根據一項新研究,首次成功量化了這些氣候效益,將磨碎的硅酸鹽巖石應用于中西部的農田可以捕獲大量的二氧化碳,并防止其在大氣中積聚。
伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校和Leverhulme減緩氣候變化中心(LC3M)的研究人員與Eion公司合作,開發了一種新的方法來計算應用于農田土壤的玄武巖修正劑減少二氧化碳的潛力,這一過程被稱為增強風化。
傳統的行栽農業向大氣中釋放了大量來自土壤的碳,即二氧化碳,這是一種溫室氣體,是氣候變化的主要驅動因素。隨著風化作用的增強,硅酸鹽巖石被應用于農田,在碳到達大氣之前將其捕獲。隨著巖石風化,鈣和鎂被釋放出來,與溶解的二氧化碳反應產生碳酸氫鹽,基本上鎖定了氣體,并將其無害地轉移到地下水中。
然而,量化其碳捕獲潛力一直是個挑戰——直到現在。伊利諾斯州的研究小組能夠計算出用于玉米和芒草田的玄武巖修正劑的風化率和二氧化碳減排潛力。這些因素對于優化碳封存的努力和希望獲得碳信用額的農民來說至關重要。
“除了減少排放,我們迫切需要有效的方法來減少大氣中的二氧化碳。我們的研究結果表明,玄武巖應用于農場對農民和地球來說可能是雙贏的,既能提高產量,又能減少二氧化碳,”研究報告的合著者埃文·德盧西亞說,他是可持續發展、能源和環境研究所(iSEE)的名譽主任,g·威廉·阿倫茲植物生物學名譽教授,也是伊利諾伊州高級生物能源和生物產品創新中心(CABBI)的聯合研究員。
這項突破是伊利諾斯能源農場五年研究的結果,發表在《全球變化生物學-生物能源》雜志上。該研究由iSEE和Carl R. Woese基因組生物學研究所(IGB)的研究科學家DeLucia和Ilsa Kantola領導。
這項工作是iSEE與英國謝菲爾德大學Leverhulme中心合作的一部分,該中心正在研究增強風化作用以去除世界各地的二氧化碳:馬來西亞、澳大利亞、英國和美國。
在這種情況下,研究人員連續四年在能源農場的兩塊地里反復使用磨碎的玄武巖——一塊地輪作玉米/大豆作物,另一塊地輪作芒草(Miscanthus x giganteus),這是一種多年生草,正在成為替代化石燃料的多產生物能源作物。
研磨玄武巖加速了自然風化過程,其中包括兩種化學反應。首先,大氣中的二氧化碳在雨水中溶解,產生碳酸。然后,酸與土壤中的巖石粉塵發生反應,形成碳酸氫鹽,這是一種可溶化合物,可以與土壤中的水一起浸出;它將二氧化碳從大氣中重新引導到水循環中,在那里它可以無害地進入水道,并有可能幫助對抗海洋酸化。玄武巖含有鈣、鎂、磷和風化過程中釋放的少量營養物質,有利于土壤肥力。
伊利諾斯州的研究小組通過測量添加玄武巖后土壤中稀土元素的變化,并將其與系統中的鈣和鎂進行比較,計算出了玄武巖的二氧化碳減少和風化速率。稀土元素是“粘性的”,隨著玄武巖的增加,它們會以微量在土壤中積累,鈣和鎂會因風化作用而釋放出來,其中一些會被作物吸收。稀土元素的差異表明了玄武巖的用量,因此也就表明了鈣和鎂的用量;土壤中鈣和鎂的預期含量與實際含量之間的差異告訴研究人員土壤中的反應消耗了多少鈣和鎂。
計算表明,增強的風化作用使玉米地塊的大氣凈碳損失減少了42%。與保護性耕作或覆蓋作物相結合,玄武巖的應用可以將玉米變成一個凈碳匯。在芒草地塊,儲存的二氧化碳比添加玄武巖之前排放的要多,增強的風化作用使碳儲量增加了一倍多。這一發現增加了這種可再生生物能源作物的潛在氣候效益,這是CABBI在美國能源部資助的工作中針對的三種作物之一。
二氧化碳清除方法是減緩氣候變化戰略的關鍵部分,由于減少向大氣排放碳的社會和政治努力被推遲,要求盡快實施這些戰略的壓力越來越大。
農民、土地所有者和其他尋求碳信用額度的人都想知道要使用多少玄武巖,效果會持續多久,這兩者都取決于巖石的成分和使用的環境條件。
Kantola說:“當我們尋找新的方法來抵消碳排放時,我們需要能夠量化這些碳節約,以便更好地比較我們的選擇?!?/p>
該論文的共同作者包括伊利諾斯州植物生物系、CABBI和美國農業部農業研究服務處的Carl Bernacchi教授;伊利諾斯州的研究人員,iSEE和CABBI的埃琳娜·布朗-貝茨和iSEE和植物生物學的邁克·馬斯特斯;Eion公司的Elliot Chang、Alison Marklein和Adam Wolf;西澳大利亞大學的Caitlin Moore,前CABBI博士后;威斯康星大學麥迪遜分校的亞當·馮·哈登,前CABBI博士后;以及LC3M的Dimitar Epihov和David Beerling教授。
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