科學(xué)家呼吁全球監(jiān)測土壤生物鐘以穩(wěn)固碳匯

在國家自然科學(xué)基金等項目資助下，中國科學(xué)院華南植物園研究員劉占鋒團(tuán)隊攜手德國萊比錫大學(xué)教授Nico Eisenhauer團(tuán)隊，系統(tǒng)闡明了地上植物生長與地下微生物活動之間的“物候同步性”，是維系土壤碳長期封存的核心機制。一旦這種同步性被氣候變化打破，土壤作為地球重要“碳匯”的緩沖能力將遭受嚴(yán)重威脅。相關(guān)研究近日發(fā)表于《通訊-地球與環(huán)境》。

 

論文第一作者、中國科學(xué)院華南植物園生態(tài)中心博士后李騰騰指出，在全球聚焦植被變化以應(yīng)對氣候變化的大背景下，一個隱匿于地下的關(guān)鍵環(huán)節(jié)——土壤生物的季節(jié)性活動規(guī)律（地下物候），正迫切需要得到關(guān)注。

 

氣候驅(qū)動的季節(jié)性物候紊亂對土壤碳的持久性的潛在影響。研究團(tuán)隊供圖

 

陸地生態(tài)系統(tǒng)每年吸收約30%的人為二氧化碳排放，堪稱減緩氣候變暖的“綠色緩沖器”。然而，這一關(guān)鍵功能正遭受季節(jié)性紊亂的強烈沖擊。土壤不僅是碳的“儲存庫”，更是一個充滿活力、遵循季節(jié)節(jié)律的“碳轉(zhuǎn)化工廠”。超過90%的植物碳通過根系分泌物、凋落物等形式進(jìn)入土壤，依賴微生物和動物進(jìn)行轉(zhuǎn)化與固定。碳輸入的時間與微生物需求的“窗口期”能否精準(zhǔn)匹配，直接決定了碳是被長期封存，還是以二氧化碳的形式重返大氣。但當(dāng)前主流的碳循環(huán)模型大多將土壤視為靜態(tài)或簡單響應(yīng)式的碳庫，嚴(yán)重忽視了微生物與動物群落隨季節(jié)動態(tài)變化的生命活動，導(dǎo)致對未來碳匯潛力的預(yù)測存在巨大不確定性。

 

該研究揭示，氣候變暖，尤其是冬季升溫快于夏季的“不對稱變暖”，會使土壤微生物的碳利用效率大幅下降，最高可達(dá)59%，生長率降低27%，直接削弱其將植物碳轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定土壤有機質(zhì)的能力。其中，對長期碳封存貢獻(xiàn)更大的真菌，其物候響應(yīng)尤為關(guān)鍵。更為嚴(yán)峻的是物候“錯配”問題。極端氣候事件，如熱浪、干旱等，可能導(dǎo)致植物提前展葉或過早枯萎，改變碳輸入的時間；而土壤微生物的活動則受土壤溫濕度變化滯后性的制約。

 

這種“碳已到，菌未醒”或“菌饑餓，碳未至”的脫節(jié)現(xiàn)象，會形成碳轉(zhuǎn)化瓶頸，不僅降低封存效率，還可能迫使微生物“被迫”分解土壤中原有的穩(wěn)定碳庫，加速二氧化碳釋放，形成“變暖→錯配→更多碳排放→更暖”的惡性循環(huán)。此外，土壤動物，如螨蟲、線蟲、蚯蚓等，在破碎有機物、創(chuàng)造微生物棲息環(huán)境方面扮演著“調(diào)度員”的角色，其鮮明的物候節(jié)律同樣被主流模型忽視，它們的活動偏移可能引發(fā)整個土壤食物網(wǎng)功能的連鎖紊亂。

 

面對上述挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊提出三項核心倡議：一是，構(gòu)建全球土壤物候觀測網(wǎng)絡(luò)：整合衛(wèi)星遙感（用于監(jiān)測植被）與地面物聯(lián)網(wǎng)傳感器（如自動碳通量艙、連續(xù)二氧化碳監(jiān)測儀），實現(xiàn)對地下碳過程同步或錯配情況的實時、高分辨率監(jiān)測。二是，將物候動態(tài)融入地球系統(tǒng)模型：通過模塊化開發(fā)和數(shù)據(jù)同化技術(shù)，把動態(tài)物候過程納入下一代模型，從根本上提升預(yù)測精度。三是，指導(dǎo)生態(tài)恢復(fù)與適應(yīng)性土地管理：在農(nóng)業(yè)、林業(yè)實踐中，依據(jù)土壤生物的活動高峰，優(yōu)化有機肥施用、覆蓋作物管理和耕作時間，將“生態(tài)時機”作為提升固碳效益的關(guān)鍵因素。

 

“在氣候變暖的世界里，構(gòu)建有韌性的土壤碳匯，不僅取決于我們‘輸入’了多少碳，更在于我們是否掌握了輸入的‘最佳時機’。”論文共同通訊作者劉占鋒強調(diào)。文章還援引了印度與東非的成功案例，表明通過調(diào)整農(nóng)業(yè)措施，如雨季前恢復(fù)土壤活性、使農(nóng)林業(yè)與降雨周期協(xié)同等，已有效提升了土壤碳儲量和系統(tǒng)韌性，為全球提供了可復(fù)制的模板。

 

研究人員還呼吁國際社會共同關(guān)注這個長期被忽視的“地下世界”，加大對土壤物候研究的投入，將其提升為氣候變化應(yīng)對戰(zhàn)略的核心維度，共同守護(hù)地球生命支持系統(tǒng)的關(guān)鍵防線。