保護森林以保護深層土壤免受變暖影響

最近，由洛倫斯伯克利國家實驗室（Berkeley Lab）和蘇黎世大學的科學家領導的研究顯示，為碳封存而提議的有機化合物在深層土壤中對全球變暖高度脆弱，容易分解。這一發現對依賴土壤和森林——這些天然碳“匯”——來緩解全球變暖的關鍵碳管理策略具有重要的意義。

大約25%的全球碳排放量是由森林、草原和牧場捕獲的。在光合作用過程中，植物將碳儲存在其細胞壁和土壤中。由於過去幾十年的豐富碳儲存，土壤中的碳量是大氣中的兩倍，且更深的底層土壤（超過8英寸或20厘米）約佔土壤碳的一半。然而，隨著全球人口的增加，我們對新農田和木材的需求也在上升。研究顯示，擾動自然環境以滿足商業需求是有代價的：聯合國氣候變化專門委員會警告說，森林砍伐和農業的排放量約占全球溫室氣體的五分之一。

“我們的研究顯示，氣候變化將影響土壤碳和養分循環的各個方面。研究還表明，從碳封存的角度來看，沒有靈丹妙藥。如果我們希望土壤在變暖的世界中保持碳封存能力，我們需要更好的土壤管理實踐，例如在森林管理和農業過程中對土壤保持最小的擾動，”伯克利實驗室地球與環境科學區的高級科學家、該研究的資深作者Margaret Torn表示。

在2021年，Torn及其研究團隊提供了首個實證證據，表明更高的溫度會導致深層森林土壤中儲存的碳庫顯著下降——在五年內損失了33%。

在這項新研究中，Torn和蘇黎世大學的第一作者Cyrill Zosso揭示了在變暖世界中土壤的更清晰圖景。這一次，研究團隊首次顯示，更高的溫度會導致植物在光合作用過程中產生的土壤有機碳化合物顯著下降。

這一發現強調了在與氣候變化作鬥爭的同時，對土壤和森林生態系統進行更好保護和管理的重要性，以確保這些碳匯能夠持續發揮其功能，減少對環境的負面影響。

在加州內華達山脈山腳的加州大學Blodgett森林研究站進行的一項實驗中，研究人員使用垂直加熱棒將1米深（約三英尺深）的土壤區域持續加熱4攝氏度（7華氏度）。這一溫度是根據氣候預測，在21世紀末如果溫室氣體排放保持高位，將會達到的暖化程度。

研究發現，僅僅在這一溫度下經過4.5年的加熱後，土壤表面以下超過30厘米（約12英寸）的碳儲量發生了顯著變化。

在蘇黎世大學的光譜實驗中，Zosso識別了受到加熱影響的有機化合物。

結果令人震驚：木質素（一種使植物保持剛性的化合物）損失了17%，而在葉子、莖和根中提供保護的蜡質化合物——表皮素和次生物質——的損失接近30%。

Torn和Zosso也驚訝于人工加熱的土壤樣本中“火成碳”的數量與未加熱樣本之間存在顯著差異。火成碳是一種源自燒焦植物和野火後留下的有機物殘餘物的土壤有機碳類型。

許多研究人員認為，火成碳在作為非常穩定的封存碳形式方面具有很大潛力。“我們在加熱的深層土壤中發現的火成碳要少得多，”Torn說。

“火成碳可以在土壤中存在幾十年甚至幾個世紀，但我們需要了解它在變暖或土地管理變化下的脆弱性。我們的研究表明，這種材料在土壤加熱時與其他材料的分解速度相當，”Torn解釋道。“這表明當你將材料放入與礦物質和微生物接觸的深層土壤中時，這些自然系統隨著時間的推移將分解這些材料。”

接下來，研究人員計劃重新採樣這項研究中的土壤，以確定九年的加熱如何影響土壤的組成和健康。此外，在加州北部的Point Reyes國家海岸還計劃進行新的草地加熱實驗。“我們還在組織全球的深層土壤加熱（或整個土壤加熱）實驗，以便共享數據和專業知識，並進行數據綜合，以了解我們能學到什麼，”Torn說。

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📢 部分資料參考自美國能源部與美國NSO團隊—立即聯繫我們！

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