植物对地质封存CO2 不同泄漏情景的响应不仅受植物生长环境改变的影响，同时也由植物自身逆境耐受性高低决定。植物叶片水分利用效率是评判其适宜程度的综合性指标[42]，高水平的叶片WUE 是植物逆境耐受性高的典型性状[43]。通过对不同泄漏情景下玉米叶片水分利用效率的变化趋势进行分析（图7），不难看出，在没有CO2 泄漏的情景下，情景G500、G1000、G2000、G4000和G8000 与对照情景在WUE 上无显著差异；而在CO2泄漏情景下的生长季末期，仅有泄漏通量较低的情景G500 和G1000 与对照情景无显著性差异，泄漏通量大于2000 g/(m2·d)的情景G2000、G4000 和G8000 相比于对照情景已经极显著降低，且情景G2000、G4000 和G8000 这三者之间也存在极显著差异。这与本研究各种植物生理特征指标对不同CO2 泄漏情景的响应一致。

图7 不同泄漏情景玉米叶片水分利用效率变化趋势图 Fig.7 Dynamics of water use efficiency of maize under different leakage scenarios

本研究中还存在一些不足和不确定性，主要有以下几个方面：第一，是地质封存CO2 泄漏情景的不确定性。虽然CO2 向上的迁移是显而易见的，但是其横向的迁移机制也很复杂[44]，尤其是在土壤深层的气体迁移范围大致受到土壤质地、泄漏源深度以及地形边界等因素的控制，注入CO2 只有不到1/3 能从地表试验区域边界内泄漏上来[31]，这表明任何泄漏情景对近地表作物的影响都将显著依赖于泄漏CO2 在土壤深层的迁移路径和它最终在地表的空间分布[22]。本研究利用盆栽试验排除CO2 的横向迁移是对CO2 泄漏路径的简化，因此排除实际存在的CO2 横向迁移情景是本研究不确定性的来源之一；第二，是影响和耐受阈值评价方法的不足。由于受本研究自身条件的限制，在指标选择方面，主要针对植物形态生理和土壤基本理化性质等指标的测量，而对土壤有机质、土壤含水率、营养元素（N、P、K）、土壤微生物甚至作物细胞层面等的变化没有涉及。West 等[31]的研究发现，地质封存CO2 泄漏导致了微生物总量的显著下降，矿物质无明显改变；而蚯蚓粪数量则显著增多[30]。因此，包括土壤相关数据在内的评价指标的缺乏是本研究的不确定性来源之一；第三，是对未来作物适应能力和农业环境恢复力的不可预见性。长期的试验研究必须考虑部分作物对环境的适应[22]，以及生态环境受CO2 泄漏影响后的恢复速率[31]；第四，是可能对地表生态系统造成显著影响的CO2 泄漏速率的不知。本研究多个泄漏情景下设定的CO2 注入值可能过高和过宽，生长初期CO2 泄漏试验中泄漏通量最高的3 个情景下的植株几乎停止生长，播种期CO2 泄漏试验中最小的G500 情景已使出苗率减半；第五，是没有完全覆盖主要农田生态系统类型。为全面反映封存CO2 泄漏对农田生态系统的影响，研究对象还可以从本文的玉米等C4 作物扩展到小麦、水稻等C3作物。

4 结 论

1）本试验利用盆栽方式人工模拟地质封存CO2 泄漏的情景，通过构建一组相互独立的封存CO2 泄漏人工模拟平台，定量控制土壤中CO2 的泄漏速率，形成不同的土壤CO2 通量，模拟不同泄漏情景对近地表生态系统的影响，影响效果明显。

2）封存CO2 泄漏对地表农业生态系统的影响是存在的。当CO2 泄漏通量达到一定程度后，地表作物生长发育受到明显抑制——出苗率降低近半，株高、叶片数、地上部和地下部生物量也明显减少，光合作用受到极显著影响，土壤pH 值下降。

3）地质封存CO2泄漏对玉米播种期出苗率影响很大，不仅会延缓出苗时间、降低出苗率，而且随着不同情景之间泄漏通量的增大，影响也加深：泄漏通量为500 g/(m2·d)的情景下，玉米出苗受到极显著抑制，达到本试验所设置的5 种存在泄漏情景中的阈值下限；泄漏通量为2 000 g/(m2·d)的情景下，即很难出苗，可为阈值上限。

4）玉米生长初期，各植物形态生理指标的改变会在CO2 泄漏通量较高的情景下发生，在达到一定程度（500 g/(m2·d)）之前这些改变并不显著，处于500～2 000 g/(m2·d)泄漏情景之中的近地表作物受到显著影响，大于2 000 g/(m2·d)泄漏情景中的玉米生长发育将会停止甚至死亡——即针对本试验所设置的5 种存在泄漏情景而言，500～2 000 g/(m2·d)的通量范围为影响玉米正常生长发育的耐受阈值。

5）地质封存CO2 泄漏情景尚存在一定的复杂性和不确定性，需要多学科研究交叉进行。本研究仅探讨了地质封存CO2 泄漏对农业生态系统形态生理指标等的影响研究，并未探讨影响作物生长发育的具体驱动因素，对泄漏CO2 在土壤深层横向迁移所造成的不确定性把握不足，还需要更加深入广泛的指标测量和数据采集。根据本研究所得的耐受阈值范围，建议同类试验设置CO2 注入通量时可小于2 000 g/(m2·d)，并对0～500 g/(m2·d)的情景区间进行进一步细分。同时，需要重点观测土壤中的物理化学过程变化对作物生长发育的影响，以深入认识封存CO2 泄漏对生态环境影响的机理。

文章来源：《地质论评》 网址: http://www.dzlpzz.cn/qikandaodu/2021/0708/440.html