1月2日，北京师范大学环境学院夏星辉教授团队在Nature子刊 《Nature Communications》发表了题为“Short-term warming supports mineral-associated carbon accrual in abandoned croplands”的研究论文。
土壤中的有机碳（SOC）构成了地球上最大的陆地碳库，其含量的细微变化能够对区域乃至全球气候产生重要影响。为了准确预测土壤碳与气候变化之间的反馈机制，研究不同SOC成分在温度上升情况下的反应是至关重要的。SOC可以依据物理特性区分为颗粒有机碳（POC）和矿物结合有机碳（MAOC）。目前的研究多集中于测量各类生态系统中POC和MAOC的浓度，而对于升温如何影响这两种组分的研究相对较少。由于POC和MAOC在来源、构成和稳定性方面存在差异，它们对温度变化的敏感性 (Q10) 不同，以往的研究普遍发现POC的Q10高于MAOC，但是关于升温条件下这种敏感性会如何变化的问题仍不明确。
北京师范大学的夏星辉团队针对上述科学问题进行了深入探讨。他们选择了中国农业废弃土地作为研究对象，在跨越不同气候带的12个地点（纬度范围为22.33至46.58°N，年平均气温从-0.9到22.3°C，年平均降水量介于330到2272毫米之间）实施了为期三年的现场模拟增温实验。通过采用SOC物理分级方法和室内变温培养技术，研究人员分析了升温对POC和MAOC含量及其Q10的影响。
图1 原位模拟增温实验点位分布图 (a)，以及增温对POC和MAOC含量和比例的影响 (b-f)
研究结果表明，升温后POC的平均含量基本维持稳定，而MAOC的平均含量则显著增加（图1）。POC和MAOC含量的变化分别受到地下生物量和微生物残体碳的调节（图2）。此外，升温导致POC的Q10略微增加而MAOC的Q10几乎不变（图3），底物质量和矿物保护的变化分别是影响POC和MAOC Q10变化的主要因素（图4）。无论增温与否，MAOC的Q10值始终显著低于POC，这说明MAOC是SOC中较为稳定的碳成分。该研究表明，短期内的升温有助于提升农业荒地中稳定碳的储存能力。
图2 增温后POC (a, b) 和MAOC (c, d) 含量响应比 (lnRR) 与影响因子响应比的相对重要性及关系
图3 增温对POC和MAOC Q10的影响
图4 增温对POC和MAOC的影响及调控机制概念图
北京师范大学环境学院为第一单位，已毕业博士研究生张真瑞（目前为中国科学院地理科学与资源研究所博士后）为论文第一作者，夏星辉教授为通讯作者。论文合作者包括北京师范大学环境学院博士生高会，硕士生黄姝睿，北京林业大学生态与自然保护学院高晓霞讲师，中国科学院地理科学与资源研究所牛书丽研究员，欧盟委员会联合研究中心Emanuele Lugato教授。研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。
