土壤表层碳库约是大气碳库两倍以上。2022年，在《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC）第21次缔约方大会上，由法国农业部提出，UNFCCC启动了“千分之四全球土壤增碳”计划。该计划通过土壤增碳千分之四，可抵消当前全球二氧化碳净排放量。土壤碳汇成为当前应对气候变化的重要自然解决方案之一。但在气候变暖背景下，基于当前地球系统模式对土壤碳源汇效应的模拟预估仍存在不确定性，这一研究热点也是当下全球碳循环研究的“黑箱”。
中国科学院青藏高原研究所生态系统功能与全球变化研究团队综合全球土壤室内培养实验、碳同位素测定的全球土壤碳年龄以及土壤有机碳等观测数据的基础上，构建了基于观测约束的简化碳循环模型，结合对土壤碳物理保护机制与根际激发效应的最新认识，首次绘制了土壤碳库不同组分潜在周转时间的空间分布图，预估了《巴黎协定》温控目标下，全球土壤碳库变化及其对未来碳排放空间的影响(图1)。
研究结果显示，全球土壤有机碳库的活性、慢性和惰性组分，其平均潜在周转时间分别为约0.3年、6.7年和398年。这些碳库潜在周转时间总体呈热带地区慢和高纬地区快的空间格局。研究发现，当前地球系统模型普遍高估了潜在碳周转时间，尤其是高纬度地区，这极大挑战了现有地球系统模型关于全球土壤具有一致的潜在周转时间的假定(图2)。
通过构建观测约束的简化碳循环模型，结合本研究绘制的潜在碳周转时间的空间分布，研究团队预估，到本世纪末，气候变暖将导致全球表层土壤碳库流失，这使得《巴黎协定》设定的2℃温控目标下的未来碳排放空间缩减15%。值得注意的是，到本世纪末，土壤表层碳库变化存在较大空间差异，北半球高纬土壤碳库将面临流失的风险，我国及其青藏高原地区土壤碳库则分别增加7~54和4.5~6.1亿吨碳。
研究团队提出，未来变暖背景下，土壤碳库的流失将显著削弱全球陆地生态系统碳汇在减缓大气CO2上升的重要作用，对基于土壤增碳来应对气候变暖的自然解决方案提出了重大挑战。因此，留给全球气候行动的时间窗口也在迅速缩小。
该成果以“Projected soil carbon loss with warming in constrained Earth system models”为题，近日发表在国际期刊《自然-通讯》(Nature Communications)。我所博士生任帅为第一作者，汪涛研究员为通讯作者。本研究获得国家自然科学基金委等项目资助。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-44433-2
图1 本研究流程图
图2 全球土壤不同碳库潜在周转时间的空间分布
