土壤呼吸 | 用岩石粉“捕碳”？这项技术或将成为农业减排新路径

近年来，气候变化日益加剧，温室气体减排和碳中和目标成为全球共识。除了减少排放，如何有效“吸收”大气中的二氧化碳（CO?），也成为科研关注的重点。

一项名为”增强岩石风化（Enhanced Rock Weathering, ERW）”的技术，正在逐渐走入大众视野。这项技术的原理并不复杂：将破碎的硅酸盐类岩石（如硅灰石）施入土壤，加速其自然风化过程，从而将CO?转化为土壤中的稳定无机碳。同时，它还可能改善土壤酸碱度，释放有益养分，兼具生态效益。

据估算，增强岩石风化每年理论上可减少约0.5–2.0千亿吨二氧化碳，潜力巨大。但这项技术在不同类型土壤中的真实表现如何，尤其是其对土壤自身碳循环的影响，还需进一步验证。

本研究选取我国典型农业区的三块玉米田进行实地试验：

湖南湘潭（酸性土壤，pH 4.4）

辽宁沈阳（弱酸性土壤，pH 5.6）

河南开封（碱性土壤，pH 7.8）

在不同pH值背景下施加硅灰石粉，监测其对土壤CO?排放的影响。本研究使用了SF-3000多通道土壤气体通量测量系统（北京科技有限公司），通过16个自动呼吸室定期采集土壤气体样本，记录CO?通量的变化趋势。

图1. XT、SY和KF土壤的每日二氧化碳通量变化（左图）和整个实验期间的累积二氧化碳排放量变化（右图）。向下的箭头表示灌溉。右图中的星号表示统计学显著性：*0.01 < p < 0.05；** = p < 0.01；***p < 0.001。

在酸性土壤中（湘潭、沈阳），施加硅灰石后，CO?排放量显著增加。湘潭土壤中，这一效应持续约50天；沈阳土壤中，前25天累积CO?排放量较对照高出156%。

增加的原因可能与土壤中碳酸盐的酸解反应、风化初期对有机碳矿化的促进有关。在碱性土壤中（开封），施加硅灰石反而降低了CO?排放，说明其风化过程可能有助于直接固碳，且不引发额外排放。

长期来看，酸性土壤中CO?排放差异逐渐缩小，180天后仍略高于对照组，但不显著，且排放总量仅占硅灰石吸收总CO?的不到20%，整体仍实现了“净吸收”。

表1. 研究土壤的二氧化碳去除情况。

a = 10×70%×0.76×12/44，式中，10为每千克土壤硅灰石粉的添加量；70%为硅灰石粉中CaSiO₃的比例；0.76克CO₂为1克CaSiO₃能够吸收的CO₂量，按公式（1）-（3）计算；12和44分别为C和CO₂的分子量。b由图4计算得出。c=a×b。d为三种土壤的CO₂累计排放量。e=c-d。

图2. 硅灰石改良土壤在培养 233 天开始和结束时的扫描电子显微镜图像（标准误基于 25 天的结果）。未风化的针状硅灰石用红色表示。黄色数字表示未风化的硅灰石占总图像面积的比例，以平均值±标准差 (n = 4) 表示。所示图像为每种土壤四次重复试验的代表性样本。

图3. 增强岩石风化研究中二氧化碳去除率的比较。

本研究表明，在不同酸碱度土壤中，硅灰石作为改良剂具有良好的CO?去除潜力：

在酸性土壤中，虽有初期CO?排放增加，但可调节pH、改善土壤健康，长期仍具“净固碳”能力；

在碱性土壤中，可直接减少土壤CO?排放，强化碳封存效果。

这项研究为增强岩石风化技术在农业碳中和中的应用提供了实践依据，也为农田土壤改良提供了新的思路。研究中所使用的土壤气体监测设备为北京科技有限公司提供的 SF-3000 多通道通量测量系统，支持高通量、长周期、自动化监测，为环境与农业研究提供坚实的数据支撑。