研究人员利用北极地区最广泛的生态系统实验之一，获得了关于植物、微生物和土壤营养之间相互作用的新见解。这项研究阐明了随着北极永久冻土融化，重要的碳储存如何可能被释放。
通过北极地区最持久的生态系统实验之一，来自科罗拉多州立大学的研究团队增强了对植物、微生物和土壤营养之间动态的理解。他们的发现为我们提供了新视角，揭示了重要的碳储存如何可能从融化的北极永久冻土中释放。
研究表明，北极土壤可能储存的碳量几乎是目前大气中碳量的两倍。随着气候变化导致地球北极地区的融化，科学家们对温室气体的大量释放表示担忧，这一过程是由微生物活动驱动的。
大多数研究集中在气温上升如何影响北极土壤中储存的碳。然而，变暖还以其他重要方式改变该地区，例如改变植物生产力、改变植被类型和影响土壤营养平衡。根据一项由科州州立大学土壤和作物科学系研究科学家梅根·马赫穆勒（Megan Machmuller）主导的新研究，这些植物组成的变化影响碳如何从土壤循环到大气中。
“我们的研究旨在确定控制北极碳命运的机制，”马赫穆勒表示。“尽管温度是一个主要因素，但在这一地区，生态系统的变化也与气候变化并存。”
具体而言，马赫穆勒提到该地区正在经历以灌木生长增加为特征的转变。值得注意的是，她的研究团队发现，经过较长时间后，这些灌木实际上可能帮助土壤中保留更多碳。
“许多研究重点关注变暖对土壤碳的直接影响，”合著者、爱达荷大学助理教授劳雷尔·林奇（Laurel Lynch）表示。“然而，我们的发现表明，情况更加复杂。我们必须将这个生态系统视为一个整体，其中许多组成部分相互作用并竞争。”
一个意外的发现
为了进行他们的最新研究，马赫穆勒和她的同事分析了来自北极35年生态系统实验的土壤样本。该实验始于1981年，当时科学家们开始在阿拉斯加北部的北极长期生态研究现场的试验地块中添加营养物质，地点靠近布鲁克斯山脉脚下的图利克湖。最初的研究旨在观察北极植被如何随时间对营养添加作出反应，但同时也提供了对土壤和碳储存长期影响的见解。
经过20年，研究人员注意到与对照地块相比，营养增强的地块中的土壤碳水平显著降低，这一发现对理解气候变化如何影响北极至关重要。随着研究的推进，马赫穆勒和她的团队在经历了35年持续施肥后重新评估了这些地块。
然而，他们并没有发现碳损失的持续，而是发现了这一趋势的逆转。经过35年，试验地块中的碳含量已恢复或超过了相邻对照地块中的水平。“我们对这些发现感到非常惊讶，并对这种转变背后的原因产生了好奇，”马赫穆勒说。
马赫穆勒和她的团队在实验室中进行了先进的同位素追踪实验，以更深入地探讨生态系统中碳的循环。他们发现，当最初添加养分时，这刺激了微生物分解——一种微生物分解土壤有机物并导致二氧化碳排放的自然过程。
然而，随着营养添加的持续，这种趋势发生了变化。“灌木改变了土壤，转变了微生物代谢，减少了分解速度，从而使土壤碳储备得以重建，”林奇解释道。“这是一个意外的结果。”
“这为我们观察到前20年的碳损失但在35年后没有，总体上提供了一个可能的生物学解释，”马赫穆勒说道。
长期观察的重要性
这些发现凸显了北极对气候变化反应的复杂性，马赫穆勒表示。“这是一块复杂的拼图，”她指出，强调长期研究在理解生态系统动态方面的重要性。
参与1981年建立初始图利克湖实验地块的研究科学家古斯·沙弗（Gus Shaver）也是该研究的合著者之一，他强调进行长期研究的重要性。“我们的发现揭示，长期研究往往会在我们观察时间变化时带来意想不到的惊喜，”沙弗指出。“实验初期的结果可能与第10年、第15年甚至第35年的结果差异巨大。”
林奇指出，随着生态系统的转变，考虑超出碳的因素至关重要。虽然灌木种群的增加可能阻止更多土壤碳逸散到大气中，但其它后果可能是有害的。“当一种植物物种主导社区时，可能会产生重大的生态系统影响，”她提到。“多样的植物群落对于为许多北极动物提供栖息地和食物至关重要，多样性下降可能对整个生态系统产生连锁反应。”
科州州立大学土壤碳解决方案中心副主任劳伦·吉福德（Lauren Gifford）强调了全面和详细建模的必要性，以更好地预测气候变化将如何影响北极碳储存。“这是对地球上最脆弱生态系统之一进行的卓越35年分析，”吉福德评论道。“即使进行了彻底的长期研究，气候变化的影响往往仍然不确定。适应和缓解气候变化的努力可能会导致相似、冲突或产生意外副作用的结果。”
马赫穆勒希望这项研究能激发对该领域进一步的调查。“由于在调节我们全球气候中起到至关重要的作用，北极的碳研究已获得显著关注，”她指出。“然而，我们对该地区未来的碳平衡状态仍缺乏清晰的了解。”
