全球陆地生态系统碳汇存在较大不确定性，该不确定性主要来源于干旱区生态系统，但其机制和原因一直存疑。干旱区生态系统占全球陆地面积的41%，该地区植物生长及其固碳潜力受到较大限制，而土壤微生物则具有更强的环境适应能力，因此，相较于湿润区生态系统，干旱区土壤微生物固碳的相对贡献更大。然而，当前碳评估模型仅包括植物固碳，忽略了土壤微生物固碳，限制了深入理解干旱区生态系统碳汇不确定性的来源和机制。
为此，中科院青藏高原所生态系统功能与全球变化团队孔维栋研究员等，依托中国科学院纳木错多圈层综合观测研究站，开展了连续4年的野外监测研究（图1），系统对比了土壤微生物和植物总初级生产力（Gross Primary Production，GPP）季节和年际动态变化规律及其对土壤水分和温度的响应。结果显示，植物和土壤微生物GPP具有相似的季节动态变化特征，均在夏季七、八月份达到最高值（图2）；与植物GPP年际变化（15.1%）相比，土壤微生物GPP年际变化更大，达到76.1%，说明土壤微生物固碳量年际波动对干旱区生态系统碳汇不确定性具有较大贡献。通过进一步分析发现，相较于土壤微生物GPP，植物GPP对土壤水分和温度变化更敏感，这可能与植物物候期有关。
土壤微生物GPP可占到植物GPP的35.7%，不同季节占比不同，夏季七、八月最大，连续四年监测均值为18.2%（图3），该比值随土壤水分的增加而增加，但与土壤温度没有相关性（图4），揭示青藏高原草地生态系统中水分是影响土壤微生物固碳贡献率的主要因素。该研究表明，青藏高原草地土壤微生物具有较大固碳潜力，有必要在地球系统模型中整合土壤微生物固碳过程和潜力，从而更准确评估全球干旱区碳循环过程，降低全球碳汇不确定性。
该成果近日以“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”为题发表于《Science of the Total Environment》。我所生态系统功能与全球变化团队博士后陈昊和在读博士研究生王斐为共同第一作者，孔维栋研究员为通讯作者，旭日研究员、邬光剑研究员、王君波研究员等参与了本项研究工作。本研究获得中科院A类战略性先导科技专项（XDA19070304、XDA20050101）和中科院前沿局前沿科学重点研究项目（QYZDB-SSW-DQC033）、国家自然科学基金（41771303、41775161）、第二次青藏高原综合科学考察研究专项（2019QZKK0606）、博士后科学基金（2019M650858）等资助。
图1研究样地设置及监测过程示意图
图2 2016至2019年土壤微生物和植物总初级生产力季节动态变化
图3 2016至2019年土壤微生物与植物总初级生产力比值的季节动态变化
图4 土壤微生物与植物总初级生产力比值与土壤温度（a）和土壤水分（b）的相关性分析
