大自然在呼吸。树木吸入二氧化碳，并将碳储存在它们的叶子和树枝中。它们死后，土壤中的微生物会吞噬它们富含碳的残余物，并将二氧化碳呼回空气中，这个过程被称为呼吸作用。不断上升的气温正在加快这两个过程的速度。但是——在一个意想不到的新发现中——这两个过程的速度并非以相同的速率加快。微生物的工作比植物更努力。地球，本质上，正在喘息。“全球土壤都在对变暖的气候作出反应，而这反过来会将更多的碳转化为二氧化碳，二氧化碳会进入大气，”美国能源部太平洋西北国家实验室和马里兰大学的合作机构——联合全球变化研究所的研究员 Ben Bond-Lamberty 表示。“气候变化正在提高土壤和生态系统的运行温度，其影响既可预测——例如活动加快——也存在不确定性——也就是说，微生物和植物群落可能会发生变化。”
这种日益失衡的影响不仅会将更多温室效应的二氧化碳释放到空气中，还会削弱土壤作为天然碳储存地的作用。“陆地能够继续作为强大的碳汇多长时间，以及在多大程度上，这是高度不确定的，”Bond-Lamberty 说，他是《自然》杂志上的一项新研究的首席作者，该研究检查了这一现象。“但是，如果气候持续变化，陆地碳汇不可能无限期地持续下去，这一点也相当清楚。”
科学家们发现，微生物向大气中泵送二氧化碳的速度在1990年至2014年之间跳升了1.2%，这个数字乍一看可能很小，但——在全球范围内，在相对较短的历史时期内——他们说这是“巨大的”。他们的结论基于对全球数百个地点数千次观测的分析。
“这项发现基于现实世界的观测，”Bond-Lamberty 说。“这不是一个严格控制的实验室实验……我们只是在观测地球。我们无法在实验室中操纵它。”他解释说，他们收集了所有报告的土壤呼吸测量数据，并检查了同一时间和地点的卫星数据，以确定“植物生产力——可以从卫星测量，或根据土地测量推断——相对于土壤呼吸变化正在如何变化。”
“大多数研究解决这个问题时，都只关注一个独立的地点，”太平洋西北国家实验室的高级研究科学家、该论文的合著者 Vanessa L. Bailey 说。“这项研究是从全球尺度上提出的问题。我们讨论的是巨大的碳量。微生物对世界施加的影响非常大，但很难在如此大的尺度上进行测量。”
至于为什么微生物的呼出量如此之大，Bailey 说“[这]可能是因为微生物数量更多，或者是因为不同种类的微生物。”所有这些剧烈呼吸的一个解释是，不断上升的温度使得微生物更容易分解复杂的碳。“所以，可能是因为随着温度升高，微生物会分解不同类型的碳，而这些碳要么现在更容易获得，要么分解得更彻底，”Bailey 说。“发生的情况不是生态系统过程的稳定加速。而是生态系统的碳平衡发生了变化。”
另一项最近的研究——由英国曼彻斯特大学的科学家们进行的——发现气候变化正在以其他重要方式改变土壤。高温和干旱正在加速生长迅速、耐旱的草的蔓延，这些草会消耗土壤中的水分。由该大学地球与环境科学学院的 Franciska de Vries 领导的研究人员预测，持续的干旱可能会改变土壤生物学。
Bailey 说，干旱会给微生物带来压力，迫使它们“分解那些以前被认为相对稳定和持久存在于土壤中的碳，”她说。“微生物如何应对干旱是一个巨大的未知数，对全球土壤的稳定性、肥力和坚固性具有巨大的潜在影响。”
Bond-Lamberty 说，人类可以通过保护或重新种植森林来帮助保持土壤健康，但这可能还不够，他解释说，“这是对全球过程的全球反应，而要扭转它，将取决于减缓并最终扭转我们向大气中排放温室气体的速度，”他说。
玛琳·西蒙斯为Nexus Media撰稿，该媒体是一家涵盖气候、能源、政策、艺术和文化的联合新闻社。
