揭示中國(guó)東北溫帶落葉松種植園

的固碳潛力

為應(yīng)對(duì)日趨嚴(yán)峻的全球氣候危機(jī)，除減少碳排放外，能夠主動(dòng)清除大氣CO?的“負(fù)排放技術(shù)”已成為迫切需求。其中，“增強(qiáng)巖石風(fēng)化”作為一種通過(guò)施用特定巖石粉末以加速天然固碳過(guò)程的地球工程技術(shù)，近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。

過(guò)往的研究多聚焦于農(nóng)田系統(tǒng)，證實(shí)了該技術(shù)在固碳與改善土壤肥力方面的雙重效益。然而，作為地球碳匯體系的重要組成部分，森林生態(tài)系統(tǒng)中有機(jī)碳儲(chǔ)存和樹(shù)木生長(zhǎng)的響應(yīng)研究相對(duì)較少。實(shí)際上，森林碳匯不僅來(lái)自土壤碳庫(kù)，還與植被生長(zhǎng)及系統(tǒng)級(jí)碳循環(huán)過(guò)程密切相關(guān)。

在此背景下，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所團(tuán)隊(duì)在《Forest Ecology and Management》發(fā)表了最新研究成果?；跒槠趦赡甑穆淙~松人工林實(shí)地試驗(yàn)，研究者通過(guò)施用硅灰石，追蹤了土壤呼吸、無(wú)機(jī)碳與有機(jī)碳變化以及樹(shù)木生長(zhǎng)等關(guān)鍵過(guò)程，系統(tǒng)揭示了增強(qiáng)巖石風(fēng)化在森林生態(tài)系統(tǒng)中的固碳機(jī)制。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：研究團(tuán)隊(duì)在長(zhǎng)白山西坡一處20年樹(shù)齡的落葉林種植園，隨機(jī)分布12個(gè)樣地（每個(gè)30m×30m）。相鄰樣地之間保持至少20m的緩沖區(qū)，2022年7月31日施用硅灰石，設(shè)3個(gè)處理水平，每個(gè)組4個(gè)重復(fù)：

對(duì)照組：不添加硅灰石；

低劑量組：5噸/公頃；

高劑量組：10噸/公頃；

監(jiān)測(cè)指標(biāo)：土壤CO?通量、土壤有機(jī)碳 / 無(wú)機(jī)碳變化、樹(shù)木生物量、凋落物和細(xì)根的生長(zhǎng)情況等指標(biāo)；

土壤碳通量采用PS-9000便攜式土壤碳通量自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)（北京理加聯(lián)合科技有限公司）進(jìn)行監(jiān)測(cè)。兩年內(nèi)累計(jì)完成49次原位觀測(cè)，所有采樣在固定時(shí)段（上午8:30-12:30）進(jìn)行，施用硅灰石后，在土壤解凍到土壤凍結(jié)期間每周測(cè)量一次。同時(shí)結(jié)合同步記錄的土壤溫度數(shù)據(jù)，為準(zhǔn)確量化增強(qiáng)巖石風(fēng)化對(duì)土壤呼吸的動(dòng)態(tài)影響及其溫度敏感性提供了可靠依據(jù)。

??土壤呼吸：

施用不同濃度的硅灰石后第一年通量分別降低16.5%和15.4%，與礦物層土壤有機(jī)碳（SOC）穩(wěn)定性增強(qiáng)相關(guān)；第二年通量分別升4.1%和5.1%，主要由于根系呼吸增強(qiáng)，同時(shí)Oa+e層pH升高和DOC增加可能促進(jìn)了有機(jī)碳分解。

??土壤碳庫(kù)：

增強(qiáng)巖石風(fēng)化在顯著增加土壤無(wú)機(jī)碳的同時(shí)，通過(guò)鈣離子介導(dǎo)的“礦物—有機(jī)質(zhì)結(jié)合”作用，增強(qiáng)了礦質(zhì)層（0–10cm）土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定性，在不同土層中表現(xiàn)出對(duì)無(wú)機(jī)碳和有機(jī)碳的協(xié)同影響。

??植被響應(yīng)：

樹(shù)木年生物量增量、凋落物產(chǎn)量與細(xì)根生物量均隨硅灰石添加量增加而上升，雖未達(dá)統(tǒng)計(jì)顯著水平，但揭示了植被生長(zhǎng)對(duì)碳匯的潛在貢獻(xiàn)。

??無(wú)機(jī)碳固存：

兩種方法測(cè)算的無(wú)機(jī)碳固存量相差3.8～4.9倍，提示固碳量的評(píng)估受方法差異影響顯著，實(shí)際固碳效率仍需通過(guò)長(zhǎng)期觀測(cè)進(jìn)一步驗(yàn)證。

這項(xiàng)來(lái)自東北落葉松人工林的實(shí)地試驗(yàn)為增強(qiáng)巖石風(fēng)化在森林生態(tài)系統(tǒng)中的固碳作用提供了關(guān)鍵證據(jù)。研究顯示，增強(qiáng)風(fēng)化會(huì)同時(shí)影響無(wú)機(jī)碳形成、土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性以及根系與微生物過(guò)程，使森林碳匯呈現(xiàn)出明顯的時(shí)間動(dòng)態(tài)特征。

雖然試驗(yàn)周期僅兩年，但結(jié)果表明：增強(qiáng)風(fēng)化可能通過(guò)“礦物—土壤—植被”多過(guò)程共同作用，參與森林碳循環(huán)并潛在提升碳匯。未來(lái)仍需開(kāi)展更長(zhǎng)期、更系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，以全面評(píng)估其在森林生態(tài)系統(tǒng)中的固碳潛力與應(yīng)用前景。