气温升高导致土壤向空气中排放更多二氧化碳

大自然在呼吸。树木吸入二氧化碳，并将碳储存在树叶和树枝中。树木死亡后，土壤中的微生物吞噬富含碳的残留物，并将二氧化碳呼出到空气中，这一过程称为呼吸。气温升高导致这两个过程都加快。但一项意想不到的新发现表明，这两个过程的加速速度并不相同。微生物比植物更努力地工作。地球本质上在喘息。“全球土壤都在应对气候变暖，这反过来又将更多的碳转化为二氧化碳，然后进入大气，”联合全球变化研究所的研究员本·邦德-兰伯蒂 (Ben Bond-Lamberty) 说，该研究所是美国能源部太平洋西北国家实验室和马里兰大学合作成立的。“气候变化正在推动土壤和生态系统运行的温度上升，其影响既可预测（例如活动加快），又不确定（即微生物和植物群落可能会发生变化）。”

这种日益加剧的不平衡不仅导致空气中排放出更多吸热二氧化碳，而且还削弱了土壤作为天然碳储存地的强度。“土地还能在多长时间内以及在多大程度上继续充当强大的碳汇，这一点非常不确定，” 《自然》杂志上一项研究这一现象的新研究的主要作者邦德-兰伯蒂说。“但同样很明显的是，如果气候继续变化，陆地碳汇就无法无限期地持续下去。”

科学家们发现，微生物向大气排放二氧化碳的速度在 1990 年至 2014 年间上升了 1.2%。他们表示，乍一看，这个数字似乎很小，但从历史上相对较短的全球范围内来看，这个数字是“巨大的”。他们根据全球数百个地点的数千次观察得出结论。

“这是基于现实世界观察的发现，”邦德-兰伯蒂说。“这不是一个严格控制的实验室实验……我们只是在观察地球。我们无法在实验室中操纵它。”他们汇总了所有报告的土壤呼吸测量值，并检查了同一时间和地点的卫星数据，以确定“植物生产力（可以通过卫星测量或根据陆地测量推断）如何相对于土壤呼吸变化而变化，”他说。

“大多数研究这个问题的研究都只关注一个地方，”太平洋西北国家实验室的高级研究员、论文合著者凡妮莎·贝利 (Vanessa L. Bailey) 说。“这项研究从全球范围提出了这个问题。我们谈论的是大量的碳。微生物对世界的影响非常大，在如此大的范围内很难衡量。”

至于为什么微生物呼气更困难，“可能是因为微生物更多，也可能是不同的微生物，”贝利说。呼吸困难的一个解释是，气温升高使微生物更容易分解复杂的碳。“因此，随着气温升高，微生物可能会吞噬不同类型的碳，而这些碳要么现在更容易获得，要么分解得更彻底，”贝利说。“现在发生的并不是生态系统过程的稳步加速。而是生态系统碳平衡的变化。”

另一项近期研究——由英国曼彻斯特大学的科学家进行——发现气候变化正在以其他重要方式改变土壤。高温和干旱促使耐旱草类快速生长，从而夺走土壤水分。由曼彻斯特大学地球与环境科学学院的 Franciska de Vries 领导的研究人员预测，持续干旱可能会改变土壤生物学。

贝利说，干旱会迫使微生物改变功能，促使它们“分解以前被认为在土壤中相对稳定和持久的碳形式”，她说。“微生物如何应对干旱是一个巨大的未知数，对世界各地土壤的稳定性、肥力和坚固性有着巨大的潜在影响。”

人类可以通过保护或重新种植森林来帮助保持土壤健康，但这可能还不够，邦德-兰伯蒂说，他解释说“这是对全球进程的全球反应，扭转这一进程将取决于减缓并最终扭转我们向大气中排放温室气体的速度，”他说。

玛琳·西蒙斯为 Nexus Media 撰稿，这是一家涵盖气候、能源、政策、艺术和文化的联合通讯社。