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(huán)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(fā)表于國際學術(shù)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(qū)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(huán)境中保存數(shù)千年甚至數(shù)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(qū)——青藏高原出現(xiàn)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(tài)有機質(zhì)（DOM）形式進入河流和湖泊，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?？梢姡瑢W術(shù)界對于環(huán)境中凍土DOM的保存、輸送和最終歸宿尚不清楚。

對于溶解態(tài)有機質(zhì)的環(huán)境穩(wěn)定性，學術(shù)界有兩種主要假說——

其一是“分子組分/結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性假說”，認為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，例如糖類和蛋白類化合物比脂類和木質(zhì)素化合物更加活潑。

其二是“稀釋濃度假說”，認為DOM的環(huán)境穩(wěn)定性并不取決于分子化學結(jié)構(gòu)，而是由分子濃度決定的，即當環(huán)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(wěn)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(zhì)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(jié)構(gòu)和濃度對其降解的影響。

“研究結(jié)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?！痹S云平表示。

科研人員介紹，研究通過生物降解實驗發(fā)現(xiàn)，青藏高原凍土DOM的生物降解表現(xiàn)出對特定化學結(jié)構(gòu)的選擇性；光降解實驗結(jié)果表明，在自然陽光照射下，凍土DOM經(jīng)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(jié)果發(fā)現(xiàn)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(qū)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(jù)了解，科研團隊還通過高分辨率質(zhì)譜數(shù)據(jù)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(zhuǎn)化的顯著影響，尤其是在凍土DOM從源頭區(qū)域向海洋的長距離輸送過程中，濃度和化學組成因素對DOM的降解和轉(zhuǎn)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(qū)碳動態(tài)、預測凍土融化對全球碳循環(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。