陸地最大碳庫土壤：全球升溫2°C將打開2300億噸碳庫的閘門

2020-11-18 環球科學大觀

眾所周知，大氣中主要以二氧化碳的形式儲存著大量的碳，二氧化碳含量的增加會引發全球氣溫上升。然而被大多數人忽略的是我們腳下土壤，地球土壤所含的碳是陸地生態系統中最大的，幾乎是大氣中的三倍，是陸地植被碳庫的2-3倍，每年吸收的二氧化碳約佔人類排放總量的四分之一。最新研究顯示，如果全球變暖2°C或更高，我們腳下的土壤就有可能變成碳噴口。

土壤中含有的大量有機碳源於腐殖質、動植物殘體和微生物體，陸地碳庫中73%的碳以土壤有機質的形態存在土壤中，最終只有少部分會形成碳酸根蓄積在土壤裡，而大部分會以二氧化碳或甲烷的形式排放到大氣中。研究人員利用最新的碳-土壤周轉模型發現，2°C的氣候變暖可能釋放2300億噸二氧化碳，與大氣含碳量大致相同，而這僅僅是從土壤最上面的一米中釋放出來的。這一數字略低於我國自1900年以來的碳排放量，略低於美國自1900年以來碳排放量的兩倍。

將模型限制在如此淺的深度並非是一個疏忽，而是通過限制測量使對土壤周轉變化的建模變得更加容易，這也有助於將其他類似模型產生的不確定性減半。全球系統研究所的氣候科學家彼得·考克斯說表示，我們減少了應對氣候變化的不確定性，這對於準確計算全球碳預算並成功實現《巴黎協定》的目標至關重要。

雖然眾所周知，升溫會增加有機碳分解並縮短碳在土壤中的停留時間，但目前還不清楚其對溫度變化的敏感程度。實際上，土壤對我們快速變化的世界的反應方式是當前氣候模型中最大的不確定性之一。儘管這項新研究並不是目前最壞的預測，但仍然不是一個好消息。研究人員表示，儘管我們的研究排除了最極端的預測，但如僅升溫2°C時氣候變化就會導致土壤碳的大量損失，這還不包括更深層的永凍土碳的損失。而且模型並未包含甲烷等其他溫室氣體，這些溫室氣體也存儲在土壤中，其全球變暖能力比二氧化碳更強。

當然，並非所有土壤都含有相同數量的碳，大多數土壤碳都存儲在泥炭地或永凍層，不幸的是，這些常見的北極棲息地正處於全球變暖的前沿。今天，隨著永凍土層的快速崩塌，科學家們擔心很快就會達到一個臨界點，屆時大量的碳儲存會以失控的速度引發更多的融化並增加碳排放。例如，最近的研究發現，隨著多年凍土融化，溫度的升高正在刺激植物生長，而這些蔓延的根系是永久凍土進一步解凍的「啟動劑」。在如此複雜的系統中，這種微小的相互作用很容易被忽視，但它們可能會給我們當前的氣候目標帶來漏洞。研究人員認為，要實現《巴黎協定》目標，必須理解和量化氣候-碳循環反饋。

土壤碳已經積累了幾千年，它的變化代表一個很大的不確定性。如果失去它，我們可能再也找不回來了！我們現在的行動將決定我們的未來，解決氣候危機，任重而道遠！

參考文獻：A spatial emergent constraint on the sensitivity of soil carbon turnover to global warming，Nature Communications，2020，volume 11，Article number: 5544。

