地球上有多少碳在土壤中？

有機碳如何在土壤中形成和長期儲存？

地球上儲存的土壤有機碳量

(資料圖片僅供參考)

是陸地植被有機碳的四倍

即便很小比例的流失

也可能加速全球變暖

近日

清華大學和康奈爾大學的研究者

帶領國際團隊

在生態(tài)學和計算機科學領域

開展深度學科交叉

利用人工智能和數(shù)據(jù)同化技術

揭示了微生物碳利用效率

對全球土壤有機碳儲量的決定性作用

促進土壤有機碳形成和積累

是降低大氣二氧化碳濃度

應對氣候變化的自然解決方案

傳統(tǒng)研究主要關注

植物有機碳輸入和土壤有機質(zhì)分解

這兩類機制對土壤有機碳的影響

近年來，新的研究強調(diào)了

微生物過程在土壤有機碳

形成和儲存中的關鍵作用

圖1.微生物碳利用效率對土壤有機碳的兩種控制途徑

微生物既是

土壤中主要的有機質(zhì)分解者

也通過其生長和死亡

直接產(chǎn)生土壤有機質(zhì)

解析微生物過程

對土壤有機碳儲存的

雙重控制機制和定量評估其相對重要性

是理解土壤碳循環(huán)

及其響應氣候變化的關鍵

為此，清華大學地球系統(tǒng)科學系

黃小猛教授、博士生陶鳳以及

康奈爾大學駱亦其教授

組織的國際研究團隊

以微生物碳利用效率為變量

整合了微生物過程

對土壤有機碳儲存的雙重控制機制

并探討了其與

全球土壤有機碳儲量的關系

通過將一個描述復雜

土壤碳循環(huán)的機理模型

與5萬多條土壤碳觀測數(shù)據(jù)相融合

發(fā)現(xiàn)在全球范圍內(nèi)

微生物碳利用效率

與土壤有機碳儲量正相關（圖2）

微生物代謝中對有機合成

較高的碳分配比例

最終導致了土壤有機碳的積累

而不是流失

圖2. 涌現(xiàn)的微生物碳利用效率與土壤有機碳儲量關系

研究團隊進一步

基于團隊自主開發(fā)的

“過程驅(qū)動和數(shù)據(jù)驅(qū)動融合的

深度學習建模（PRODA）方法”

將站點尺度的數(shù)據(jù)-模型融合結果

擴展到全球尺度（圖3）

“PRODA方法

創(chuàng)造性地利用人工智能技術

結合過程模型

揭示了土壤碳循環(huán)過程的空間格局

這對利用過程模型

合理模擬土壤碳儲存至關重要”

黃小猛說

圖3. 全球土壤有機碳及其相關過程的空間格局

研究還發(fā)現(xiàn)微生物過程

在土壤碳儲存中發(fā)揮著最為關鍵的作用

準確描述微生物碳利用效率的空間格局

是準確模擬全球土壤有機碳儲量

和空間分布的關鍵

其重要性是土壤有機質(zhì)分解和植物碳輸入等

其他所有過程的4倍以上（圖4）

“我們的團隊突破性地解決了

在全球尺度評估

微生物過程與其他過程

對土壤碳儲存的相對重要性這一難題”

駱亦其說

圖4. 微生物碳利用效率相對其他土壤碳循環(huán)過程重要性

這項研究立足于

過去兩百年的土壤碳循環(huán)理論

整合了世界最大的土壤有機碳數(shù)據(jù)庫

并結合先進人工智能和數(shù)據(jù)同化技術

首次系統(tǒng)評估了

各種土壤碳循環(huán)過程

對全球土壤有機碳儲存的相對貢獻

研究揭示了微生物碳利用效率

與土壤有機碳儲量的關系

為通過土地管理影響微生物過程

促進土壤固碳和實現(xiàn)碳中和目標

提供了科學理論基礎

研究構建的機理模型

生態(tài)大數(shù)據(jù)與人工智能相融合的的新范式

也為其他相關領域研究提供了新思路

上述研究成果以

“微生物碳利用效率促進全球土壤碳儲存”

（Microbial carbon use efficiency promotes

global soil carbon storage）為題

發(fā)表在《自然》雜志上

陶鳳為第一作者

駱亦其和黃小猛為共同通訊作者

來自中國、美國、德國、法國

瑞典、瑞士、澳大利亞

意大利和英國的30多名合作者

參與了這項研究

研究得到國家自然科學基金

國家重點研發(fā)計劃和

國家留學基金委的支持

來源 | 地學系

原標題：《微生物影響氣候變暖？清華團隊最新揭示→》

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