??土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)儲(chǔ)量最大的活躍碳庫(kù)，植物將光合作用產(chǎn)物以凋落物（包括地上凋落物和地下根系）和根系分泌物的形式輸入土壤，土壤有機(jī)質(zhì)又在微生物調(diào)控下向大氣釋放CO2。全球氣候變暖背景下，土壤碳庫(kù)輸入和輸出的微小改變都可能較大程度地影響大氣CO2濃度，進(jìn)而加速或減緩全球變暖進(jìn)程。

因此，土壤碳周轉(zhuǎn)過程對(duì)氣候變暖的響應(yīng)是全球變化生態(tài)學(xué)的焦點(diǎn)問題。然而，以往的研究主要集中在表層土壤（0-20cm），底層（20cm以下）土壤碳庫(kù)對(duì)增溫的響應(yīng)機(jī)制尚不明確。

提到底層土，大家首先想到的可能是：低肥少碳、反應(yīng)遲鈍（對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)不靈敏）。但你可別小看它！雖然底層土長(zhǎng)期不見天日，默默無聞，但由于體量巨大，其碳儲(chǔ)量占全球土壤碳庫(kù)的50%以上。一旦這部分碳庫(kù)受到干擾而加速降解，必將加快全球變暖的進(jìn)程；另一方面，底層土壤的有機(jī)碳含量較低而活性礦物含量相對(duì)較高，因此具有較大的固碳潛力。

基于此，全球氣候變化下的底層土壤碳庫(kù)可能是一把雙刃劍，它既可能發(fā)揮碳匯功能、造福人類，也可能給現(xiàn)在已經(jīng)冒汗的地球“火上澆油”。

無論在表底還是底層，土壤有機(jī)碳庫(kù)都是由結(jié)構(gòu)和特性不同的含碳化合物組成的復(fù)雜混合體。在土壤有機(jī)碳庫(kù)這個(gè)大家庭中，根據(jù)有機(jī)碳的分子結(jié)構(gòu)，可分為蛋白質(zhì)、氨基酸、糖類、脂類、木質(zhì)素等；按照物理分組方法，又可分為與大團(tuán)聚體、微團(tuán)聚體和粘粉粒相結(jié)合的有機(jī)碳。其中，與大團(tuán)聚體結(jié)合的有機(jī)碳周轉(zhuǎn)較快，而與粘粉粒結(jié)合的有機(jī)碳周轉(zhuǎn)較慢，也被視為穩(wěn)定碳庫(kù)。與表層土不同，底層土壤常處于“碳饑餓”狀態(tài)，即大部分土壤微生物由于受到能量限制而處于休眠狀態(tài)。

目前，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，氣候變暖可促進(jìn)植物根系向底層土壤的生長(zhǎng)，以此幫助植物獲取更多的水分或養(yǎng)分。這種現(xiàn)象將促進(jìn)根系來源的新鮮有機(jī)碳向底層土壤的輸送；新碳的輸入可能“喚醒”原來處于休眠狀態(tài)的微生物，加快底層土壤有機(jī)質(zhì)的降解，同時(shí)也可能促進(jìn)新碳在底層土壤中（特別是活性粘粉粒礦物表面）的固持，從而加快底層穩(wěn)定碳庫(kù)的積累。

青藏高原是全球變暖的敏感區(qū)，高寒草地是青藏高原的主要植被類型之一。已有研究發(fā)現(xiàn)，青藏高原地區(qū)持續(xù)升溫顯著降低了高寒草地表層土壤的含水量，促進(jìn)了深根植物（禾草）的生長(zhǎng)。那么，增溫引起的植物群落組成變化和根系分布改變會(huì)如何影響土壤（特別是底層土壤）有機(jī)碳的組成與周轉(zhuǎn)呢？

為了回答這個(gè)問題，中國(guó)科學(xué)院植物研究所馮曉娟研究組聯(lián)合國(guó)內(nèi)外合作者，依托青藏高原海北站的長(zhǎng)期增溫實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以生物標(biāo)志物、超高分辨率質(zhì)譜和14C等新穎的分析手段和視角解析了高寒草地表底層土壤有機(jī)碳對(duì)氣候變暖的響應(yīng)機(jī)制。

研究發(fā)現(xiàn)，增溫引起的植物向深層生長(zhǎng)增加了新碳向底層土壤中的輸入，提高了底層土壤中脂類、糖類的含量，同時(shí)激活了底層土壤微生物對(duì)大團(tuán)聚體中木質(zhì)素的降解。同時(shí)，研究人員通過測(cè)定土壤不同物理組分的碳-14同位素含量，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照相比，增溫促進(jìn)了新碳在底層粘粉粒組分中的積累，并補(bǔ)償了木質(zhì)素加速降解所引起的碳損失。因此，增溫促進(jìn)了快速周轉(zhuǎn)碳庫(kù)的降解，有利于穩(wěn)定碳庫(kù)中新碳的積累。

也就是說，高寒草地底層土壤對(duì)增溫的響應(yīng)比表層土壤更加強(qiáng)烈，而且由植物根系驅(qū)動(dòng)的新碳積累可能增加底層土壤穩(wěn)定碳庫(kù)的長(zhǎng)期固持。照著這個(gè)趨勢(shì)，底層土可能在默默地幫人類承擔(dān)一部分“減排”任務(wù)，是潛在的大氣碳匯。

上述研究于9月3日在國(guó)際期刊Global Change Biology上在線發(fā)表（DOI：10.1111/gcb.14823）。