記者今天從上海海洋大學獲悉，許云平團隊與合作者取得凍土碳循環的重要進展。研究人員揭示了全球變暖背景下青藏高原凍土融化后溶解有機碳（DOC）的光降解和生物降解過程及其影響因素。

相關成果近日發表于國際學術期刊《湖沼學和海洋學快報》（Limnology and Oceanography Letters）上。

全球土壤有機碳儲量高達2.4萬億噸，是大氣二氧化碳碳儲量的2倍多，其中凍土區土壤有機碳儲量為1.3萬億噸，占土壤有機碳儲量的一半以上。這些巨量的凍土碳能夠在環境中保存數千年甚至數萬年，是重要的碳匯。

然而隨著氣候變暖，大量凍土融化，在我國最大的凍土區——青藏高原出現了大面積的凍土塌陷。氣候變暖導致凍土微生物活動加劇，分解大量凍土碳，并以二氧化碳和甲烷的形式進入大氣，形成了強烈的全球變暖正反饋效應。

凍土融化后，一部分凍土碳還會以溶解態有機質（DOM）形式進入河流和湖泊，影響水域生態系統碳循環。有研究發現，進入水體的凍土DOM會被快速地分解，也有研究顯示凍土DOM能夠沿著河流進行長距離搬運，最終進入海洋。可見，學術界對于環境中凍土DOM的保存、輸送和最終歸宿尚不清楚。

對于溶解態有機質的環境穩定性，學術界有兩種主要假說——

其一是“分子組分/結構穩定性假說”，認為DOM的環境穩定性主要是由化合物的分子結構決定的，例如糖類和蛋白類化合物比脂類和木質素化合物更加活潑。

其二是“稀釋濃度假說”，認為DOM的環境穩定性并不取決于分子化學結構，而是由分子濃度決定的，即當環境中DOC濃度過低時，微生物尋找DOM消耗的能量大于其利用DOM獲得的能量時，無論是活潑分子還是惰性分子均無法被微生物利用。

為了評估這兩種機制對凍土DOM穩定性的影響，上海海洋大學許云平研究團隊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程，運用傅里葉變換高分辨質譜、紫外-可見光譜、三維熒光光譜以及元素分析方法，評估了DOM的化學結構和濃度對其降解的影響。

“研究結果有助于深入理解凍土DOM的分解和長距離輸送過程及其影響因素，并幫助預測氣候變暖背景下凍土碳的排放。”許云平表示。

科研人員介紹，研究通過生物降解實驗發現，青藏高原凍土DOM的生物降解表現出對特定化學結構的選擇性；光降解實驗結果表明，在自然陽光照射下，凍土DOM經過15天照射后，溶解有機碳含量快速下降，但未達到平臺期，表明光降解還不完全。

實驗還通過稀釋溶解有機碳濃度來研究濃度對生物降解的影響，結果發現隨著初始溶解有機碳濃度的降低，生物可降解的溶解有機碳比例減少，且降解速率隨著初始溶解有機碳濃度的降低而減緩。這些表明溶解有機碳濃度是影響生物降解效率的關鍵因素。因此從凍土區到下游河流甚至海洋，隨著凍土DOM濃度的不斷被稀釋，微生物可能越來越難降解殘留下來的凍土碳，這可能也解釋為什么凍土碳能夠被長距離輸送至河口甚至海洋。

據了解，科研團隊還通過高分辨率質譜數據揭示了微生物在不同溶解有機碳濃度條件下的代謝策略。

這項研究為理解凍土DOM的降解機制提供了新的見解，揭示了有機碳的濃度和化學組成對凍土DOM轉化的顯著影響，尤其是在凍土DOM從源頭區域向海洋的長距離輸送過程中，濃度和化學組成因素對DOM的降解和轉化起著決定性作用。

“考慮到凍土巨大的碳儲量，以及對氣候變化的高度敏感性，研究對于人們理解凍土區碳動態、預測凍土融化對全球碳循環的影響以及制定環境管理策略具有重要意義。”許云平說。