關鍵詞：土壤改良；玄武巖；土壤養(yǎng)分；農作物產量；土壤固碳

0 引言

目前，在不進一步破壞地球環(huán)境系統(tǒng)，特別是土壤的情況下，增加或維持農作物產量是農業(yè)面臨的一個關鍵性挑戰(zhàn)[1]。以農業(yè)為主要驅動力的全球土壤退化正在以驚人的速度進行，每年約1000萬hm2的農田變成不毛之地[2-3]。與此同時，額外的可耕地數量有限，農作物產量呈現下降的趨勢或在許多地區(qū)已達到穩(wěn)定水平下降，這將進一步限制未來的糧食生產[4-6]。另一方面，農業(yè)集約化已經給現有的農田造成了巨大的壓力，需要在維持且提高農作物生產的土壤方面取得重大進展[7]。然而，長期大量施用化肥，會對土壤和環(huán)境造成污染。目前應用最廣泛的生物質炭基肥，是一種重要的農業(yè)廢棄物資源化利用，其施用可以有效地提高土壤質量[8]。但是，生物質炭基肥的生產過程較為復雜，需要較高的溫度和壓力，并且消耗大量的能源和原材料，存在著成本高、性能差、生產難度大和環(huán)境污染等缺點。因此，探尋一種既能改善土壤肥力，又能容易獲取的新型材料，對改良土壤、提高土壤生產力及土壤生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展具有重要的現實意義。

玄武巖作為一種重要的天然礦物材料，因其本身是形成土壤的母質，含有多種礦質元素，是一種相對穩(wěn)定和安全的長期有效“肥料”，在農業(yè)和環(huán)保領域具有廣泛的應用價值。研究表明，玄武巖粉末是一種既能促進植物生長又能改良土壤的有效材料，形成土壤的玄武巖是迄今為止地球上最豐富的礦物類別，在不同程度上（除N外）包含植物生長所必需的所有礦物元素[9-10]。礦物元素通過硅酸巖風化后釋放是塑造地球環(huán)境的基本地球化學過程之一，也是土壤中礦物質營養(yǎng)物質的原始來源[11]。因此，細碎的玄武巖粉末也被稱為農用礦物物料或礦化劑，是作為緩釋肥料和改良土壤的改良劑[9，12-13]。BEERLINGDJ等[14]和KELLANDME等[15]研究表明，在土壤中施加玄武巖粉末可以改良粗黏粒土土壤和顯著提高高粱的產量。VANSTRAATENP[9]和GILLMANGP[16]研究表明，用施加玄武巖粉末的熱帶農業(yè)地區(qū)高風化土壤可提高農作物產量，改善土壤健康，提高土壤pH值和陽離子交換能力（CEC）。EDWARDSDP等[17]研究表明，向農作物中施加適量的玄武巖粉末可大大提高熱帶氣候土壤的風化率和農作物的產量，并具有潛在的共同效益，包括減少土壤酸化、增加磷供應、提高農作物產量、節(jié)約森林資源和降低人為富營養(yǎng)化等。ANDAM等[18]研究表明，施用玄武巖粉末的土壤環(huán)境中可可植株相比未施用玄武巖粉末的土壤中可可植株鉀濃度超過1.4倍、鎂10倍和鈣1.7倍。此外，玄武巖粉末不僅能改良土壤健康，還能加速土壤碳的捕獲。BEERLINGDJ等[14]向農田中施用玄武巖粉末進行固碳的研究，結果表明，在全球范圍內每年可去除5億～20億t大氣CO2。與自然界全球玄武巖風化的碳匯效應相近（5億～6億tCO2/年）[19]。玄武巖是日常生活中很常見的，數據顯示，全球采礦業(yè)產生了大量的石粉廢料，可以將這些廢棄的石粉用在農業(yè)中，不僅能改良土壤，還能幫助解決這一石粉廢料管理的難題[20]。

目前，對施用玄武巖粉末改良土壤、提高農作物產量、增強土壤固碳的研究較少。本研究收集玄武巖在土壤改良中應用文獻，分析玄武巖實際運用效果及可行性，為深入了解玄武巖粉末在土壤改良、農業(yè)生產及環(huán)保領域的作用機制和應用效果，為今后玄武巖粉末的廣泛應用提供一定的理論支持和資料參考。

