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——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康,率先實現(xiàn)科學技術跨越發(fā)展,率先建成國家創(chuàng)新人才高地,率先建成國家高水平科技智庫,率先建設國際一流科研機構。

——中國科學院辦院方針

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研究揭示地上地下“物候同步性”是土壤長期固碳的核心機制

2025-11-07 華南植物園
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在全球聚焦植被變化應對氣候變化時,隱匿于地下的關鍵環(huán)節(jié)——土壤生物的季節(jié)性活動規(guī)律(地下物候)亟待關注。

近日,中國科學院華南植物園聯(lián)合德國萊比錫大學,闡明了地上植物生長與地下微生物活動之間的“物候同步性”,是維系土壤碳長期封存的核心機制。研究指出,這一同步性一旦遭氣候變化破壞,土壤作為地球重要“碳匯”的緩沖能力將面臨威脅。

陸地生態(tài)系統(tǒng)每年吸收約30%的人為二氧化碳排放,這是減緩氣候變暖的關鍵。然而,這項“綠色緩沖器”功能正受到季節(jié)性紊亂的沖擊。土壤是碳的“儲存庫”,也是具有季節(jié)節(jié)律的“碳轉化工廠”。超90%的植物碳通過根系分泌物、凋落物等形式進入土壤,依賴微生物和動物進行轉化與固定。碳輸入的時間與微生物需求的“窗口期”能否匹配,決定了碳是被長期封存,或以二氧化碳形式重返大氣。然而,當前主流的碳循環(huán)模型大多將土壤視為靜態(tài)或簡單響應式的碳庫,忽略了微生物與動物群落隨季節(jié)動態(tài)變化的生命活動,導致對未來碳匯潛力的預測存在不確定性。

研究揭示,氣候變暖,尤其是冬季升溫快于夏季的“不對稱變暖”,可使土壤微生物的碳利用率下降達59%,生長率降低27%,直接削弱其將植物碳轉化為穩(wěn)定土壤有機質能力。其中,對長期碳封存貢獻更大的真菌,其物候響應尤為關鍵。極端氣候事件可能導致植物提前展葉或過早枯萎,改變碳輸入時間,而土壤微生物的活動則受制于土壤溫濕度變化的滯后性。

這種“碳已到,菌未醒”或“菌饑餓,碳未至”的脫節(jié)現(xiàn)象,會形成碳轉化瓶頸,降低封存效率,并迫使微生物“被迫”分解土壤中原有的穩(wěn)定碳庫,加速二氧化碳釋放,形成“變暖→錯配→更多碳排放→更暖”的惡性循環(huán)。同時,土壤動物在破碎有機物、創(chuàng)造微生物棲息環(huán)境方面扮演著“調度員”角色,其鮮明的物候節(jié)律同樣被主流模型忽視,它們的活動偏移或引發(fā)整個土壤食物網(wǎng)功能的連鎖紊亂。

對此,研究團隊提出三項倡議。一是建立全球土壤物候觀測網(wǎng)絡,整合衛(wèi)星遙感與地面物聯(lián)網(wǎng)傳感器,實現(xiàn)對地下碳過程同步/錯配的實時、高分辨率監(jiān)測。二是將物候動態(tài)嵌入地球系統(tǒng)模型,通過模塊化開發(fā)和數(shù)據(jù)同化技術,將動態(tài)物候過程納入下一代模型,從而提升預測精度。三是指導生態(tài)恢復與適應性土地管理,在農業(yè)、林業(yè)實踐中,根據(jù)土壤生物的活動高峰,優(yōu)化有機肥施用、覆蓋作物管理和耕作時間,將“生態(tài)時機”作為提升固碳效益的關鍵杠桿。

該研究呼吁國際社會共同關注被忽視的“地下世界”,加大對土壤物候研究的投入,將其提升為氣候變化應對戰(zhàn)略的核心維度,共同守護地球生命支持系統(tǒng)的關鍵防線。

相關研究成果發(fā)表在《通訊·地球與環(huán)境》(Communications Earth & Environment)上。研究工作得到國家自然科學基金等的支持。

論文鏈接

氣候驅動的季節(jié)性物候紊亂可能削弱土壤碳的持久性

打印 責任編輯:曹旸

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