黄土丘陵区土壤呼吸的多尺度动态特征及环境调控机制

针对深层土壤碳释放机制不明的问题，中国科学院团队通过18年观测数据，构建基于露点温度(Dewpoint Temperature)的土壤呼吸(SR)预测模型，揭示0-100 cm土层CO2通量时空格局（累计释放量10,050.4 g·m?2），发现0-10 cm贡献达72%。该研究为气候变化下土壤碳循环评估提供新方法。

　　

在全球变暖背景下，土壤碳库作为陆地生态系统中最大的活性碳储库，其呼吸过程释放的二氧化碳(CO₂)占全球温室气体排放的75-100 Pg C/年。然而，现有研究多聚焦于0-30 cm浅层土壤，对深层土壤（30-100 cm）呼吸的认知存在显著空白——尽管这里储存着约50%的土壤碳。更棘手的是，传统SR监测依赖高成本的自动化设备，导致长期连续观测数据匮乏。与此同时，气象数据虽易获取，却鲜有研究探索其与深层SR的关联机制。

针对这一科学瓶颈，中国科学院团队在《Science of The Total Environment》发表研究，以黄土丘陵区为实验场，通过2005-2022年连续观测，首次系统解析了0-100 cm土层SR的多尺度动态及其环境驱动机制。研究创新性地提出露点温度(Dewpoint Temperature)作为整合参数，可同时反映土壤温湿度对微生物活性的调控作用，为SR预测提供了高效替代方案。

关键技术方法
研究团队在陕西安塞县建立观测站，采用动态气室法测定0-10 cm、10-50 cm、50-100 cm三层SR速率；结合气象站获取露点温度、气温等数据；运用小波分析揭示SR周期特征，构建指数回归模型评估预测精度（R²、RMSE、NSE指标）。

主要研究结果

1. 模型验证
   指数模型显示露点温度对SR预测具有普适性：三层土壤R²达0.70-0.71，RMSE为0.10-0.17，NSE为0.68-0.71。其中10-50 cm层解释力最强（R²=0.71），表明深层SR同样受气象因子调控。

2. 土壤呼吸时空格局
   18年累计CO₂释放量达10,050.4 g·m^?2，呈现显著垂直分异：0-10 cm贡献72%，10-50 cm占17%，50-100 cm仅11%。小波分析揭示SR存在季节性周期，与低温信号（<6°C）的间歇相关性最强。

3. 环境调控机制
   露点温度通过双重途径影响SR：直接影响微生物代谢的湿度条件，间接通过暖空气提升土温。深层SR对低温更敏感，可能与难降解碳(Recalcitrant C)的Arrhenius响应有关。

结论与意义
该研究突破性地证实气象数据可有效预测深层SR，其中露点温度作为集成参数优于传统单因子模型。发现0-10 cm土层是碳释放"热点"，但深层土壤（尤其10-50 cm）对气候变化的响应不可忽视。成果为全球碳循环模型提供关键参数，对制定"碳中和"战略具有实践价值——例如通过调控植被类型（如刺槐Robinia pseudoacacia）改变表层碳输入，可能间接影响深层碳稳定性。未来研究需结合微生物组学，进一步解析碳矿化的生物地球化学机制。