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動土壤有機碳的溫度響應尚不明確，嚴重阻礙了對未來碳-氣候反饋的準確預測和基于森林的氣候緩解方案的科學制定。
針對這一問題，中國科學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受增溫時間的影響。土壤有機碳對增溫的響應呈“兩個階段”（圖1、2和3）：在第一階段（1–4年），增溫導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)分競爭導致土壤表層礦物結合態(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整使得植物來源的顆粒有機碳顯著增加，從而導致土壤有機碳的凈積累。這些結果表明，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論：即普遍預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)境科學與生態(tài)學領域國際期刊One Earth（IF5-years=19.2）上。中國科學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Peter B. Reich院士為共同通訊作者。研究得到了國家自然科學基金、廣東省重點項目、廣東省科技計劃和中國博士后科學基金的支持。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.oneear.2025.101465
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控機制
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