責編：朱張航宇

相關焦點

  • 科學家：升2度或打開2300億噸碳閥門
    地球升2度或打開2300億噸碳「閥門」上面我們也說了，我們大氣中含有大量的碳，同時在我們的腳下土壤之中也含有更多的二氧化碳。根據公開數據顯示，這個二氧化碳的含量幾乎是大氣之中的3倍，所以非常高，一旦我們埋藏在「腳下」的二氧化碳沒有辦法得到控制，那麼就會引發更強的溫室效應。
  • 全球變暖：底層土壤碳庫的響應出乎意料
    2019-10-09來源：中國科學院學習平臺作者：賈娟 馮曉娟土壤是陸地生態系統儲量最大的活躍碳庫，植物將光合作用產物以凋落物（包括地上凋落物和地下根系）和根系分泌物的形式輸入土壤，土壤有機質又在微生物調控下向大氣釋放二氧化碳。
  • 2攝氏度的變暖可能會打開2300億噸碳排放的閘門
    更新後的土壤碳循環模型發現，這樣的變暖可能會釋放2300億噸二氧化碳，誤差為500億噸。而這只是來自土壤表層的數據，其中的碳含量與我們的大氣大致相當。這個數字略低於中國自1900年以來的排放量，略低於美國自同一年以來排放量的兩倍。
  • 東北地理所在凍土區泥炭沼澤歷史時期碳庫穩定性研究中取得進展
    泥炭沼澤覆蓋全球陸地表面3-4%，其土壤碳庫中所儲存的碳佔全球陸地土壤碳庫的近30%。然而泥炭沼澤主要分布在氣候變化敏感區（如中高緯度地區，永久凍土區等），因此泥炭沼澤土壤碳庫極易受到全球變化的影響並釋放大量的二氧化碳，從而加劇全球氣候變化。土壤碳庫的穩定性是影響其在未來氣候變暖等環境擾動下維持穩定的關鍵因素。
  • 張建輝:退耕還林使土壤有機碳儲量增加
    而中科院成都山地災害與環境研究所最近一項研究成果也顯示，退耕還林工程開展10多年來，土壤有機碳儲量在不斷增加。　　土壤碳循環與氣候變化密切相關　　土壤是地球表層系統中最大且最活躍的碳庫之一，有機碳庫儲量大約為1550Pg（1Pg=1015g），是大氣碳庫的3倍，是陸地植被碳庫的2倍至4倍。
  • 土壤微生物碳泵開啟陸地固碳新篇章
    土壤微生物碳泵開啟陸地固碳新篇章 2017-09-05 瀋陽應用生態研究所 【字體：，土壤微生物既通過分解代謝向大氣釋放碳，同時也通過合成代謝將碳轉化成某種形式儲存於土壤中。
  • 水保所在氮沉降對全球土壤碳庫存及溫室氣體排放影響研究中取得進展
    許多陸地生態系統生長由於受氮限制，導致生產力及穩定性下降，而氮沉降通常促進植物生產力的提高，進而提高土壤碳儲量，但是，也有研究認為氮沉降不能促進碳固定或者對土壤碳固定影響不大。這種不確定性與研究區域的氣候、生態系統類型、研究時空尺度均有關係。所以，科學界關於氮沉降能否增加陸地生態系統土壤碳庫仍沒有明確的定論。
  • 北京一高中生研究草地 將沙地變成「固碳庫」
    北京景山學校的高中生竇沅青突發奇想，希望廣闊的沙地能變成巨大的「固碳庫」。她還具體測算了各種植被的固碳數據，發現草地比農田的固碳效果更好。她的此項研究，獲得了今年北京科技創新大賽的二等獎。而想到碳排放量，我們一般會首先考慮減少石油等燃料的使用，發展新能源，限制二氧化碳的產生，但是，我的導師——中國科學院植物研究所白文明教授告訴我，陸地生態系統具有固碳效應，這讓我感到有些驚訝，並且對此產生了強烈的興趣。　　查詢各種文獻後我發現，以前的研究基本都是以草地、森林等生態系統作為研究對象，少有文章關注沙地生態系統。沙地作為特殊的生態系統既是風沙源，同時也可能是巨大的碳貯存庫。
  • 地底下的2300億噸石油和1.5億億噸碳真是生物屍體變的?
    煤燃燒釋放熱能和二氧化碳地球上的碳一直在不停地循環，從土壤到空氣，再從空氣回到土壤。我們人類的生存和發展正在打破這種平衡，因為我們把地底下的石油和天然氣抽出來、把煤炭挖出來燒，幾千萬年甚至幾億年前被封存在地底的碳變成二氧化碳回到大氣中。有些朋友對「化石能源」這種提法總是心存懷疑，全球石油產量每年40多億噸，年年都說石油會耗盡，但地底下的石油儲量卻似乎並不見少，現在已經探明的石油達到了2300億噸。
  • 全球最大基因庫在深圳開門迎客
    這裡有一座狀似哈尼梯田的建築依山面海而建，這就是目前世界最大的基因庫。9月22日，國家基因庫開門迎客的當日，來自國內外政界、產業界以及媒體界的人士聚集於此。人們欣賞著別致建築，也在探尋，如此大庫究竟何用？
