前沿简报
@生态系统生态学
在全球变暖下，更极端的气候条件对土壤有机碳(SOC)动态的影响仍然是不可量化的。近日发表在NCC上的一篇文章中，作者结合时空替代方法和全球土壤有机碳测量(0-30厘米土壤) ，估计了在1.5 °C 升温下土壤有机碳对气候极端变化的响应。
结果表明，大多数极端环境(33种极端类型中的22种)在全球变暖下加剧了土壤有机碳的流失，但是它们的影响因生态系统而异。只有减少寒冷天气的持续时间才会产生持续的积极影响，而极端潮湿天气的增加对所有生态系统都会产生消极影响。温带草地和农田对大多数极端情况作出负面反应，而在温带和北方森林和沙漠中则以积极反应为主。在冻土带，21个极端显示中性影响，但11个极端显示负面影响的规模比其他生态系统。
本研究结果揭示了极端气候对土壤有机碳动态的独特的生物群落效应，促进了气候变化下更可靠的土壤有机碳预测。
知识梳理
@生态系统生态学
全球气候的平均状态（例如，平均升温）和极端气候的频率及强度（例如，更多热浪和干旱）正在发生变化。这种变化将显著影响陆地碳平衡，因为强烈的碳循环-气候反馈。卫星观测和全球观测网络（例如FLUXNET）显示出即使单一极端气候事件也能导致区域生态系统生产力的大幅下降，其影响通常具有时间滞后性，或持续数年甚至数十年。然而，卫星观测和现场记录的相对短期性质（例如，卫星观测只能追溯到1980年代）无法预测气候极端变化对全球碳循环的长期影响。
在全球碳循环中，土壤有机碳（SOC）是最大的碳库，含碳量是植被生物量和大气中存储碳量的两倍以上。尽管使用模型和实验方法广泛研究了SOC对平均气候变化（如升温）的响应，但基于观测数据量化气候极端变化对此类响应的调控作用在大时空范围内很少。一个主要挑战是，SOC的变化只能在SOC周转的时间尺度上被检测到或完全表现出来，这通常在大多数土壤中是十年甚至百年级别的。因此，一年或短时期内发生的一次或几次极端事件的观测不能完全捕捉到更极端气候对SOC动态的长期影响。此外，在实验中复制气候极端事件具有挑战性，不同的极端事件（例如，干旱和热浪）可能会引起土壤碳通量的不同反应，从而改变SOC平衡。
气候极端事件对SOC动态的影响发生在不同的时间尺度上。短期内，如强降水事件可能导致土壤水淹，抑制微生物分解，或通过侵蚀导致SOC的空间重新分布。干旱通过影响植物生长和土壤水热条件改变土壤碳输入的数量、质量和时机。热浪可以加速SOC分解，但通常伴随干旱发生，从而对SOC产生复杂的影响。从长期来看，不同的气候极端事件可以引发一系列生态和环境变化，如土壤理化环境变化（例如，土壤团聚体转化和稳定、疏水性）、植物、土壤微生物和动物群落组成及功能的改变，以及对土壤水文和营养循环的影响。总体而言，气候极端变化可能直接或间接地影响长期SOC动态，具体取决于当地环境条件和具体的气候极端类型。
在这里，研究者量化了SOC对未来气候预测下各种气候极端事件变化的响应。这种量化基于全球113,013个地点0-30厘米表层土壤中SOC储量（kg/m²）的测量，以及代表不同极端事件频率和强度的八个指标。这些事件包括热浪、寒潮、极端干湿日，来自气候变化检测和指数专家团队的全球地图产品。另外25个指标也从同一地图产品中获得，反映了基于长期气候记录的温度和降水相关极端事件的阈值和概率。使用这些数据，采用空间换时间替代和元分析技术的混合方法来估计SOC对两种一般气候变化情景的响应：温暖但无极端变化的气候（W，即仅年平均温度增加，本研究中为1.5°C）和温暖且更极端的气候（W+E，1.5°C升温加上更极端的气候）。
未来气候极端的不确定性通过使用33个气候极端指数（CEI）的五级变化梯度来考虑。复合极端事件（即多种气候极端事件的同时发生）可能在未来更为常见，但更难以预测。为了展示它们的重要性，研究者在这里展示了两种复合极端变化（热浪+极端干和热浪+极端湿）的影响。
参考图表
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▲图1 |
SOC 对气候变化情景的全球反应
Reference(s)
Wang, M., Zhang, S., Guo, X. et al. Responses of soil organic carbon to climate extremes under warming across global biomes. Nat. Clim. Chang. (2023).
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