土壤有機(jī)碳（SOC）是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫(kù)，在減緩氣候變化和提高土壤生產(chǎn)力方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。目前的認(rèn)識(shí)表明，微生物可以通過(guò)一系列分解代謝和合成代謝將土壤中的碳轉(zhuǎn)化為自身生物量。且其死亡和裂解后，如胞外酶、胞外聚合物物質(zhì)等化合物可以與土壤中的礦物質(zhì)結(jié)合，抵抗后續(xù)世代微生物的再利用，并有助于形成緩慢循環(huán)的有機(jī)碳池。這一組分被稱為微生物源碳（MDC）。

微生物源碳大約占總SOC庫(kù)的一半，是持久性SOC庫(kù)的主要組成部分，并對(duì)氣候變化有反饋。然而，我們對(duì)全球尺度上MDC儲(chǔ)量的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化的理解有限，這阻礙了我們?cè)u(píng)估全球變暖對(duì)持久性SOC固存的長(zhǎng)期影響。

中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所張佳寶院士和梁玉婷研究員課題組聯(lián)合沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所、丹麥奧胡斯大學(xué)、德國(guó)卡塞爾大學(xué)、瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院、美國(guó)俄克拉何馬大學(xué)等國(guó)內(nèi)外研究單位在預(yù)測(cè)土壤微生物源碳的時(shí)空分布方面取得了重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果發(fā)表在《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》。

歷史分析：MDC儲(chǔ)量對(duì)全球變暖的反應(yīng)

該團(tuán)隊(duì)利用全球數(shù)據(jù)庫(kù)和人工智能技術(shù)預(yù)測(cè)了1981-2018年全球93.4%陸地面積的土壤MDC儲(chǔ)量的時(shí)空變化。結(jié)果表明，全球溫度每升高1℃，可預(yù)測(cè)區(qū)域內(nèi)的土壤MDC儲(chǔ)量將減少6.7 Pg，這相當(dāng)于全球MDC總儲(chǔ)量的1.4%或大氣碳庫(kù)的0.9%。

圖1. 土壤微生物源碳儲(chǔ)量在1981-2018年間的全球變化

未來(lái)預(yù)測(cè)：共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑對(duì)MDC儲(chǔ)量的影響

在上述估算與分析的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步預(yù)測(cè)了不同共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑下的未來(lái)全球MDC儲(chǔ)量。研究結(jié)果顯示，共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑的選擇在很大程度上影響了MDC儲(chǔ)量的預(yù)測(cè)結(jié)果，到2100年全球MDC儲(chǔ)量將減少6-37 Pg。

圖2. 在不同社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑下，對(duì)全球未來(lái)土壤MDC儲(chǔ)量的預(yù)測(cè)

MDC對(duì)于SOC的長(zhǎng)期穩(wěn)定至關(guān)重要。MDC的減少意味著有相當(dāng)一部分穩(wěn)定的SOC可以以二氧化碳的形式釋放到大氣中，在大氣和土壤碳池之間形成正反饋通路。并且，補(bǔ)充MDC庫(kù)存將需要一段較長(zhǎng)的時(shí)間，可能跨越幾十年或更長(zhǎng)的時(shí)間。

鑒于MDC獨(dú)特的生物化學(xué)功能，這項(xiàng)研究對(duì)建模工作以及預(yù)測(cè)當(dāng)前和未來(lái)氣候情景下的陸地-大氣碳平衡具有直接影響。

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Global decline in microbial-derived carbon stocks with climate warming and its future projections. National Science Review. doi:10.1093/nsr/nwae330