新模型显示全球变暖加速土壤微生物二氧化碳排放真相还有哪些？

最新研究表明，土壤微生物释放到大气中的二氧化碳（CO2）排放量在本世纪末不仅有望增加，而且将在全球范围内加速增长，尤其是在极地地区。土壤微生物通过分解有机物质的过程中，积极释放二氧化碳到大气中，这个过程被称为异养呼吸。

细菌和微生物群落如何通过异养呼吸影响土壤中 CO 2的释放

根据瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）、瑞士联邦森林、雪和景观研究所（WSL）、瑞士联邦水科学与技术研究所（Eawag）和洛桑大学的一项最新研究，在最糟糕的气候情景下，土壤微生物向地球大气中释放的二氧化碳排放量预计到2100年可能会全球范围内增加约40%。该研究的主要作者、苏黎世联邦理工学院环境工程研究所的ETH博士后研究员Alon Nissan表示: "因此，微生物二氧化碳排放的预计增长将进一步加剧全球变暖，强调了更准确估计异养呼吸速率的迫切需要。"

土壤湿度和温度是关键因素 这些发现不仅证实了先前的研究结果，还提供了关于不同气候区异养呼吸机制和幅度更精确的见解。与依赖众多参数的其他模型不同，Alon Nissan开发的这种新型数学模型仅利用了两个关键的环境因素：土壤湿度和土壤温度，从而简化了估计过程。

该模型代表了一个重要的进展，因为它涵盖了从土壤结构和土壤水分分布的微观尺度到像森林、整个生态系统、气候区域乃至全球尺度的所有生物物理相关层次。

苏黎世联邦理工学院环境工程研究所的教授Peter Molnar强调了这种理论模型的重要性，它与大型地球系统模型相辅相成，他说: "该模型基于土壤湿度和土壤温度，更容易估计微生物呼吸速率。此外，它增强了我们对不同气候区域异养呼吸对全球变暖的贡献方式的理解。"

极地地区的二氧化碳排放可能会翻番 由Peter Molnar和Alon Nissan领导的研究合作的一个关键发现是，微生物二氧化碳排放的增加在不同气候区域有所差异。在寒冷的极地地区，导致增加的主要原因是土壤湿度的下降，而不是温度的显著上升，这与炎热和温和气候区不同。Alon Nissan强调了寒冷地区的敏感性，他说: "即使是轻微的水分变化也可能导致极地地区呼吸速率的大幅变化。"

根据他们的计算，在最糟糕的气候情景下，到2100年，极地地区的微生物二氧化碳排放预计每十年将增长10%，是世界其他地区预计增长速度的两倍。这种差异可以归因于异养呼吸的最佳条件，即当土壤处于半饱和状态时，即既不过于干燥也不过于湿润。这种条件在极地地区的土壤解冻过程中存在。

另一方面，其他气候区的土壤已经相对较干燥且容易进一步干燥，微生物二氧化碳排放的增加相对较小。然而，无论气候区域如何，温度的影响都是一致的：随着土壤温度的升高，微生物二氧化碳的排放也增加。

各气候区域的二氧化碳排放增长情况

截至2021年，大多数来自土壤微生物的二氧化碳排放主要来自地球的温暖地区。具体而言，67%的排放来自热带地区，23%来自亚热带地区，10%来自温带地区，仅有0.1%来自北极或极地地区。

值得注意的是，研究人员预计与2021年相比，这些地区的微生物二氧化碳排放将显著增长。到2100年，他们的预测显示，极地地区的排放量将增长119%，热带地区将增长38%，亚热带地区将增长40%，温带地区将增长48%。

土壤中的碳平衡，决定土壤是充当碳源还是碳汇，取决于光合作用和呼吸作用这两个关键过程之间的相互作用。因此，研究微生物二氧化碳排放对于了解土壤在未来是储存还是释放二氧化碳至关重要。

Alon Nissan解释道: "由于气候变化，这些碳通量的大小——包括光合作用带来的流入和呼吸带来的流出——仍存在不确定性。然而，这种大小将影响土壤作为碳汇的当前作用。"

在他们正在进行的研究中，研究人员主要关注异养呼吸。然而，他们尚未调查植物通过自养呼吸释放的二氧化碳排放。进一步探索这些因素将提供对土壤生态系统中碳动态的更全面的理解。

最新研究显示，土壤中微生物的呼吸将加剧全球变暖，预计到本世纪末，二氧化碳排放量可能全球范围内增加约40%。尤其值得关注的是，在极地地区，二氧化碳排放量的增长速度可能是其他地区的两倍，主要是由于土壤湿度的下降。这些研究结果强调了对异养呼吸速率进行更准确估计的紧迫性，并提供了关于不同气候区域对全球变暖贡献方式更精确的见解。进一步研究还需探索植物通过自养呼吸释放的二氧化碳排放，以更全面地了解土壤生态系统中的碳动态。