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本研究的主要作者包括Fuxing Guo、Haowei Sun、Jing Yang、Linsen Zhang、Yan Mu、Yanping Wang和Fuyong Wu。他们分别来自西北农林科技大学自然资源与环境学院、中国农业科学院西北水土保持研究所、西北农林科技大学园艺学院、西北农林科技大学园林艺术学院以及西北农林科技大学富平现代农业综合试验示范站。该研究发表于《Science of the Total Environment》期刊，2023年8月11日在线发布。
本研究的主要科学领域是农业与环境科学，特别是通过增强岩石风化（Enhanced Rock Weathering, ERW）技术来改善农田碳汇和粮食安全。全球气候变化和粮食安全问题是当前国际社会关注的焦点，而ERW作为一种新兴的二氧化碳去除技术，通过将粉碎的硅酸盐岩石应用于农田，能够改善土壤质量并增加碳汇。然而，由于气候差异和田间数据限制，ERW在温带地区对粮食安全和土壤碳库的影响仍存在不确定性。因此，本研究旨在通过在不同湿润地区进行田间监测和ERW性能模型评估，探讨ERW在中国农田中的作物生产力和碳汇潜力。
本研究包括以下几个主要步骤：
田间实验设计
研究在三个气候区（半干旱、半湿润和湿润地区）进行了田间实验。实验地点根据降水量（200-400 mm、400-800 mm、>800 mm）进行划分。每个实验地点设置了三个5 m × 5 m的监测样方，分别进行ERW处理（TERW）和对照处理（TC）。ERW处理中，每平方米施用10 kg混合硅酸盐岩石粉末，并通过耕作将其混入0-20 cm的土壤层中。
样品采集与分析
每年11月和6月采集植物样品，采用五点采样法收集样方内的地上生物量。土壤样品每年11月从0-40 cm土层中采集，土壤水样则通过负压收集器在50、70、100、140和180 cm深度采集。土壤和水分样品分别用于测量无机碳（TIC）和溶解无机碳（DIC）含量。
环境因素分析
研究收集了气候、土壤和管理因素的数据，包括降水量、土壤pH、土壤湿度、施肥量等。通过随机森林算法和相关性网络分析，探讨了这些因素对ERW介导的产量和碳汇变化的贡献。
ERW性能模型评估
研究使用ERW性能模型评估了中国农田ERW的碳汇潜力。模型考虑了岩石溶解动力学、化学亲和力、土壤水文、温度、pH和作物生长等多种因素，并通过溶质传输方程和质量平衡方程进行计算。
作物产量响应
田间监测结果显示，ERW显著提高了湿润地区的作物产量，平均增产13.5±5.2%。在半干旱地区，ERW显著提高了春小麦的产量（13.9±5.6%），但在半湿润地区，产量增加不显著。
土壤和渗滤液生物地球化学响应
ERW显著提高了湿润地区土壤的pH值（0.17±0.13单位/年），并增加了土壤中的可交换养分（P、K、Ca、Mg、Si）。渗滤液分析显示，ERW显著提高了半湿润和湿润地区的pH值，并增加了Ca和Mg的溶解量。
碳汇效果
ERW在三个地区的碳汇量分别为1.22-2.80 t-CO2 ha⁻¹ yr⁻¹，其中湿润地区的碳汇主要来自DIC（1.84±0.43 t-CO2 ha⁻¹ yr⁻¹），占总碳汇的65.7±39.3%。
环境因素贡献分析
随机森林模型分析显示，降水量和土壤pH是影响ERW产量和碳汇变化的主要因素，分别贡献了10.4-16.7%和9.7-16.8%。管理因素（如施肥）的贡献也不可忽视，尤其是氮输入（2.7-7.0%）。
碳汇潜力评估
模型评估显示，中国农田ERW的碳汇速率可达0.28-0.40 Gt CO2 yr⁻¹，具有扩大和加速中国国家自主贡献（NDCs）的潜力。ERW的平均碳汇成本为633±161 CNY ¥ t-CO2⁻¹，考虑到岩石粉末对土壤pH和养分的积极影响，这一成本具有吸引力。
本研究表明，农田ERW技术在改善作物产量、土壤pH和多养分有效性方面具有广泛的应用潜力，特别是在湿润地区。ERW在中国的碳汇潜力显著，可达0.28-0.40 Gt CO2 yr⁻¹，为农业碳中和提供了重要途径。研究还强调了降水量和土壤pH对ERW效果的主导作用，以及管理因素（如施肥）的重要性。
重要发现
ERW显著提高了湿润地区的作物产量和土壤pH，并增加了土壤中的可交换养分。ERW在中国的碳汇潜力显著，具有扩大国家自主贡献的潜力。
方法新颖性
研究采用了随机森林算法和相关性网络分析，探讨了气候、土壤和管理因素对ERW效果的贡献。ERW性能模型考虑了多种影响因素，能够更准确地评估碳汇潜力。
研究对象的特殊性
研究在不同气候区（半干旱、半湿润和湿润地区）进行了田间实验，提供了更全面的ERW效果数据。
研究还探讨了ERW技术在不同应用场景下的潜力，如替代石灰控制土壤酸化、作为缓释肥料以及利用硅酸盐废弃物资源等。这些应用场景进一步提高了ERW技术的经济性和市场竞争力。