熱帶和亞熱帶森林被認為是全球最具固碳潛力的生態(tài)系統(tǒng)之一，其土壤碳儲量約占全球陸地土壤有機碳的三分之一以上。然而，該地區(qū)未來可能面臨更加頻繁的高溫事件，未來增溫下這些生態(tài)系統(tǒng)能否持續(xù)積累土壤有機碳仍存在較大不確定性。一直以來，由于缺乏長期生態(tài)系統(tǒng)水平的增溫實驗，使得增溫引起的植物-土壤相互作用變化如何驅(qū)動土壤有機碳的溫度響應(yīng)尚不明確，嚴重阻礙了對未來碳-氣候反饋的準確預(yù)測和基于森林的氣候緩解方案的科學(xué)制定。

針對這一問題，中國科學(xué)院華南植物園鼎湖山站劉菊秀研究員團隊于2012年在鼎湖山站建立了野外生態(tài)系統(tǒng)水平被動增溫實驗平臺( 0°C、 1.0°C、 2.1°C)，開展了長期觀測研究。研究發(fā)現(xiàn)，土壤不同有機碳組分對增溫的響應(yīng)受增溫時間的影響。土壤有機碳對增溫的響應(yīng)呈“兩個階段”(圖1、2和3)：在第一階段(1–4年)，增溫導(dǎo)致土壤有機碳凈損失，主要由于增溫刺激的植物-微生物養(yǎng)分競爭導(dǎo)致土壤表層礦物結(jié)合態(tài)有機碳顯著減少;在第二階段(6–9年)，由于持續(xù)的植物碳輸入和微生物碳代謝的熱調(diào)整使得植物來源的顆粒有機碳顯著增加，從而導(dǎo)致土壤有機碳的凈積累。這些結(jié)果表明，在適度增溫下，一些濕潤的熱帶和亞熱帶森林土壤可能繼續(xù)積累有機碳，挑戰(zhàn)了以往僅基于土壤增溫實驗而得出的結(jié)論：即普遍預(yù)測未來變暖會使熱帶和亞熱帶森林成為碳源。該研究加深了人們對增溫下植物-土壤相互作用如何驅(qū)動亞熱帶森林土壤有機碳長期動態(tài)變化的理解。

該研究是對先前基于該實驗平臺觀察到南亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量在增溫6年后增加現(xiàn)象(https://doi.org/10.1111/gcb.17072)的進一步深入的機制探究。相關(guān)研究成果以”Long-term moderate warming shifts soil carbon cycling but maintains carbon sinks in a subtropical forest”為題，發(fā)表在Cell旗下環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)領(lǐng)域國際期刊One Earth(IF5-years=19.2)上。中國科學(xué)院華南植物園鼎湖山站博士后劉旭軍為論文的第一作者，劉菊秀研究員和美國密歇根大學(xué)Peter B. Reich院士為共同通訊作者。研究得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省重點項目、廣東省科技計劃和中國博士后科學(xué)基金的支持。

圖1. 增溫對南亞熱帶森林土壤有機碳及其組分的影響

圖2. 生物與非生物因子對土壤有機碳及其組分的影響

圖3. 增溫下植物-土壤相互作用對南亞熱帶森林土壤有機碳組分的調(diào)控機制