在國家自然科學基金等項目資助下，中國科學院華南植物園研究員劉占鋒團隊攜手德國萊比錫大學教授Nico Eisenhauer團隊，系統闡明了地上植物生長與地下微生物活動之間的“物候同步性”，是維系土壤碳長期封存的核心機制。一旦這種同步性被氣候變化打破，土壤作為地球重要“碳匯”的緩沖能力將遭受嚴重威脅。相關研究近日發表于《通訊-地球與環境》。
論文第一作者、中國科學院華南植物園生態中心博士后李騰騰指出，在全球聚焦植被變化以應對氣候變化的大背景下，一個隱匿于地下的關鍵環節——土壤生物的季節性活動規律（地下物候），正迫切需要得到關注。
氣候驅動的季節性物候紊亂對土壤碳的持久性的潛在影響。研究團隊供圖
陸地生態系統每年吸收約30%的人為二氧化碳排放，堪稱減緩氣候變暖的“綠色緩沖器”。然而，這一關鍵功能正遭受季節性紊亂的強烈沖擊。土壤不僅是碳的“儲存庫”，更是一個充滿活力、遵循季節節律的“碳轉化工廠”。超過90%的植物碳通過根系分泌物、凋落物等形式進入土壤，依賴微生物和動物進行轉化與固定。碳輸入的時間與微生物需求的“窗口期”能否精準匹配，直接決定了碳是被長期封存，還是以二氧化碳的形式重返大氣。但當前主流的碳循環模型大多將土壤視為靜態或簡單響應式的碳庫，嚴重忽視了微生物與動物群落隨季節動態變化的生命活動，導致對未來碳匯潛力的預測存在巨大不確定性。
該研究揭示，氣候變暖，尤其是冬季升溫快于夏季的“不對稱變暖”，會使土壤微生物的碳利用效率大幅下降，最高可達59%，生長率降低27%，直接削弱其將植物碳轉化為穩定土壤有機質的能力。其中，對長期碳封存貢獻更大的真菌，其物候響應尤為關鍵。更為嚴峻的是物候“錯配”問題。極端氣候事件，如熱浪、干旱等，可能導致植物提前展葉或過早枯萎，改變碳輸入的時間；而土壤微生物的活動則受土壤溫濕度變化滯后性的制約。
這種“碳已到，菌未醒”或“菌饑餓，碳未至”的脫節現象，會形成碳轉化瓶頸，不僅降低封存效率，還可能迫使微生物“被迫”分解土壤中原有的穩定碳庫，加速二氧化碳釋放，形成“變暖→錯配→更多碳排放→更暖”的惡性循環。此外，土壤動物，如螨蟲、線蟲、蚯蚓等，在破碎有機物、創造微生物棲息環境方面扮演著“調度員”的角色，其鮮明的物候節律同樣被主流模型忽視，它們的活動偏移可能引發整個土壤食物網功能的連鎖紊亂。
面對上述挑戰，研究團隊提出三項核心倡議：一是，構建全球土壤物候觀測網絡：整合衛星遙感（用于監測植被）與地面物聯網傳感器（如自動碳通量艙、連續二氧化碳監測儀），實現對地下碳過程同步或錯配情況的實時、高分辨率監測。二是，將物候動態融入地球系統模型：通過模塊化開發和數據同化技術，把動態物候過程納入下一代模型，從根本上提升預測精度。三是，指導生態恢復與適應性土地管理：在農業、林業實踐中，依據土壤生物的活動高峰，優化有機肥施用、覆蓋作物管理和耕作時間，將“生態時機”作為提升固碳效益的關鍵因素。
“在氣候變暖的世界里，構建有韌性的土壤碳匯，不僅取決于我們‘輸入’了多少碳，更在于我們是否掌握了輸入的‘最佳時機’。”論文共同通訊作者劉占鋒強調。文章還援引了印度與東非的成功案例，表明通過調整農業措施，如雨季前恢復土壤活性、使農林業與降雨周期協同等，已有效提升了土壤碳儲量和系統韌性，為全球提供了可復制的模板。
研究人員還呼吁國際社會共同關注這個長期被忽視的“地下世界”，加大對土壤物候研究的投入，將其提升為氣候變化應對戰略的核心維度，共同守護地球生命支持系統的關鍵防線。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s43247-025-02940-8