多年冻土区经历了显著的气候变暖，其增温速率为全球平均值的2-4倍。气候变暖引起的冻土融化会导致多年冻土中长期封存的有机质被微生物分解，以CO2等温室气体的形式释放至大气，从而进一步加剧气候变暖。作为一种剧烈的冻土融化形式，热喀斯特地貌约占北半球多年冻土区面积的20%。热喀斯特地貌形成会显著改变植被、土壤和水文等过程，从而可能导致热喀斯特区生态系统碳循环对气候变暖的响应与非热喀斯特区存在差异。然而，目前尚不清楚热喀斯特地貌形成如何影响土壤CO2释放（即土壤呼吸）对气候变暖的响应。
中国科学院植物研究所杨元合研究组以青藏高原多年冻土区典型的热喀斯特地貌─热融冲沟为研究对象，基于野外控制实验、区域尺度室内培养以及核磁共振和宏基因组分析等宏观与微观相结合的研究手段，揭示了热融塌陷区和未塌陷区土壤呼吸对增温的响应差异及其调控途径。首先，依托热融塌陷×增温交互实验平台，研究人员发现热融塌陷放大了增温对土壤呼吸的促进效应，其变化主要与底物质量下降和碳分解微生物功能基因丰度增加有关。其次，通过区域尺度8条热融冲沟的土壤培养实验，发现热融塌陷区土壤碳分解温度敏感性（通常用Q10表示，即温度每增加10oC土壤有机碳分解速率增加的倍数）显著高于未塌陷区，进一步证实“热喀斯特区土壤呼吸对增温的响应更加敏感”的现象在大尺度上广泛存在。最后，将本研究结果推广至北半球多年冻土分布区，发现未来气候变暖背景下热喀斯特地貌形成导致的额外碳释放量占当前估算的冻土区碳损失的1/4，意味着冻土碳释放评估中如果不考虑热融塌陷导致的温度敏感性变化，可能会低估冻土碳循环与气候变暖之间的正反馈效应。本研究首次提供了“热融塌陷增强土壤碳释放对气候变暖响应”的观测证据，为模型准确预测冻土碳-气候反馈关系的强度提供了理论依据。
该研究成果于4月30日在线发表于国际学术期刊Nature Geoscience。植物所博士研究生王冠钦和彭云峰研究员为论文共同第一作者，杨元合研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委基础科学中心、国家重点研发计划等项目的资助。
文章链接：
https://www.nature.com/articles/s41561-024-01440-2
（植被与环境变化实验室供稿）
热融塌陷加剧多年冻土区土壤呼吸对气候变暖的响应
