干旱 - 复湿过程中土壤有机碳分解的温度敏感性研究：新发现与意义

来自中国等的研究人员为探究干旱 - 复湿过程中土壤有机碳（SOC）分解响应，经实验发现该过程降低了 SOC 的 Q10 ，有助于理解陆地碳循环。

　　全球变暖引发了诸多气候问题，其中降水模式的改变使得干旱 - 复湿过程频繁发生。这一过程会影响植物净初级生产力（NPP）、陆地生物多样性、土壤有机碳（SOC）固存，还会对气候变化与陆地碳循环之间的反馈产生作用。当干燥土壤重新湿润时，会出现 “Birch 效应”，即产生二氧化碳（CO₂）脉冲，导致 SOC 快速流失。然而，目前尚不清楚在干旱 - 复湿过程中，SOC 分解对气候变暖的响应情况。

SOC 分解的温度敏感性（Q₁₀）是土壤碳（C）、氮（N）动力学模型以及地球系统模型中的关键参数，可用于评估全球变暖与陆地 CO₂排放之间的反馈。但 Q₁₀受多种生物和非生物因素影响，且土壤湿度与 Q₁₀变化的关系存在争议。

基于自然¹³C 同位素丰度评估土壤有机质稳定性，可将 SOC 分为 “老” SOC 和 “新” SOC。此前研究表明，不同年龄的 SOC 对变暖的敏感性不同，但碳 - 气候模型在考虑波动土壤湿度下不同年龄土壤碳库的 Q₁₀值时存在不足，预测存在不确定性。

研究人员改进了连续气流 CO₂捕获系统，该系统能在土壤培养过程中同时调节湿度和捕获 CO₂ 。研究人员采集了经历 23 年和 33 年碳 - 3（C₃）向碳 - 4（C₄）植被转换的两种农田表层土壤（0-20cm）。将这些土壤在 20°C 和 30°C 下，分别进行干旱 - 复湿或恒定湿度处理，培养 180 天。利用¹³C 自然丰度区分新 SOC（C₄-C）和老 SOC（C₃-C）产生的土壤 CO₂排放。

实验结果显示，无论培养温度和湿度条件如何，土壤 CO₂排放速率起初迅速下降，60 天后趋于稳定。在 180 天的培养期内，干旱 - 复湿处理（DWC）的累积 CO₂排放通量高于恒定湿度处理（CM）。与恒定湿度相比，干旱 - 复湿条件下每个周期以及六个周期内，来自总 SOC、新 SOC 和老 SOC 的累积土壤 CO₂排放均更高，符合 “Birch 效应”。

研究结论表明，与恒定湿度条件相比，干旱 - 复湿循环降低了新旧两种土壤碳库的 Q₁₀ 。温度是土壤 CO₂排放的主导因素，恒定湿度下土壤对变暖的敏感性高于干旱 - 复湿，这符合酶动力学原理。当底物供应充足时，温度对土壤 CO₂排放的影响减弱。

该研究也存在一定局限性，其采用 20°C 和 30°C 下的土壤呼吸来评估 Q₁₀ ，可能影响准确性。更精确的方法是在较宽温度范围内测量土壤呼吸并拟合指数方程。本研究仅探索了干旱 - 复湿循环对 Q₁₀的影响，采用的双温度方法相对简化，而土壤呼吸受多种因素影响，包括土壤湿度和温度的相互作用。