《National Science Review》：Climate change leads to significant loss of soil inorganic carbon
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本研究针对气候变化对土壤无机碳（SIC）库影响评估不足的现状，开发了日尺度水化学耦合过程模型，以10厘米高垂直分辨率预测中国2米深度内SIC变化。结果表明，至2100年，中国表层土壤（0–10 cm）SIC储量将减少314±8 Tg C，2米全土层损失达217±9 Tg C。该研究挑战了SIC在陆地碳循环中稳定的传统认知，揭示了气候变化与全球无机碳循环反馈的关键联系，对准确评估碳收支具有重要意义。论文发表于《National Science Review》。
在全球气候变化背景下，碳循环的精准评估是预测未来气候态势的核心环节。长期以来，科学界和公众的关注焦点大多集中在土壤有机碳（SOC）的动态变化上，而另一个体量相当的碳库——土壤无机碳（SIC），却因其被认为化学性质稳定、周转缓慢而长期被忽视。土壤无机碳库主要由碳酸盐矿物组成，其储量与土壤有机碳库相当，甚至在某些干旱半干旱区域更为丰富。然而，这种“稳定性”的假设正受到越来越严峻的挑战。气候变化，特别是降水格局改变和温度升高，如何影响这一巨大碳库的动态？其反馈机制是正反馈（加速气候变化）还是负反馈（减缓气候变化）？由于缺乏能够精细模拟SIC形成与消解过程的模型，这些问题一直悬而未决，导致当前对全球碳循环的理解和预测存在显著的不确定性。
为了回答这一关键科学问题，一项发表于《National Science Review》的研究通过构建一个创新的过程模型，首次对直至2100年中国区域土壤无机碳的命运进行了高精度模拟。研究揭示的结果出人意料，挑战了传统认知，为全球碳循环研究和气候变化预测提供了至关重要的新见解。
关键技术方法
研究人员开发了一个全新的过程模型，该模型的核心创新在于将日尺度的土壤水分平衡动态与碳酸盐化学平衡反应进行了耦合。模型以10厘米的垂直分辨率，模拟了从地表至2米深度的土壤剖面中SIC的动态变化。研究基于多种共享社会经济路径（SSPs）所对应的未来气候情景，对中国区域的SIC储量变化进行了预测。
研究结果
SIC在表层和深层土壤中均显著流失
模型模拟结果显示，无论在未来哪种社会经济路径下，中国的土壤无机碳库都呈现出普遍的流失趋势。特别值得关注的是，这种流失并非仅限于与大气交换活跃的表层土壤。至2100年，中国表层土壤（0–10厘米）的SIC储量预计将减少314 ± 8太克碳（Tg C）。更为深远的影响发生在整个2米深的土壤剖面中，其SIC总损失量预计达到217 ± 9 Tg C。这一发现表明，气候变化对SIC的影响是系统性的，能够穿透深厚的土壤层，驱动深层碳库的释放。
挑战SIC稳定性的传统观点
上述结果直接挑战了将土壤无机碳视为相对稳定碳库的传统观点。传统模型和认知往往假设SIC的周转周期极长，对气候变化的响应不敏感。然而，这项研究通过过程模型清晰地揭示，气候变化通过改变土壤水分运动（如淋溶作用）和土壤溶液中的化学环境（如二氧化碳分压、pH值），能够显著加速SIC的溶解和迁移过程，从而导致其以可观的速度从土壤中流失。这表明SIC是陆地碳循环中一个活跃且脆弱的组分。
揭示气候变化与全球无机碳循环的反馈机制
土壤无机碳的大量流失意味着一个此前未被充分认识的碳循环正反馈机制。当SIC以碳酸氢根离子形式随地下水排入河流并最终汇入海洋时，相当于将陆地碳库中的碳转移至海洋碳库。这一过程在地质时间尺度上会影响大气二氧化碳浓度。本研究的预测表明，未来气候变化可能通过驱动SIC的溶失，加速碳从陆地到海洋的输送，从而对全球无机碳循环产生深远影响，并可能进一步反馈于气候变化进程。
研究结论与意义
本研究通过构建高分辨率的过程模型，首次系统地评估了未来气候变化对中国土壤无机碳库的影响。结论明确指出，土壤无机碳并非如传统认为的那样稳定，而是在气候变化驱动下会发生显著流失，且这种流失遍及表层和深层土壤。这一发现从根本上更新了我们对陆地碳循环动态的理解，强调了将SIC动态纳入地球系统模型的紧迫性。
其重要意义在于：首先，研究揭示了气候变化与全球无机碳循环之间存在强烈的反馈联系，这对于提升未来气候预测的准确性至关重要。其次，中国拥有广大的干旱半干旱区，这些区域SIC储量巨大，研究的结论对于评估中国乃至全球的碳收支平衡具有关键价值。最后，该研究为全球变化背景下土地资源的可持续管理和碳汇功能的保护提供了新的科学依据。这项工作标志着我们在全面理解地球碳循环的道路上迈出了关键一步，提醒科学界和社会必须重新审视土壤无机碳在全球变化中的角色与命运。