1 玄武巖粉末施用對土壤理化性質的影響

1.1 改良土壤酸化

土壤酸性是由土壤溶液中的H+與吸附在土壤膠體表面的H+所引起，我國酸化土壤具有面積大、分布廣、酸化程度高和危害大等特點。據統(tǒng)計，其酸化土壤面積達2億hm2，約占全國總面積的23％，主要分布在長江以南地區(qū)，多數集中于廣東省、廣西壯族自治區(qū)、福建省、江西省、湖南省、湖北省、云南省、貴州省和浙江省等[21-22]。土壤酸化將會導致鹽基離子的大量淋失，當土壤pH值下降時土壤中的正電荷增加，凈電荷減少，對鈣、鎂、鉀等養(yǎng)分離子的吸附量顯著降低，從而與土壤的結合能力下降，易隨著水分淋失[22]。土壤酸化會導致土壤理化性質變差，改變了土壤結構，降低了土壤緩沖性能。土壤酸度降低，會降低土壤對重金屬離子的吸附能力，活化重金屬，導致其溶解性、移動性、有效性增加。當土壤pH值過低時，多種微生物的活性都會受到嚴重的影響，導致礦化速率下降，使有機質中礦質養(yǎng)分的釋放受到嚴重的影響，其中氮和磷受影響最大，因此低pH值條件下，養(yǎng)分的有效性都比較低，肥力下降，嚴重制約我國農業(yè)的可持續(xù)生產和發(fā)展[23-25]。

土壤酸化是一個世界性問題，解決這一問題可以有效地提高植物對養(yǎng)分的吸收、根系的生長及農作物的產量，改善土壤健康等[26-27]。土壤pH值的提高主要是由土壤中所含的鈣、鎂、鈉的碳酸鹽和重碳酸鹽，以及交換性堿金屬離子引起的，這些物質在土壤溶液中發(fā)生水解作用產生OH?而使pH值增高[28]。GILLMANGP等[29]研究表明，在玄武巖粉末施用速率范圍內土壤pH值能穩(wěn)步增加，其主要是玄武巖粉末風化作用后釋放出的堿金屬和堿土金屬以碳酸鹽或重碳酸鹽的形式積聚在土壤及地下水中而引起的變化，若玄武巖粉末風化速率1t/hm2能使土壤pH值急劇上升，隨后緩慢上升。若將土壤pH值提高到5以上，一般需要玄武巖粉末的風化速率2.5t/hm2。玄武巖粉末本是成土母質，將玄武巖粉末施用于酸性土壤中能改良土壤的酸度，還能作為成土母質的身份滿足土壤的多項指標。ANDAM等[18]研究顯示，隨著玄武巖粉末施用速率的增加，土壤pH值也隨著增加（pH值4.0～5.3），并且研究結束時仍保持較高，表明玄武巖粉末在增加土壤pH值方面具有較長的效應。但田間條件下相應玄武巖粉末施用速率的pH值高于溫室條件，這可能是由于降雨和有機物質產生的酸性在田間條件下加速了玄武巖的溶解。在THEODOROSH等[30]研究中，向土壤中施加玄武巖粉末能有效的提高土壤的pH值，如圖1所示，并且pH值的提高是長期有效的，隨著時間的推移，雖然土壤pH值沒有第一次施用玄武巖粉末種植農作物后的高，但是比未施用的高。這些研究結果充分地說明了玄武巖粉末能提高土壤pH值，改善酸性土壤，對農業(yè)發(fā)展及土壤的再利用具有重大意義。

1.2 提高養(yǎng)分元素含量及CEC

土壤是由原生巖石的風化作用形成的，由高等植物生長所必需的18種元素組成，除氮外，所有這些元素都來自自然界存在的巖石礦物中。巖石中所含的這些營養(yǎng)物質須通過風化作用釋放出來。隨后，巖石的持續(xù)風化可以使土壤再礦化，具有廣泛的微觀和宏觀養(yǎng)分[31]。隨著農業(yè)的不斷發(fā)展，常年耕作方式的不合理性、施肥比例不協(xié)調、有機肥不用或很少用等耕作方式導致土壤養(yǎng)分含量的降低或土壤理化性質的變化，從而導致土壤肥力下降[32-33]。

