科学家警告说,环境模型中遗漏了数万亿吨碳

我们都知道地球大气中的碳,可能也知道植物和动物体内所含的碳。但是,地球上陆地生态系统中很大一部分碳都存在于我们可能忽略的显而易见的东西中:土壤。

即使我们确实考虑了土壤中的碳,我们通常也会考虑土壤中有机物中的碳,例如植物凋落物、细菌或动物粪便。然而,土壤中的无机矿物成分也含有碳。

在一项新的研究中最新发表于科学,我们发现土壤无机碳比任何人意识到的要多得多——而且它可能是地球碳循环中一个令人惊讶的重要参与者。

我们分析了来自世界各地的 200,000 多个土壤测量值,计算出全球顶部两米的土壤含有约 2.3 万亿吨无机碳。这大约是世界上所有陆地植被中发现的碳的五倍。

我们估计,在未来30年内,可能会释放约230亿吨(1%)的碳,对地球的土地、水域和大气的影响知之甚少。

什么是土壤无机碳?

无机碳以各种形式存在于土壤中。它可以是二氧化碳气体,溶解在水或其他液体中,也可以是碳酸盐矿物的固体形式。

按重量计算,大多数无机碳是固体碳酸盐,通常是碳酸钙(一种常见于石灰石、大理石和白垩等材料中的物质)。它们使土壤看起来发白,而有机碳则使土壤变黑。

土壤碳酸盐可以来自岩石的风化,也可以来自土壤矿物质与大气二氧化碳的反应。

在澳大利亚等干旱和半干旱环境中,无机碳往往在土壤中积聚更多。这是因为当水流过土壤时,它往往会带走一些碳酸盐。

无机碳在土壤顶部2米的全球分布。(Huang et al. 2024 / 科学)

我们的估计显示,澳大利亚土壤的顶部两米处蕴藏着约1600亿吨(7%)的世界无机碳。这使得澳大利亚拥有世界第五大土壤无机碳库。

在较潮湿的地区,土壤碳酸盐也可能以富含钙的冲积沉积物或钙质岩石的形式出现在河流沿岸、湖泊和沿海地区。喀斯特地区的土壤——富含石灰石等岩石的地区,通常以洞穴和天坑为特征——通常含有岩石中的碳酸盐。在中亚等地区,大量的风吹沉积物(黄土)有助于碳酸盐矿物的积累。

我们为什么要关心?

这个巨大的碳库受到环境变化的影响,尤其是土壤酸化。酸溶解碳酸钙,这意味着碳溶解在水中或以二氧化碳气体的形式释放。

全球许多地区(如中国和印度)的土壤由于酸雨以及工业活动和集约化农业造成的其他污染而变得更加酸性。

科学家们认为土壤中的碳酸盐是一个相对稳定的碳库,随着时间的推移变化缓慢。然而,人类活动使土壤无机碳更具流动性。

农田的灌溉和施肥加快了土壤无机碳的溶解和从土壤中渗出的速度。

在地球历史的很长一段时间里,无机碳一直在土壤中积累。对这种碳的干扰将对土壤健康产生深远的影响。

对这种碳的破坏会损害土壤中和酸度、调节养分水平、促进植物生长和稳定有机碳的能力。土壤无机碳不仅可以储存碳,还可以支持土壤在生态系统中的许多关键功能。

在我们的研究中,我们发现每年有 11.3 亿吨无机碳从土壤中流失到内陆水域。这种损失对陆地、淡水体、大气和海洋之间的碳迁移产生了深远但经常被忽视的影响。

该怎么办?

有一个越来越多的认可土壤碳作为基于自然的抗击解决方案的基本组成部分的重要性气候变化.然而,到目前为止,大部分关注点都集中在有机碳上。我们的研究表明,无机碳值得同等关注。

改良的土地实践可以减少对全球土壤无机碳库的干扰,甚至可能使其变大。在农业中,使灌溉和施肥更好地适应植物生长需求可以减少对无机碳的影响。在一些土壤中,有机改良剂,如堆肥和肥料,可以防止酸化,提高钙含量,增加土壤无机碳。

我们的研究表明,通过在土壤中封存碳来缓解气候变化的努力必须包括无机碳和有机碳。

土壤中的无机碳与气候变化、工业污染和土壤过度利用等全球变化有关,与有机碳的方式不同。然而,一些将更多碳锁定在土壤中的策略——例如增强岩石风化、植树造林和将有机碳捕获在土壤矿物中——也可能有助于增加无机碳的水平。

已经有国际土壤碳计划,如每千倡议 4 个,旨在将全球土壤碳储存量每年增加0.4%。这些努力可以通过考虑无机碳在实现可持续土壤管理和实现气候目标方面的关键作用来进一步提高他们的雄心壮志。

黄媛媛,高级研究科学家,中国科学院;佩普·卡纳德尔,CSIRO环境首席研究科学家;全球碳项目执行主任联邦科学与工业研究组织王莹萍,首席研究科学家,联邦科学与工业研究组织

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