国际经验 | 土壤碳储量测量指南

雪华说：

文章来源：

本文原文《Connections: How-To Guide To Measure Soil Carbon Storage》于2025年7月11日发表于BioCycle，作者：Sally Brown。Sally Brown博士是BioCycle高级顾问，华盛顿大学环境学院的研究教授。译文基本忠于原文，个别地方略有补充和调整。

原文链接：

https://www.biocycle.net/how-to-guide-to-measure-soil-carbon-storage/

土壤碳储量测量指南

本指南将指导您如何测量添加堆肥后土壤中碳的变化情况。首次施用堆肥产物后，您可能无法立即计算出新增的碳储量。

上图：土壤测试结果以百分比表示：土壤中碳元素占土壤总重量的百分比，以及总氮元素占土壤总重量的百分比。摄影：华盛顿州立大学的 Deirdre Griffin LaHue

堆肥产物被公认为增加土壤中碳含量的最佳手段之一。我已经多次谈及向土壤中添加有机质所带来的诸多益处。但有一点我尚未提及，那就是如何实际测量土壤中的碳含量。其实，这项工作成本不高且操作简便。

测量土壤中的有机质含量，所指的就是有机碳（它是土壤有机质的核心，约占土壤有机质的58%）。您可以通过燃烧法，对取自目标土层的土壤样本进行检测，从而得出土壤中碳（C）的百分比。这种方法不仅能测出土壤中的总碳含量，还能测出总氮（N）含量。不过，它无法区分无机碳（碳酸盐矿物中的碳）和有机质中的碳。但在农业土壤中，这通常不是问题。虽然这种检测无法在家中完成，但它是一种快速、廉价且简便的测量方式。许多土壤检测实验室都能开展这项检测。任何获得美国堆肥委员会 “检测认证（STA）” 合规性而对您的堆肥产物进行检测的实验室，都有能力完成这项检测。

检测结果以百分比呈现，即土壤总重量中碳的占比以及总氮的占比。如果100公斤土壤的碳含量为2%，则土壤中含有2公斤碳。通常情况下，氮含量只是总碳含量的一小部分，通常约为10%。同样的100公斤土壤，如果碳浓度为2%，则可能含有约200克总氮。如果提高土壤中的碳含量（%C），土壤很可能得到改良。这意味着土壤的持水能力更强、结构更佳，通常产量也会更高。但这并不总是意味着土壤中碳的总储存量增加了。

计算容重

虽然碳含量百分比（% C）较高的土壤确实更健康，但碳百分比并不等同于土壤中储存的总碳量。要计算土壤中储存的碳（和氮）量，还需要测量土壤容重。容重是指单位体积土壤的重量，通常以克/立方厘米（g/cm³）或吨/立方米（t/m³）表示。您自己稍作努力就能完成这项检测，而且几乎不需要花费成本。下面的视频将展示具体的操作方法。您只需要一个上下开口的罐子、一把锤子、一块木板和一把铲子，仅此而已。

并非所有土壤的重量都相同。例如，黏土含量高的土壤被称为 “重质土”。

添加堆肥产物会降低土壤的容重，同时增加碳储量。

并非所有土壤的重量都相同。例如，黏土含量高的土壤被称为 “重质土”。单位体积土壤的重量在一定程度上取决于土壤质地，也与土壤中碳的含量有关。碳含量越高，土壤结构就越好。碳有助于土壤聚集，也就是说，能将所有黏土颗粒聚集形成团聚体。土壤中的碳含量越高，团聚效果就越好，容重也就越低。如果从人类及其饮食的角度来思考这个问题，这似乎有悖常理：我们吃得越多，体重就越重；但给土壤 “喂” 越多的碳，它反而变得越 “轻”。这或许会让你想变成土壤。给自己足够的时间，这种转变很可能会自然而然地发生。如果您成功提高了土壤中的碳百分比（% C），那么几乎可以肯定，土壤的容重也降低了。容重为 1g/cm³、碳含量为 5% 的土壤，其碳储量要比容重为 1.33g/cm³、碳含量同样为 5% 的土壤少得多。

