赵永志，1958年生，北京市土肥工作站站长、推广研究员、农业部耕地质量建设与管理专家指导组成员，主要从事土壤肥料资源管理及高效利用研究
1 首都建设世界城市的提出
1.1 中国城市化快速发展为世界城市建设提供了环境条件
联合国发布的《世界城市化展望(2009年修正版)》报告称：“中国的城市化水平从1980年的19%跃升至2010年的47%，预计至2025年将达到59%。”目前中国有特大城市近50座，大都市、都市圈、城市群大规模快速形成，这为世界城市的产生提供了良好的区域背景。特别是金融危机以来中国政府更加注重经济发展方式转变与经济结构调整，积极稳妥地推进城镇化，提升城镇化质量，有效启动内需，进一步增强经济增长的活力和动力，这为中国的世界城市建设提供了良好的政策支撑背景。
1.2 世界城市的特征与本质
国务院参事、亚洲低碳经济促进会会长牛文元分析历史进程和当前世界形势指出：“世界城市”是指具有特定的人口数量、空间规模、经济强度、社会成熟度、人居适宜度、环境缓冲能力、生态自净能力和文明推进能力的城市，少了哪一条都不能成为“世界城市”。同时，“世界城市”还要具有国际优势、制度优势、社会优势、生态优势、文化优势的领袖气质。因此世界城市从本质上讲是国际政治的影响中心、战略资源的价格形成中心、产业发展的国际引领中心、国际文化的传播中心、时尚潮流的国际领导中心[1]。
1.3 北京建设世界城市正当其时
中国经济增速长期以来保持全球领先，当前中国经济总量位居世界第二，经济影响力已经遍及全球。作为全球最大的发展中国家的首都，北京是全球最大和人口最多的发展中国家首都，其正处于快速城市化、现代化、国际化的进程当中，并处于城乡一体化和城市区域一体化快速发展的关键阶段。在此背景下，北京市在《北京城市总体规划(2004～2020)》中明确提出，要“以建设世界城市为努力目标，不断提高北京在世界城市体系中的地位和作用，进一步发展首都经济，不断增强城市的综合辐射带动能力”。2010年1月25日，在北京市十三届人大第三次会议上，建设世界城市被写入了市政府工作报告，北京正式拉开了建设世界城市的序幕。
2 低碳城市和低碳文明是北京建设世界城市的良好模式和必然选择
资源与能源、生态环境、城乡发展和全球气候变化等问题是对新时期北京建设世界城市的严峻挑战，也是当前发展中国家在快速城市化、工业化和现代化进程中的共同挑战，而这些问题最终都直接或间接地归结为能耗与排放问题。发展中国家一方面需要较大容量的温室气体排放，以促进生产发展和生活水平提高；另一方面若不采取积极有效措施控制和减少排放，则会逐步陷入对“高投入、高排放、低效率”经济增长方式的过度依赖，届时再进行产业结构调整和经济方式转变则会困难重重，成本代价更加高昂。作为最大的发展中国家首都，北京如果能积极应对挑战，平衡好经济增长与生态环境、发展与排放的关系，形成一套成熟的低排放高增长的发展模式，不仅对中国本身具有积极的示范意义，而且对于广大发展中国家来讲也是一个值得广泛借鉴的先进模式，这本身就会奠定北京世界城市的世界号召力地位。因此，积极推动北京城市低碳减排和高效快速发展，塑造城市低碳发展文明，是北京世界城市地位奠定的良好途径，也是建设世界城市进程中应对挑战的必然战略选择。
3 低碳型都市农业是低碳城市的有机组成部分
农业是温室气体的第二大重要来源[2],如何减少农业温室气体排放量并探寻减排方法已经成为当务之急。从应对气候变化来看，农业是一、二、三产业中唯一能够通过管理措施的改进，由“碳源”转变为“碳汇”，从而为减缓气候变暖作出积极贡献的产业。
