全自动变温土壤温室气体分析在复旦聂明团队土壤碳循环研究的应用
近日，复旦大学生科院聂明团队在全球变化生态学研究领域取得重要进展。相关成果以“Rising temperature may trigger deep soil carbon loss across forest ecosystems”为题发表于Advanced Science 杂志。
因大气CO2浓度升高引起的全球变暖问题是21世纪人类社会所面临的最严峻挑战之一。全球土壤有机碳库储量约是大气碳库的三倍，因此通过土壤有机碳分解释放的CO2对大气CO2浓度有着重要的影响，进而改变区域乃至全球气候。土壤有机碳的分解强度受到温度的调控，其对温度的敏感性被认为是决定未来气候变化态势的关键因素之一，也是陆地气候预测模型的关键假设与重要参数。底层土壤储藏着与表层土壤相当的有机碳，然而以往研究主要集中于表层土壤，对底层土壤碳分解的温度敏感性还知之甚少，这直接制约了对未来气候变化态势的判断。
为此，该研究团队选取我国90个典型森林生态系统（图1），涉及热带雨林、亚热带森林、暖温带森林、寒温带森林与北方森林。每个森林中分6个土层采集了1米深度的土壤，探究土壤有机碳分解温度敏感性随土壤剖面变化的一般性规律及其调控机制。
图1 中国森林90个典型土壤剖面采样点空间分布图。
研究发现，随着土壤深度的增加，有机碳分解的温度敏感性随之增大，表明底层土壤碳分解对全球变暖的响应更为敏感（图2a）。此外，表层土壤碳分解温度敏感性主要受气候因子调控，而底层土壤主要受气候因子和碳质量的共同调控（图2b）。
图2 土壤有机碳分解温度敏感性（Q10）随土壤深度增加而增大（a）及不同因子对Q10调控作用的相对贡献随土壤深度的变化（b）。
该研究还发现，忽视土壤有机碳分解温度敏感性沿土壤剖面的变异，会极大低估土壤释放的CO2量（图3），强调急需将这一特征纳入到陆地气候预测模型中以提高预测精度。
图3 与多层模型（six-layer model；使用剖面变异的温度敏感性Q10值）相比，单层模型（single-layer model；将表层0–10 cm土壤的Q10值应用于整个土壤剖面）会低估本世纪末温度升高3°C时土壤碳排放，即高估土壤相对碳库（relative SOC stock）。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202001242