  • 中國陸地生態系統年均固碳2億噸,抵消14.1%碳排放
    由我國發起的世界範圍內最大野外調查計劃，今天發布結果：在2001-2010年期間，陸地生態系統年均固碳2.01億噸，相當於抵消了同期中國化石燃料碳排放量的14.1%！今天凌晨，美國《國家科學院院刊》（PNAS）以專輯形式，正式發表來自中國科學院戰略先導科技專項「應對氣候變化的碳收支認證及相關問題」（簡稱「碳專項」）的七篇論文。
  • 研究證實泥炭地變暖會導致碳快速損失
    圖片來自網絡2020年7月27日，《美國地球物理學會進展》（AGU Advances）期刊發表題為《泥炭地生態系統變暖導致碳快速淨損失》（Rapid Net Carbon Loss from a Whole‐Ecosystem Warmed Peatland）的文章指出，氣候變暖和泥炭地生態系統中的碳損失之間存在直接關係，未來氣候變暖背景下泥炭沼澤中大量儲存的碳可能會以溫室氣體的形式釋放到大氣中。
  • 世界土壤日 | 土壤保護的重要性
    世界土壤日 | 土壤保護的重要性 2019-12-05 17:02 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務
  • 北極的冰層下面儲藏著一個巨大的碳庫,大量甲烷將進入大氣層,不容...
    小編寫過不少關於全球變暖之後對地球氣候的影響的文章，總結一下這些影響，其中包括：南北極冰川融化，海平面上升，淹沒全世界大部分的臨海地區；北極熊、企鵝之類的極地生物被滅絕，生物鏈遭到破壞；凍土內的遠古病毒被釋放，人類和動物有被感染的風險，除此之外科學家們還發現，北極的冰層下面儲藏著一個巨大的碳庫，大概有一萬四千億噸，與之伴生的是大量的甲烷
  • 武漢植物園在亞熱帶森林土壤激發效應和碳固持研究中取得進展
    土壤碳庫是陸地生態系統最大的碳庫之一，在全球碳循環及全球變化研究中起重要作用。外源碳輸入的改變（數量和質量）是當前全球變化過程的重要表現形式。外源碳輸入土壤後一方面可刺激土壤原有有機碳的礦化（激發效應），另一方面可被微生物固持形成新的土壤有機碳，從而影響土壤碳平衡過程。
  • 國家基因庫開幕在即 將成全球最大生命信息平臺
    相比之下，國家基因庫還有樣品庫和活體庫，目前全球沒有這麼大規模的綜合性資料庫，我們一期就達到了。」華大基因研究院院長、國家基因庫執行主任徐訊向21世紀經濟報導記者表示。國家基因庫分兩期建設，即將開幕的是一期，工程投資7.8億元，建築面積4.75萬平方米，目前基因信息數據總量達60PB，生物樣本存儲能力1000萬份。
  • 方精雲院士參與領導的全球碳收支研究作為Article在Science上發表
    陸地生態系統通過光合生產與呼吸分解過程將大氣中的CO2固定下來，從而成為穩定大氣CO2濃度增加、減緩全球溫度上升的重要因素，也是人類應對全球氣候變化的有效途徑。因此，世界各國對這一被稱為生態系統碳收支的研究極為重視。
  • 農田管理措施對土壤有機碳周轉及微生物的影響
    ，王麗麗1,2*，趙建寧1,2，劉紅梅1,2，譚炳昌1,2，王慧1,2，王明亮1,3，黃進4，張小福5單位：1.發現有機肥與無機肥配施情景下土壤有機碳增速最快，且施肥量與土壤碳庫存在閾值效應；有機肥的施用增加了土壤中CO2 排放通量，磷、鉀兩種肥料的施用與施用氮肥相比更能降低農田土壤排放溫室氣體產生的全球增溫潛勢；提高有機肥和磷肥的施用比例有利於土壤中微生物豐富度的提高和微生物量碳的積累。
  • 茶人學習:土壤有機質與土壤腐殖質
    一方面，它含有植物生長所需要的各種營養元素(最主要的因素)，也是土壤微生物活動的能源，對土壤物理、化學和生物學性能有著深刻的影響。另一方面，土壤有機質對重金屬、農藥等各種有機、無機汙染物的行為能有顯著影響，而且土壤有機質對全球碳平衡起著重要的作用，被認為是影響全球「溫室效應」的主要因素。
  • 中國陸地生態系統年均固碳11.1億噸
    本報記者 吳兆喆 本報通訊員 李青　　日前，國際知名學術期刊《自然》（Nature）發表的多國科學家最新研究成果顯示，2010-2016年中國陸地生態系統年均吸收約11.1億噸碳，吸收了同時期人為碳排放的45%。這一成果表明，此前中國陸地生態系統碳匯能力被嚴重低估。