SEL: 河南大学傅声雷教授团队--土壤和土壤CO2在温室效应中的关键作用|研究

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本研究通过野外控制实验探究了不同浓度的CO₂气体在地表大气和土壤中对气体温度的影响，并比较了地表大气、土壤和土壤气体等的温度变化规律。结果表明土壤CO₂浓度对土壤气体温度有明显的调控作用。

来源：土壤生态学快报SEL 公号（2020年7月17日）

视频简介

RESEARCH ARTICLEAn ignored key link in greenhouse effect: Soil and soil CO₂ slow heat lossWeixin Zhang, Chengde Yu, Zhifeng Shen, Shu Liu, Suli Li, Yuanhu Shao, Shenglei Fu

Soil Ecology Letters, 

doi:10.1007/s42832-020-0047-1.

论文链接：http://journal.hep.com.cn/sel

大气CO₂浓度的持续升高被认为是全球变暖的主要驱动力之一。但是，大气的低热容量和对流过程使大气本身难以持留大量的热量。土壤的热容量和CO₂浓度都远高于大气，土壤和土壤CO₂对温室效应的直接影响值得关注。张卫信等通过野外控制实验探究了不同浓度（309-16900 ppm）的CO₂气体在地表大气和土壤（10 cm以下）中对气体温度的影响，并比较了地表大气、土壤和土壤气体等的温度变化规律。结果表明（图1，图2）：1）土壤CO₂浓度对土壤气体温度有明显的调控作用，当土壤CO₂浓度在7500 ppm左右时土壤气体的温度最高；2）土壤气体温度峰值出现的时间比地表大气温度峰值出现时间滞后约400 min，且土壤和土壤气体温度的日变幅远低于地表大气温度的日变幅；3）含过高浓度CO₂（如16900 ppm）的地表大气和土壤气体的温度均明显回落。 

图1 CO₂浓度对地表大气气体温度（AT_atm）的影响

图2 CO₂浓度对土壤气体温度（AT_soil）的影响

可见，CO₂对气体温度的影响取决于其吸热和放热作用的相对大小，CO₂气体本身仅仅是“吸热-放热”的媒介；而土壤则是陆地系统中热量的储存库；只有当大气CO₂的吸热过程与土壤的储热过程相匹配的时候，温室效应才会显现；而两者的匹配程度，则将影响温室效应的强弱。并且，热量在土壤固相-液相-气相组分的复杂传递和交换过程，大大延长了热量在土壤中的持留时间。大气CO₂的每一个“吸热-放热”循环都将导致一部分热量从地球散失。假设地球陆地全是岩石，则大气吸收的热量无法被地球有效持留，热量丧失很快（图3A）。相反，地球陆地表层土壤和土壤CO₂可吸收大量的热量并迟滞热量向地表的释放，进而减少一个昼夜循环中向地球大气外层空间的热量丧失总量（图3B）。

图3. 土壤和土壤CO₂对温室效应的直接影响概念图

总之，该研究认为土壤和土壤CO₂在温室效应中的直接作用和大气CO₂一样不可或缺。自工业革命以来，在大气CO₂浓度上升的同时也伴随着剧烈的土地利用变化，大量的自然植被被开垦，大量的地表土壤被水泥等建筑物取代。这些变化深刻地影响着原有的土壤（包括土壤CO₂浓度）特性，改变了地表热量平衡，进而影响了地球的温室效应。所以，探究人类活动影响下的土壤对温室效应的直接影响，是理解和应对全球变化的重要切入点。

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