补充说明：轻质土是指在规定条件下，它的干体积重量小于1.8g/cm³的土，是一种较为松散的土壤。而重质土的干体积重量大于1.8g/cm³，是一种相对致密的土壤。

数学计算

通过一些计算就能把这个问题解释清楚。首先，我们来看看土壤有多重。如果您曾经尝试过铲土，并且因此伤了腰，那么即使不看计算公式，您也能体会到土壤的重量。

土壤重量：容重×深度×公顷=每公顷土壤的重量

1.33g/cm³=1.33t/m³

15 厘米深度 = 0.15米深度

1.33 吨土壤/立方米 × 0.15米深度 × 10,000 平方米/公顷 = 1995吨/公顷

添加堆肥产物后的重量：假设您向土壤中添加了足够数量的堆肥产物，并且经过了足够长的时间，堆肥产物中的有机质与植物生长的增强相互作用，产生了效果，此时土壤容重降至1.0g/cm³。
```
1.0 吨土壤/立方米 × 0.15米深度 × 10,000平方米/公顷 = 1500吨/公顷
```
可以看出，容重的降低对土壤重量产生了很大影响。这对土壤健康有益，甚至如果您选择铲土的话，对您的腰部健康也有好处。
碳储量计算：要算出土壤中储存的碳量，只需将碳含量（%）代入公式即可。结合上述相同的容重，我们可以来分析一下土壤碳的变化情况。对于第一种容重为1.33g/cm³的土壤，假设其总碳含量为2%，那么计算公式如下：
```
0.02 吨碳 / 吨土壤（2%=0.02）× 1.33 吨/立方米 ×0.15 米深度 × 10,000平方米/公顷 = 39 吨碳/公顷
```
向土壤中添加堆肥产物后的碳储量：假设通过添加大量堆肥产物并耐心等待，您将土壤的碳含量翻倍至4%。那么现在土壤中储存的碳量是多少呢？
```
0.04 吨碳/吨土壤 × 1 吨/立方米 × 0.15米深度 × 10,000平方米/公顷 = 60吨碳/公顷
```
在这个例子中，虽然您将土壤中的碳百分比（% C）提高了一倍，但土壤中储存的碳量只增加了65%。

假设堆肥产物中碳的含量为 50%，那么每公顷施用11吨堆肥产物，就相当于添加了 5.5 吨碳。

从添加堆肥产物的角度来考虑时，结果可能会有点令人惊讶。堆肥产物的常规施用量为 5 吨/英亩（约824公斤/亩），约合 11 吨/公顷。假设堆肥产物中碳的含量为50%（要记住，所有堆肥产物都含有相当一部分矿物质或无机成分，而且有机成分不仅仅是碳），这意味着每公顷施用11吨堆肥产物，实际添加的碳为5.5吨。假设添加的有机质没有被（矿化作用）消耗吸收，那么要达到上述例子中有机质的增加量，您需要每公顷添加约 40吨堆肥产物。

土壤碳储量增加的总和计算：我们来看看，对于初始容重为1.33g/cm³、有机质含量为 2%的土壤，单次施用堆肥产物对碳储量会产生怎样的影响：
```
每公顷施用11吨堆肥产物所添加的 5.5 吨碳 + 土壤中原本的39吨碳 = 新的总碳量为 44.5吨
44.5÷39 = 土壤碳含量增加了 14%
```
这很可能在土壤碳测量的误差范围内。当考虑到在已经很健康的土壤中，这5.5吨新增的碳就显得更少了，仅能使土壤碳含量增加 8%。

这个计算并非是要阻止您向土壤中添加堆肥产物。首先，这是一份关于如何测量土壤中碳变化的指南。其次，是想告诉大家要沉住气，有耐心。虽然您正在改善土壤，但在首次施用堆肥后，可能无法立即测量到新增的碳储量。