生态农业、循环农业和低碳农业是当前世界各国发展现代农业所关注的热点模式，三者均以可持续发展为目标，但在内涵上还存在明显的差异。张秀明等通过对比分析认为，循环农业为生态农业的高级阶段，包含生态农业所表述的内容[3]。而低碳农业，是从应对全球气候变化角度而提出的一种低能耗、低温室气体排放和高固碳型农业，是生产功能与生态功能、生活功能和气候环境调节功能互相协调和互相促进的综合型农业模式。因此，低碳农业是一种比生态农业、循环农业概念更广泛的概念[4]，由于其进一步关注农业对环境的影响而使其涉及的对象范围更加全面系统，更具有长远的可持续发展理念内涵。随着全球城市化进程的快速发展，都市区成为人类生产、生活、区域或全球生态、气候环境矛盾最为集中体现的区域，化解矛盾的良策只能是也必须是考虑包括环境在内的、更加长远的可持续发展模式，因此对现代大都市可持续发展贡献较大的都市型现代农业而言，低碳农业是较为科学的良好发展模式。
4 耕地土壤低碳化管理是发展低碳农业的核心
赵其国等总结认为耕地释放出大量的温室气体，主要包括以下几个方面：农业和畜牧业导致的森林减少；水稻土壤长时间淹水形成厌氧条件，产生并排放CH4；过量施用氮肥造成农田土壤N2O的排放；家畜粪肥处理过程引起CH4和N20的排放以及生物质燃烧等[2]。全球农田土壤面积达133800万hm2，土壤碳储量达140Pg～170Pg，占到全球陆地碳贮量的10%，是一个潜在的巨大碳库[5]。全球人类活动每年向大气中释放3.3 Pg C[6]，农业土壤对大气温室气体的累积贡献巨大，积累量占人类活动释放到大气中CO2的1/4[7]。Bruce等认为同期美国和加拿大仅农业土壤固碳就可达到60Tg C/a，相当于两国在京都协议上承诺每年减少CO2排放总量的15%[8]，因此针对农业土壤推行低碳化管理是发展低碳农业一个重要方面。
5 都市区耕地土壤低碳化管理的路径分析
5.1 耕地低碳化管理的技术路径
5.1.1 增施有机物料 促进土壤结构固碳
据研究，作物秸秆还田（4500kg•hm-2）1年后，土壤有机碳增加0.3 g•kg-1（相对增加量为18%），连续还田10年，比对照增加1.2g•kg-1（相对增加量为19%）[9]。石灰土壤上16年的试验表明，长期施用有机肥可显著提高土壤及复合体有机碳含量，并有更多碳进入水稳性复合体，施有机肥促使水散性组复合体减少，而水稳性复合体增加，因此这对形成稳定良好的土壤结构是有重要意义的。另一方面，土壤团聚体结构对土壤中有机碳具有保护作用[10]，是土壤碳存储的基本机制和重要条件。目前北京市耕地土壤有机质平均为15.16g•kg-1，与全国25.1 g•kg-1（2009年国家肥力监测点数据）相比，北京耕地土壤的储碳固碳潜力巨大。所有增加向土壤的碳输入、促进土壤碳固定和减少土壤存储碳分解的技术措施均有利于耕地土壤碳汇功能的实现。另据调查，2008年北京市有机废弃物总量达2543万吨，其中，人粪尿和畜禽粪便量占有机废弃物总量的80%，达到2046万吨；生活垃圾其次，为326万吨，占总量的12.8%；第三位秸秆产生量为150万吨。据估计，农作物秸秆只有30%得到了再利用[11]，家畜粪尿平均回田率仅为43.6%。因此北京市有机物料的资源量巨大，可以采用直接还田、翻埋还田或堆沤腐解还田等多种方式增加回田率，这对促进耕地土壤固碳具有十分重要的意义。
5.1.2 实施氮磷减量与限量控制技术 逐步减少化肥依赖
