近日，我所生态系统碳氮循环与稳定性同位素技术应用创新组群通过土壤培养实验，系统揭示了土壤酸度对增强岩石风化碳移除效率的调控机制。研究发现，基于阳离子释放的传统碳汇估算方法高估实际碳移除量约34%～67%，该成果为完善增强岩石风化碳汇核算体系提供了关键科学依据。

　　增强岩石风化(Enhanced Rock Weathering, ERW)是近年来国际上发展迅速的一种负排放技术，通过向土壤施加硅酸盐矿物加速矿物风化，消耗大气CO₂并以无机碳形式实现长期碳封存，被广泛认为具有较大的全球碳移除潜力。然而，当前增强岩石风化碳汇核算主要依据矿物风化释放的Ca²⁺、Mg²⁺等碱性阳离子进行估算，默认这些阳离子均来源于碳酸作用风化，并按照理论化学计量关系(1 mol二价阳离子对应固定2 molCO₂)计算碳移除量。这一方法忽略了土壤酸度及非碳酸来源质子参与矿物风化过程的影响，可能导致增强岩石风化碳移除潜力被系统性高估，但其内在机制及高估程度缺乏系统的实验验证。

　　针对上述科学问题，中国科学院沈阳应用生态研究所生态系统碳氮循环与稳定性同位素技术应用大团队以硅灰石(wollastonite)为代表性硅酸盐矿物，在pH 4.4至7.8的农田土壤中开展了300天土柱培养实验，结合淋溶液离子组成、电荷平衡分析、无机碳形成和CO₂释放等指标，系统解析了土壤酸度对风化-碳移除耦合关系的调控机制(图1)。

　　图1增强岩石风化碳移除效率的土壤酸度调控机制示意图

　　研究发现，酸性土壤虽然显著促进硅灰石风化，但并未同步提高碳移除效率。基于阳离子释放估算的CO₂去除量比实际无机碳形成量高出1.5～3.1倍，且酸性越强高估越显著(图2)。机制解析表明，硅灰石风化过程中的H+来源决定了风化与碳移除之间的耦合关系。在酸性土壤中，非碳酸来源的H+可促进硅灰石快速风化并释放Ca²⁺，但这一过程并不消耗大气CO₂;而由碳酸提供H+的风化过程则能够促进无机碳形成，从而实现有效碳移除。每释放1 mol二价阳离子实际仅固定0.63～1.30 mol CO₂，显著低于理论化学计量值2 mol。这表明，若将该效率范围应用于全球农田增强岩石风化碳汇估算，碳移除潜力可能被高估约34%～67%。

　　图2 不同土壤pH条件下三种CDR估算方法的对比

　　此外，在酸性土壤中，硅灰石施用还促进了随矿物输入的伴生碳酸盐溶解以及土壤有机碳矿化，引发额外CO₂释放，进一步降低了净碳汇效率(酸性土壤净碳汇仅为0.07 g C kg-1，而碱性土壤可达0.46 g C kg-1)(图3)。

　　图3不同pH土壤中硅灰石风化净碳汇对比

　　该研究系统揭示了土壤酸度调控增强岩石风化实际碳移除效率的关键机制，定量阐明了阳离子释放与实际CO₂固定之间的耦合关系，为增强岩石风化碳移除项目的科学部署与碳汇核算体系完善提供了重要理论支撑。

　　该研究成果以“Overlooked Soil Acidity Leads to Significant Overestimation of Carbon Sequestration in Enhanced Rock Weathering”为题发表于Environmental Science & Technology期刊。中国科学院沈阳应用生态研究所助理研究员宿晨霞为论文第一作者，方运霆研究员和康荣华研究员为共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助。

　　文章链接：

　　https://pubs.acs.org/esthag/article-abstract/doi/10.1021/acs.est.6c05139/5246209/Overlooked-Soil-Acidity-Leads-to-Significant?redirectedFrom=fulltext