在全球聚焦植被變化應對氣候變化之時，一個隱匿于地下的關鍵環節——土壤生物的季節性活動規律(地下物候)正亟待關注。近日，中國科學院華南植物園恢復生態學團隊與德國萊比錫大學合作，在國際期刊《Communications Earth & Environment》上發表觀點文章，系統闡明地上植物生長與地下微生物活動之間的“物候同步性”，是維系土壤碳長期封存的核心機制。 這一同步性一旦遭氣候變化破壞，土壤作為地球重要“碳匯”的緩沖能力將面臨嚴重威脅。

“靜態”模型難以評估“動態”碳庫

陸地生態系統每年吸收約30%的人為二氧化碳排放，是減緩氣候變暖的關鍵。然而，這項“綠色緩沖器”功能正受到季節性紊亂的劇烈沖擊。土壤不僅是碳的‘儲存庫’，更是一個活的、具有季節節律的‘碳轉化工廠’。超過90%的植物碳通過根系分泌物、凋落物等形式進入土壤，依賴微生物和動物進行轉化與固定。碳輸入的時間與微生物需求的“窗口期”能否匹配，直接決定了碳是被長期封存，還是以二氧化碳形式重返大氣。然而，當前主流的碳循環模型大多將土壤視為靜態或簡單響應式的碳庫，嚴重忽略了微生物與動物群落隨季節動態變化的生命活動，導致對未來碳匯潛力的預測存在巨大不確定性。

“不對稱變暖”與“物候錯配”觸發惡性循環

研究揭示，氣候變暖，尤其是冬季升溫快于夏季的“不對稱變暖”，可使土壤微生物的碳利用效率下降高達59%，生長率降低27%，直接削弱其將植物碳轉化為穩定土壤有機質的能力。其中，對長期碳封存貢獻更大的真菌，其物候響應尤為關鍵。更嚴峻的挑戰在于物候“錯配”。極端氣候事件(如熱浪、干旱)可能導致植物提前展葉或過早枯萎，改變碳輸入的時間;而土壤微生物的活動則受制于土壤溫濕度變化的滯后性。這種 “碳已到，菌未醒”或“菌饑餓，碳未至”的脫節現象，會形成碳轉化瓶頸，不僅降低封存效率，還可能迫使微生物“被迫”分解土壤中原有的穩定碳庫，加速二氧化碳釋放，形成 “變暖→錯配→更多碳排放→更暖” 的惡性循環。此外，土壤動物(如螨蟲、線蟲、蚯蚓)在破碎有機物、創造微生物棲息環境方面扮演著“調度員”角色，其鮮明的物候節律同樣被主流模型忽視，它們的活動偏移可能引發整個土壤食物網功能的連鎖紊亂。

圖.氣候驅動的季節性物候紊亂可能削弱土壤碳的持久性：(a)在正常季節條件下，地上與地下生物之間協調的物候節律調節著碳輸入、微生物轉化過程以及持久性礦物結合有機質的形成。土壤動物(如蚯蚓)示意性地代表了參與土壤碳轉化的關鍵功能類群。DOM，溶解性有機質;POM，顆粒有機質;(b)土壤生物(例如，物種1-3)在不同季節表現出獨特的物候活動模式，對土壤功能節律的貢獻各不相同。平均季節波形反映了由多個類群產生的綜合信號;(c)在季節秩序紊亂的情況下，氣候變化破壞了這種同步性。植物、微生物和動物物候活動在時間和強度上的變化，可能導致碳輸入與微生物需求脫節，分解連續過程碎片化，并改變營養級相互作用，最終降低土壤碳持久性和生態系統恢復力;(d)此類紊亂通過改變土壤生物的物候模式，可能使土壤功能節律趨于平緩并破壞其同步性。

行動倡議：構建全球“地下物候”觀測網

面對挑戰，研究團隊提出三項核心倡議：

1. 建立全球土壤物候觀測網絡：整合衛星遙感(監測植被)與地面物聯網傳感器(如自動碳通量艙、連續二氧化碳監測儀)，實現對地下碳過程同步/錯配的實時、高分辨率監測。

2.將物候動態嵌入地球系統模型：通過模塊化開發和數據同化技術，將動態物候過程納入下一代模型，從根本上提升預測精度。

3.指導生態恢復與適應性土地管理：在農業、林業實踐中，根據土壤生物的活動高峰，優化有機肥施用、覆蓋作物管理和耕作時間，將“生態時機”作為提升固碳效益的關鍵杠桿。

“在變暖的世界里，構建有韌性的土壤碳匯，不僅關乎我們‘輸入’了多少碳，更在于我們是否掌握了輸入的‘最佳時機’。”文章通訊作者劉占鋒研究員強調。文章同時援引印度與東非的成功案例，表明通過調整農業措施(如雨季前恢復土壤活性、農林業與降雨周期協同)已有效提升了土壤碳儲量和系統韌性，為全球提供了可復制的模板。該研究呼吁國際社會共同關注這個被長期忽視的“地下世界”，加大對土壤物候研究的投入，將其提升為氣候變化應對戰略的核心維度，共同守護地球生命支持系統的關鍵防線。

該觀點文章以 “Illuminate underground phenology to aid carbon sequestration”(厘清地下物候，助力碳封存)為題發表于國際學術期刊Communications Earth & Environment。中國科學院華南植物園生態中心博士后李騰騰為論文第一作者，劉占鋒研究員與德國萊比錫大學 Nico Eisenhauer 教授為共同通訊作者。研究獲得廣東省基礎與應用基礎研究旗艦項目和國家自然科學基金等資助。