聯合國糧食及農業(yè)組織（FAO）數據顯示，我國耕地土壤肥力基礎薄弱，居世界中下游水平。因此，尋找一條改良土壤質量及提高土壤養(yǎng)分含量的方法是急切的。當前對土壤改良的方法有很多，通過一系列科學研究制作各式化學改良劑、測土配方等。這些方法雖對土壤改良效果顯著，但所需要投入的人力物力卻很大。玄武巖作為一種成土母質，富含土壤所必須的礦質元素，具體玄武巖所含的礦質元素含量及組分如表1所示，主要礦質元素含量及組分為K2O、P2O5、CaO、MgO和FeO等。同時，玄武巖也是一種新型的土壤改良材料，具有較高的營養(yǎng)元素和良好的物理性質，經風化作用，其含有的豐富礦質元素就會釋放出來，許多研究表明，土壤中大量元素（P、K、Ca、Mg等）和微量元素（Zn、Cu等）來源于細碎的巖石[12，38-40]。

SILVAB等[40]研究表明，向土壤中施加玄武巖粉末能顯著提高土壤中Ca2+、Mg2+、Na+和Fe2+等植物所需的大量或微量營養(yǎng)元素。LUCHESEAV等[41]研究表明，向土壤中施加玄武巖粉末提高了土壤中Ca2+的濃度，雖然在短期內玄武巖粉末釋放到土壤中Ca2+的含量較少，但是長期釋放量卻較大，并且肥力效益長。SILVAB等[40]的研究與之相似。玄武巖粉末中的硅元素可以促進植物的生長和發(fā)育，而且對于植物的抗逆性和抗病蟲害能力也有著重要的作用。研究表明，添加玄武巖粉末可以顯著提高土壤中硅元素的含量，從而促進植物對硅元素的吸收和利用，提高植物的抗病蟲害能力和產量。同時，玄武巖粉末中的鈣、鎂等元素也是植物生長所必需的，添加可以改善土壤質量，增加土壤的保水保肥能力，促進植物對養(yǎng)分的吸收和利用[42]。施用玄武巖粉末能使土壤中Mg2+含量增加[43-44]。RIBEIROLS等[45]研究表明，施用玄武巖粉末后土壤中Mg2+含量顯著提高。土壤中磷的初始有效性一般都很低，主要是因為磷移動性小，容易被固定。而在LUCHESEAV等[41]的研究中，玄武巖粉末能有效地提高土壤中磷的有效性，DERESENDEAV等[43]的研究與之相似，其原因可能是施加玄武巖粉末提高了土壤pH值的原因。OELKERSEH[46]研究表明，向土壤中施加玄武巖粉末，有效地提高了土壤養(yǎng)分，但是各個養(yǎng)分的釋放速率存在一定的差異，其遞減順序為CaOgt;MgOgt;Al（OH）3gt;Fe（OH）3gt;SiO2。

CEC是土壤溶液中陽離子于土壤固相陽離子之間所進行交換的能力，是由土壤膠體表面性質所決定的，然而土壤膠體中的黏土礦物和腐殖酸相互結合形成的復雜有機礦質復合體，其吸附的陽離子主要包括有K+、Na+、Ca2+和Mg2+等。玄武巖粉末中的Al2O3和SiO2能夠與土壤中的有機質形成復合體，增加土壤的CEC。這意味著土壤能夠更好地保持養(yǎng)分和水分，減少養(yǎng)分流失，有助于維持土壤肥力。

CEC是評價土壤質量是否肥沃的一個重要指標，一些貧瘠的土壤中，CEC相對較小，對農作物的生產不利。而向土壤中添加玄武巖粉末經風化作用能補充缺少的K+、Na+、Ca2+和Mg2+等，提高了土壤的CEC[29]。ANDAM等[18]研究結果證實了土壤中添加玄武巖粉末能夠顯著提高K+、Na+、Ca2+、Mg2+和Si2+等濃度，同時能降低Al和Mn的溶度到無毒水平。WOTCHOKOP等[47]研究發(fā)現，添加玄武巖粉末不僅能夠提高土壤CEC、速效磷、速效鉀等含量，還能一定程度提高農作物產量。

