增強(qiáng)巖石風(fēng)化(Enhanced Rock Weathering)被認(rèn)為是一種具有潛力的負(fù)排放技術(shù)，通過(guò)將大氣中的二氧化碳固定為碳酸氫鹽或碳酸鹽，從而實(shí)現(xiàn)碳匯效應(yīng)。以往的原位試驗(yàn)大多聚焦于土壤無(wú)機(jī)碳固存過(guò)程，而對(duì)其在生態(tài)系統(tǒng)尺度上的響應(yīng)研究相對(duì)不足。

為了探究增強(qiáng)巖石風(fēng)化對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯的影響，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所穩(wěn)定同位素生態(tài)學(xué)團(tuán)隊(duì)在中國(guó)東北長(zhǎng)白山地區(qū)的落葉松人工林開展了硅灰石粉末施加實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)評(píng)估了ERW對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響。研究團(tuán)隊(duì)在林地中分別施用0 (W0)、5.0 (W1)和10.0 (W2) 噸/公頃的硅灰石粉末，并持續(xù)監(jiān)測(cè)了土壤CO2通量、土壤碳動(dòng)態(tài)以及樹木生長(zhǎng)狀況。

結(jié)果顯示，在試驗(yàn)的第一年，硅灰石施加顯著降低了土壤CO2排放：5.0和10.0噸/公頃的處理分別減少了16.5%和15.4%。這一現(xiàn)象可能與硅灰石風(fēng)化產(chǎn)生的無(wú)機(jī)碳固定以及土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性的增強(qiáng)有關(guān)。然而在第二年，土壤CO2通量出現(xiàn)上升，分別比對(duì)照增加4.1%和5.1%，研究認(rèn)為這與硅灰石粉末風(fēng)化產(chǎn)生的鈣離子增強(qiáng)了根系生長(zhǎng)，進(jìn)而促進(jìn)根系呼吸及土壤pH的升高激發(fā)了有機(jī)層土壤有機(jī)碳的分解密切相關(guān)。與此同時(shí)，兩種劑量的硅灰石粉末施用處理下，樹木生物量呈現(xiàn)明顯的增加趨勢(shì)(雖未達(dá)到顯著水平)，提示在長(zhǎng)時(shí)間尺度上，ERW引起的植被生長(zhǎng)加速可能對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳匯具有潛在貢獻(xiàn)。該研究表明，在評(píng)估增強(qiáng)巖石風(fēng)化碳固存潛力時(shí)，既需要關(guān)注無(wú)機(jī)碳固定，也應(yīng)綜合考慮土壤碳動(dòng)態(tài)和植被生長(zhǎng)的響應(yīng)。

研究成果以“Carbon sequestration induced by enhanced silicate rock weathering in a temperate larch plantation in Northeastern China”為題，于2025年發(fā)表于《Forest Ecology and Management》期刊上。中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)生態(tài)所博士研究生吳州和宿晨霞助理研究員為共同第一作者，康榮華研究員為通訊作者，其他合作作者包括沈陽(yáng)生態(tài)所方運(yùn)霆研究員、王慶偉研究員和巴黎薩克雷大學(xué)Daniel S. Goll教授等。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和遼寧省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。

圖1硅灰石粉添加處理下的土壤累積 CO2通量

圖2礦質(zhì)層土壤中交換性鈣與土壤無(wú)機(jī)碳和有機(jī)碳的關(guān)系

圖3樹木生長(zhǎng)、凋落物和細(xì)根生物量對(duì)硅灰石粉末添加的響應(yīng)