逯非等[12]在综合考虑氮肥使用的固碳和排放效果后认为，氮肥可以增加作物产量，并能通过增加土壤碳输入达到固碳的效果。过量的氮肥并不能固持更多的有机碳，只会增加土壤N2O的排放和氮肥生产温室气体的排放；同时综合其他多项研究认为，提高氮肥效率，在保证产量的前提下适当减少氮肥的生产量和施用量，采用有机肥替代部分氮肥，都对减缓全球变暖有益。磷素肥料不同于氮素肥料挥发损失，其进入土壤会被固定，即使按作物需要合理推荐施肥，长期施用也会产生富集问题，最终导致营养失衡，影响作物稳产增产，并造成面源污染等环境风险。因此京郊农业应大力做好测土配方科学施肥技术的普及工作，推行化肥减量、有机无机科学配比、CO2气体肥等新型低碳绿色肥料施用等技术，努力提高肥料的利用效率，特别是随着经济效益好的设施农业生产中，由于化学肥料的相对低成本，使得化肥投入更加倾向于高水平，而忽视利用率问题，最终会不利于土壤净减排的实现。
5.1.3 推行节水与水肥一体化技术 实现资源节约与增效减排
现代农业抽水灌溉是促进作物增产的重要措施，因作物增产而增加了土壤有机质输入而利于土壤固碳，特别是北方干旱半干旱地区。但是由于抽水灌溉消耗能源所引起的温室气体排放可抵消土壤固碳效益的56.7%～66.0%，另外，由于灌溉使土壤湿度加大，这也为反硝化过程排放更多温室气体N2O创造了条件，从而使得该措施在减少大气温室效应方面前景有限，还有其他一些造成排放的因素存在[12]。另一方面，大都市区水资源非常匮乏，推行包括工程节水和农艺节水在内的全方位农业节水技术，提高农田水资源利用效率，既可以节约水资源，又可以节省化石燃料消耗，特别是推行水肥一体化技术，可以显著提高水肥的作物利用效率，达到节水、节肥、保产或增产的目的。从某种程度上讲，都市区推行全方位的低碳节水技术，远比南水北调等大工程远距离输水更有意义。近年来北京市已经探索了不少良好的低碳节水模式，如采用抗旱品种、等雨播种等技术，实现玉米免灌或少灌；在设施蔬菜地推广滴灌施肥、随机灌溉，提高滴灌使用率；利用温室大棚膜面、园区屋顶路面等良好的集雨条件，修建集雨窖、配置提水泵等，补充灌溉用水，减少地下水开采等。
5.1.4 推行保护性耕作技术 实现最佳储碳固碳功能
频繁的传统耕作往往破坏土壤的团聚体结构，使土壤有机质暴露出来，解除了原有土壤团聚体对有机碳的保护[13]。而美国CTIC定义的保护性耕作由于至少保持了30%的土壤表面有机残体覆盖，减少引起水土流失的任何耕作和栽培系统，避免由于水土流失引起土壤有机碳的减少，促进了土壤团聚体的增加而增加碳的存储。另外，少、免耕等保护性耕作由于减少了耕作中农业机械操作的次数而节约了化石燃料的消耗，实现CO2减排。但是从长期来看，免耕也许并不利于有机残体进入土壤更深层次，实现更多的碳储藏，适度的土壤耕作使得土壤与有机残体混合而促进土壤团聚体的形成，从而对新加入有机碳进行保护，因此在有机肥或有机残体覆盖情况下少耕或者隔几年深松是实现碳固定的更好方式。
5.1.5 发展绿肥种植技术 实现农田覆盖治裸与固碳增汇
我国农业生产曾长期保持绿肥种植的习惯，当前我们需要重新认识恢复和发展绿肥种植的重要意义。绿肥是清洁的有机肥源，不存在像化肥和畜禽粪便中重金属等残留物问题，可以活化和富集深层土壤养分到表层，提高肥料利用率，减少化肥用量，实现节能减排；另外，绿肥种植和还田还可以改善土壤结构，大幅增加土壤有机质含量；同时恢复和发展多种方式绿肥种植可以治理都市周边裸露农田，有效阻止因风蚀与水蚀导致的土壤质量退化与土壤有机碳损失。北京都市区应重点在沙源区、春玉米种植的季节性裸露农田、京西北部等山区裸露耕地、果园开展绿肥种植，积极推广春玉米—二月兰景观冬绿肥种植、果园—生草—养殖等生态低碳种养模式，加快促进都市区农业逐步形成生物高效固碳、翻压还田增碳、减少侵蚀保碳、减少化肥施用排碳的生态环保型绿肥种植农业轮作模式。