玄武巖粉末提高土壤CEC的原理和機制主要是通過直接補充土壤中的養(yǎng)分和改善土壤質地兩個方面來實現的。玄武巖粉末中的礦質元素可以促進植物的生長和發(fā)育，而且其某些成分還可以改善土壤質量，增加土壤的保水保肥能力，促進植物對養(yǎng)分的吸收和利用。這些作用的綜合效果使得玄武巖粉末成為一種具有廣泛應用前景的土壤改良劑。

2 玄武巖粉末施用對農作物的影響

土壤對農作物的生長發(fā)育起著關鍵的作用，是保證農作物產量、品質的重要條件，土壤肥力的高低直接決定了農作物獲取養(yǎng)分的多少。研究表明，玄武巖粉末通過影響土壤礦質養(yǎng)分的含量提高了農業(yè)的收益。由玄武巖粉末的化學組成可知，其富含硅、鈣、鎂和鐵等元素（表1），這些元素對農作物生長具有重要作用。胡靄堂[48]研究表明，硅元素可以提高農作物的抗病蟲害能力，減少病蟲害的發(fā)生；鈣、鎂元素有助于農作物根系發(fā)育，提高水分和養(yǎng)分的吸收能力；鐵元素則對農作物的葉綠素合成具有重要影響。此外，玄武巖粉末中的一些微量元素如鋅、銅等也對農作物的生長和發(fā)育具有積極作用。玄武巖粉末對農作物影響的相關研究結果如表2所示，玄武巖粉末施用到土壤，經物理、化學、生物風化等過程后，釋放的養(yǎng)分被黑麥草吸收利用，大大地提高了黑麥草的產量[49]。BARAKP等[50]研究表明，施加玄武巖粉末后，可提高花生產量，增加花生含Fe量，對花生品質有顯著的影響。ANDAM等[18]在馬來西亞的試驗研究表明，將玄武巖粉末施用到土壤后，對土壤的礦質養(yǎng)分元素如Ca、Mg、K、Na和Si等的濃度有明顯的提高，同時將Al和Mn的濃度有效性降低到了無毒水平，顯著提高了可可的生長發(fā)育和產量。

為了更進一步了解玄武巖粉末對農作物的效益，THEODOROSH等[30]將玄武巖粉末與化學肥料做對比，分別將其施用于水稻、木薯和玉米，觀察3種農作物的生長狀況，如表3所示，經過玄武巖粉末處理過的土壤其植物根系比經過常規(guī)化肥處理的植物根系更豐富、更發(fā)達，植物周圍的濕度也相對較高，表明土壤具有很強的保水能力；經過玄武巖粉末處理過的水稻、木薯、玉米發(fā)育更好，玉米有良好的穗狀花序；而施用N、P、K肥的相對來說發(fā)育較緩慢，水稻和玉米葉片出現了發(fā)黃等；施用玄武巖粉末農作物的生產率與施用化肥的相同或更高，施用粉末的第1茬水稻產量18000kg/hm2，施用化肥的產量13500kg/hm2。施用玄武巖粉末的木薯在第1茬時產量22500kg/hm2，施用化肥的產量16500kg/hm2；施用玄武巖粉末和施用N、P、K肥的玉米第1茬的產量相同，均為13500kg/hm2，而第2茬施用玄武巖粉末的玉米產量24000kg/hm2，施用化肥的產量18000kg/hm2，表明施用玄武巖粉末對改良土壤，提高農作物產量具有長久性。LEONARDOSOH等[51]在玄武巖粉末和N、P、K處理下桉樹的生長效益圖如圖2所示，單施和混施玄武巖粉末下桉樹生長的株高隨著時間的變化比施用化肥的高，因此，直觀地傳達了玄武巖粉末能提高植物的株高，并且比施用化肥的效果更顯著；同時，對植物的改良在長時間上都起到一定的效果；無機N、P、K肥和玄武巖粉末的混施對桉樹生長發(fā)育比單施效果更好。同樣的關于混施效果的對比研究，ANDAM等[18]利用玄武巖粉末與稻殼混施提高了可可植株的產量和株高。在未來的研究中，可以考慮將玄武巖粉末與其他肥料混合施用，不僅能短期解決植物生長發(fā)育所需的養(yǎng)分，還能拉長肥效。

