堿性土壤的固碳增匯潛力
日期:2021-07-17     來源:中國礦業報網    瀏覽:48    

提要:堿性土壤不僅固碳增匯潛力巨大,還有鈍化重金屬活性、提高養分元素有效性的特點。加強堿性土壤的相關研究將有助于實現2060年碳中和目標。

我國西北干旱-半干旱地區絕大多數為堿性土壤,土壤中有機碳含量低是影響其自然生產力的重要限制因素。然而堿性土壤中碳酸鹽含量大大超過有機碳含量,因此,土壤可以通過吸收二氧化碳的無機、非生物過程來固定碳,而且其規模相當大,對全球碳收支計算有重要意義。

一、我國酸堿性土壤分布狀況

酸堿性是土壤的重要化學性質,是土壤在形成過程中受氣候、植被、母質等因素綜合作用所產生的屬性,由土壤溶液中氫離子和氫氧離子的濃度決定。酸堿性深刻影響著土壤微生物與農作物的生長,也影響著土壤的物理性質及重金屬元素、養分元素的活性和有效性。

我國土壤酸堿性的空間分布呈明顯的變化規律:土壤pH值從南向北遞增,南方多酸性土壤,北方多堿性土壤。一般來講,長江以南的土壤呈酸性或強酸性,長江以北的土壤多呈中性或堿性,西北地區土壤堿性最強。

二、堿性土壤固碳增匯潛力巨大

陸地生態系統中存在著“有機碳-二氧化碳-無機碳”的微碳循環系統。有機碳以二氧化碳為介質轉化為無機碳,這一過程是干旱–半干旱地區堿性土壤碳轉化及固持的重要機制,對大氣二氧化碳吸附固定、減緩氣候變化具有重要意義。堿性土壤固碳主要是由于其富含鈣離子,在二氧化碳分壓高的土壤中,鈣離子溶解于土壤水,向下遷移到分壓低的下部時,形成CaCO3沉淀。我國干旱-半干旱區常見的鈣板、黃土高原地區常見的鈣結合(料姜石)、新疆地區地層中膏巖層的出現即由此過程形成。

堿性土壤吸收二氧化碳是一個無機的、非生物的過程。研究表明,高鹽度和高堿度對土壤的二氧化碳吸收強度有正向影響,高溫度和高含水量則對土壤的二氧化碳吸收強度有負向影響。

西北五省區(陜西省、甘肅省、寧夏回族自治區、青海省和新疆維吾爾自治區)土地總面積約310萬平方千米,占全國國土面積的近1/3,土壤大多為堿性土。2004年以來,自然資源部中國地質調查局累計在西北重要農牧區開展土地質量地球化學調查29.59萬平方千米,獲取了大量的精細化土壤數據。西北地區土壤pH均值為8.34,是全國土壤背景值(pH=6.7)的1.24倍;CaO含量均值為7.4%,是全國土壤背景值(CaO=1.54%)的4.81倍;MgO含量均值為2.37%,是全國土壤背景值(MgO=0.78%)的3.04倍。以上數據表明,西北地區堿性土壤碳匯潛力巨大,對全球碳收支計算和碳固存具有重要意義。

三、鈍化重金屬活性,提高養分元素生物有效性

pH值是影響重金屬在土壤中遷移的重要因素之一。土壤呈酸性時,重金屬離子較易與水結合而呈離子狀態,并且酸性越強,離子溶解度就越高,越容易被植物吸收或遷移;土壤呈堿性時,多數重金屬離子易與堿性物質化合生成難溶的氫氧化物或不溶性鹽類,難以被植物吸收,不容易造成污染。由于西北地區絕大部分土壤呈堿性,因此土壤重金屬污染的生態風險較低,適宜發展綠色農業。

硒作為一種人體必需的微量元素,催生了富硒產業的蓬勃發展,在打贏脫貧攻堅戰中發揮了重要作用。研究表明,在酸性和濕潤土壤中,水溶態硒主要以亞硒酸鹽的形式存在,亞硒酸鹽容易被吸附在土壤顆粒表面;在堿性和干旱土壤中,主要以硒酸鹽的形式存在,硒酸鹽比亞硒酸鹽更易溶于水,且易于溶解于土壤中被植物吸收利用。這也是為什么中國地質調查局地質調查技術標準《天然富硒土地劃定與標識》(試行)(DD2019-10)中將pH值作為富硒土地類型劃分的重要指標之一。截至目前,西北地區累計發現富硒土地資源3963萬畝,均為堿性富硒土壤,發現的天然富硒農副產品多達9類33種,為富硒特色產業集群的發展奠定了資源基礎。

四、發揮堿性土壤稟賦條件,助力碳中和目標實現

丁仲禮院士在中國科學院學部第七屆學術年會全體院士學術報告會上多次提到堿性土壤在實現碳中和目標中的巨大潛力,然而以往相關領域受關注、研究較少。中國地質調查局西安地質調查中心自“十三五”以來,不斷加強西北地區土地質量地球化學調查工作,收集匯總了西北五省區已完成的土地質量調查成果數據,為開展堿性土壤相關研究提供了數據基礎。

下一步,該中心將以生態文明建設思想為引領,以地球系統科學理論為指導,探索開展干旱-半干旱區土地“數量、質量、生態”三位一體調查,加快構建面向生態保護和土地自然生產力的土地資源綜合調查與評價技術方法,支撐服務自然資源管理和生態環境保護;開展自然資源地球化學調查,推進西北優質及特色土地資源的保護和開發利用,支撐服務富硒等特色產業發展,接續助力鄉村振興;加強地質背景、成土過程元素遷移轉化規律及生態效應研究,提升主糧及名優特農作物農業地質條件與適應性分析方面的科技創新能力,優化國土空間保護格局;開展堿性土壤生態系統碳庫容量、碳酸鈣累積速率及開發利用生態響應研究,助力實現2060年碳中和目標。 

 

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