堿性土壤不僅固碳增匯潛力巨大，還有鈍化重金屬活性、提高養(yǎng)分元素有效性的特點。加強堿性土壤的相關(guān)研究將有助于實現(xiàn)2060年碳中和目標。

我國西北干旱-半干旱地區(qū)絕大多數(shù)為堿性土壤，土壤中有機碳含量低是影響其自然生產(chǎn)力的重要限制因素。然而堿性土壤中碳酸鹽含量大大超過有機碳含量，因此，土壤可以通過吸收二氧化碳的無機、非生物過程來固定碳，而且其規(guī)模相當大，對全球碳收支計算有重要意義。

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我國酸堿性土壤分布狀況

酸堿性是土壤的重要化學(xué)性質(zhì)，是土壤在形成過程中受氣候、植被、母質(zhì)等因素綜合作用所產(chǎn)生的屬性，由土壤溶液中氫離子和氫氧離子的濃度決定。酸堿性深刻影響著土壤微生物與農(nóng)作物的生長，也影響著土壤的物理性質(zhì)及重金屬元素、養(yǎng)分元素的活性和有效性。

我國土壤酸堿性的空間分布呈明顯的變化規(guī)律：土壤pH值從南向北遞增，南方多酸性土壤，北方多堿性土壤。一般來講，長江以南的土壤呈酸性或強酸性，長江以北的土壤多呈中性或堿性，西北地區(qū)土壤堿性最強。

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堿性土壤固碳增匯潛力巨大

陸地生態(tài)系統(tǒng)中存在著“有機碳-二氧化碳-無機碳”的微碳循環(huán)系統(tǒng)。有機碳以二氧化碳為介質(zhì)轉(zhuǎn)化為無機碳，這一過程是干旱–半干旱地區(qū)堿性土壤碳轉(zhuǎn)化及固持的重要機制，對大氣二氧化碳吸附固定、減緩氣候變化具有重要意義。堿性土壤固碳主要是由于其富含鈣離子，在二氧化碳分壓高的土壤中，鈣離子溶解于土壤水，向下遷移到分壓低的下部時，形成CaCO3沉淀。我國干旱-半干旱區(qū)常見的鈣板、黃土高原地區(qū)常見的鈣結(jié)合(料姜石)、新疆地區(qū)地層中膏巖層的出現(xiàn)即由此過程形成。

堿性土壤吸收二氧化碳是一個無機的、非生物的過程。研究表明，高鹽度和高堿度對土壤的二氧化碳吸收強度有正向影響，高溫度和高含水量則對土壤的二氧化碳吸收強度有負向影響。

西北五省區(qū)(陜西省、甘肅省、寧夏回族自治區(qū)、青海省和新疆維吾爾自治區(qū))土地總面積約310萬平方千米，占全國國土面積的近1/3，土壤大多為堿性土。2004年以來，自然資源部中國地質(zhì)調(diào)查局累計在西北重要農(nóng)牧區(qū)開展土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查29.59萬平方千米，獲取了大量的精細化土壤數(shù)據(jù)。西北地區(qū)土壤pH均值為8.34，是全國土壤背景值(pH=6.7)的1.24倍;CaO含量均值為7.4%，是全國土壤背景值(CaO=1.54%)的4.81倍;MgO含量均值為2.37%，是全國土壤背景值(MgO=0.78%)的3.04倍。以上數(shù)據(jù)表明，西北地區(qū)堿性土壤碳匯潛力巨大，對全球碳收支計算和碳固存具有重要意義。

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鈍化重金屬活性，提高養(yǎng)分元素生物有效性

pH值是影響重金屬在土壤中遷移的重要因素之一。土壤呈酸性時，重金屬離子較易與水結(jié)合而呈離子狀態(tài)，并且酸性越強，離子溶解度就越高，越容易被植物吸收或遷移;土壤呈堿性時，多數(shù)重金屬離子易與堿性物質(zhì)化合生成難溶的氫氧化物或不溶性鹽類，難以被植物吸收，不容易造成污染。由于西北地區(qū)絕大部分土壤呈堿性，因此土壤重金屬污染的生態(tài)風(fēng)險較低，適宜發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)。

硒作為一種人體必需的微量元素，催生了富硒產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，在打贏脫貧攻堅戰(zhàn)中發(fā)揮了重要作用。研究表明，在酸性和濕潤土壤中，水溶態(tài)硒主要以亞硒酸鹽的形式存在，亞硒酸鹽容易被吸附在土壤顆粒表面;在堿性和干旱土壤中，主要以硒酸鹽的形式存在，硒酸鹽比亞硒酸鹽更易溶于水，且易于溶解于土壤中被植物吸收利用。這也是為什么中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查技術(shù)標準《天然富硒土地劃定與標識》(試行)(DD2019-10)中將pH值作為富硒土地類型劃分的重要指標之一。截至目前，西北地區(qū)累計發(fā)現(xiàn)富硒土地資源3963萬畝，均為堿性富硒土壤，發(fā)現(xiàn)的天然富硒農(nóng)副產(chǎn)品多達9類33種，為富硒特色產(chǎn)業(yè)集群的發(fā)展奠定了資源基礎(chǔ)。

04

發(fā)揮堿性土壤稟賦條件，助力碳中和目標實現(xiàn)

丁仲禮院士在中國科學(xué)院學(xué)部第七屆學(xué)術(shù)年會全體院士學(xué)術(shù)報告會上多次提到堿性土壤在實現(xiàn)碳中和目標中的巨大潛力，然而以往相關(guān)領(lǐng)域受關(guān)注、研究較少。中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心自“十三五”以來，不斷加強西北地區(qū)土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作，收集匯總了西北五省區(qū)已完成的土地質(zhì)量調(diào)查成果數(shù)據(jù)，為開展堿性土壤相關(guān)研究提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

下一步，該中心將以生態(tài)文明建設(shè)思想為引領(lǐng)，以地球系統(tǒng)科學(xué)理論為指導(dǎo)，探索開展干旱-半干旱區(qū)土地“數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)”三位一體調(diào)查，加快構(gòu)建面向生態(tài)保護和土地自然生產(chǎn)力的土地資源綜合調(diào)查與評價技術(shù)方法，支撐服務(wù)自然資源管理和生態(tài)環(huán)境保護;開展自然資源地球化學(xué)調(diào)查，推進西北優(yōu)質(zhì)及特色土地資源的保護和開發(fā)利用，支撐服務(wù)富硒等特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展，接續(xù)助力鄉(xiāng)村振興;加強地質(zhì)背景、成土過程元素遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及生態(tài)效應(yīng)研究，提升主糧及名優(yōu)特農(nóng)作物農(nóng)業(yè)地質(zhì)條件與適應(yīng)性分析方面的科技創(chuàng)新能力，優(yōu)化國土空間保護格局;開展堿性土壤生態(tài)系統(tǒng)碳庫容量、碳酸鈣累積速率及開發(fā)利用生態(tài)響應(yīng)研究，助力實現(xiàn)2060年碳中和目標。