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为解决美国实现 2050 年净零排放目标的难题，研究人员开展 “利用增强风化（EW）改造美国农业以固碳” 的研究。结果显示 EW 可助力农业固碳，还有诸多益处。该研究为美国实现净零排放提供新途径。
在全球气候变暖的大背景下，实现净零排放已成为应对气候变化的关键目标。美国制定了到 2050 年实现温室气体（GHG）净零排放的战略，然而，农业和航空等行业难以脱碳，这使得达成净零碳预算颇具挑战 。为了填补这一减排缺口，二氧化碳去除（CDR）技术至关重要，其旨在从大气中捕获并储存二氧化碳，助力实现净零排放。
在众多 CDR 技术中，陆地增强风化（EW）是一种利用粉碎的硅酸盐岩石促进二氧化碳吸收的方法，在农业领域应用前景广阔，但此前却未得到充分研究。来自英国谢菲尔德大学、美国德州农工大学、佐治亚理工学院等多个研究机构的研究人员共同开展了相关研究，其成果发表于《Nature》。这项研究意义重大，若 EW 技术能在农业中广泛应用，将为美国实现 2050 年净零排放目标提供有力支持，同时也能改善土壤和空气质量，推动农业可持续发展。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先是地球系统建模，通过构建模型模拟不同情景下增强风化对美国农业碳循环、土壤和大气化学等方面的影响；其次是收集大量数据，如美国河流流域的水化学和流量数据、土壤和作物相关数据等，为模型提供支撑；还运用了数值模拟，对土壤中阳离子的停留时间、河流和海洋中碳的迁移转化等过程进行模拟分析 。
美国农业的碳吸收潜力
研究人员通过模拟发现，在不同岩石开采情景下，到 2050 年，每年施加粉碎玄武岩（40 t?ha-1）的 EW 技术可使美国农业的净 CDR 潜力达到 0.16±0.04 GtCO2·yr-1 至 0.30±0.07 GtCO2·yr-1 ；到 2070 年，这一潜力进一步提升至 0.25±0.05 GtCO2·yr-1 和 0.49±0.1 GtCO2·yr-1 。其中，十个州贡献了大部分的 CDR，特别是美国中西部玉米带的部分州。研究还表明，CDR 速率的地理空间模式主要受 EW 启动时间影响，靠近玄武岩供应地的州启动 EW 较早，每公顷的 CDR 潜力更高。
EW 碳封存的持久性
通过分析美国河流的水化学和流量数据，研究人员发现，EW 产生的溶解产物进入河流系统后，河流的碳酸盐饱和度（Ω）通常低于广泛碳酸盐沉淀所需的动力学阈值，表明河流有能力运输风化产物而不会大量重新释放 CO2 。不过，海洋生物地球化学模型计算显示，随着 EW 的实施，海洋会出现一定程度的 CO2 逸出，但总体而言，大规模部署 EW 时海洋碳储存仍具有效性。
土壤生物地球化学对 EW 的响应
EW 能调节美国农业土壤的 pH 值，随着时间推移，可使农田土壤的 pH 值逐渐升高，减少酸性土壤面积。同时，EW 还能释放作物所需的磷（P）和钾（K）等养分，部分替代昂贵的化学肥料，从而减少与肥料生产和分配相关的 CO2 排放。此外，EW 有助于减少农业土壤中氧化亚氮（N2O）的排放，这对美国实现净零排放意义重大。
区域空气质量的改善
研究发现，EW 能降低土壤中一氧化氮（NO）的排放，进而减少对流层臭氧（O3）的生成。在玉米带地区，2050 年地表 O3 浓度因 EW 出现广泛下降，到 2070 年这种下降趋势更加明显，这使得玉米、大豆和小麦等作物产量有所增加。虽然 EW 会使土壤中氨（NH3）排放有所增加，但由于减少了土壤 NO 排放，二次无机硝酸盐和铵气溶胶的形成减少，最终导致 2070 年春季和夏季的 PM2.5 浓度分别降低 0.2 μg?m-3（约 8%）和 0.1 μg?m-3（约 3%） 。
CDR 的时空成本
CDR 成本的地理空间分布显示，美国各地差异明显，受农田与玄武岩源区距离、EW 部署时间和 CDR 速率变化等因素影响。早期部署 EW 的州成本较低，到 2060 - 2070 年，多数州的 CDR 成本降至不超过 150 美元 /tCO2 。总体而言，EW 的 CDR 成本在部署初期较高，随后逐渐下降，与其他 CDR 策略相比具有竞争力。
研究表明，利用 EW 和粉碎玄武岩管理美国农业，是一种极具前景的创新方式，有助于从空气中提取碳，扭转农业对气候变化的负面影响。不过，目前该技术在知识层面仍存在一些空白，如对不同土壤和环境中的风化速率、风化产物的水文输出速率等理解不足，且尚未纳入美国政府的净零政策讨论中。未来若要大规模推广 EW 技术，需充分考虑其潜在的负面外部性，加强公众参与，完善监测、报告和验证（MRV）框架，以推动该技术的科学发展，增强各方对其的信心 。同时，任何 CDR 技术都需与紧急且大幅的减排措施以及向清洁能源的转型相结合，才能有效应对气候危机。
