增強巖石風(fēng)化(Enhanced Rock Weathering)被認為是一種具有潛力的負排放技術(shù)，通過將大氣中的二氧化碳固定為碳酸氫鹽或碳酸鹽，從而實現(xiàn)碳匯效應(yīng)。以往的原位試驗大多聚焦于土壤無機碳固存過程，而對其在生態(tài)系統(tǒng)尺度上的響應(yīng)研究相對不足。

為了探究增強巖石風(fēng)化對森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯的影響，中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所穩(wěn)定同位素生態(tài)學(xué)團隊在中國東北長白山地區(qū)的落葉松人工林開展了硅灰石粉末施加實驗，系統(tǒng)評估了ERW對森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響。研究團隊在林地中分別施用0 (W0)、5.0 (W1)和10.0 (W2) 噸/公頃的硅灰石粉末，并持續(xù)監(jiān)測了土壤CO2通量、土壤碳動態(tài)以及樹木生長狀況。

結(jié)果顯示，在試驗的第一年，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)生的無機碳固定以及土壤有機碳穩(wěn)定性的增強有關(guān)。然而在第二年，土壤CO2通量出現(xiàn)上升，分別比對照增加4.1%和5.1%，研究認為這與硅灰石粉末風(fēng)化產(chǎn)生的鈣離子增強了根系生長，進而促進根系呼吸及土壤pH的升高激發(fā)了有機層土壤有機碳的分解密切相關(guān)。與此同時，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(雖未達到顯著水平)，提示在長時間尺度上，ERW引起的植被生長加速可能對生態(tài)系統(tǒng)碳匯具有潛在貢獻。該研究表明，在評估增強巖石風(fēng)化碳固存潛力時，既需要關(guān)注無機碳固定，也應(yīng)綜合考慮土壤碳動態(tài)和植被生長的響應(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。中國科學(xué)院沈陽生態(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生態(tài)所方運霆研究員、王慶偉研究員和巴黎薩克雷大學(xué)Daniel S. Goll教授等。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃項目和遼寧省重點研發(fā)計劃等項目的支持。

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機碳和有機碳的關(guān)系

圖3樹木生長、凋落物和細根生物量對硅灰石粉末添加的響應(yīng)