科学美国人:气候变化或加速土壤释放温室气体

小芸

                               
登录/注册后可看大图

气候变化可能会加速土壤释放温室气体，削弱森林减缓温室效应的作用。

当更多的二氧化碳进入地球大气层时，科学家们本指望森林——由一棵棵在富含碳的环境中能够长得更大的树组成——来吸收多余的气体。但是通过在控制条件下对森林生态系统将近15年的观察，科学家发现，大气中二氧化碳含量增高可能导致森林释放较多的二氧化碳，减弱它们的吸收效果。

这是因为当树长得更大时，它们需要更多氮、矿物质和二氧化碳。通过将多余的碳分享给土壤中的微生物，树木能够加速物质分解的过程，从而获得重要的矿物质。然而，作为这个过程的副产品，更多的碳被释放到了大气中。

“在二氧化碳浓度上升时，所有的东西都在更快地循环”，理查德•菲利普（Richard Phillips）说。他是印第安纳大学科学与艺术系的一名生物学助理教授。“这种关系网导致植物获得更多的氮、储存更多的碳。但是当微生物分解土壤物质时，碳变成气体被释放到空气中。”最终，更多的碳被储存在长得越来越大的树中，而在发生分解过程的土壤中，碳会减少。

这个发现对气候模型有重要的影响，因为它影响了森林的长期碳储存，这是全球碳平衡的一部分。“在土壤中，碳被微生物利用，这一过程被不断重复，直到产生非常稳定的复杂化合物为止”，菲利普说，土壤中的碳可以保存几百甚至几千年，他补充到。“当碳被储存在树中，它只能保存和树木年龄同样长的时间，大概60到100年，”他说。

寻找失踪的碳

科学家已经知道，提高大气中的二氧化碳浓度，并不一定会使更多的碳被储存到土壤中。例如，通过在杜克森林（Richard Phillips）的一个FACE（Free-Air Carbon Dioxide Enrichment）项目研究站进行多年的测量，菲利普发现，土壤中的碳含量并没有随着树木的增长而相应地增加。菲利普解释道，这表示还有其它的机制在产生作用。

“这些树长得更大，而通常你会认为较大的植物会产生更多的碎屑、枝条和落叶，从而把它们的碳元素加到土壤里”，他说，“但是，土壤的含碳量并没有如我们预期的那样升高。因此，它们一定在什么地方损耗掉了。”另一方面，即使暴露在富含碳的环境中十多年，树木依然在继续长大。而早期的模型预测，由于氮和其它矿物质的减少，高碳浓度引起的树木生长会在达到顶峰后保持稳定。事实上，在FACE的研究中，树木仍然在加速生长。这个速度表明，氮的供给也在增加，它们就像碳一样充足。

菲利普首先提出，树木通过它们的根系把糖类和其它化合物输送到土壤中，以加速微生物的生长并促进它们的分解活动。他把这个假说命名为根系加速矿物质转化假说（Rhizo-Accelerated Mineralization and Priming，RAMP）。这一发现被刊登在7月出版的生态学通讯（Ecology Letters）网络版上。

目前，人们尚不清楚这个生态关系网的影响，菲利普说。他希望这个研究方向能够继续下去，并且得到气候项目的重视。“大部分（现有的）模型都不够重视根系的作用，而且没有一个模型考虑到促进矿物质转化的过程”，他说。“我们的研究结果表明，树根和土壤微生物的相互作用对碳储存量和氮的循环速度都有很大的影响。”http://www.kongfen.cc/news/201208/14/3647.html