碱性土壤的固碳增汇潜力

2021.07.16 中国矿业报/赵禹   

提要：碱性土壤不仅固碳增汇潜力巨大，还有钝化重金属活性、提高养分元素有效性的特点。加强碱性土壤的相关研究将有助于实现2060年碳中和目标。

我国西北干旱-半干旱地区绝大多数为碱性土壤，土壤中有机碳含量低是影响其自然生产力的重要限制因素。然而碱性土壤中碳酸盐含量大大超过有机碳含量，因此，土壤可以通过吸收二氧化碳的无机、非生物过程来固定碳，而且其规模相当大，对全球碳收支计算有重要意义。

一、我国酸碱性土壤分布状况

酸碱性是土壤的重要化学性质，是土壤在形成过程中受气候、植被、母质等因素综合作用所产生的属性，由土壤溶液中氢离子和氢氧离子的浓度决定。酸碱性深刻影响着土壤微生物与农作物的生长，也影响着土壤的物理性质及重金属元素、养分元素的活性和有效性。

我国土壤酸碱性的空间分布呈明显的变化规律：土壤pH值从南向北递增，南方多酸性土壤，北方多碱性土壤。一般来讲，长江以南的土壤呈酸性或强酸性，长江以北的土壤多呈中性或碱性，西北地区土壤碱性最强。

二、碱性土壤固碳增汇潜力巨大

陆地生态系统中存在着“有机碳-二氧化碳-无机碳”的微碳循环系统。有机碳以二氧化碳为介质转化为无机碳，这一过程是干旱–半干旱地区碱性土壤碳转化及固持的重要机制，对大气二氧化碳吸附固定、减缓气候变化具有重要意义。碱性土壤固碳主要是由于其富含钙离子，在二氧化碳分压高的土壤中，钙离子溶解于土壤水，向下迁移到分压低的下部时，形成CaCO3沉淀。我国干旱-半干旱区常见的钙板、黄土高原地区常见的钙结合（料姜石）、新疆地区地层中膏岩层的出现即由此过程形成。

碱性土壤吸收二氧化碳是一个无机的、非生物的过程。研究表明，高盐度和高碱度对土壤的二氧化碳吸收强度有正向影响，高温度和高含水量则对土壤的二氧化碳吸收强度有负向影响。

西北五省区（陕西省、甘肃省、宁夏回族自治区、青海省和新疆维吾尔自治区）土地总面积约310万平方千米，占全国国土面积的近1/3，土壤大多为碱性土。2004年以来，自然资源部中国地质调查局累计在西北重要农牧区开展土地质量地球化学调查29.59万平方千米，获取了大量的精细化土壤数据。西北地区土壤pH均值为8.34，是全国土壤背景值（pH=6.7）的1.24倍；CaO含量均值为7.4％，是全国土壤背景值（CaO=1.54%）的4.81倍；MgO含量均值为2.37％，是全国土壤背景值（MgO=0.78％）的3.04倍。以上数据表明，西北地区碱性土壤碳汇潜力巨大，对全球碳收支计算和碳固存具有重要意义。

三、钝化重金属活性，提高养分元素生物有效性

pH值是影响重金属在土壤中迁移的重要因素之一。土壤呈酸性时，重金属离子较易与水结合而呈离子状态，并且酸性越强，离子溶解度就越高，越容易被植物吸收或迁移；土壤呈碱性时，多数重金属离子易与碱性物质化合生成难溶的氢氧化物或不溶性盐类，难以被植物吸收，不容易造成污染。由于西北地区绝大部分土壤呈碱性，因此土壤重金属污染的生态风险较低，适宜发展绿色农业。

硒作为一种人体必需的微量元素，催生了富硒产业的蓬勃发展，在打赢脱贫攻坚战中发挥了重要作用。研究表明，在酸性和湿润土壤中，水溶态硒主要以亚硒酸盐的形式存在，亚硒酸盐容易被吸附在土壤颗粒表面；在碱性和干旱土壤中，主要以硒酸盐的形式存在，硒酸盐比亚硒酸盐更易溶于水，且易于溶解于土壤中被植物吸收利用。这也是为什么中国地质调查局地质调查技术标准《天然富硒土地划定与标识》（试行）（DD2019-10）中将pH值作为富硒土地类型划分的重要指标之一。截至目前，西北地区累计发现富硒土地资源3963万亩，均为碱性富硒土壤，发现的天然富硒农副产品多达9类33种，为富硒特色产业集群的发展奠定了资源基础。

四、发挥碱性土壤禀赋条件，助力碳中和目标实现

丁仲礼院士在中国科学院学部第七届学术年会全体院士学术报告会上多次提到碱性土壤在实现碳中和目标中的巨大潜力，然而以往相关领域受关注、研究较少。中国地质调查局西安地质调查中心自“十三五”以来，不断加强西北地区土地质量地球化学调查工作，收集汇总了西北五省区已完成的土地质量调查成果数据，为开展碱性土壤相关研究提供了数据基础。

下一步，该中心将以生态文明建设思想为引领，以地球系统科学理论为指导，探索开展干旱-半干旱区土地“数量、质量、生态”三位一体调查，加快构建面向生态保护和土地自然生产力的土地资源综合调查与评价技术方法，支撑服务自然资源管理和生态环境保护；开展自然资源地球化学调查，推进西北优质及特色土地资源的保护和开发利用，支撑服务富硒等特色产业发展，接续助力乡村振兴；加强地质背景、成土过程元素迁移转化规律及生态效应研究，提升主粮及名优特农作物农业地质条件与适应性分析方面的科技创新能力，优化国土空间保护格局；开展碱性土壤生态系统碳库容量、碳酸钙累积速率及开发利用生态响应研究，助力实现2060年碳中和目标。

（作者单位：中国地质调查局西安地质调查中心）

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