有机改良剂与增强岩石风化协同作用对农田土壤碳储量的调控机制

为探究增强岩石风化(ERW)与有机改良剂(如堆肥、生物炭)联用对土壤碳循环的影响，加州大学戴维斯分校团队开展3年田间试验，发现ERW单独处理可提升无机碳(IC)及有机碳组分(POM/MAOM)，但与有机改良剂联用会降低有机碳氮积累速率，揭示了碳封存与土壤健康管理的协同-权衡关系，为气候减缓策略提供实证依据。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，如何通过农业管理措施实现碳封存成为研究热点。增强岩石风化(Enhanced Rock Weathering, ERW)作为一种新兴的负排放技术，通过将粉碎的硅酸盐矿物施加到农田，利用自然化学反应吸收大气二氧化碳。然而，现有研究多聚焦无机碳(IC)化学过程，对ERW与有机改良措施(如堆肥、生物炭)如何协同影响土壤有机碳循环的认识严重不足。这一问题直接关系到ERW技术在实际农业系统中的综合效益评估。

针对这一科学空白，美国加州大学戴维斯分校(University of California, Department of Land, Air and Water Resources)的Jaeeun Sohng等研究人员在常规管理的灌溉玉米田中开展了为期三年的田间试验。研究团队设计了四种处理方案：单独粉碎岩石、岩石+堆肥、岩石+生物炭、岩石+堆肥/生物炭组合，系统监测了土壤pH值、主要阳离子、无机碳含量等风化指标，以及颗粒有机质(Particulate Organic Matter, POM)、矿物结合有机质(Mineral-Associated Organic Matter, MAOM)、微生物生物量碳和水溶性有机碳等关键有机组分的变化规律。

研究采用标准土壤分析方法，包括pH电极测定、离子色谱分析阳离子、盐酸酸解法测定无机碳，以及物理-化学联合分馏技术分离POM和MAOM。通过建立三年纵向观测数据集，团队首次揭示了ERW与有机改良剂联用对土壤碳库的动态影响。

主要发现如下：

1. 1.

   单独岩石处理促进风化进程：粉碎岩石显著提升土壤pH值和IC含量，同时表现出增加POM和MAOM的趋势，证实ERW具有同步促进无机和有机碳积累的潜力。

2. 2.

   有机-无机联用产生碳分配转变：与单独有机处理相比，岩石+堆肥组合使土壤有机碳和氮浓度降低(包括POM和MAOM)，但IC显著增加，表明碳分配从有机相向无机相转移。

3. 3.

   复合处理加剧氮素限制：岩石+堆肥/生物炭处理组的MAOM-氮含量显著低于单独有机处理，提示硅酸盐风化可能加速有机氮矿化，影响长期土壤肥力。

这项发表于《Scripta Materialia》的研究首次通过田间尺度实证表明，ERW与有机改良措施联用虽能促进岩石风化和碳封存，但会改变土壤碳氮循环模式，可能减缓有机碳库的积累速率。这一发现对优化农田管理策略具有双重意义：一方面证实ERW可作为有效的碳清除技术，另一方面警示需要重新评估其与现有土壤健康实践(如有机改良)的协同效应。研究提出的碳分配权衡框架，为制定兼顾气候变化缓解和土壤可持续利用的精准农业政策提供了科学依据。未来研究需在不同气候带、作物系统和更长的时间尺度上验证这些发现，以完善ERW技术的全生命周期评价体系。