上?？茖W(xué)家在凍土碳循環(huán)研究中取得重要進(jìn)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(tuán)隊(duì)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(jī)碳（DOC）的光降解和生物降解過(guò)程及其影響因素。日前，相關(guān)成果發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《湖沼學(xué)和海洋學(xué)快報(bào)》（Limnology and Oceanography Letters）上。
全球土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量高達(dá)2.4萬(wàn)億噸，是大氣二氧化碳碳儲(chǔ)量的2倍多，其中凍土區(qū)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量為1.3萬(wàn)億噸，占土壤有機(jī)碳儲(chǔ)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(wàn)年，是重要的碳匯。然而隨著氣候變暖，大量?jī)鐾寥诨?，在我?guó)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(dòng)加劇，分解大量?jī)鐾撂迹⒁远趸己图淄榈男问竭M(jìn)入大氣，形成了強(qiáng)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(huì)以溶解態(tài)有機(jī)質(zhì)（DOM）形式進(jìn)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(jìn)入水體的凍土DOM會(huì)被快速地分解，也有研究顯示凍土DOM能夠沿著河流進(jìn)行長(zhǎng)距離搬運(yùn)，最終進(jìn)入海洋?？梢?jiàn)，學(xué)術(shù)界對(duì)于環(huán)境中凍土DOM的保存、輸送和最終歸宿尚不清楚。
對(duì)于溶解態(tài)有機(jī)質(zhì)的環(huán)境穩(wěn)定性，目前學(xué)術(shù)界有兩種主要假說(shuō)。
一是“分子組分/結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性假說(shuō)”，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(lèi)和蛋白類(lèi)化合物比脂類(lèi)和木質(zhì)素化合物更加活潑。
二是“稀釋濃度假說(shuō)”，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(guò)低時(shí)，微生物尋找DOM消耗的能量大于其利用DOM獲得的能量時(shí)，無(wú)論是活潑分子還是惰性分子均無(wú)法被微生物利用。（記者 吳金嬌）
為評(píng)估這兩種機(jī)制對(duì)凍土DOM穩(wěn)定性的影響，許云平研究團(tuán)隊(duì)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(guò)程，運(yùn)用傅里葉變換高分辨質(zhì)譜、紫外-可見(jiàn)光譜、三維熒光光譜以及元素分析方法，評(píng)估了DOM的化學(xué)結(jié)構(gòu)和濃度對(duì)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(zhǎng)距離輸送過(guò)程及其影響因素，并幫助預(yù)測(cè)氣候變暖背景下凍土碳的排放?！痹S云平說(shuō)。
科研人員介紹，研究通過(guò)生物降解實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，青藏高原凍土DOM的生物降解表現(xiàn)出對(duì)特定化學(xué)結(jié)構(gòu)的選擇性；光降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在自然陽(yáng)光照射下，凍土DOM經(jīng)過(guò)15天照射后，溶解有機(jī)碳含量快速下降，但未達(dá)到平臺(tái)期，表明光降解還不完全。
實(shí)驗(yàn)還通過(guò)稀釋溶解有機(jī)碳濃度來(lái)研究濃度對(duì)生物降解的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著初始溶解有機(jī)碳濃度的降低，生物可降解的溶解有機(jī)碳比例減少，且降解速率隨著初始溶解有機(jī)碳濃度的降低而減緩。這些表明溶解有機(jī)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?zhuān)⑸锟赡茉絹?lái)越難降解殘留下來(lái)的凍土碳，這可能也解釋為什么凍土碳能夠被長(zhǎng)距離輸送至河口甚至海洋。
科研團(tuán)隊(duì)還通過(guò)高分辨率質(zhì)譜數(shù)據(jù)揭示了微生物在不同溶解有機(jī)碳濃度條件下的代謝策略。這項(xiàng)研究為理解凍土DOM的降解機(jī)制提供了新的見(jiàn)解，揭示了有機(jī)碳的濃度和化學(xué)組成對(duì)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(zhǎng)距離輸送過(guò)程中，濃度和化學(xué)組成因素對(duì)DOM的降解和轉(zhuǎn)化起著決定性作用?！翱紤]到凍土巨大的碳儲(chǔ)量，以及對(duì)氣候變化的高度敏感性，研究對(duì)于人們理解凍土區(qū)碳動(dòng)態(tài)、預(yù)測(cè)凍土融化對(duì)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?！痹S云平說(shuō)。
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。