用玄武巖粉末改良土壤以提高農作物產量的作用具有很長的效益，特別是在非洲和巴西的高風化熱帶土壤中，向土壤中施加玄武巖粉末經風化作用釋放的二氧化硅可進入到土壤中，作用于熱帶地區(qū)主要的硅酸農作物（包括水稻、油棕、甘蔗、玉米和高粱等），能夠有效提高農作物產量[9，51-54]。雖然硅不被認為是植物生長的必要元素，但是它可以通過增加細胞壁厚度（沉積硅組織）和啟動防御能力，從而提高經濟農作物抵抗害蟲和疾病的能力和提高植物對干旱、鹽度和溫度等非生物脅迫的抵抗能力[55-57]。硅還可以通過降低葉片蒸騰速率來提高農作物的保水能力，從提高農作物對干旱的恢復力[52]。隨著未來的氣候變化和海平面的上升，對農作物造成不利影響的情況預計將會進一步惡化，然而，硅的存在恰能適當地減緩農作物對這類環(huán)境變化造成的不良影響，進而增加農作物的產量[58]。

水稻中砷含量的超標是對東南亞人健康造成普遍威脅的問題。而許多研究表明，在用細碎玄武巖粉末修正的土壤中，二氧化硅濃度的增加能對水稻吸收的砷起競爭性抑制作用，減少了農作物可食用部分對重金屬（如砷、鎘和鉛）的吸收[59-63]。玄武巖中含有磷、鎂、鉀和鈣，它們是限制植物生長的營養(yǎng)物質，因此通過玄武巖的風化釋放可以用于農作物[64]。植物根系通過分泌酸性和堿性物質，可以促進玄武巖表面的物理風化和化學風化，從而釋放出可被植物吸收的營養(yǎng)物質。如植物根系誘導玄武巖風化以磷酸鈣的形式提供了微量磷，增加了植物必需的營養(yǎng)元素。同時，玄武巖中含有一定量的K2O，可作為緩釋鉀肥施用于貧瘠的土壤中補充土壤鉀含量。KELLANDME等[15]研究表明，試驗樣品高粱中Si、Ca、K和Sr等的補充源大多來自添加的玄武巖粉末。WOTCHOKOP等[47]研究也指出，相對于對照來說，向土壤中施加玄武巖粉末能顯著地提高蘿卜的產量。因此，使用玄武巖巖石粉末作用于土壤，可以有助于改善受養(yǎng)分缺乏威脅地區(qū)的糧食安全，提高農作物的產量，并減少殺蟲劑的使用和降低農作物生產成本。

3 玄武巖粉末對二氧化碳的固定

在地球表層系統(tǒng)中，有機碳和無機碳均參與了地球化學循環(huán)，但是只有土壤有機碳具有生態(tài)系統(tǒng)服務功能。相關研究表明，全球土壤（深度1m）有機碳庫約15000億t，是大氣碳庫的2倍，更是植被碳含量的3倍，其巨大的碳庫和活躍的土氣交換調節(jié)大氣中CO2的濃度，對緩解氣候變化具有重大意義，通過生物地球化學循環(huán)或驅動生物活性和生態(tài)系統(tǒng)服務功能，對農業(yè)生產力和生態(tài)系統(tǒng)健康具有重要的控制作用[65-67]。

玄武巖粉末作為土壤改良劑有助于提高土壤碳的固定，這是一種被稱為“巖石碳貯存”或“巖石氣候工程”的方法，玄武巖粉末中含有豐富的礦物質，如碳酸鹽、硅酸鹽等[52，68]。當這些玄武巖粉末施加到土壤中時，其中的礦物質會與CO2反應，形成碳酸鹽。這個過程將CO2永久地固定在土壤中，從而減少了其在大氣中的濃度。同時，玄武巖在全球地質中所占的比例較高，可以通過采礦和粉碎的方式獲得，有助于推動可持續(xù)資源利用。玄武巖碳貯存方法也適用于不同類型的土壤和地理環(huán)境，可以在全球范圍內應用。

