浅谈二氧化碳地质储存泄露对土壤包气带的影响

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摘 要 面对全球气候变暖的这个共同关注的问题，温室气体二氧化碳的减排势在必行。短期内用清洁能源代替化石燃料来减少碳排放的量还很有限，碳捕集与封存（CCS）技术应运而生。本文简要阐述了关于二氧化碳地质储存的原理与意义，就二氧化碳的泄露对包气带微生物群落、地表植物的影响进行分析，最后关于二氧化碳对土壤包气带温度升高的原因进行了讨论。

关键词 CCS 二氧化碳的泄露 包气带

中图分类号：S153 文献标识码：A

1 CO2的地质储存与CO2泄露

二氧化碳的排放及其对全球气候的影响问题早已被世人关注，由于全球气候变暖问题日趋严峻，捕获和埋存废气中的二氧化碳是避免气候继续变暖的有效途径之一，同时要求二氧化碳须埋存几百或几千年。二氧化碳地下埋存可应对因能源需求增长和二氧化碳排放量增加带来的挑战，必将为全球资源及环境的高水平、高效益开发和可持续发展提供理论及实践依据。CCS技术是指通过碳捕捉技术，将工业和有关能源产业所产生的二氧化碳分离出来，再通过碳储存手段，将其输送并长期封存于生物圈、地下构造层或海洋等与大气隔绝的地方，以减少二氧化碳在空气中的含量。而二氧化碳在地下构造层中的封存又称为地质封存。现已研究确定了三类主要地质封存储层是咸水层、衰竭油气藏和煤层。

近年来，我国在相关CCS 示范工程中开展了CO2地质储存逃逸通道及环境监测的研究，为 CO2地质储存场地选址、场地勘查与工程建设提供了主要的依据。虽然 CO2灌注场地经过适当的工程选址评价以及采取合适的工程管理方法可以降低 CO2地质储存泄露的风险，但仍然存在二氧化碳泄露的可能。IPCC（政府间气候变化专门委员会）特别报告指出，CO2地质储存过程中可能出现两种泄露情景。一是 CO2注入井发生破裂或者从泄露井中泄露，从而引起 CO2迅速从储层泄露，这种情况主要影响泄露事故发生地周围的工作人员；二是通过地质构造中的断裂、断层等发生逃逸，这种情况主要会对浅部含水层的水质以及地表生态系统造成影响。

2 CO2对土壤包气带的影响

CO2逃逸侵入包气带时，可导致土壤的酸化和土壤中氧的置换，进而影响植被生态系统，高流量的CO2引起土壤气体中CO2浓度增高，会导致植物呼吸作用受限，甚至死亡。此外，低pH值和高浓度CO2环境可促使部分生物大量繁殖，导致另外一部分生物由于自然竞争的优胜劣汰而逐渐萎缩甚至消失。一般土壤里CO2的正常含量应该维持在0.2%～0.4%之间，当含量增加到5%时将对植物的生长产生不利的影响，当上升至20%时，CO2将变成有毒物质。因此，长期存在CO2逃逸的陆地表面附近，植物一般很难生长。

土壤酶、土壤微生物及根系分泌物是维持土壤微生态系统功能的主要因素。其中，土壤酶主要来自微生物、植物根系分泌物及动植物残体分解释放的酶。酶直接关系到土壤的物质循环过程，主要表现在营养元素对植物的有效性和植物根系对其吸收过程的影响。土壤温度的升高会直接导致土壤酶的活性改变，影响植物根际微生态系统。作为土壤微生态系统另一重要部分的土壤微生物，其数量、活性及群落结构对根际土壤酶活性起着决定性的贡献作用，同时亦直接关系到根际物质循环过程及根系养分利用特征，而土壤微生物数量、活性及群落结构特征却主要受植物根系分泌物的影响。根系分泌物的种类和含量的变化是会受到植物根际生物量的影响。由此可知植物根际微环境各部分之间有着紧密联系。

3讨论

关于二氧化碳地质储存的研究由最初的储存原理，到储存地点、选址方法、以及储存潜力和容量，后来研究热点主要集中在盖层潜在安全性分析及CO2储存过程中对含水层水质的影响，目前对于封存过程中二氧化碳的运移规律以及对封存的化学影响还只是存在于计算机软件（如tough2）模拟阶段。CO2泄露穿透含水层进入包气带会对地表环境产生影响，如对土壤微生物、酶活性的影响以及对土壤自身pH值、孔隙度、负压、含水率。CO2入侵包气带可以引起土壤温度的升高，温度升高的具体原因有待确定：

（1）可能是CO2浓度的升高影响微生物的代谢导致呼吸速度加快从而引起土壤包气带的温度升高，进而又反过来影响土壤酶活性；

（2）也有可能是土壤包气带CO2浓度升高影响包气带pH值、孔隙度、负压、含水率的变化，从而使土壤的热容量和热传导率发生改变，进而使包气带温度升高，温度变化首先会对土壤中的土壤酶、根系分泌物及土壤微生物产生较大的影响，会改变土壤微环境，进而作用于植物地上部分，影响生态环境。

参考文献

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