5.1.6应用草炭型栽培基质替代技术 就地利用废物资源和保护稳定碳库资源
都市区是园艺市场发达地区，按照北京现有人口数量、每三口之家年消费3盆花卉估算，则年花卉需求量达到200万盆，采用无土基质栽培，则年基质需求量为30万m3，这还不包括育苗、温室栽培过程中以及其他各种园艺种植对基质的需求量，目前不少经济作物也逐步转向基质栽培，基质需求量逐年增加。由于目前基质配方多为草炭型，随着市场基质的大量需求，已使许多草炭产区开采过度，甚至滥挖乱采，对其他区域生态环境破坏严重，使原本稳定固存的土壤碳大量分解损失；另一方面，都市区农业有机废弃物资源利用率却仅有30%～50%，大量资源闲置得不到利用，产生无效的温室排放。因此，应积极利用农业有机废弃物开发草炭替代型基质配方和规模生产加工工艺的研究与技术推广，具有保护草炭资源固碳功能，提高农业废气物资源循环利用率的巨大潜力。
5.2 耕地低碳化管理的实施路径
5.2.1 积极引导 理念先行
意识观念的更新与发展是低碳型都市农业、低碳城市乃至世界城市发展目标落到实处的先导和前提，必须先行开展。就农业耕地而言，推行耕地资源的低碳化管理与利用首要的就是观念的破旧立新。首先，各级领导部门和领导应站在建设世界城市的高度来重新认识包括耕地管理在内的都市农业生产、生态、生活和环境功能的意义与价值，重视发动媒体、科研、技术推广等部门宣传培养社会各层面的低碳化发展理念；促进科研机构和技术推广部门跳出仅将农业或耕地作为生产功能的单一研究思路和技术服务思路；推动社会公众进一步加深农业或耕地对于城市美好生活、城乡协调发展和生态环境保护意义的认识，更加关注其发展状况；引导一线农业生产者逐步体会到农业生产中重视耕地低碳化管理与利用，发挥农业生态、生活和环境友好功能所带来的发展机会与益处，促使其主动采用生态安全、循环低碳和环境友好型新技术或替代技术。
5.2.2 因地制宜 科学规划
推动都市区耕地低碳化管理应从世界城市建设的长远目标出发，但这是一项复杂的系统工程，会受到不同区域资源特征、生态环境条件、经济发展水平、城乡发展矛盾等诸多因素的制约；正因为如此，更不能贸然推行某项或某些技术措施或政策，应按照系统工程设计的要求，组织相关部门或单位广泛深入调研区域特征，科学规划不同区域耕地低碳化管理分阶段目标、实施策略、步骤、进度与效果管理，只有这样才能确保耕地低碳化管理的有效推进。北京都市区可以从都市型现代农业三大圈层功能区域角度来确定推行目标的设定、技术组合选择、政策制定与实施。另外，低碳化管理规划中需特别注意区域优势作物、设施种植中受效益驱使而盲目高水肥、低利用方式的高耗能碳排放问题的应对。
5.2.3 政策保障 机制创新
5.2.3.1 积极制定耕地低碳化管理科研资助政策
