生物炭定量碳核算中土壤采样方法的适用性研究：评估土壤碳积累的实验调查

《Biomass and Bioenergy》：Is soil sampling appropriate for quantitative carbon accounting for biochar? An experimental investigation to assess soil carbon accumulation

本文针对生物炭土壤碳积累(SCA)定量核算中土壤采样方法的科学性问题展开研究。研究人员通过设计严格控制的小规模田间试验，比较了实验室添加和田间施用生物炭后土壤碳含量的测量结果。研究发现，即使在高度均质的实验区域内，传统土壤采样方法也存在固有局限性，导致测量结果与理论添加碳量存在显著偏差。该研究为欧盟REDII-IR法规要求土壤采样进行生物炭碳核算的科学合理性提供了重要实验证据，支持ICAO CORSIA和欧盟CRCF采用生物炭特性鉴定和第三方审计的替代方案。

　　

随着全球气候变化问题日益严峻，碳减排和碳去除技术成为国际社会关注的焦点。生物炭作为一种重要的碳汇方法，在农业领域展现出显著的应用潜力。然而，在将生物炭应用于土壤碳积累的实际操作中，如何准确量化其碳储存效果却成为一个棘手的技术难题。当前欧盟可再生能源指令(REDII)及其执行法规(REDII-IR)要求通过土壤采样来定量评估生物炭带来的土壤碳积累，但这一方法的科学合理性正受到越来越多的质疑。

在这一背景下，由David Chiaramonti领衔的研究团队在《Biomass and Bioenergy》上发表了他们的最新研究成果。研究人员设计了一项精心控制的实验，旨在评估传统土壤采样方法在生物炭碳核算中的适用性。研究团队选择了意大利佛罗伦萨附近的一个实验农场，在一片长期未耕作的土地上划定了三个25平方米的实验小区，总面积仅为75平方米，确保了实验区域的高度均质性。

研究采用了系统化的实验设计，包括生物炭的制备与表征、土壤采样方案设计、碳含量分析等关键技术方法。生物炭原料选用当地常见的桤木木材，通过小型固定床碳化装置制备，并对其理化性质进行了全面表征。土壤采样采用金属环法，按照欧盟联合研究中心的标准程序，在每个实验小区设置5个采样点，分别采集耕作前和耕作后的土壤样品。碳含量分析使用LECO Truspec CHN分析仪进行，通过计算总碳与无机碳的差值确定土壤有机碳含量。

研究结果揭示了几个关键发现。在土壤容重分析方面，数据显示即使在高度控制的实验条件下，不同采样点的土壤容重仍存在明显波动，耕作前样品容重范围为0.70-1.19 t/m³，耕作后为0.73-1.15 t/m³。这种变异性对碳储量计算产生了重要影响，因为碳储量计算需要结合土壤容重数据进行调整。

在有机碳含量和碳储量分析中，研究人员观察到了更有意义的规律。耕作前各实验小区的土壤有机碳含量和碳储量没有统计学显著差异，表明实验区域的初始条件确实较为均一。然而，在添加生物炭后，测量结果出现了显著偏差。实验室添加生物炭的样品(BC-LB-AT)显示碳储量为62.0±9.9 t/ha，田间施用生物炭的样品(BC-FB-AT)为66.9±11.9 t/ha，而对照样品(CK-SO-AT)为51.1±15.1 t/ha。尽管生物炭添加组的碳储量显著高于对照组，但测量值均超过了基于生物炭碳含量计算的预期值(60.0 t/ha)。

这一偏差现象引发了研究人员的深入思考。通过分析整个实验流程中的质量流向，他们发现问题的根源在于土壤采样方法的固有局限性。生物炭作为一种固体碳源，在土壤中的分布并不均匀，而分析仪器仅能处理200毫克的微量样品，这导致测量结果高度依赖于采样点的具体位置和样品的代表性。即使在高度控制的实验条件下，这种随机性也无法完全避免。

研究还发现，土壤碳储量的基线测量本身就存在较大变异性。在未添加生物炭的情况下，不同采样点的碳储量差异最大可达7.4 t/ha，标准偏差高达15.2 t/ha。这种变异性对于需要精确量化碳信用额的经济活动而言是不可接受的，因为按照每吨二氧化碳当量100欧元的价格计算，这种测量不确定性将导致显著的经济价值波动。

研究的讨论部分进一步强调了这些发现的政策意义。与REDII-IR要求土壤采样不同，国际民航组织(ICAO)的CORSIA方案和欧盟正在制定的碳移除与碳农业框架(CRCF)采用了更为科学的做法：它们不强制要求土壤采样，而是强调对生物炭产品进行充分表征，并在施用过程中进行第三方审计。这种做法不仅更加科学可靠，还能显著降低操作成本。

研究人员还指出，生物炭碳去除(BCR)的一个独特优势在于不需要建立土壤碳基线，因为生物炭添加的碳全部被视为额外碳汇。这一特点使生物炭成为碳农业实践中最为可靠和可验证的选项之一。相比之下，其他可持续农业实践需要建立可靠的碳基线，这在当前技术条件下仍面临重大挑战。

该研究的结论明确指出了土壤采样方法在生物炭碳核算中的局限性。即使在最理想的实验条件下，这种方法也无法提供准确可靠的定量评估结果。研究人员建议，对于生物炭碳核算，应当采用上游产品表征和施用过程监控的组合方法，而非依赖土壤采样。同时，对于其他碳农业实践，可能需要结合先进的建模技术和土壤采样来降低不确定性，提高碳核算的可靠性。

这项研究为相关政策制定提供了重要的科学依据，有助于推动更加科学合理的碳核算方法在国际范围内的应用。随着碳市场的发展和碳移除技术的重要性日益凸显，建立可靠、可验证的碳核算方法将成为实现全球气候目标的关键环节。