俄勒冈州立大学土壤科学家认为：土壤，长久以来都被认为是古代碳的半永久储库，正在以超乎想象的速度向大气中释放二氧化碳。
在本周发表在《Nature Climate Change》杂志在线版上的一项新研究中，研究人员表明，植物根系所释放的化学物质作用于与土壤矿物质相结合的碳，并通过微生物分解打破了这种结合，使受保护的碳暴露出来。
这项研究的合作者俄勒冈州立大学农业科学院土壤科学家马库斯•克莱伯说：“随后碳转化成二氧化碳释放到大气中。”他表示该研究挑战了主流观点，即碳与土壤矿物质相结合并在土壤中保存数千年。他说：“由于这些根部化合物从其保护的矿物相中分解出碳。我们可能会看到更多碳从土壤储藏中释放。”
而且气候变暖可能正在加速这一过程，他说。因为温暖的天气和空气中更多的二氧化碳刺激了植物生长，它们产生更多的根化合物。这将有可能释放出更多的储存碳，它们将转化为更多的二氧化碳进入大气——这可能反过来加速气候变暖。
“我们主要关注的是这一重要机制，但目前我们还未在全球碳循环模型中考虑它”克莱伯说。二氧化碳是当前地球大气层变暖的主要驱动力。由于没有考虑到土壤碳分解加速，研究表明，目前的气候变化模型可能低估了每年高达1％的从土壤中流失的碳。
“在全球范围内，土壤碳储存超过植被碳储存，甚至超过大气中的碳。”克莱伯说。“由于这个碳储存库是如此之大，即使微小的变化都会对大气中的碳浓度产生严重影响，进而对气候产生影响。”
百分之一可能听起来不算多,他补充说。“, 但想象一下：如果你在银行有存款，你每年失去1%，仅过50年以后你将会只剩下三分之二的原始存款。”
60%至80%的有机质进入土壤会在第一年内进行一系列的分解最后转化为二氧化碳，克莱伯说，大部分剩余的碳通过各种物理和化学作用结合到土壤矿物质中。当遇到这种情况，碳是受保护的，因为微生物不能将它分解。
在过去几十年来，科学家们一直认为这些碳矿与持久的土壤碳的“汇”有关，并且这些土壤碳一直游离于大气之外，并以稳定的存储形式了许多世纪。但是从一开始就有一个让很多人感到不安的问题，如果碳进入土壤而且一直呆在那里，那么我们为什么没有淹没在碳中？是不是有些过程使得它回到循环中？过去这部分研究不明了，但一直在寻找答案。
研究人员为常见的“根系分泌物”测试了三种模型化合物——化学物质一般通过植物根系分泌——去了解每一个是如何强烈刺激微生物来使得有机物质分解的。
在实验室中，他们使用注射器和泵，将草酸，乙酸和葡萄糖施加到分别从干旱气候农业区域、气候湿润森林和俄勒冈州3个地区选取的土壤中。他们通过35天的实验去模拟春季根系生长。
克莱伯说占主导地位的推测是预测饥饿的微生物会对有营养的葡萄糖产生最强烈的反应，这将给他们能量来解决剩下的有机物质，包括碳。
“在一定程度上，这是有可能发生的事情。”他说。 “但我们大吃一惊的是，微生物对能量贫乏的草酸比能量丰富的葡萄糖产生了更强烈的反应。”
当他们分析了储存在经草酸酸处理过的土壤中的水时, 研究人员发现与它处理前相比多了8倍的溶解碳。其他实验室的检验证实了这一发现——酸打破了碳矿物间的结合。
“这项研究的意义在于，”克莱伯说，“我们首次证明了长久储存的土壤碳循环回到系统中的机制。
草酸可以作为一整套在根区种植的植物根所分泌的化合物的优秀替代物，克莱伯说。“根分泌的几种化合物类似于草酸。我们可以假定许多根渗出液以类似的方式发生作用。”
更多详情可以查阅期刊论文：Mineral protection of soil carbon counteracted by root exudates. Nature Climate Change, 2015; DOI: 10.1038/nclimate2580
