tg=10⁶t），同期由于改变土地利用方式和林木的固碳量增加990TgC，相当于同期释放量的18%。

中国是仅次于美国的第二大CO₂排放国。研究我国土壤有机碳库的储量及其变化特征，对我国在“后京都议定书”全球CO₂减排谈判中抵消部份我国CO₂排放量提供科学依据。中国已经认识到土壤碳库在全球碳预算中的重要性以及对全球变暖的影响。据估算，我国土壤有机碳储量约92Pg，占世界总土壤有机碳库的6%~8%。其中人为活动影响最显著和活跃的表层土壤有机碳库总计为38~39Pg，农业土壤有机碳库约占5Pg。有人估计，在中国过去的600年里，旱田改水田使土壤有机碳储量增加了120~584Tg C，这说明了中国农业土壤作为CO₂汇的潜力。

东北黑土带是世界三大黑土带之一，也是我国东北大粮仓，东北黑土地的环境质量状况及其农牧业发展后劲关系到国家粮食安全的保障。黑龙江省是东北黑土带的主要分布区域，黑龙江省耕地保有量一直稳定在1170万公顷以上，占全国耕地总量的十分之一。因此，研究黑龙江黑土有机碳的储量及其演变趋势，对我省农业的可持续发展和我国农田土壤碳循环研究都具有重要的意义。

二、黑土有机碳库研究进展及存在的问题

据文献资料，我国农田土壤有机碳库总体呈现上升趋势成为碳汇区。但是分区域研究，我国北方土壤为碳源区，而南方和中原地区的土壤为碳汇区，其中东北黑土是最大的碳源区。

据黄耀教授研究（2006年），黑龙江和辽宁省近20年来土壤中有机碳含量下降明显，吉林省变化不大，其中黑龙江黑土耕层土壤有机碳含量下降了2.5g/kg^-1，并分析了东北黑土有机碳下降的主要原因。潘根兴教授（2005、2008年）研究东北地区耕作土壤有机碳损失估计为36.5tC/hm²，总损失碳库773.3Tg,土壤碳损失主要发生在对气候变化最为敏感的东北地区。

崔玉军（2010年）研究了松嫩平原表层土壤近二十年来有机碳含量的变化特征，松嫩平原表层土壤有机碳总量由1986年的4.281亿吨下降到2006年的3.188亿吨，单位面积有机碳含量由原来的5162吨/km²下降到了3844吨/km²，二十年间松嫩平原表层土壤有机碳损失了1.093亿吨，土壤有机碳降低幅度达到25.53%。在所研究的生态系统中，仅沼泽湿地生态系统土壤单位面积有机碳由原来的8165吨/km²增高到8916吨/km²，增高幅度为9.20%。其它生态系统土壤单位面积有机碳含量均有不同程度的降低，其中降低幅度最达的是草原生态系统，降低幅度达到34.03%，农田生态系统有机碳降低幅度达25.88%。

以上关于黑土有机碳库的研究成果均存在一定的不足之处。黄耀教授和潘根兴教授的研究成果资料仅仅来源于几十个农田典型土壤剖面或研究区域的土壤有机碳分析数据。崔玉军研究的松嫩平原南部土壤有机碳储量的变化特征也仅仅局限于松嫩平原南部82936km²的范围内，尚不足代表黑龙江黑土农田区有机碳的全貌。同时以上研究工作均集中于黑龙江农耕区，对于黑龙江大面积分布森林土壤有机碳储量及其变化趋势（特别是封山育林和退耕还林后的土壤有机碳）尚没有完整、准确的资料。但是，以上研究的共同之处是农耕区的黑土土壤有机碳均大量损失。

