?? ? ? ?工業(yè)革命以來，人類活動加速化石燃料消耗與森林砍伐，導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界越來越清晰地認識到，全球氣候變化可能對人類賴以生存的生態(tài)系統(tǒng)帶來潛在的、難以預估的系統(tǒng)性風險，日益威脅人類社會自身的可持續(xù)發(fā)展。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，全球土壤有機碳作為地球系統(tǒng)中最大的活性碳庫，其碳儲量是大氣的三到四倍；一些研究假設認為全球土壤可能在未來氣候變化條件下吸收并儲存更多的大氣中的碳，進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）有機碳分解的微生物學機制，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對于更準確預測未來大氣CO2濃度及氣候變化，以及人類如何應對全球氣候變化具有重大的科學意義。
近年來，程磊教授實驗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)過程對氣候變化的響應機制。在前期建立的微生物調(diào)控土壤碳循環(huán)對氣候變化響應理論框架基礎上 (Cheng et al. Science 337:1084），實驗室通過結合野外大田實驗、理論建模、大數(shù)據(jù)整合以及微生物功能基因組學，揭示了底層土壤碳循環(huán)對氣候變暖響應的微生物學機制 （Cheng et al. ISME Journal 11:1825），并進一步提出適時開展氣候變化對深層乃至整層土壤影響的實驗與理論研究的重要性，特別是在不同地點、不同生態(tài)系統(tǒng)的研究將有助于進一步在全球尺度上對土壤有機碳庫的變化進行預測。但是，相關研究在理論和實驗技術上均具有一定挑戰(zhàn)性。新近，Hicks Pries 等在《科學》發(fā)表封面文章報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）；進而在深層土壤對氣候變化響應的研究上邁出了可喜一步。盡管如此，深層土壤CO2產(chǎn)生對氣候變化響應的理論基礎與理論分析仍然值得進一步探討。
以前期工作為基礎（Cheng et al. ISME J 11:1825）并結合分析相關實驗數(shù)據(jù)（Hicks Pries et al. Science 355:1420），程磊教授實驗室就深層土壤對氣候變化響應的理論基礎和計算方法進行了深入探討。第一，提出了深層土壤對氣候變化響應的滯后效應（thermal lag）。由于全球氣候系統(tǒng)處于動態(tài)變化之中，同時受土壤熱傳導率及土壤厚度等影響，導致底層土壤溫度變化相對于表層土壤存在滯后效應。這一滯后效應的提出對于未來野外土壤升溫實驗有著重要的指導意義。第二，對Q10的計算方法進行改進，提出通過一個廣義線性模型來計算并分析深層土壤CO2產(chǎn)生的溫度敏感性；進而解決了由于實驗觀測數(shù)據(jù)變異所導致的溫度敏感性計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氣候變化的響應強度，對于氣候變化模型將深層土壤納入考慮以預測未來氣候變化有著重要的指導意義。
該研究受到國家自然科學基金面上與優(yōu)青項目（NSFC31670501、31422010、31370487）以及浙江自然科學基金杰青項目(LR14C030001)資助。研究成果于2018年2月23日在線發(fā)表于《Science》期刊。程磊教授實驗室博士生肖?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。浙江大學生科院為第一作者和通訊作者單位。
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