环境科学家花费四十余年研究一项可能改变气候游戏规则的因素

在持续对抗气候变化的斗争中，过去几年里，一项引人注目的发现引起了广泛关注：植硅体。

这些硅的微观颗粒在植物中形成，并在植物死亡后沉积在土壤中，可以在其中存活数百年甚至数千年。

马丁·霍德森博士是牛津布鲁克斯大学的访问学者和助理讲师，43年前开始研究植硅体。最近，他与全球研究团队合作，研究植硅体中储存碳的潜力——这一过程被称为碳封存。以下霍德森博士讲述了他的过去与现在的研究，并概述了未来取得进展所需的步骤。

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我们认为植物不是坚硬的，但你拔草时割伤过手吗？你被荨麻蜇过吗？这都是因为植硅体。可溶性硅被植物吸收后，在某些细胞中沉积成坚硬的植硅体。在希腊语中，“phyton”指植物，“lithos”指石头或岩石，所以植硅体就是植物石。植硅体的形状与它们沉积的细胞形状一致。如果你有显微镜，就能看到芒草的边缘有锋利的硅质刺。如果你观察荨麻叶的下表面，就能看到硅质毛，它们就像微小的皮下注射器一样将毒液注入你的皮肤。

当植物死亡后，叶子、茎和花落入土壤中，被纳入土壤有机质（腐殖质）中。植硅体在土壤中更耐分解，可以存活数百年甚至数千年。考古学家和古生态学家（研究化石动物和植物的科学家）利用植硅体来了解数千年前人们种植和食用的作物，以及当时的气候和环境。

植硅体中的碳封存是如何工作的？
2005年，澳大利亚植硅体专家帕尔和沙利文发现植硅体能在其结构中储存碳。根据他们的计算，植硅体在土壤中储存了大量碳，并有可能在硅中长期储存。

他们的想法开创了一个全新的植硅体研究领域。这可能是从大气中去除导致气候变化危机的部分碳的一种方法。我们花费大量时间、金钱和精力试图让碳捕获和储存在发电站上发挥作用。为什么不看看植物是否能自然做到这一点呢？

然而，我们需要弄清楚植硅体中储存了多少碳，以及能储存多久，这些问题并不容易解决。

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这是与法国蒙彼利埃大学的科学家菲利克斯·德·汤姆比尔博士，以及西澳大学的马丁·桑德斯教授和佩塔·克劳德教授共同进行的一项研究。研究成果《土壤内植硅体的碳封存有多重要？》已于2024年5月在《植物与土壤》期刊上发表。

在这项研究中，我们使用了澳大利亚某实验室最先进的显微设备。碳的原子质量很低，如果没有这些设备，以前我们无法观察植硅体中的碳组成。该方法涉及向材料发射电子，这些电子会发出特定波长的X射线，这些X射线对于存在的元素（包括碳和硅）是特定的。X射线越多，此处的碳和硅就越多。

我们最新的研究使用了这些精密的电子显微镜，结果显示，细胞壁植硅体中储存了15%-20%的碳。这可能意味着植硅体可以为从大气中去除碳提供一种有效的方法。

那么接下来需要做什么？
我们知道植硅体能在土壤中存活数百年甚至数千年，但我们不知道其中有多少能存活这么久。这将是我们需要解决的下一个难题，以确定植硅体在碳封存方面的有效性。

这将涉及多学科的研究团队，他们都将运用自己的专业知识来解决这个问题。这将需要进行实验室调查和一些田间或森林调查。我们几乎肯定需要计算机建模来确定在碳封存中有用的植硅体的百分比。

如果植硅体被证明能有效储存碳，那么在实际操作中会是什么样子？
有很多可能性。帕尔和沙利文的研究表明，一些谷物品种比其他品种能封存更多的碳。我们甚至可能培育出更擅长碳封存的植物。
近年来，保护性农业受到了广泛关注，即在季节结束时让土壤覆盖着植物材料。如果这些植物材料中含有大量植硅体，它们就可以自然地融入土壤中。

最近，美国一家名为Graphyte的初创公司建议将植物材料制成的砖块埋入土壤中以非常廉价的方式封存碳。该故事被《华盛顿邮报》报道。也许如果植物砖中含有大量植硅体，它们能更长时间地封存碳？谁知道呢！

你在碳封存被发现之前很久就开始研究植硅体了。它们还被用于其他方面吗？
我在班戈尔大学参与的第一个项目是与帝国癌症研究基金会合作的，研究植物硅是否会像石棉一样导致食管癌。这从未得到证实，但我的职业生涯涉及其他多个领域的工作。这些领域包括农业、考古学、古生态学、比利时啤酒，以及现在的气候变化。虽然植硅体看似是一个单一的概念，但它们有很多方面。它们非常坚硬，植物利用它们作为抵御捕食者的防御手段。

从农业的角度来看，植硅体受到了极大的关注。我去过中国和日本，那里的硅肥产业规模很大，因为硅对水稻生产至关重要。水稻和谷物在产生植硅体方面特别有效。谷物包括用于酿造比利时啤酒的大麦。我与比利时科学家合作撰写了一篇关于啤酒中硅的文章，因为硅对人体骨骼非常有益。硅的生物地球化学循环，即硅如何通过地球系统传输，也受到了广泛关注。