玄武巖風化作為一種自然地貯存CO2的過程，在地球生態(tài)系統(tǒng)中扮演著不可忽視的角色。近年來，越來越多的研究表明，玄武巖風化能夠顯著提高土壤碳的固定，從而為氣候變化的減緩提供了一條令人著迷的途徑。玄武巖作為一種礦物質豐富的巖石，通過其與大氣中CO2的互動，將碳永久地貯存在土壤中。向土壤中施加玄武巖粉末在改良土壤的同時也能在一定程度上降低大氣中CO2含量，從而調節(jié)氣候[69]。更多的研究表明，玄武巖粉末改良農業(yè)土壤，以加速碳捕獲，最重要的是在農田上實施，會增加農作物的產量，防止病蟲害，并協(xié)助恢復土壤的酸化[52，70-71]。TAYLORLL等[64]、BEHRENSR等[72]研究玄武巖粉末施用于熱帶地區(qū)的土壤，不僅可以解決土壤中礦物供應不足的問題，還能捕獲和儲存CO2。BEERLINGDJ等[14]向農田中施用玄武巖粉末進行固碳的研究結果表明，在全球范圍內每年可去除5億～20億t大氣CO2，與自然界全球玄武巖風化的碳匯效應相近（5億～6億tCO2/年）[19]。同時，與其他幾種人工措施的固碳潛力也基本一致，如土壤有機碳封存（5億～50億t/年）、生物能源碳捕獲和儲存（BECCS，5億～50億t/年）、植樹造林（5億～36億t/年）等[73]。其作用機理是向土壤中施加的玄武巖粉末可以在根際與CO2發(fā)生反應，釋放堿基陽離子（如Ca2+、Mg2+）和提高土壤的pH值，并且玄武巖粉末與土壤中的碳酸（CO2+H2O）發(fā)生化學反應，生成碳酸氫根（HCO3?），從而將大氣/土壤中的CO2以溶解無機碳（DIC）的形式溶于水體中，并最終經由地表徑流輸送到海洋而長期貯存（超過10萬年）[15，52，74]。

接著碳酸與硅酸鹽礦物反應，生成HCO3?，以及部分CO32?（CO32?的量取決于pH值的大?。Ｍ瑫r，硅酸鹽礦物釋放Ca2+、Mg2+等陽離子[75]。硅酸鹽釋放的Ca2+能與CO32?反應生成難溶性CaCO3，從而將CO2封存在土壤中。

施用玄武巖粉末作為一種土壤碳固定策略，在減緩氣候變化和改善土壤質量方面具有重要潛力。隨著未來研究的深入，可以更好地了解其機理和影響，為實現雙碳目標，即碳減排和碳貯存，提供更多有力的支持。因此，玄武巖粉末的應用將繼續(xù)在全球氣候變化應對中發(fā)揮關鍵作用，創(chuàng)造可持續(xù)的未來。

4 影響玄武巖粉末風化的因素

玄武巖粉末作為一種重要的天然礦物材料，在農業(yè)、環(huán)保、材料等領域具有廣闊的應用前景。而其風化緩釋性能是指粉末在特定條件下能夠緩慢釋放出內部含有的物質，從而達到長期、持續(xù)的效果。玄武巖粉末的風化速率會受到許多因素的影響，如玄武巖的內部結構和組分、氣候、土壤類型和土壤微生物等，這些因素會加速或減緩玄武巖粉末的風化速度，從而影響其緩釋性能[76]。因此，了解玄武巖粉末風化的影響因素對未來應用具有重要的意義。

4.1 玄武巖性質

玄武巖的巖石特征是影響其風化的重要因素。玄武巖的粒度對其風化速率有著密切的關系。粒度較細的玄武巖粉末具有更大的表面積，從而與環(huán)境因素如水分和氧氣的接觸面積也更大。這就意味著，粒度較細的玄武巖粉末更容易受到風化作用的影響。有研究發(fā)現，巖石的粒度與風化速率存在著線性關系，粒度越細，風化速率越快[77]。將玄武巖粉末作用于土壤，增大接觸的表面積，加速養(yǎng)分釋放。孔隙度對玄武巖的風化速率也有重要影響，孔隙度較高的玄武巖具有更多的內部通道和空間，使得水分和氧氣更容易滲透和擴散到巖石內部，這就加速了玄武巖的風化作用。玄武巖的礦物組成對其風化速率有重要影響，玄武巖主要由斜長石、輝石和玻璃質基質組成。其中，玻璃質基質是相對較容易風化的部分，因為其缺乏晶體結構，容易受到水分和化學侵蝕的影響。斜長石和輝石的風化速率相對較慢，因其具有堅硬的晶體結構。因此，玄武巖的礦物組成直接影響其風化速率。

