全球变暖背景下的多年冻土融化被视为地球系统的关键临界要素之一，其封存数千年至上万年的有机碳一旦被微生物分解，将释放大量温室气体，加剧气候变暖。虽然已有研究表明热喀斯特等富冰区快速融化过程可触发不可逆碳释放，但这些认识主要来源于极端融化情景的模拟。对于更为普遍发生的渐进式多年冻土融化是否同样存在临界转变，长期缺乏直接观测证据。
决定多年冻土碳-气候反馈的核心在于三个关键过程：增暖如何改变光合碳固定、增暖如何驱动生态系统呼吸、以及最关键的—增暖在多大程度激活多年冻土老碳的分解释放。我们认为：当变暖驱动的老碳损失的增量超过碳固定收益时，系统将跨越临界点进入不可逆的正反馈阶段。然而，由于缺乏对碳通量与地下碳动态的同步观测，上述过程长期处于“黑箱”状态；特别是气候变暖是否、以及在多大程度上触发老碳释放，仍存在很大争议。
为破解这一关键难题，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，在青藏高原典型多年冻土区（海拔约4800m）开展了多梯度红外模拟增温实验（对照、+1°C、+2°C和+4°C）。通过持续5年的高频生态系统碳通量观测，结合不同土壤深度CO2浓度与稳定碳同位素（δ13C-CO2）监测，并辅以室内培养实验与贝叶斯同位素混合模型，实现了对不同碳源贡献的定量分离，从而首次在真实多年冻土生态系统中捕捉潜在的临界转变行为。
研究发现，气候变暖驱动多年冻土生态系统转为强CO2源。在低至中等增温（<2°C）条件下，生态系统呼吸的增幅已超过碳固定增幅（达1-16倍），使系统由弱碳汇转为碳源；而当增温进一步增强至2-4°C时，生态系统碳固定突破热适应阈值并显著下降（降幅约14%），与此同时呼吸仍维持较高水平，最终导致净碳释放激增（最高达176%）。这一阶段，生态系统碳收支由“输入驱动”转变为“呼吸主导”，碳收支发生根本性失衡，系统跨越关键阈值并进入强碳源状态。
机制分析表明，深层老碳释放是驱动该临界转变的核心过程。增温显著增强了深层有机碳分解，使土壤深部持续维持高浓度CO2累积并伴随明显的同位素信号变化。尤其在生长季，深层老碳对土壤呼吸的平均贡献由67%升至76%，且随温度升高持续增加。这一过程不仅导致易分解碳组分的耗竭，还进一步激活了原本受矿物保护的稳定碳库。由此，系统碳输出不再是碳输入驱动的短期波动，而是转变为由老碳分解驱动的持续性碳释放过程。
基于上述证据，研究首次明确提出：青藏多年冻土碳循环存在一个位于约2-4°C增温区间的临界点。一旦超过该阈值，植物光合碳固定将受到生理限制，而深层碳分解持续增强，碳循环从“量变”转向“质变”，标志着一个自我强化的多年冻土碳-气候正反馈开始形成。该研究不仅为变暖背景下青藏高原多年冻土碳稳定性提供了关键实证，也对全球多年冻土碳循环具有启示意义。
上述研究成果以“Permafrost tipping point triggered by warming-driven loss of old carbon”为题，在线发表于Nature Communications《自然-通讯》。中国科学院青藏高原研究所与兰州大学联培博士生卫雨西为论文第一作者，丁金枝研究员为通讯作者；姚檀栋院士、朴世龙院士、安宝晟研究员、汪涛研究员等为共同作者。本研究得到第二次青藏高原综合科学考察研究（2022QZKK0101）等项目资助。
全文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-72122-3
图1 气候变暖驱动老碳分解诱发多年冻土碳循环-气候临界响应示意图
图中GPP表示光合碳固定，Reco表示生态系统呼吸
