这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是对该研究的学术报告：
本研究由Fredrick J. Holden、Kalu Davies、Michael I. Bird、Ruby Hume、Hannah Green、David J. Beerling和Paul N. Nelson共同完成。研究机构包括澳大利亚詹姆斯库克大学（James Cook University）、英国谢菲尔德大学（University of Sheffield）的Leverhulme气候变化减缓中心，以及澳大利亚阿德莱德的环境与水资源部门。该研究于2024年10月9日发表在《Science of the Total Environment》期刊上。
本研究的主要科学领域是增强风化（Enhanced Weathering, EW），这是一种通过加速硅酸盐岩石（如玄武岩）的风化来移除大气中二氧化碳（CO₂）的技术，旨在应对气候变化。尽管模型和模拟研究表明增强风化具有显著的碳移除（Carbon Dioxide Removal, CDR）潜力，但实际的田间研究较少。本研究旨在通过在澳大利亚东北部热带酸性土壤中的甘蔗田应用破碎玄武岩，直接测量田间碳移除效果。
研究的背景知识包括：硅酸盐岩石在适宜条件下风化时，溶解的CO₂或碳酸（H₂CO₃）会与硅酸盐矿物反应，生成碳酸氢盐（HCO₃⁻）和其他溶质，这些物质可以通过土壤和地下水进入海洋，实现长期的碳储存。增强风化通过将玄武岩等硅酸盐岩石粉碎并应用于土壤，加速这一过程，从而实现碳封存。
研究的主要目标是：1）量化玄武岩风化对土壤和排水化学的影响；2）测量田间碳移除效果；3）确定玄武岩风化的主要酸性来源。
研究分为以下几个步骤：
实验地点与处理
实验地点位于澳大利亚昆士兰州的甘蔗田，土壤为酸性红壤（pH 5.8）。实验采用随机区组设计，分为两个处理组：对照组（0 t ha⁻¹ a⁻¹）和玄武岩处理组（50 t ha⁻¹ a⁻¹）。玄武岩于2018年至2022年每年施用一次，2018年施用时将其混入土壤，之后年份则未混入。
土壤与作物采样与分析
2022年，研究人员在收获后对土壤进行了采样，分析了不同深度的土壤pH、可提取的镁（Mg）和硅（Si）含量。此外，还测量了土壤无机碳含量和深层排水（1.25米深度）中的碳酸氢盐（HCO₃⁻）通量，以量化2022-2023年湿季的碳移除效果。
排水采样与分析
在2022年11月，研究人员在每个地块安装了被动式排水通量计（DFMs），用于收集深层排水。在2022-2023年水文年内，所有排水样本均被收集并分析，测量了pH、电导率（EC）和碱度等指标。
强酸对玄武岩风化的贡献
通过测量土壤性质的变化和深层排水中的阴离子通量，研究人员确定了强酸（如表面结合的质子、硝酸、有机酸等）对玄武岩风化的贡献。
土壤与作物变化
经过5年的玄武岩施用，土壤pH显著提高，尤其是在0-0.25米深度，Mg和Si的含量也有所增加，表明玄武岩发生了显著风化。然而，作物产量并未显著提高。
碳移除效果
2022-2023年湿季，玄武岩处理地块的HCO₃⁻通量平均为3.15 kmol ha⁻¹ a⁻¹，而未处理地块为2.56 kmol ha⁻¹ a⁻¹，两者差异（0.59 kmol ha⁻¹ a⁻¹或0.026 t CO₂ ha⁻¹ a⁻¹）并不显著（p = 0.082）。土壤无机碳含量低于检测限，表明碳移除主要来自HCO₃⁻的排出。
强酸的贡献
玄武岩的风化主要由强酸驱动，按贡献大小依次为：表面结合的质子（固有土壤酸度）、硝酸（来自硝化作用）、有机酸以及与植物吸收阳离子相关的酸。碳酸酸的贡献较小，仅占2%。
本研究直接测量了在酸性热带农业土壤中通过增强风化实现的田间碳移除效果，结果表明碳移除量较低。主要原因是土壤pH低于碳酸酸的pKa1（6.4），导致碳酸酸对风化的贡献有限。尽管如此，玄武岩的应用显著提高了土壤pH，并消耗了强酸，这可能会随着时间的推移减少土壤或河流中的CO₂排放。
该研究的科学价值在于提供了增强风化在酸性土壤中碳移除效果的实证数据，为未来的碳移除技术开发和应用提供了重要参考。此外，研究还揭示了强酸在玄武岩风化中的主导作用，为理解增强风化的机制提供了新的见解。
研究还讨论了增强风化在酸性土壤中的潜在应用，包括通过提高土壤pH和减少强酸消耗来实现长期的碳移除。此外，研究还提出了未来研究方向，如在不同酸碱性土壤中进行更多的田间试验，以进一步验证增强风化的效果。