巖石也能緩解氣候變化？科學家說很可行

加強巖石的風化作用可以大量去除大氣中的CO2。現在看來，就技術成本和去除CO2的潛力而言，這種方法的前景不亞於其他策略。

減緩全球變暖需要大規模脫除大氣中的二氧化碳。Beerling等人[1]在《自然》撰文指出，強化土壤中的巖石風化作用對於消除大氣中CO2的全球戰略具有巨大的技術和經濟潛力。將碾碎的玄武巖或其它矽酸鹽材料加入到土壤中，它會慢慢分解並與CO2反應形成碳酸鹽，最終留在土壤裡，或流入海洋。作者認為，這項技術每年能從大氣中去除5億到20億噸的CO2——脫除率與其他陸基方法類似，如土壤中累積有機碳，地質構造中的碳捕獲和碳封存以及向土壤中添加生物炭（一種富碳材料）。

Beerling和同事發現，在美國、加拿大和歐洲，通過加強巖石風化作用去除大氣中CO2的平均成本為每噸CO2 160-190美元，而在中國、印度、墨西哥、印度尼西亞和巴西，這一成本為每噸CO2 55-120美元。此外，作者報告說，中國、美國和印度作為使用化石燃料的三大主要CO2排放國，採用這種技術去除CO2的潛力最大。但他們也指出，將矽酸鹽材料施用於土壤（圖1）需要仔細進行風險評估，以防金屬和持久性有機化合物（環境中耐降解的化合物）的可能汙染。

圖1|向農田投加矽酸鹽材料。Beerling等人[1]證明，向土壤中投加碾碎的玄武巖或者其他矽酸鹽材料可以強化巖石的風化作用，是一種去除大氣中二氧化碳的有效策略。來源：Ilsa B Kantola.

儘管這一成果可能會激發新一輪的研究熱情，但要強調的是，即使在樂觀的假設下，對於全球每年因使用化石燃料造成的碳排放來說，強化巖石風化只能封存其中一部分碳。因此，減少碳排放仍是避免氣候變化嚴重後果的首要任務。但是，正如Beerling等人指出，清除CO2僅靠一種方法是不夠的，應將新方法作為一種選項，組合使用。

其他一些陸基碳封存技術更依賴於土壤。然而，通過巖石風化作用對無機碳的吸附與對有機碳的吸附有著根本的區別。後者依靠植物的光合作用從大氣中去除CO2，並在土壤中以微生物殘留物為主要形式保留植物碳。因此，科學家今後應該更加關注他們所指的「碳封存」的意義——是無機的還是有機的?

通過加強巖石風化作用來封存大氣中的CO2，同有機碳封存一樣，既有一些吸引力，也面臨一些挑戰。事實上，對作物生產有益肯定是兩種方法的關鍵優勢。在強化巖石風化作用的情況下，添加的巖石含有必要的植物營養物質，如鈣和鎂，以及能在多方面促進作物生產的鉀和微量元素。在這點上，我們會比作者說得更直接一些，這些營養物質目前在農業中還處於供應不足的狀態。

僅靠提高土壤pH值就能大幅提高世界上許多地區的作物產量，可能正是因為pH值較低，才限制了2億多公頃耕地和果園土壤上的作物生產[3]。這個面積佔到了這類土壤總面積（9.67億公頃；見go.nature.com/31rcajd）的約20%。因此，在全球範圍內，酸性是土壤無法開展農耕的最大限制因素[4]。然而，目前還沒有關於低pH和最優pH值土壤之間作物產量差異的多區域詳細分析，而這類調查有助於研究不同碳封存方法的協同作用。可以想見，作者提出的添加巖石的方法可以緩解一些地區農業用石灰石的短缺[5]。此外，鈣還能促進酸性表層土壤中根系的生長[6]，這樣生長的植物根系可以吸收更多的水分，產生非常重要的連鎖效應。

將強化巖石風化作用與其他基於土壤的碳封存方法相結合，既可以互相補缺，又可以最大限度地發揮協同作用[7]。Beerling和同事的研究提示了這方面的機會，也暗示了程序上和土壤生物地球化學方面的限制。更快的作物生長會增加土壤中作物廢棄物（收割後留在田裡的作物殘料）的輸入，從而增加有機碳的積累。然而，鈣和有機物之間的相互作用能阻止CO2返回大氣的可能性卻很少被探索，關於鎂產生的影響的相關資料也很少。原則上，鈣可以通過促進有機物被粘土吸附、被包含進碳酸鹽或積聚作用來減少有機物的分解[8]。但不僅僅是有機物與粘土礦物之間的相互作用需要研究，鈣的間接作用——通過改變微生物的生態學特徵或與有機化合物的相互作用——目前也研究甚少。

如果協同作用成為有機碳封存和作物生產之間的一種取捨，土壤中的有機碳含量可能會減少，從而威脅到農民的生計，甚至是糧食安全。任何涉及土壤的碳封存技術都是一項難以推廣、預測和監測的嚴峻挑戰[9]，因為封存技術必須能在數億農民管理的廣袤土地上應用。不可避免的是，如果對農民的激勵無效，或供應鏈中斷，在個別情況下，預測的增產可能無法實現，甚至要面臨作物減產。但是科學家不應該放棄評估這些技術，而是要認清這一點：農民需要自主調整土壤管理模式，以滿足他們各自的土地特徵和作物產量目標。這需要全球共同努力，藉由以農民為中心的研究進行因地制宜的優化。

肥料的配銷網遍布世界上許多地方。但是，即使在這些渠道覆蓋的地方，成功採用強化巖石風化作用可能並不僅僅仰仗於它對作物生產帶來的益處。我們假設碳市場是必需的，如果它能鼓勵開展社會和環境上負責的實踐，那將是有益的[10]。要使技術符合條件，就必須表明這些技術除了能增加土壤肥力之外，還能為該技術的使用者帶來額外好處（額外性）。我們必須強調，無論是採用強化巖石風化作用還是其他基於土壤的碳封存技術，都要對克服額外性挑戰的農民主動提供公正和財政上寬鬆的合理激勵措施[10]。

因此，這裡的主要結論或許是，去除大氣中CO2的幾項主要潛在技術要為糧食生產帶來巨大效益，並且這些技術是以土壤管理為中心的。這種全球協作離不開農民的支持，否則它將以失敗告終。科學家需要認識到，緩解氣候變化本身並不是一個足夠的激勵措施，他們應該優先考慮這些技術對作物生長有什麼好處，財政激勵也同樣如此。通過財政支持土壤健康和作物生產可能是解決大氣中CO2排放問題的最佳手段。