氣候變化可能會加速土壤釋放溫室氣體，削弱森林減緩溫室效應(yīng)的作用。

當(dāng)更多的二氧化碳進(jìn)入地球大氣層時，科學(xué)家們本指望森林——由一棵棵在富含碳的環(huán)境中能夠長得更大的樹組成——來吸收多余的氣體。但是通過在控制條件下對森林生態(tài)系統(tǒng)將近15年的觀察，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，大氣中二氧化碳含量增高可能導(dǎo)致森林釋放較多的二氧化碳，減弱它們的吸收效果。

這是因?yàn)楫?dāng)樹長得更大時，它們需要更多氮、礦物質(zhì)和二氧化碳。通過將多余的碳分享給土壤中的微生物，樹木能夠加速物質(zhì)分解的過程，從而獲得重要的礦物質(zhì)。然而，作為這個過程的副產(chǎn)品，更多的碳被釋放到了大氣中。

“在二氧化碳濃度上升時，所有的東西都在更快地循環(huán)”，理查德•菲利普（Richard Phillips）說。他是印第安納大學(xué)科學(xué)與藝術(shù)系的一名生物學(xué)助理教授。“這種關(guān)系網(wǎng)導(dǎo)致植物獲得更多的氮、儲存更多的碳。但是當(dāng)微生物分解土壤物質(zhì)時，碳變成氣體被釋放到空氣中。”最終，更多的碳被儲存在長得越來越大的樹中，而在發(fā)生分解過程的土壤中，碳會減少。

這個發(fā)現(xiàn)對氣候模型有重要的影響，因?yàn)樗绊懥松值拈L期碳儲存，這是全球碳平衡的一部分。“在土壤中，碳被微生物利用，這一過程被不斷重復(fù)，直到產(chǎn)生非常穩(wěn)定的復(fù)雜化合物為止”，菲利普說，土壤中的碳可以保存幾百甚至幾千年，他補(bǔ)充到。“當(dāng)碳被儲存在樹中，它只能保存和樹木年齡同樣長的時間，大概60到100年，”他說。

尋找失蹤的碳

科學(xué)家已經(jīng)知道，提高大氣中的二氧化碳濃度，并不一定會使更多的碳被儲存到土壤中。例如，通過在杜克森林（Richard Phillips）的一個FACE（Free-Air Carbon Dioxide Enrichment）項(xiàng)目研究站進(jìn)行多年的測量，菲利普發(fā)現(xiàn)，土壤中的碳含量并沒有隨著樹木的增長而相應(yīng)地增加。菲利普解釋道，這表示還有其它的機(jī)制在產(chǎn)生作用。

“這些樹長得更大，而通常你會認(rèn)為較大的植物會產(chǎn)生更多的碎屑、枝條和落葉，從而把它們的碳元素加到土壤里”，他說，“但是，土壤的含碳量并沒有如我們預(yù)期的那樣升高。因此，它們一定在什么地方損耗掉了。”另一方面，即使暴露在富含碳的環(huán)境中十多年，樹木依然在繼續(xù)長大。而早期的模型預(yù)測，由于氮和其它礦物質(zhì)的減少，高碳濃度引起的樹木生長會在達(dá)到頂峰后保持穩(wěn)定。事實(shí)上，在FACE的研究中，樹木仍然在加速生長。這個速度表明，氮的供給也在增加，它們就像碳一樣充足。

菲利普首先提出，樹木通過它們的根系把糖類和其它化合物輸送到土壤中，以加速微生物的生長并促進(jìn)它們的分解活動。他把這個假說命名為根系加速礦物質(zhì)轉(zhuǎn)化假說（Rhizo-Accelerated Mineralization and Priming，RAMP）。這一發(fā)現(xiàn)被刊登在7月出版的生態(tài)學(xué)通訊（Ecology Letters）網(wǎng)絡(luò)版上。

目前，人們尚不清楚這個生態(tài)關(guān)系網(wǎng)的影響，菲利普說。他希望這個研究方向能夠繼續(xù)下去，并且得到氣候項(xiàng)目的重視。“大部分（現(xiàn)有的）模型都不夠重視根系的作用，而且沒有一個模型考慮到促進(jìn)礦物質(zhì)轉(zhuǎn)化的過程”，他說。“我們的研究結(jié)果表明，樹根和土壤微生物的相互作用對碳儲存量和氮的循環(huán)速度都有很大的影響。”