梁　宇

冲天巨浪狂涌进纽约市，自由女神被淹没，万巷瞬间淹没在汪洋之中，万吨巨轮竟被冲进楼宇之间。转瞬间，气温骤降，浩瀚汪洋中的纽约城又变成冰封世界，茫茫冰原上，只留下自由女神的头像。人类和人类所创造的世界在大自然面前显得如此渺小……

电影《后天》将历史上从未有过的、惊心动魄的旷世灾难真实地展现在我们眼前，再次唤起了人们对日益严重的温室效应及理论上可能引起的新冰河世纪威胁的关注。

导致全球气候变暖的真正原因究竟是什么?科学家们似乎尚无定论，但是它对全球经济发展和人类社会活动的影响无疑是巨大的。目前，科学界普遍认为导致全球变暖的原因主要有人口剧增导致的大气中二氧化碳的含量不断地增加，大气环境污染，海洋生态环境恶化，土地遭侵蚀、沙化等破坏，森林资源锐减，酸雨危害，物种加速灭绝，水污染，有毒废料污染，地球周期性公转轨迹的变动等等。

在过去很长时间内，自然系统和生物地球化学循环一直使全球碳库处于动态平衡中，但近代，特别是自工业革命以来的人类活动(像森林毁坏，农业活动，化石燃料的燃烧等)导致了碳库之间的极大改变。从全球尺度来看，1861年工业革命以后，温室气体快速增长，引起了全球气候变化等一系列严峻的全球性生态环境问题，严重影响到陆地生态系统的组成、结构和功能，给人类自身的生存和可持续发展带来巨大的挑战。目前，全球变暖已经成为世界主要的环境问题之一，而由于人类活动所导致的大气温室气体浓度的增加被认为是全球变暖的主要原因，其中二氧化碳的贡献率比其它温室气体的总和还多。这种由人类活动引起的碳循环紊乱导致大气中二氧化碳浓度的日趋升高，不仅引起了世界各国对全球变暖的关注，更引起我们对二氧化碳从陆地碳库特别是土壤中，进一步释放出来，与气候系统之间可能形成的反馈效应的担忧，因此对土壤呼吸的研究就不仅仅是一个乏味的科学问题了。

但是，为什么土壤呼吸是解决地球系统之谜的一个重要部分?土壤呼吸究竟指的是什么?

何为“土壤呼吸”

土壤呼吸是土壤释放二氧化碳的过程，严格意义上讲是指在未被扰动的土壤中产生的二氧化碳的所有代谢作用，包括三个生物学过程(即土壤微生物呼吸、根系呼吸、土壤动物呼吸)和一个含碳矿物质的化学氧化作用即非生物学过程。

土壤是岩石圈表面的疏松表层，是所有陆地生态系统的基础。土壤呼吸近乎是陆地生态系统土壤与大气之间二氧化碳交换的唯一途径，直接决定着土壤中碳素周转的速度。土壤呼吸的微小变化将对全球碳收支平衡产生明显的影响，并影响未来大气中二氧化碳浓度的变化情形。随着全球变暖趋势的不断加强、全球土地利用和土地覆被方式的不断变化，将有可能在一定程度上减弱陆地生态系统对含碳物质的汇聚能力，同时增加土壤呼吸的强度；相反，如果采用合适的陆地生态系统碳管理政策和实施相应的技术却有可能相应增加陆地生态系统的汇聚碳能力。因此，充分认识不同生态系统土壤与大气含碳气体(二氧化碳、甲烷、一氧化碳)交换过程以及生物环境学机制已引起学术界的高度重视。

土壤呼吸的重中之重——森林土壤呼吸

森林土壤呼吸是陆地生态系统土壤呼吸的重要部分，其动态变化也将对全球碳平衡产生深远的影响。全球森林过度采伐和其他土地滥用导致土壤二氧化碳释放的增加量已占过去两个世纪因人类活动释放的二氧化碳总量的一半，是除化石燃烧外的另一重要因素。森林土壤呼吸也是目前已建立的长期监测碳循环的重要研究对象之一，对生态学、环境科学及地球表层系统科学意义重大。

1997年，《京都议定书》认可世界主要工业化国家可以通过增加森林吸收碳的功能来履行温室气体减排任务，而草地、农业等其他植被类型并不在此列，于是发达国家开始纷纷通过改善现有森林生态系统的管理和扩大森林面积来增加本国森林汇聚碳的能力。于是，一个新的森林概念“京都森林”应运而生。

作为全球碳库重要组成部分的森林土壤碳库，占了全球碳库的73％，研究森林土壤呼吸有助于揭示森林土壤碳库的某些机理。森林土壤碳库的碳蓄积量及变化过程，是判读森林土壤碳库是否是大气中二氧化碳来源或汇聚地的主要依据。森林土壤碳循环与碳蓄积还是预测大气二氧化碳含量及全球环境变化的重要基础，在全球陆地碳循环和气候变化研究中具有重大意义。有学者对当前全球碳预算的估计表明，大气中二氧化碳的来源包括化石燃料燃烧释放的碳量、森林破坏和其他土地利用所引起的释放碳量。但这些释放到大气中的二氧化碳，只有约47％滞留在大气中，29％被海洋吸收，其余24％则去向不明。究竟这些“失踪碳”去了哪里呢?有证据指出这部分丢失的碳很可能是被北温带地区的陆地生态系统接纳了。据统计，温带森林约占全球森林总面积的24％。研究表明，北半球温带森林生态系统与大气之间存在着较大的二氧化碳负通量，是吸收人类排放二氧化碳的一个重要途径。在我国，长白山阔叶红松林是我国东北部中温带湿润气候区最重要的森林植被类型，是世界上已为数不多的大面积原生针阔混交林，也是很典型的生态系统，并对调节气候以及稳定东北地区生态平衡有着重要的作用。另有研究表明，阔叶红松林是长白山地区汇聚碳能力很强的地区，研究长白山阔叶红松林带土壤呼吸作用对全球气候变化的贡献具有十分重要的意义。然而在原始的阔叶红松林遭受干扰后进行自然更新和恢复的过程中，植被类型以及生态环境条件发生动态变化，不仅森林的碳蓄积能力被削弱了，还对土壤呼吸作用产生影响，在一定程度上改变了碳由放出到被吸收的过程，成为陆地生态系统碳源增加的一个重要原因，严重影响区域碳收支评估的精确性。

土壤碳库作为陆地生态系统中最大的碳库，在全球碳平衡中具有重要的作用，全球土壤仅表层的含碳量就相当于大气中的2倍，土壤碳库的微小变化却可以导致大气二氧化碳浓度的显著变化。全世界土壤中碳贮存量的增加将有助于缓和二氧化碳进一步的人为释放，而土壤二氧化碳的释放则会显著加剧大气中二氧化碳浓度的增高。控制了土壤呼吸作用就能够有效地缓和大气中二氧化碳浓度的升高和全球变暖。在当今全球气候变化背景下的土壤呼吸研究，能为探索陆地生态系统的碳循环和揭示自然界遗漏的具有潜在汇聚碳能力的资源之谜提供有力的证据。因此，对土壤呼吸的精确研究是目前全球变化研究中最重要和最迫切需要研究的课题。

[责任编辑]赵柠