新设施将起底地球“隐秘的角落”
导 读
《科学》网站报道称，前不久，美国国家科学基金会宣布出资1900万美元建立一个新的研究设施，名为“深层土壤生态系统室”，旨在让研究这一前沿领域变得更容易。
作者：唐一尘
来源：中国科学报（2021年10月14日）
地下一两米深的地方是一个鲜为人知的生态系统，这个“隐秘的角落”可能对地球的未来气候至关重要。科学家表示，这种深层土壤环境通常难以研究，在不干扰土壤结构或寄居生物的情况下提取样本非常棘手。美国杜克大学土壤科学家Daniel Richter说，越深就越难研究。
《科学》网站报道称，前不久，美国国家科学基金会宣布出资1900万美元建立一个新的研究设施，名为“深层土壤生态系统室”，旨在让研究这一前沿领域变得更容易。该设施初步设计将在未来5年内于爱达荷大学建成，拥有24个包含丰富仪器的土壤柱，顶部有用于种植植物的密封室。
该设施中的生态系统将允许研究人员分析或改变地表3米以下的土壤环境条件。研究人员希望利用该设施研究深层土壤如何释放碳并加速气候变化、土壤微生物和植物如何相互作用，以及夏季暴雨和冬季严寒如何影响土壤等问题。该设施还可以成为新型深层土壤传感器的试验台。该设施计划者希望能吸引美国各地的研究人员，同时进行多个试验。堪萨斯大学生态系统科学家Sharon Billings说：“这个设施具有令人难以置信的潜力。”
目前，欧洲大约有十几个类似设施，但它们只允许研究人员对一到两种土壤条件进行修改。相比之下，新设施将允许研究人员操纵整个土壤柱的多个因素，包括温度、湿度和二氧化碳浓度（能影响岩石风化和土壤形成）等。他们还能模拟地下水的上涌，甚至冻融循环，后者能加速土壤发育。
新设施还为研究包括无脊椎动物在内的深地生物打开了大门。该设施顾问、德国生物多样性综合研究中心生态学家Nico Eisenhauer说，我们对这些生物的活动知之甚少，但它们隐藏的行为可以在新设施中被监控。例如，声波传感器可以追踪蚯蚓的活动，而埋在地下的管道有小入口，可以收集和计数偶然进入的微小无脊椎动物。
研究土壤碳的研究人员也能受益。科学家认为，地表之下30厘米的区域，富含根和微生物，储存了大部分土壤碳。但对更深的底土进行的一些研究表明，这些区域可能至少含有与浅层土同样多的碳，其中一些碳是由植物根系携带下来的。
瑞士苏黎世大学土壤生物地球化学家Michael Schmidt说：“这里有另一半被遗忘的土壤有机碳。”
研究人员认为，随着地球升温，深层土壤预计也会变暖。有试验表明，这可能会导致土壤向大气释放碳的速度比现在快30%到50%，从而加速全球变暖。气候变化引起的降水变化也会带来影响。例如，沙漠土壤特别是那些被活性氮污染的土壤变得更湿润，会导致一氧化二氮的大量排放。
新设施首席研究员、爱达荷大学微生物生态学家Michael Strickland说，爱达荷州有各种各样的土壤，他和同事们仍在考虑柱子中放置多少和哪种类型的土壤。捕捉不同类型土壤的动态将是关键。
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