4.2 氣候條件

溫度是影響玄武巖風化速率的重要因素之一。隨著溫度的變化，玄武巖的物理性質和化學反應速率也會發(fā)生改變。在溫度波動過程中，玄武巖內部的微觀結構和化學鍵會受到破壞，從而加快了風化進程。有研究表明，玄武巖在高溫條件下的風化速率比恒溫條件下要快得多[78]。此外，季節(jié)性溫差和晝夜溫差等也會對玄武巖的風化速率產生影響。這些溫度變化會導致玄武巖內部應力的產生和釋放，進而促進風化物質的分解和釋放。

濕度直接影響玄武巖的物理性質和化學反應速率。在潮濕的環(huán)境下，玄武巖表面的水分會滲透到巖石內部，與內部的礦物質發(fā)生化學反應，促進風化進程。降水也是影響玄武巖風化的另一個重要因素。在干旱條件下，玄武巖表面的水分蒸發(fā)較快，導致玄武巖內部的化學物質不易溶解和擴散，從而減緩了風化速率。而在多雨條件下，巖石表面的水分蒸發(fā)較慢，化學物質容易溶解和擴散，從而加快了風化速率[79]。降水的多少和頻率影響玄武巖的濕度狀態(tài)，進而影響其風化速率。同樣，降水的酸堿度影響玄武巖的風化速率，酸性降水會使玄武巖中的某些礦物溶解，從而破壞巖石的結構。而堿性降水則可以在玄武巖表面形成一層保護膜，減緩風化速率。

4.3 土壤類型

不同土壤類型的理化性質各異，對玄武巖風化的影響也不同。土壤的粒度對玄武巖的風化速率具有重要影響。粗粒土壤比細粒土壤更能促進玄武巖的風化，這是因為粗粒土壤具有更大的比表面積和更高的滲透性，有利于水分和氧氣的滲透，從而加速了玄武巖的風化過程。土壤的化學性質對玄武巖的風化有影響。酸性土壤含有豐富的氫離子，這些氫離子可以與玄武巖中的某些礦物發(fā)生化學反應，導致礦物分解和風化速率的加快；而堿性土壤則含有較多的鈣、鎂等離子，這些離子可以在玄武巖表面形成一層保護膜，減緩風化速率。不同土壤的離子交換能力高低對巖石風化速率有一定的影響，離子交換是土壤中一種重要的物理化學過程，通過離子間的交換反應，使土壤中的離子與巖石表面的離子相互轉移，從而影響巖石的風化速率[80]。土壤中的生物作用對玄武巖的風化有影響。土壤中的微生物和植物可以通過侵蝕和分解玄武巖表面的礦物層，促進玄武巖的風化。同時，玄武巖風化產生的化學物質可以為土壤中的生物提供養(yǎng)分，形成了一種相互作用的生態(tài)關系。

4.4 土壤微生物

土壤礦物會因暴露在雨水和氧化環(huán)境中，或者是溫度變化下發(fā)生風化作用。從長遠的地質年代出發(fā)，風化作用促使巖石破碎，形成了結構疏松的風化殼，可稱為成土母質。成土母質在氣候和生物的作用下，經過漫長的過程，逐漸演變成可生長的土壤[81]。微生物在地球演化和成土過程中發(fā)揮著重要的作用，大量的研究表明，礦物在微生物參與下與無菌條件下溶解釋放養(yǎng)分的差異明顯，并且不同的微生物對巖石風化速率也不同[82-83]。

