温度对（亚）热带土壤碳周转的主导控制研究 —— 基于地中海东部沉积岩芯的放射性碳定年及气候重建

土壤碳周转时间（τsoil）对温度和水文作用的敏感性尚不完全明确。研究人员利用放射性碳定年结合气候重建，分析尼罗河流域沉积岩芯，发现 τsoil在冰消期减少一个数量级，温度为主导因素，且模型低估了气候反馈。该研究为碳循环与气候变暖关系提供新视角。

　　

土壤作为地球最大的碳库之一，其碳周转过程对全球气候调节至关重要。然而，土壤碳周转时间（τ_soil，即土壤碳库更新所需时间）对温度和水文变化的响应机制一直是科学界的未解之谜。尤其是在热带和亚热带地区，未来气候变暖与降水模式改变的叠加效应可能放大或减弱碳释放，但目前基于短期观测的认知难以揭示长期规律。因此，借助地质记录探究千年尺度的 τ_soil变化，成为破解这一谜题的关键。

德国不莱梅大学 MARUM 海洋环境科学中心（第一作者单位）与阿尔弗雷德?韦格纳极地与海洋研究所的研究团队，针对地中海东部接收尼罗河流域陆源物质的沉积岩芯（GeoB7702-3）展开研究。通过长达 18000 年的时间跨度分析，结合植物源脂质的放射性碳定年（CSRA）、温度（TEX₈₆指标）和降水（δD_p氢同位素）重建，揭示了（亚）热带土壤碳周转的关键驱动因素。该研究成果发表在《Nature Communications》，为理解土壤碳循环与全球变暖的相互作用提供了重要依据。

研究主要采用以下技术方法：1. 化合物特异性放射性碳定年（CSRA）：对沉积岩芯中的长链正烷酸和正烷烃进行定年，通过 “储库年龄偏移”（R）计算 τ_soil和土壤碳平均年龄；2. 气候代用指标分析：利用 TEX₈₆重建地中海东部海表温度，通过 δD_p推断降水变化；3. 动态全球植被模型（LPJ DGVM）模拟：对比冰期至全新世的 τ_soil变化，评估模型对气候反馈的模拟能力。

环境信号与碳周转时间的关联

通过分析岩芯中脂质的储库年龄偏移发现，末次冰期（18 kyrs BP）的 τ_soil高达 218 年，而全新世（近 1 万年）降至 9-22 年，降幅达一个数量级。研究排除了海平面上升导致的海岸侵蚀、湿地碳释放及河流搬运效率等干扰因素，确认 τ_soil的锐减主要由气候驱动。其中，温度与 τ_soil呈强负相关（R2=0.82），而降水的影响较弱（R2=0.59），表明微生物呼吸速率对温度更为敏感。

温度敏感性的量化与模型对比

研究计算出温度敏感性参数 Q₁₀为 10.7（95% 置信区间 7.0-16.3），显著高于现代生态系统的平均水平（通常为 2-3）。这一高值可能与冰消期低温背景下微生物代谢对温度的高响应有关。对比 LPJ DGVM 模型发现，该模型模拟的（亚）热带 τ_soil变化幅度不足 50 年，远低于实测的 200 年降幅，表明现有模型低估了温暖气候区土壤碳释放对全球变暖的正反馈效应。

对全球碳循环的启示

冰期土壤碳平均年龄超过 1.4 万年，而全新世降至千年尺度，反映出冰消期变暖导致土壤中 “高龄碳” 大量释放。结合大气 CO₂上升与放射性碳含量下降的记录，研究推测（亚）热带土壤可能是末次冰消期 CO₂增加的重要陆源贡献者。此外，恒河 - 布拉马普特拉河流域的类似结果表明，τ_soil的剧减可能是全球（亚）热带地区的普遍现象。

本研究通过地质记录与模型结合，首次量化了（亚）热带土壤碳周转对温度的超长尺度响应，证实温度是驱动 τ_soil变化的核心因素，并揭示出现有气候模型对土壤碳反馈的低估。这一发现不仅修正了关于热带碳库稳定性的传统认知，也为预测未来气候变暖下的土壤碳释放提供了关键参数，有助于提升全球碳循环模型的准确性，为制定应对气候变化策略提供科学依据。研究强调，需进一步扩大（亚）热带地区的地质记录覆盖，以全面评估非冻土区土壤碳反馈的全球意义。