目前中国的气候变化应对研究项目中农业科学和农业经济学专题研究还严重滞后。而IFPRI、欧盟和澳大利亚的农业经济课题组对此作了前瞻性研究，目前这些机构此类课题都获得巨额资助。围绕世界城市建设,推动都市区耕地管理的低碳化必须将科学研究作为第一要务,只有通过系统全面的科研工作来摸清耕地资源管理和利用背景，发现关键问题，才能够抓住重点,实现技术研发创新或引进吸收。特别是耕地土壤固碳机制、管理过程的固碳减排方法、固碳与减排量的估算、不同区域耕地土壤固碳减排如何与城乡发展相协调等问题，受认识与经费制约，在理论研究和技术成果应用等方面尚存在较大不足，这对耕地实施低碳化科学管理非常不利。因此，政府部门必须尽快研究制定这方面的科研资助规划政策，对耕地低碳化管理所涉及的理论机制、技术研发、技术引进吸收、人才培养、国际交流合作等各方面提供必要的资金与政策支持，并通过组建专门的研究团队、技术创新小组，为耕地低碳化管理技术提供必要的和可持续的智力支持。
5.2.3.2 建设耕地管理碳计量与监测体系
耕地低碳化管理要落到实处，必须建立可计量、可跟踪、可评估的制度体系。应在研究基础上构建耕地碳计量评价标准、估算方法模型，在全市主要农田区域设立长期定位监测点，培训观测技术人员，逐步完善构建监测计量管理体系，为各种低碳化管理技术开发完善、政策制定与实施提供基础支持和评估评价。北京市可在当前耕地质量长期定位监测网络（170个监测点）与管理体系上进行建设改造，通过扩充监测指标、完善监测设备、改进监测技术和配备耕地低碳管理专业监测人员，可以较快推动初步计量监测工作的开展。
5.2.3.3 探索实施耕地管理减排增汇补贴政策
耕地的生态、生活、环境属性属于公共物品属性，因此耕地资源与多元功能的保护成本存在成本分担和补偿问题。应积极制定和构建耕地低碳化管理的生态环境补贴机制，配合分期规划出台补贴政策，引导各方面力量积极参与推行耕地低碳化管理。2009年北京市出台了《关于促进生态涵养发展区协调发展的意见》，提出在严格控制全市排放总量的前提下，探索建立城区和山区之间关于排放控制指标的碳交易制度，即碳排放量高的城区在享受生态效益的同时，将拿出一部分经济效益，对生态保护区即山区进行补偿。这事实上是将生态环境作为资源探索实践市场交易机制，为耕地碳减排增汇补贴政策提供了参考案例。
5.2.3.4 健全耕地资源保护与质量建设管理法律法规制度
耕地土壤是城乡发展与宜居生活的基础性资源，同时也是固碳减排、环境缓冲功能发挥的基本空间，没有一定数量和质量耕地资源的严格保护与持续建设，就很难确保城乡的协调可持续发展，当然也无法持续发展低碳农业，实现都市型现代农业应有的多元功能价值。因此，对于耕地资源十分有限的都市区而言，必须制定和执行更加严格的耕地管理法律法规制度，明确保护与建设的具体责任部门或单位，建立有效的激励机制、奖罚机制，严禁非法占地、占优补劣等行为，依照“谁破坏谁受罚，谁保护谁收益”的原则落实法律法规制度，目前这方面尚存在责任不明，执行操作困难等问题，急需加强研究制定工作。
5.2.3.5 建立耕地低碳化管理的多方合作机制
耕地低碳化管理相当长时期内需要以政府为主导，组织引导产学研共同参与，加强技术成果转化与应用推广、农业产业结构调整与功能转变、低碳绿色消费市场培育等各方面的工作。由于耕地本身涉及工农业、城乡、人与自然等各个方面的关系，因此推行耕地低碳化管理必须要突破行政界限开展区域协调合作，打破国家界限开展国际交流与合作，打通行业间隔；促进人才、技术、资源的整合，积极构建包括政府部门、科研机构、教育机构、技术推广部门、生产企业与农户的多方合作机制，共同分享耕地低碳化管理利用的益处，共同分担耕地低碳化管理的责任和义务，为低碳绿色科技创新机制、合作机制、成果转化应用机制、人才培养机制、利益分配机制、成效评价考核机制和激励机制的创新提供组织保障。
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