本報北(běi)京5月(yuè)26日電(記者鄧晖)地球上有多(duō)少碳在土壤中?有機碳如何在土壤中形成和(hé)長(cháng)期儲存?近日，清華大(dà)學和(hé)康奈爾大(dà)學的(de)研究者帶領國際團隊在生态學和(hé)計算(suàn)機科學領域開展深度學科交叉，利用(yòng)人(rén)工智能和(hé)數據同化(huà)技術揭示了(le)微生物(wù)碳利用(yòng)效率對(duì)全球土壤有機碳儲量的(de)決定性作用(yòng)。上述成果以“微生物(wù)碳利用(yòng)效率促進全球土壤碳儲存”爲題，日前發表在《自然》雜(zá)志上。

地球上儲存的(de)土壤有機碳量是陸地植被有機碳的(de)四倍，即便很小比例的(de)流失，也(yě)可(kě)能加速全球變暖。因此，促進土壤固碳有助于降低大(dà)氣中的(de)二氧化(huà)碳濃度，是應對(duì)氣候變化(huà)的(de)自然解決方案之一。

該團隊介紹，傳統研究主要關注植物(wù)有機碳輸入和(hé)土壤有機質分(fēn)解這(zhè)兩類機制對(duì)土壤有機碳的(de)影(yǐng)響。近年來(lái)，新的(de)研究強調了(le)微生物(wù)過程在土壤有機碳形成和(hé)儲存中的(de)關鍵作用(yòng)。

研究團隊以微生物(wù)碳利用(yòng)效率爲變量，整合了(le)微生物(wù)過程對(duì)土壤有機碳儲存的(de)雙重控制機制，并探討(tǎo)了(le)其與全球土壤有機碳儲量的(de)關系。通(tōng)過将一個(gè)描述複雜(zá)土壤碳循環的(de)機理(lǐ)模型與5萬多(duō)條土壤碳觀測數據相融合，該團隊發現在全球範圍内微生物(wù)碳利用(yòng)效率與土壤有機碳儲量正相關。微生物(wù)代謝中對(duì)有機合成較高(gāo)的(de)碳分(fēn)配比例最終導緻了(le)土壤有機碳的(de)積累，而不是流失。

研究發現，微生物(wù)碳利用(yòng)效率在全球呈現低緯度低值和(hé)高(gāo)緯度高(gāo)值的(de)格局，反映出微生物(wù)生理(lǐ)對(duì)溫度的(de)适應性——在熱(rè)帶地區(qū)，微生物(wù)降低了(le)對(duì)有機合成的(de)碳分(fēn)配比例，以适應高(gāo)溫環境中維持代謝所需的(de)更多(duō)能量。“團隊自主開發的(de)‘過程驅動和(hé)數據驅動融合的(de)深度學習(xí)建模方法’創造性地利用(yòng)人(rén)工智能技術結合過程模型揭示了(le)土壤碳循環過程的(de)空間格局，這(zhè)對(duì)利用(yòng)過程模型合理(lǐ)模拟土壤碳儲存至關重要。”清華大(dà)學地球系統科學系教授黃(huáng)小猛表示。

研究還(hái)發現，微生物(wù)過程在土壤碳儲存中發揮著(zhe)最爲關鍵的(de)作用(yòng)。準确描述微生物(wù)碳利用(yòng)效率的(de)空間格局是準确模拟全球土壤有機碳儲量和(hé)空間分(fēn)布的(de)關鍵，其重要性是土壤有機質分(fēn)解和(hé)植物(wù)碳輸入等其他(tā)過程的(de)4倍以上。

業内專家認爲，這(zhè)項研究整合了(le)世界最大(dà)的(de)土壤有機碳數據庫，并結合先進人(rén)工智能和(hé)數據同化(huà)技術，首次系統評估了(le)各種土壤碳循環過程對(duì)全球土壤有機碳儲存的(de)相對(duì)貢獻。研究構建的(de)機理(lǐ)模型、生态大(dà)數據與人(rén)工智能相融合的(de)新範式也(yě)爲其他(tā)相關領域研究提供了(le)新思路。