?? ? ? ?工業(yè)革命以來，人類活動(dòng)加速化石燃料消耗與森林砍伐，導(dǎo)致大氣組成顯著變化，與之緊密相連的是氣候變暖、海平面上升、生物多樣性降低、極端氣候頻發(fā)等一系列全球變化?？茖W(xué)界越來越清晰地認(rèn)識(shí)到，全球氣候變化可能對(duì)人類賴以生存的生態(tài)系統(tǒng)帶來潛在的、難以預(yù)估的系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)，日益威脅人類社會(huì)自身的可持續(xù)發(fā)展。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，全球土壤有機(jī)碳作為地球系統(tǒng)中最大的活性碳庫，其碳儲(chǔ)量是大氣的三到四倍；一些研究假設(shè)認(rèn)為全球土壤可能在未來氣候變化條件下吸收并儲(chǔ)存更多的大氣中的碳，進(jìn)而起到氣候變化減速器作用。闡明氣候變化條件下土壤（特別是底層土壤）有機(jī)碳分解的微生物學(xué)機(jī)制，從理論上理清并估算土壤碳循環(huán)與氣候變化之間的反饋效應(yīng)對(duì)于更準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來大氣CO2濃度及氣候變化，以及人類如何應(yīng)對(duì)全球氣候變化具有重大的科學(xué)意義。
近年來，程磊教授實(shí)驗(yàn)室著力于研究微生物調(diào)控的土壤生態(tài)系統(tǒng)以及碳循環(huán)過程對(duì)氣候變化的響應(yīng)機(jī)制。在前期建立的微生物調(diào)控土壤碳循環(huán)對(duì)氣候變化響應(yīng)理論框架基礎(chǔ)上 (Cheng et al. Science 337:1084），實(shí)驗(yàn)室通過結(jié)合野外大田實(shí)驗(yàn)、理論建模、大數(shù)據(jù)整合以及微生物功能基因組學(xué)，揭示了底層土壤碳循環(huán)對(duì)氣候變暖響應(yīng)的微生物學(xué)機(jī)制 （Cheng et al. ISME Journal 11:1825），并進(jìn)一步提出適時(shí)開展氣候變化對(duì)深層乃至整層土壤影響的實(shí)驗(yàn)與理論研究的重要性，特別是在不同地點(diǎn)、不同生態(tài)系統(tǒng)的研究將有助于進(jìn)一步在全球尺度上對(duì)土壤有機(jī)碳庫的變化進(jìn)行預(yù)測(cè)。但是，相關(guān)研究在理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)上均具有一定挑戰(zhàn)性。新近，Hicks Pries 等在《科學(xué)》發(fā)表封面文章報(bào)道了人工增溫條件下1m深度土壤CO2產(chǎn)生（主要為微生物呼吸），并估算了所有土壤深度微生物呼吸的溫度敏感性（Q10值，即溫度每上升10 ℃微生物呼吸上升的倍數(shù)）（Hicks Pries et al. Science 355:1420）；進(jìn)而在深層土壤對(duì)氣候變化響應(yīng)的研究上邁出了可喜一步。盡管如此，深層土壤CO2產(chǎn)生對(duì)氣候變化響應(yīng)的理論基礎(chǔ)與理論分析仍然值得進(jìn)一步探討。
以前期工作為基礎(chǔ)（Cheng et al. ISME J 11:1825）并結(jié)合分析相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（Hicks Pries et al. Science 355:1420），程磊教授實(shí)驗(yàn)室就深層土壤對(duì)氣候變化響應(yīng)的理論基礎(chǔ)和計(jì)算方法進(jìn)行了深入探討。第一，提出了深層土壤對(duì)氣候變化響應(yīng)的滯后效應(yīng)（thermal lag）。由于全球氣候系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)變化之中，同時(shí)受土壤熱傳導(dǎo)率及土壤厚度等影響，導(dǎo)致底層土壤溫度變化相對(duì)于表層土壤存在滯后效應(yīng)。這一滯后效應(yīng)的提出對(duì)于未來野外土壤升溫實(shí)驗(yàn)有著重要的指導(dǎo)意義。第二，對(duì)Q10的計(jì)算方法進(jìn)行改進(jìn)，提出通過一個(gè)廣義線性模型來計(jì)算并分析深層土壤CO2產(chǎn)生的溫度敏感性；進(jìn)而解決了由于實(shí)驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)變異所導(dǎo)致的溫度敏感性計(jì)算大幅偏離理論值的困擾；這有助于更精確揭示深層土壤對(duì)氣候變化的響應(yīng)強(qiáng)度，對(duì)于氣候變化模型將深層土壤納入考慮以預(yù)測(cè)未來氣候變化有著重要的指導(dǎo)意義。
該研究受到國家自然科學(xué)基金面上與優(yōu)青項(xiàng)目（NSFC31670501、31422010、31370487）以及浙江自然科學(xué)基金杰青項(xiàng)目(LR14C030001)資助。研究成果于2018年2月23日在線發(fā)表于《Science》期刊。程磊教授實(shí)驗(yàn)室博士生肖?為本文第一作者，研究生于方鑒、祝琬瑩、徐陳超、張凱杭為共同作者。浙江大學(xué)生科院為第一作者和通訊作者單位。
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