Nature: 高草草原土壤呼吸對增溫表現出適應性
政府間氣候變化專門委員會（IPCC）的第3次報告預測，1990–2100年期間全球地表的平均溫度將增加1.4-5.8°C。這個預測要大大高於之前對未來變暖的預測，其中部分是由於納入了一個正反饋（positive feedback）：氣候變暖 → 陸地生態系統溫室氣體釋放↑ → 氣候變暖↑。這個反饋通常假設，在氣候變暖的背景下，土壤呼吸的溫度敏感性將會保持不變，通常認為溫度每增高10°C，土壤呼吸將會增加1倍（也即Q10 = 2）。然而這個假設並未仔細地檢驗過。
Figure 1 | 氣候-碳迴圈耦合系統的主要反饋
對此，研究人員自1999年11月21起在美國大平原（US Great Plains）俄克拉何馬中部的一個高草草原生態系統中進行了一項增溫控制實驗，以研究土壤呼吸（根呼吸+異養呼吸）對增溫的響應。同時，也對實驗樣地進行刈割處理，以探討增溫和土地利用變化的互動作用。相對非增溫樣地，增溫樣地的日均氣溫要高1.1°C，日均土壤溫度要高2.0°C（非刈割處理）和2.6°C（刈割處理），土壤溼度要低6.4%。
假設Q10=2（即溫度增加10°C，土壤呼吸增加1倍），並保持不變，那麼土壤增溫2.0–2.6°C應該會使土壤呼吸增加15–20%。但是研究發現，增溫並沒有顯著促進土壤呼吸。相對非增溫樣地，增溫使得非刈割樣地的土壤呼吸下降了5%，使得刈割樣地的土壤呼吸只上升了0.2%。
非增溫樣地的Q10為2.7(非刈割樣地)和2.25(刈割樣地)，而增溫樣地的Q10下降為2.43(非刈割樣地)和2.10(刈割樣地)。增溫樣地和非增溫樣地的溫度響應曲線也表明，增溫降低了溫度敏感性。
Figure 2 | 1999年11月-2000年11月樣地土壤溫度、溼度和土壤呼吸的時間序列
獨立卡方檢驗表明，增溫對土壤呼吸的影響與土壤水分變化無關。因此，增溫下的土壤呼吸溫度敏感性下降不太可能由土壤乾燥引起的。底物基質的數量和質量可能調控了土壤呼吸對溫度的響應。低碳含量的土壤可能更易於熱適應。
為了進一步評估土壤呼吸對增溫的適應程度，研究人員定義了完全適應時的理論等傾線（isocline），接著將等傾線和增溫樣地的溫度敏感性曲線進行對比，發現在非刈割樣地，當溫度低於13.9°C時，土壤呼吸不足以完全適應增溫；而當溫度高於13.9°C時，土壤呼吸則過度適應。而在刈割樣地，這個溫度閾值為20.8℃。
Figure 3 | 土壤呼吸和溫度之間的相關關係（○：增溫；●：非增溫）
研究結果表明，在增溫條件下，土壤呼吸的溫度敏感下降（也即表現為適應），並且溫度越高，這種適應性越強(溫度敏感性越低)。
如果這種關係適用於更大的空間和時間尺度，那麼溫暖地區的生態系統可能比寒冷地區的生態系統更能適應全球變暖。並且在氣候變暖的背景下，未來的生態系統可能比現在的生態系統更能適應增溫。
如果溫度適應性確實是由基質供應限制造成的，那麼土壤碳含量低的生態系統可能比高碳供應的生態系統更能適應全球變暖。這就意味著具有高土壤碳庫的寒冷地區的生態系統更易受到氣候變暖的影響。
另外，刈割處理下的研究結果表明，土壤呼吸對溫度的強烈適應能力可以減輕土地利用和全球變暖對陸地碳迴圈的影響。
總之，土壤呼吸對增溫的適應性可能會削弱陸地碳迴圈與氣候之間的正反饋，並可能是地球系統碳穩態的短期機制。
論文作者：駱亦其，萬師強，惠大豐 & Linda L. Wallace【University of Oklahoma】，2001-10-11發表於Nature。
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