土壤碳-气候反馈是陆地生物圈对气候变化响应的一个主要不确定性因素。这种不确定性部分源于土壤有机碳(C)分解和稳定过程的温度敏感性之间缺乏约束关系，而土壤有机碳(C)是土壤生物地球化学模型中的关键参数。尽管许多经验和模型研究已经探索了温度对生态系统到全球尺度的土壤碳储量和周转率的影响，但它们在很大程度上忽略了土壤有机质的异质性。这是一个关键的疏忽，因为潜在的土壤有机质组分或“库”(例如，颗粒或与矿物相关的有机质)在实验室和现场操作中对变暖可能表现出不同的反应（Nature Communications 最新综述 | 土壤碳固存的复杂性：矿物结合有机物& 颗粒有机物；Nature Communications | 颗粒有机物是土壤有机碳的功能组分；Nature Communications 最新 | 全球矿物结合土壤有机碳储量和容量）。因此，在全球范围内了解和量化这些地下库的温度敏感性对于准确预测紧急反馈和土壤有机碳对气候变化的脆弱性至关重要。

本研究在数据和模型中评估了土壤C储量的气候温度敏感性，以及矿物相关和颗粒土壤C库在驱动这一特性中的作用。首先利用矿物结合和颗粒土壤C的全球网格化数据产品来量化这两个库之间土壤有机C的分布及其各自在全球尺度上的气候温度敏感性。然后在12个全球模型的集合中评估了受保护(矿物结合)和未受保护(颗粒类)土壤C储量的分布和温度敏感性，即来自耦合模型比较项目第6阶段(CMIP6)34的9个地球系统模型(esm)和3个离线陆地模型。我们认为，解决下伏土壤C库的分布和温度敏感性对于发展对大量土壤C分解的紧急温度依赖性的预测性理解和限制全球生物地球化学模型至关重要。

图1 观测得到的土壤碳储量的全球分布作为气候温度和粘土和粉土矿物的函数

本文分析了全球土壤碳库的观测估计，量化了它们的相对比例，并计算了它们的气候温度敏感性，因为碳随温度升高而下降。研究发现，颗粒碳的气候温度敏感性平均比矿物结合碳高28%，在凉爽气候条件下最高可达53%。此外，这些土壤碳库之间的碳分布驱动了大量土壤碳储量的紧急气候温度敏感性。然而，全球模型对土壤碳库分布的预测差异很大。我们发现，在耦合模式比较项目第6阶段的地球系统模型和离线陆地模型中，概念上与矿物保护碳相似的模型库的全球比例在16%到85%之间，这对土壤碳年龄和生态系统响应性具有重要意义。总体而言，全球模型倾向于高估寒冷和温暖气候下受保护的碳储量以及温暖气候下的两个碳库的气候温度敏感性，同时低估了在寒冷气候中未受保护的C的气候温度敏感性。为了提高碳循环-气候反馈预测的准确性，需要对土壤下垫碳库进行评估，以准确预测土壤碳的分布和脆弱性。

本研究结果表明，随着全球受保护和未受保护土壤C储量估算的最新进展，重新定义和基准这些潜在的土壤C库可以作为ESMs的重要约束。因此，作者敦促所有全球模型报告CMIP第7期及以后的土壤C在底层库中的分布，以便未来的研究可以利用这一基准进行跨气候梯度的模型评估。虽然对瞬态响应的进一步研究也需要约束动态模型，但本文提出的静态关系可以作为长期温度对土壤碳库形成和分解影响的重要基准。

图2 全球各数据和模型中受保护池中土壤C的比例

图3 土壤总碳的气候温度敏感性及有保护和无保护池的贡献

原文链接 ↓

https://doi.org/10.1038/s41561-024-01384-7