上?？茖W(xué)家在凍土碳循環(huán)研究中取得重要進展。據(jù)上海海洋大學(xué)，該校海洋科學(xué)與生態(tài)環(huán)境學(xué)院許云平教授團隊與合作者揭示了全球變暖背景下青藏高原凍土融化后溶解有機碳（DOC）的光降解和生物降解過程及其影響因素。日前，相關(guān)成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《湖沼學(xué)和海洋學(xué)快報》（Limnology and Oceanography Letters）上。
全球土壤有機碳儲量高達2.4萬億噸，是大氣二氧化碳碳儲量的2倍多，其中凍土區(qū)土壤有機碳儲量為1.3萬億噸，占土壤有機碳儲量的一半以上。這些巨量的凍土碳能夠在環(huán)境中保存數(shù)千年甚至數(shù)萬年，是重要的碳匯。然而隨著氣候變暖，大量凍土融化，在我國最大的凍土區(qū)——青藏高原出現(xiàn)了大面積的凍土塌陷。氣候變暖導(dǎo)致凍土微生物活動加劇，分解大量凍土碳，并以二氧化碳和甲烷的形式進入大氣，形成了強烈的全球變暖正反饋效應(yīng)。
凍土融化后，一部分凍土碳還會以溶解態(tài)有機質(zhì)（DOM）形式進入河流和湖泊，影響水域生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)。有研究發(fā)現(xiàn)，進入水體的凍土DOM會被快速地分解，也有研究顯示凍土DOM能夠沿著河流進行長距離搬運，最終進入海洋。可見，學(xué)術(shù)界對于環(huán)境中凍土DOM的保存、輸送和最終歸宿尚不清楚。
對于溶解態(tài)有機質(zhì)的環(huán)境穩(wěn)定性，目前學(xué)術(shù)界有兩種主要假說。
一是“分子組分/結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性假說”，認(rèn)為DOM的環(huán)境穩(wěn)定性主要是由化合物的分子結(jié)構(gòu)決定的，例如糖類和蛋白類化合物比脂類和木質(zhì)素化合物更加活潑。
二是“稀釋濃度假說”，認(rèn)為DOM的環(huán)境穩(wěn)定性并不取決于分子化學(xué)結(jié)構(gòu)，而是由分子濃度決定的，即當(dāng)環(huán)境中DOC濃度過低時，微生物尋找DOM消耗的能量大于其利用DOM獲得的能量時，無論是活潑分子還是惰性分子均無法被微生物利用。（記者 吳金嬌）
為評估這兩種機制對凍土DOM穩(wěn)定性的影響，許云平研究團隊采集了青藏高原的凍土樣本，配置不同濃度梯度的DOM體系，模擬凍土DOM的生物降解和光降解過程，運用傅里葉變換高分辨質(zhì)譜、紫外-可見光譜、三維熒光光譜以及元素分析方法，評估了DOM的化學(xué)結(jié)構(gòu)和濃度對其降解的影響?！把芯拷Y(jié)果有助于深入理解凍土DOM的分解和長距離輸送過程及其影響因素，并幫助預(yù)測氣候變暖背景下凍土碳的排放?！痹S云平說。
科研人員介紹，研究通過生物降解實驗發(fā)現(xiàn)，青藏高原凍土DOM的生物降解表現(xiàn)出對特定化學(xué)結(jié)構(gòu)的選擇性；光降解實驗結(jié)果表明，在自然陽光照射下，凍土DOM經(jīng)過15天照射后，溶解有機碳含量快速下降，但未達到平臺期，表明光降解還不完全。
實驗還通過稀釋溶解有機碳濃度來研究濃度對生物降解的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著初始溶解有機碳濃度的降低，生物可降解的溶解有機碳比例減少，且降解速率隨著初始溶解有機碳濃度的降低而減緩。這些表明溶解有機碳濃度是影響生物降解效率的關(guān)鍵因素。因此從凍土區(qū)到下游河流甚至海洋，隨著凍土DOM濃度的不斷被稀釋，微生物可能越來越難降解殘留下來的凍土碳，這可能也解釋為什么凍土碳能夠被長距離輸送至河口甚至海洋。
科研團隊還通過高分辨率質(zhì)譜數(shù)據(jù)揭示了微生物在不同溶解有機碳濃度條件下的代謝策略。這項研究為理解凍土DOM的降解機制提供了新的見解，揭示了有機碳的濃度和化學(xué)組成對凍土DOM轉(zhuǎn)化的顯著影響，尤其是在凍土DOM從源頭區(qū)域向海洋的長距離輸送過程中，濃度和化學(xué)組成因素對DOM的降解和轉(zhuǎn)化起著決定性作用。“考慮到凍土巨大的碳儲量，以及對氣候變化的高度敏感性，研究對于人們理解凍土區(qū)碳動態(tài)、預(yù)測凍土融化對全球碳循環(huán)的影響以及制定環(huán)境管理策略具有重要意義。”許云平說。
課題組已畢業(yè)博士生王映輝（現(xiàn)為南方科技大學(xué)研究助理教授）為論文第一作者，王映輝博士及許云平教授為共同通訊作者，上海海洋大學(xué)為論文第一單位。
