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，很小比例的流失也可能加速氣候變暖。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。清華大學(xué)地學(xué)系黃小猛教授、博士生陶鳳以及康奈爾大學(xué)駱亦其教授組織的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)在生態(tài)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域開展深度學(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。
研究立足于過(guò)去兩百年的土壤碳循環(huán)理論，整合了世界最大的土壤有機(jī)碳數(shù)據(jù)庫(kù)，并結(jié)合人工智能和數(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)。研究揭示了微生物碳利用效率與土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的關(guān)系，為通過(guò)土地管理影響微生物過(guò)程、促進(jìn)土壤固碳和實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)提供了科學(xué)理論基礎(chǔ)。此外，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。
涌現(xiàn)的微生物碳利用效率與土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量關(guān)系
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，探討了其與全球土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的關(guān)系。結(jié)果表明，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。
研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步基于團(tuán)隊(duì)自主開發(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（PRODA）”方法，將站點(diǎn)尺度的數(shù)據(jù)-模型融合結(jié)果擴(kuò)展到全球尺度，獲取了包括微生物碳利用效率在內(nèi)的七類土壤碳循環(huán)過(guò)程的空間分布格局，并定量評(píng)估了它們對(duì)全球土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量和空間分布的相對(duì)貢獻(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。
全球土壤有機(jī)碳及其相關(guān)過(guò)程的空間格局
近期，相關(guān)成果以“微生物碳利用效率促進(jìn)全球土壤碳儲(chǔ)存”（Microbial carbon use efficiency promotes global soil carbon storage）為題發(fā)表在《自然》（Nature）期刊上，陶鳳為論文第一作者，駱亦其和黃小猛為共同通訊作者。來(lái)自中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、瑞典、瑞士、澳大利亞、意大利和英國(guó)的30多名合作者參與了這項(xiàng)研究。
