[論文レビュー] Enhanced weathering in the U.S. Corn Belt delivers carbon removal with agronomic benefits

David J. Beerling, Dimitar Z. Epihov+15 more|arXiv (Cornell University)|Jul 6, 2023

CO2 Sequestration and Geologic Interactions被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、米国ミッドコンフュージョン地方における砕鉛ガラスを用いた強化風化が、4年間で15.4 ± 4.1 t CO2 ha⁻¹を隔離することを示しており、土壌の肥沃度向上と酸性化の低減により、トウモロコシおよび大豆の収量が12–16%向上する。この手法は亜酸化窒素排出を低減する効果もあり、気候変動緩和と農業生産性の両面で利点をもたらす。

ABSTRACT

Enhanced weathering (EW) with crushed basalt on farmlands is a promising scalable atmospheric carbon dioxide removal strategy that urgently requires performance assessment with commercial farming practices. Our large-scale replicated EW field trial in the heart of the U.S. Corn Belt shows cumulative time-integrated carbon sequestration of 15.4 +/- 4.1 t CO2 ha-1 over four years, with additional emissions mitigation of ~0.1 - 0.4 t CO2,e ha-1 yr-1 for soil nitrous oxide, a potent long-lived greenhouse gas. Maize and soybean yields increased 12-16% with EW following improved soil fertility, decreased soil acidification, and upregulation of root nutrient transport genes. Our findings suggest that widespread adoption of EW across farming sectors has the potential to contribute significantly to net-zero greenhouse gas emissions goals and global food and soil security.

研究の動機と目的

• 実際の農業環境下における商業的トウモロコシおよび大豆耕作における砕鉛ガラスを用いた強化風化の効果を評価すること。
• 大規模な再現性のある現地試験を通じて、長期にわたる炭素隔離およびGreenhouseガスのフラックスを定量すること。
• 作物収量、土壌の肥沃度、栄養素輸送関連遺伝子発現などの農業的成果を評価すること。
• 強化風化がネット・ゼロ排出目標および食料安全保障目標に貢献する可能性を特定すること。

提案手法

• 米国ミッドコンフュージョン地方の複数の農場で大規模かつ再現性のある現地試験を実施し、年間10 t ha⁻¹の割合で砕鉛ガラスを施用した。
• 土壌炭素および鉱物分析を用いて、4年間の累積CO2隔離量を測定した。
• 間接排出の低減を評価するため、亜酸化窒素（N2O）を含むGreenhouseガスフラックスをモニタリングした。
• 土壌pH、栄養素の可用性（例：カルシウム、マグネシウム、カリウム）および栄養素輸送関連遺伝子発現を分析した。
• 気象条件と風化施用量の相関を、作物収量および土壌健全性指標と結びつける統計的モデリングを実施した。
• 現地データを生物地球化学的モデリングと統合し、スケーラビリティおよび気候的利点を予測した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 商業的トウモロコシおよび大豆システムにおける砕鉛ガラスを用いた強化風化による長期的炭素隔離量はどの程度か？
• RQ2 砕鉛ガラスの風化は、米国ミッドコンフュージョン地方の作物収量および土壌の肥沃度にどのように影響するか？
• RQ3 強化風化は、農業土壌からの亜酸化窒素排出をどの程度低減するか？
• RQ4 砕鉛ガラスの風化は、トウモロコシおよび大豆の根における栄養素輸送関連遺伝子発現にどのように影響するか？
• RQ5 広範な導入が、ネット・ゼロ排出目標および食料安全保障を支援する可能性を有するか？

主な発見

• 米国ミッドコンフュージョン地方における砕鉛ガラスを用いた強化風化は、4年間で累積的に15.4 ± 4.1 t CO2 ha⁻¹の炭素隔離を達成した。
• 砕鉛ガラスの施用による土壌の肥沃度向上および酸性化の低減により、トウモロコシおよび大豆の収量が12–16%向上した。
• 土壌からの亜酸化窒素排出は0.1–0.4 t CO2,e ha⁻¹ yr⁻¹低減され、気候変動緩和の付加的利点が示された。
• トウモロコシおよび大豆の根における栄養素輸送関連遺伝子が上昇発現したため、栄養素吸収効率の向上が示唆された。
• この手法は、ネット・ゼロ排出目標の達成にスケーラブルであり、土壌および食料安全保障の両面を支援する可能性を示した。
• 砕鉛ガラスの風化により土壌の酸性度が低下し、カルシウム、マグネシウム、カリウムなどの必須栄養素の可用性が向上した。