国土资源部对于我国土壤碳储量的研究十分重视，并于2009年安排了《中国主要农耕区土壤碳库与固碳潜力研究》，其中黑龙江省地质调查研究总院承担了该项目《黑土固碳机制试验研究及呼吸监测示范点》专项研究工作，计划通过对不同地带典型黑土分布区的农耕地、撂荒地以及农作物生长期农作物碳呼吸的监测，达到对黑土固碳机制的研究。2010年，国土资源部又安排了《三江平原土壤碳库分布规律与未来变化趋势研究》项目，同时中国地质调查局计划在近几年内按一定的网度对黑龙江全省（包括大、小兴安岭林区）表层土壤有机碳库的储量及其变化特征进行全面研究。届时，将会全面查清黑龙江土壤有机碳的储量以及各生态系统土壤有机碳的变化特征，用科学而且准确的分析数据来评估黑龙江省土壤有机碳库到底是碳源还是碳汇（笔者推测森林土壤是碳汇，有可能抵消农耕区碳的损失）。

三、黑土有机碳的流失是一把关系国计民生与我国CO₂减排的双刃剑

东北黑土是我国土壤中有机碳含量最高的土壤之一，黑土有机碳损失的主要原因来自于气候变化、水土流失、土地沙化、盐碱化和投入不足。

东北黑土地地处寒温带，属于气候变化对土壤中有机碳循环最为敏感的地区。黑土肥沃的主要原因在于黑土中有机碳含量高，土壤有机质（碳）对土壤肥力起着关键的作用，是作物生长发育所需养分的重要来源。同时，土壤有机质（碳）也是保持土壤结构的重要物质，通过有机质（碳）的胶结作用，使土壤形成大小不等的团聚体，提高了土壤的通气和保水性。由于温室气体效应，导致全球气温上升。根据黑龙江90年代与50年代所温变化特征统计，黑龙江春季增温明显，平均增温1.4℃；夏秋季增温较小，平均增温0.37℃。黑龙江省南部春季(4-5月)增温多(2.2℃-2.7℃)；夏季北部增温多(0.7℃-0.9℃)。气温的增高对地处寒温带的黑土来说，意味着土壤中的有机质氧化和分解能力增加，土壤碳呼吸量增大，这更加剧了黑土有机碳的流失。水土流失一直结果导致黑土层变薄，土壤中有机碳含量下降。土地沙化和盐碱化导致植被的生产力降低，土壤通过植被固碳的能力大幅度下降，农田耕作肥料投入的和输出的失衡也是导致黑土有机碳流失的重要因素。1986年东北黑土区水土流失面积约4.47万km²，1999年全国第二次土壤侵蚀遥感普查显示，黑土区土壤侵蚀面积达7.43万km²，其中黑龙江省是东北黑土区水土流失最严重的地区。据2001年遥感调查，黑龙江水土流失主要集中在以农业为主的松嫩平原和三江平原，共有水土流失面积8.49万km²。黑龙江土地沙化和盐碱化主要集中在松嫩平原西部地区，土地沙化总面积达2.747万km²，土地盐碱化面积达1.744km²。

粮食安全始终是关系我国国民经济发展、社会稳定和国家自立的全局性重大战略问题。保障我国粮食安全，对实现全面建设小康社会的目标、构建社会主义和谐社会和推进社会主义新农村建设具有十分重要的意义。而耕地减少、水资源短缺、气候变化等对粮食生产的约束日益突出。我国粮食的供需将长期处于紧平衡状态，保障粮食安全面临严峻挑战。东北黑土地是我国的北大仓，保持黑土资源的优势对我国粮食安全的保障起着重要意义。然而黑土有机碳的大量流失必然导致粮食的大量减产；黑土有机碳的大量流失也导致土壤中大量的有机碳转化为CO₂排放到大气中，因此黑土有机碳的大量流失是一把关系我国国计民生与我国CO₂减排的双刃剑。治理水土流失、稳定黑土中的有机碳是关系我国农业经济稳定和社会发展的头等大事，建议将黑土资源的保护工程上升到国家防灾、减灾的层面上，通过科学的治理、合理的种植结构调整，使东北黑土地长期服务于社会。