空气增温与土壤增温对土壤有机碳储存的不同影响

为什么温暖的土壤关系重大

世界上大部分碳不在树木或大气中，而是锁存在土壤里。随着地球变暖，头顶的空气和脚下的土地都会升温，这会改变土壤的碳储量。本文提出了一个简单但重要的气候问题：更暖的空气和更暖的土壤是否以相同方式影响这个隐性碳库，还是会把它推向不同的方向？

两类增温，两个不同结局

作者汇集了全球327个故意增温的实地试验结果，并将其与一个详尽的陆地过程模型结合。实验采用不同手段加热环境：开顶室主要加热植物周围的空气，埋地加热电缆主要加热土壤，红外加热器则同时影响空气与土壤。将所有站点合并分析时，平均来看增温对土壤有机碳——土壤中那种深色富碳物质——几乎没有改变。但当研究团队按增温方式分开数据时，出现了一个规律：空气增温往往使土壤碳保持不变，而直接加热土壤则更常导致储碳减少。

暖空气如何渗入地下

利用他们的模型，研究人员探讨了空气增温和土壤增温为何出现分歧。他们发现，提高空气温度并不总会等比例地使土壤变暖。多少额外的热量到达地表取决于进入地面能量在加热空气和蒸发水分之间如何分配。在湿润地区，更多热量用于蒸发，土壤升温较小。在干燥地区，更多热量用于显热升温，土壤升温更明显。整体生态系统增温——同时加热空气和土壤——通常会带来最大的土壤温度上升，但在不同气候间仍显示出很大差异。

植物、水分与微生物在变化中的反应

模型还追踪了植物生长与土壤微生物的响应。净初级生产力（即植物从空气中吸收并转移到陆地的碳量）在不同站点呈现不同方向的变化。在寒冷、能量受限的地区，增温常通过延长生长季促进植物生长。在已然温暖的地区，额外的热量使植物超出舒适范围并增加呼吸损失，因而生长往往下降。直接加热土壤对植物生长影响甚微，但加速了微生物对土壤碳的分解，导致土壤碳库持续减少。

干燥土壤何时会减缓分解

空气增温的影响更为复杂，因为它既改变了温度也改变了土壤湿度。更暖的空气提高了蒸散需求，使许多地点的土壤变得更干燥。干燥会使植物受胁并减少其向土壤的碳输入，按理这会导致土壤碳减少。然而，同样的干旱也使土壤微生物生存更困难——微生物需要水来分解有机物。在一些模拟中，这种水分胁迫显著减缓了微生物活性，以至于尽管植物输入减少，土壤碳仍然保持稳定甚至增加。若增温主要只是提高温度而未引起明显干燥，则更快的分解占优，土壤便会失去碳。

对气候预测的含义

研究得出结论：空气增温与土壤增温对土壤碳的作用方向不同，且这种平衡随气候与湿度条件而异。直接加热土壤倾向于通过加速分解缩小土壤碳库，而空气增温则可能根据其如何改变植物生长和土壤湿度，既侵蚀也保护土壤碳。这意味着把所有增温实验混为一谈，或忽视土壤干燥程度，可能会误导气候预测。要更准确预测在更暖的世界里土壤会释放多少碳，科学家需要同时捕捉空气与土壤增温的单独与共同效应，以及微生物和植物对水分与热量变化的调适。

引用: Luo, Z., Ren, J. & Fatichi, S. Air and soil warming have different effects on soil organic carbon storage. Commun Earth Environ 7, 394 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03367-5

关键词: 土壤碳, 气候变暖, 土壤湿度, 生态系统实验, 碳循环