土壤微生物是地球生態(tài)系統(tǒng)中不可或缺的一部分，在土壤中的數量和種類繁多，對土壤的穩(wěn)定性和健康具有至關重要的作用。據估計，每克健康的土壤中可以包含數億個微生物細胞，這些細胞種類繁多，包括細菌、真菌、原生動物和動物等。土壤微生物的多少在一定程度上反映了土壤礦化能力的大小，土壤微生物不僅通過不斷的更新替換、分解外界物質、吸收和同化無機養(yǎng)分，合成自身物質，又向外界不斷地釋放有機酸等代謝產物，促進了巖石的風化和提高了土壤的肥力等[84-85]。然而，不同的土壤類型之間土壤微生物也存在一定的差異。如農田土壤和森林土壤中的微生物群落有所不同。農田土壤中的微生物群落主要受耕作、施肥等因素的影響，而森林土壤中的微生物群落則受植被類型、氣候和土壤性質等多種因素的影響。因此，兩種土壤中的微生物群落結構和功能也會有所不同；不同類型的土壤中優(yōu)勢微生物群落也有所不同，如紅壤和黑土是兩種不同類型的土壤，其微生物群落結構也有所不同。紅壤中的優(yōu)勢微生物群落包括各種耐酸、耐旱、耐貧瘠的細菌和真菌，而黑土中的優(yōu)勢微生物群落則以各種分解有機物質的菌群為主。

4.5 其他因素

影響玄武巖粉末緩釋性能除上述原因外，還有土壤pH值、植被等。pH值的變化可以改變土壤中礦物質和微生物的活性，從而影響玄武巖粉末在土壤中的溶解、擴散和釋放。一般來說，在特定的pH值范圍內，特定的微生物種群會更加活躍，從而影響其玄武巖粉末在土壤中的降解過程。植被影響玄武巖的礦物養(yǎng)分緩釋主要是因為植被根系分泌的有機酸、螯合物和CO2等，這些物質會加速玄武巖粉末的化學風化[68]。

5 結束語

基于國內外玄武巖在土壤中應用研究展開綜述，研究發(fā)現，玄武巖粉末的施用能有效改良土壤酸化問題，顯著提高土壤pH值，降低土壤酸度，改善土壤的理化性質。玄武巖粉末中含有豐富的礦質元素，通過風化作用釋放到土壤中，能夠顯著提高土壤中的養(yǎng)分含量，如Ca2+、Mg2+、K+等，同時提高土壤的CEC，有利于土壤養(yǎng)分的吸附和植物的養(yǎng)分利用，提高了土壤肥力。同時促進農作物的生長發(fā)育，增強農作物對病蟲害的抵抗能力，提高農作物對環(huán)境脅迫的適應能力，從而提高了農作物的產量和品質。玄武巖在土壤固碳中也發(fā)揮著重要作用，全球土壤中有機碳庫的巨大規(guī)模為其在調節(jié)大氣CO2濃度和緩解氣候變化中的重要作用提供了基礎。作為一種有效的土壤改良方法，巖石碳儲存通過將玄武巖粉末施加到土壤中，實現了大氣CO2的永久固定，從而有望減緩大氣CO2濃度的上升。而玄武巖粉末的風化速率受多種因素影響，包括玄武巖的性質（如粒度、孔隙度、礦物組成）、氣候條件（如溫度、濕度、降水、酸堿度）、土壤類型和土壤微生物等。這些因素影響了玄武巖粉末在土壤中的緩釋性能和固碳效果。綜上所述，玄武巖粉末的施用作用是多方面的，在改良土壤酸化、增加土壤營養(yǎng)元素含量和CEC、促進農作物生長和土壤固碳等方面具有重要潛力。隨著對其影響因素的深入了解，可以更好地利用玄武巖，為農業(yè)生產提供了一種有效的土壤改良措施，為實現氣候變化應對提供更多有力的支持，創(chuàng)造可持續(xù)的未來。

隨著研究的不斷深入，當前對玄武巖粉末改良機制和效果的研究方面還需要進一步完善。一是掌握好礦物學知識，利用玄武巖的礦物學特征，進一步加強玄武巖的利用效率。二是玄武巖作為豐富的礦物資源，應該提高其利用效率，并注意其在改良土壤成功后存在一些不利的影響，包括授粉和害蟲控制，這些物種將如何應對玄武巖的應用尚不清楚。三是玄武巖在不同類型土壤中的應用效果仍處于起步階段，大部分都停留在基本理化性質理論上的研究，未來可以加強對不同土壤類型及土壤微生物方面的研究，以對玄武巖粉末改良土壤更好地應用。