多年凍土區(qū)經(jīng)歷了顯著的氣候變暖，其增溫速率為全球平均值的2-4倍。氣候變暖引起的凍土融化會(huì)導(dǎo)致多年凍土中長(zhǎng)期封存的有機(jī)質(zhì)被微生物分解，以CO2等溫室氣體的形式釋放至大氣，從而進(jìn)一步加劇氣候變暖。作為一種劇烈的凍土融化形式，熱喀斯特地貌約占北半球多年凍土區(qū)面積的20%。熱喀斯特地貌形成會(huì)顯著改變植被、土壤和水文等過(guò)程，從而可能導(dǎo)致熱喀斯特區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)對(duì)氣候變暖的響應(yīng)與非熱喀斯特區(qū)存在差異。然而，目前尚不清楚熱喀斯特地貌形成如何影響土壤CO2釋放（即土壤呼吸）對(duì)氣候變暖的響應(yīng)。

國(guó)家植物園（南園）楊元合研究組以青藏高原多年凍土區(qū)典型的熱喀斯特地貌─熱融沖溝為研究對(duì)象，基于野外控制實(shí)驗(yàn)、區(qū)域尺度室內(nèi)培養(yǎng)以及核磁共振和宏基因組分析等宏觀與微觀相結(jié)合的研究手段，揭示了熱融塌陷區(qū)和未塌陷區(qū)土壤呼吸對(duì)增溫的響應(yīng)差異及其調(diào)控途徑。

首先，依托熱融塌陷×增溫交互實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研究人員發(fā)現(xiàn)熱融塌陷放大了增溫對(duì)土壤呼吸的促進(jìn)效應(yīng)，其變化主要與底物質(zhì)量下降和碳分解微生物功能基因豐度增加有關(guān)。

其次，通過(guò)區(qū)域尺度8條熱融沖溝的土壤培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)熱融塌陷區(qū)土壤碳分解溫度敏感性（通常用Q10表示，即溫度每增加10℃土壤有機(jī)碳分解速率增加的倍數(shù)）顯著高于未塌陷區(qū)，進(jìn)一步證實(shí)“熱喀斯特區(qū)土壤呼吸對(duì)增溫的響應(yīng)更加敏感”的現(xiàn)象在大尺度上廣泛存在。

最后，將本研究結(jié)果推廣至北半球多年凍土分布區(qū)，發(fā)現(xiàn)未來(lái)氣候變暖背景下熱喀斯特地貌形成導(dǎo)致的額外碳釋放量占當(dāng)前估算的凍土區(qū)碳損失的1/4，意味著凍土碳釋放評(píng)估中如果不考慮熱融塌陷導(dǎo)致的溫度敏感性變化，可能會(huì)低估凍土碳循環(huán)與氣候變暖之間的正反饋效應(yīng)。

熱融塌陷加劇多年凍土區(qū)土壤呼吸對(duì)氣候變暖的響應(yīng)

本研究首次提供了“熱融塌陷增強(qiáng)土壤碳釋放對(duì)氣候變暖響應(yīng)”的觀測(cè)證據(jù)，為模型準(zhǔn)確預(yù)測(cè)凍土碳-氣候反饋關(guān)系的強(qiáng)度提供了理論依據(jù)。

該研究成果于近日在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Nature Geoscience。國(guó)家植物園（南園）博士研究生王冠欽和彭云峰研究員為論文共同第一作者，楊元合研究員為通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委基礎(chǔ)科學(xué)中心、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

編輯 | 韓藝

審核 | 梁鵬鴻