土壤微生物固碳在干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳匯中具有重要作用

全球陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯存在較大不確定性，該不確定性主要來源于干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)，但其機(jī)制和原因一直存疑。干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)占全球陸地面積的41%，該地區(qū)植物生長(zhǎng)及其固碳潛力受到較大限制，而土壤微生物則具有更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，因此，相較于濕潤(rùn)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)，干旱區(qū)土壤微生物固碳的相對(duì)貢獻(xiàn)更大。然而，當(dāng)前碳評(píng)估模型僅包括植物固碳，忽略了土壤微生物固碳，限制了深入理解干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳匯不確定性的來源和機(jī)制。

為此，中科院青藏高原所生態(tài)系統(tǒng)功能與全球變化團(tuán)隊(duì)孔維棟研究員等，依托中國(guó)科學(xué)院納木錯(cuò)多圈層綜合觀測(cè)研究站，開展了連續(xù)4年的野外監(jiān)測(cè)研究（圖1），系統(tǒng)對(duì)比了土壤微生物和植物總初級(jí)生產(chǎn)力（Gross Primary Production，GPP）季節(jié)和年際動(dòng)態(tài)變化規(guī)律及其對(duì)土壤水分和溫度的響應(yīng)。結(jié)果顯示，植物和土壤微生物GPP具有相似的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化特征，均在夏季七、八月份達(dá)到最高值（圖2）；與植物GPP年際變化（15.1%）相比，土壤微生物GPP年際變化更大，達(dá)到76.1%，說明土壤微生物固碳量年際波動(dòng)對(duì)干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳匯不確定性具有較大貢獻(xiàn)。通過進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，相較于土壤微生物GPP，植物GPP對(duì)土壤水分和溫度變化更敏感，這可能與植物物候期有關(guān)。

土壤微生物GPP可占到植物GPP的35.7%，不同季節(jié)占比不同，夏季七、八月最大，連續(xù)四年監(jiān)測(cè)均值為18.2%（圖3），該比值隨土壤水分的增加而增加，但與土壤溫度沒有相關(guān)性（圖4），揭示青藏高原草地生態(tài)系統(tǒng)中水分是影響土壤微生物固碳貢獻(xiàn)率的主要因素。該研究表明，青藏高原草地土壤微生物具有較大固碳潛力，有必要在地球系統(tǒng)模型中整合土壤微生物固碳過程和潛力，從而更準(zhǔn)確評(píng)估全球干旱區(qū)碳循環(huán)過程，降低全球碳匯不確定性。

該成果近日以“Soil microbial CO2 fixation plays a significant role in terrestrial carbon sink in a dryland ecosystem: A four-year small-scale field-plot observation on the Tibetan Plateau”為題發(fā)表于《Science of the Total Environment》。我所生態(tài)系統(tǒng)功能與全球變化團(tuán)隊(duì)博士后陳昊和在讀博士研究生王斐為共同第一作者，孔維棟研究員為通訊作者，旭日研究員、鄔光劍研究員、王君波研究員等參與了本項(xiàng)研究工作。本研究獲得中科院A類戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDA19070304、XDA20050101）和中科院前沿局前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目（QYZDB-SSW-DQC033）、國(guó)家自然科學(xué)基金（41771303、41775161）、第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究專項(xiàng)（2019QZKK0606）、博士后科學(xué)基金（2019M650858）等資助。

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