熱帶和亞熱帶森林被認(rèn)為是全球最具固碳潛力的生態(tài)系統(tǒng)之一，其土壤碳儲(chǔ)量約占全球陸地土壤有機(jī)碳的三分之一以上。然而，該地區(qū)未來(lái)可能面臨更加頻繁的高溫事件，未來(lái)增溫下這些生態(tài)系統(tǒng)能否持續(xù)積累土壤有機(jī)碳仍存在較大不確定性。一直以來(lái)，由于缺乏長(zhǎng)期生態(tài)系統(tǒng)水平的增溫實(shí)驗(yàn)，使得增溫引起的植物-土壤相互作用變化如何驅(qū)動(dòng)土壤有機(jī)碳的溫度響應(yīng)尚不明確，嚴(yán)重阻礙了對(duì)未來(lái)碳-氣候反饋的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和基于森林的氣候緩解方案的科學(xué)制定。

針對(duì)這一問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院華南植物園鼎湖山站劉菊秀研究員團(tuán)隊(duì)于2012年在鼎湖山站建立了野外生態(tài)系統(tǒng)水平被動(dòng)增溫實(shí)驗(yàn)平臺(tái)( 0°C、 1.0°C、 2.1°C)，開(kāi)展了長(zhǎng)期觀測(cè)研究。研究發(fā)現(xiàn)，土壤不同有機(jī)碳組分對(duì)增溫的響應(yīng)受增溫時(shí)間的影響。土壤有機(jī)碳對(duì)增溫的響應(yīng)呈“兩個(gè)階段”(圖1、2和3)：在第一階段(1–4年)，增溫導(dǎo)致土壤有機(jī)碳凈損失，主要由于增溫刺激的植物-微生物養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致土壤表層礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳顯著減少;在第二階段(6–9年)，由于持續(xù)的植物碳輸入和微生物碳代謝的熱調(diào)整使得植物來(lái)源的顆粒有機(jī)碳顯著增加，從而導(dǎo)致土壤有機(jī)碳的凈積累。這些結(jié)果表明，在適度增溫下，一些濕潤(rùn)的熱帶和亞熱帶森林土壤可能繼續(xù)積累有機(jī)碳，挑戰(zhàn)了以往僅基于土壤增溫實(shí)驗(yàn)而得出的結(jié)論：即普遍預(yù)測(cè)未來(lái)變暖會(huì)使熱帶和亞熱帶森林成為碳源。該研究加深了人們對(duì)增溫下植物-土壤相互作用如何驅(qū)動(dòng)亞熱帶森林土壤有機(jī)碳長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)變化的理解。

該研究是對(duì)先前基于該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)觀察到南亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量在增溫6年后增加現(xiàn)象(https://doi.org/10.1111/gcb.17072)的進(jìn)一步深入的機(jī)制探究。相關(guān)研究成果以”Long-term moderate warming shifts soil carbon cycling but maintains carbon sinks in a subtropical forest”為題，發(fā)表在Cell旗下環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)領(lǐng)域國(guó)際期刊One Earth(IF5-years=19.2)上。中國(guó)科學(xué)院華南植物園鼎湖山站博士后劉旭軍為論文的第一作者，劉菊秀研究員和美國(guó)密歇根大學(xué)Peter B. Reich院士為共同通訊作者。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省重點(diǎn)項(xiàng)目、廣東省科技計(jì)劃和中國(guó)博士后科學(xué)基金的支持。

圖1. 增溫對(duì)南亞熱帶森林土壤有機(jī)碳及其組分的影響

圖2. 生物與非生物因子對(duì)土壤有機(jī)碳及其組分的影響

圖3. 增溫下植物-土壤相互作用對(duì)南亞熱帶森林土壤有機(jī)碳組分的調(diào)控機(jī)制