(資料圖片僅供參考)

【科技前沿】

光明日?qǐng)?bào)北京5月26日電（記者鄧暉）地球上有多少碳在土壤中？有機(jī)碳如何在土壤中形成和長(zhǎng)期儲(chǔ)存？近日，清華大學(xué)和康奈爾大學(xué)的研究者帶領(lǐng)國(guó)際團(tuán)隊(duì)在生態(tài)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域開(kāi)展深度學(xué)科交叉，利用人工智能和數(shù)據(jù)同化技術(shù)揭示了微生物碳利用效率對(duì)全球土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的決定性作用。上述成果以“微生物碳利用效率促進(jìn)全球土壤碳儲(chǔ)存”為題，日前發(fā)表在《自然》雜志上。

地球上儲(chǔ)存的土壤有機(jī)碳量是陸地植被有機(jī)碳的四倍，即便很小比例的流失，也可能加速全球變暖。因此，促進(jìn)土壤固碳有助于降低大氣中的二氧化碳濃度，是應(yīng)對(duì)氣候變化的自然解決方案之一。

該團(tuán)隊(duì)介紹，傳統(tǒng)研究主要關(guān)注植物有機(jī)碳輸入和土壤有機(jī)質(zhì)分解這兩類(lèi)機(jī)制對(duì)土壤有機(jī)碳的影響。近年來(lái)，新的研究強(qiáng)調(diào)了微生物過(guò)程在土壤有機(jī)碳形成和儲(chǔ)存中的關(guān)鍵作用。

研究團(tuán)隊(duì)以微生物碳利用效率為變量，整合了微生物過(guò)程對(duì)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)存的雙重控制機(jī)制，并探討了其與全球土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的關(guān)系。通過(guò)將一個(gè)描述復(fù)雜土壤碳循環(huán)的機(jī)理模型與5萬(wàn)多條土壤碳觀測(cè)數(shù)據(jù)相融合，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在全球范圍內(nèi)微生物碳利用效率與土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量正相關(guān)。微生物代謝中對(duì)有機(jī)合成較高的碳分配比例最終導(dǎo)致了土壤有機(jī)碳的積累，而不是流失。

研究發(fā)現(xiàn)，微生物碳利用效率在全球呈現(xiàn)低緯度低值和高緯度高值的格局，反映出微生物生理對(duì)溫度的適應(yīng)性——在熱帶地區(qū)，微生物降低了對(duì)有機(jī)合成的碳分配比例，以適應(yīng)高溫環(huán)境中維持代謝所需的更多能量?！皥F(tuán)隊(duì)自主開(kāi)發(fā)的‘過(guò)程驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)融合的深度學(xué)習(xí)建模方法’創(chuàng)造性地利用人工智能技術(shù)結(jié)合過(guò)程模型揭示了土壤碳循環(huán)過(guò)程的空間格局，這對(duì)利用過(guò)程模型合理模擬土壤碳儲(chǔ)存至關(guān)重要?！鼻迦A大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系教授黃小猛表示。

研究還發(fā)現(xiàn)，微生物過(guò)程在土壤碳儲(chǔ)存中發(fā)揮著最為關(guān)鍵的作用。準(zhǔn)確描述微生物碳利用效率的空間格局是準(zhǔn)確模擬全球土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量和空間分布的關(guān)鍵，其重要性是土壤有機(jī)質(zhì)分解和植物碳輸入等其他過(guò)程的4倍以上。

業(yè)內(nèi)專(zhuān)家認(rèn)為，這項(xiàng)研究整合了世界最大的土壤有機(jī)碳數(shù)據(jù)庫(kù)，并結(jié)合先進(jìn)人工智能和數(shù)據(jù)同化技術(shù)，首次系統(tǒng)評(píng)估了各種土壤碳循環(huán)過(guò)程對(duì)全球土壤有機(jī)碳儲(chǔ)存的相對(duì)貢獻(xiàn)。研究構(gòu)建的機(jī)理模型、生態(tài)大數(shù)據(jù)與人工智能相融合的新范式也為其他相關(guān)領(lǐng)域研究提供了新思路。

《光明日?qǐng)?bào)》（ 2023年05月27日?04版）